CN102837311A - 一种五轴中低速全自动点胶机器人伺服控制器 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种五轴中低速全自动点胶机器人伺服控制器，包括单片机、多个LM629芯片、多个电机驱动器及多个高速直流电机，所述的单片机分别与多个LM629芯片通讯连接，所述的LM629芯片发出控制信号至电机驱动器，所述的电机驱动器驱动高速直流电机，所述的单片机包括图像采集及处理模块。本发明在形成基于单片机+LM629的双核处理器，把单片机从繁重的工作量中解脱出来，抗干扰能力大大增强。

Description

一种五轴中低速全自动点胶机器人伺服控制器

技术领域

本发明涉及自动床领域，具体涉及一种五轴中低速全自动点胶机器人伺服控制器。

背景技术

在高技术迅猛发展的今天，传统的生产方式已日趋落后，新型的自动化生产将成为新世纪接受市场挑战的重要方式。自动化不仅是提高劳动生产率的手段，对企业未来的长远发展战略起着重要的作用。由于机器人是新型的自动化的主要工具，工业机器人及其应用工程的开发，将机器人变为直接生产力，它在改变传统的生产模式，提高生产率及对市场的适应能力方面显示出极大的优越性。同时它将人从恶劣危险的工作环境中替换出来，进行文明生产，这对促进经济发展和社会进步都具有重大意义。随着手机、电脑外壳、光碟机、印表机、,墨水夹、PC板、LCD、LED、DVD、数位相机、开关、连接器、继电器、散热器、半导体等电子业、玩具业、医疗器材等制造业对机器人装备的需求及绿色环保和改善劳动者的工作环境要求越来越高，专门对流体进行控制，并将流体点滴、涂覆于产品表面或产品内部的自动化机器点胶机器人随即产生。点胶机器人主要用于产品工艺中的胶水、油漆以及其他液体精确点、注、涂、点滴到每个产品精确位置，可以用来实现打点、画线、圆型或弧型。“自动点胶机器人”的研究开发将对我国PCB板绑定封膠、IC封膠、PDA封膠、LCD封膠、IC封裝、IC粘接等行业产生巨大的经济效益和社会效益。一个精度相对较高的点胶机器人需要在一个三维的XYZ空间里进行一条直线上、圆弧或点对点的位置上按照一定的胶量信息进行涂胶，如果采用一个三轴的点胶机器人可以简单地模拟上述动作，但是对于一些特殊的点胶系统来说，点胶位置有的时候垂直，有的时候刚好成镜面对称，有的时候成一定的角度，一般的三轴点胶机器人则完成不了上述工作，这个时候需要增加一轴U使得点胶阀可以倾斜一定角度满足侧面焊接的要求，另外再增加一周R使得点胶阀可以正向旋转180度或反向旋转180度，完成一个360度的运动，这样就形成了一台简易的五轴点胶机器人。

一台完整的五轴点胶机器人大致分为以下几个部分：

1）电机：执行电机是点胶机器人的动力源，它根据微处理器的指令来执行点胶机器人在五维空间里执行加工部件的相关动作。

2）算法：算法是点胶机器人的灵魂。点胶机器人必须采用一定的智能算法才能准确快速的从一点到达另外一点，形成点对点，或曲线轨迹的运动。

3）微处理器：微处理器是点胶机器人的核心部分，是点胶机器人的大脑。点胶机器人所有的信息，包括胶点大小，位置信息，和电机状态信息等都需要经过微处理器处理并做出相应的判断。

自动点胶机器人结合了多学科知识，对于提升在校学生的动手能力、团队协作能力和创新能力，促进学生课堂知识的消化和扩展学生的知识面都非常有帮助。自动点胶机器人技术的开展可以培养大批相关领域的人才，进而促进相关领域的技术发展和产业化进程。但是由于国内研发此机器人的单位较少，相对研发水平比较落后，研发的自动点胶机器人结构如图1，长时间运行发现存在着很多安全问题，即：

（1）在点胶初期，都是人工运动点胶阀到起始位置，然后仅仅依靠人眼进行初始位置的校正，使得精确度大大降低。

（2）作为自动点胶机器人的电源采用的是一般交流电源整流后的直流电源，当突然停电时会使整个点胶运动失败。

（3）作为自动点胶机器人的执行机构采用的是步进电机，经常会遇到丢失脉冲的问题出现，导致对位置的记忆出现错误。

（4）由于采用步进电机，使得机体发热比较严重，有的时候需要进行散热。

（5）由于采用步进电机，其电机本体一般都是多相结构，控制电路需要采用多个功率管，使得控制电路相对比较复杂，并且增加了控制器价格。

（6）由于采用步进电机，使得系统一般不适合在高速运行。

（7）由于采用步进电机，使得系统的力矩相对较小。

（8）由于控制不当的原因，导致有的时候步进电机产生共振。

（9）由于采用步进电机，使得系统运转的机械噪声大大增加，不利于环境保护。

（10）相对采用的都是一些体积比较大的插件元器件，使得自动点胶机器人控制系统占用较大的空间，重量相对都比较重。

（11）由于受周围环境不稳定因素干扰，单片机控制器经常会出现异常，引起自动点胶机器人失控，抗干扰能力较差。

（12）对于自动点胶机器人的点胶过程来说，一般要求其三个电机的PWM控制信号要同步，由于受单片机计算能力的限制，单一单片机伺服系统很难满足这一条件，使得自动点胶机器人点胶量不一致，特别是对于快速行走时。

（13）由于受单片机容量和算法影响，自动点胶机器人对胶点的信息没有存储，当遇到掉电情况时所有的信息将消失，这使得整个点胶过程要重新开始。

（14）点胶系统一旦开始，就要完成整个点胶运动，中间没有任何暂停或缓冲的点。

（15）由于自动点胶机器人要频繁的刹车和启动，加重了单片机的工作量，单一的单片机无法满足自动点胶机器人快速启动和停止的要求。

（16）在所有的点胶过程中，没有对点胶过的结果进行自动观测和补偿，有的时候使得整个曲线上胶量不一致，然后采用人工二次补胶。

因此，需要对现有的基于单片机控制的五轴自动点胶机器人控制器进行重新设计，寻求一种经济适用的中低速五轴自动点胶伺服系统。

发明内容

本发明的目的在于提供一种点胶机器人伺服控制器，其基于单片机+LM629五轴中低速全自动点胶机器人伺服控制器。

本发明的技术方案是，一种五轴中低速全自动点胶机器人伺服控制器，包括单片机、第一LM629芯片、第二LM629芯片、第三LM629芯片、第四LM629芯片、第五LM629芯片、第一电机驱动器、第二电机驱动器、第三电机驱动器、第四电机驱动器、第五电机驱动器、第一高速直流电机、第二高速直流电机、第三高速直流电机、第四高速直流电机及第五高速直流电机，所述的单片机分别与第一LM629芯片、第二LM629芯片、第三LM629芯片、第四LM629芯片及第五LM629芯片通讯连接，所述的第一LM629芯片发出控制信号至第一电机驱动器，所述的第二LM629芯片发出控制信号至第二电机驱动器，所述的第三LM629芯片发出控制信号至第三电机驱动器，所述的第四LM629芯片发出控制信号至第四电机驱动器，所述的第五LM629芯片发出控制信号至第五电机驱动器，所述的第一电机驱动器驱动第一高速直流电机，所述的第二电机驱动器驱动第二高速直流电机，所述的第三电机驱动器驱动第三高速直流电机，所述的第四电机驱动器驱动第四高速直流电机，所述的第五电机驱动器驱动第五高速直流电机，所述的单片机包括图像采集及处理模块。

在本发明一个较佳实施例中，所述的第一LM629芯片和第一高速直流电机之间还连接有第一编码器；所述的第二LM629芯片和第二高速直流电机之间还连接有第二编码器；所述的第三LM629芯片和第三高速直流电机之间还连接有第三编码器；所述的第四LM629芯片和第四高速直流电机之间还连接有第四编码器；所述的第五LM629芯片和第五高速直流电机之间还连接有第五编码器。

在本发明一个较佳实施例中，所述的单片机分别与第一LM629芯片、第二LM629芯片、第三LM629芯片、第四LM629芯片及第五LM629芯片通过数据总线通讯连接，所述的第一LM629芯片、第二LM629芯片、第三LM629芯片、第四LM629芯片及第五LM629芯片内部均包括接口，所述的接口用于连接数据总线。

在本发明一个较佳实施例中，所述的第一LM629芯片、第二LM629芯片、第三LM629芯片、第四LM629芯片及第五LM629芯片内部均还包括运动梯形图发生器，所述的运动梯形图发生器用于生成高速直流电机的速度运动梯形图，其包含的面积就是点胶机器人第一高速直流电机、第二高速直流电机、第三高速直流电机、第四高速直流电机以及第五高速直流电机分别要运行的距离。

在本发明一个较佳实施例中，所述的第一LM629芯片、第二LM629芯片、第三LM629芯片、第四LM629芯片及第五LM629芯片内部还包括电机位置解码器，所述的电机位置解码器用于解读点胶机器人的位置数据。

在本发明一个较佳实施例中，所述的第一LM629芯片、第二LM629芯片、第三LM629芯片、第四LM629芯片及第五LM629芯片内部还包括闭环PID调节器，所述的闭环PID调节器用于调节点胶机器人的驱动功率。

在本发明一个较佳实施例中，所述的第一高速直流电机、第二高速直流电机、第三高速直流电机、第四高速直流电机以及第五高速直流电机上均装有光码盘，所述的光码盘用于输出高速直流电机的位置信号。

本发明所述为一种五轴中低速全自动点胶机器人伺服控制器，加入了图形采集和处理单元，可以帮助自动运动控制系统定位和发现故障点，自动化程度大大提高。在初期运动过程中，由自动装置把点胶阀门推到初始位置，然后图像采集系统开启，帮助点胶阀对准初始位置，使得初始位置定位极其精确。在运动过程中，充分考虑了电池在这个系统中的作用，基于单片机+LM629芯片控制器时刻都在对自动点胶机器人的运行状态进行监测和运算，当遇到交流电源断电时，锂离子电池会立即提供能源，避免了自动点胶系统伺服系统运动的失败，并且在电池提供电源的过程中，时刻对电池的电流进行观测并保护，避免了大电流的产生，所以从根本上解决了大电流对锂离子电池的冲击，避免了由于大电流放电而引起的锂离子电池过度老化现象的发生。由LM629芯片处理自动点胶机器人的五只电机的独立伺服控制，使得控制比较简单，大大提高了运算速度，解决了单片机软件运行较慢的瓶颈，缩短了开发周期短，并且程序可移植能力强。本发明基本实现全贴片元器件材料，实现了单板控制，不仅节省了控制板占用空间，而且有利于自动点胶机器人体积和重量的减轻。为了提高运算速度和精度，本自动点胶机器人采用了高速直流电机替代了传统系统中常用的步进电机，使得运算精度大大提高，效率也有一定程度的提高。由于本控制器采用LM629芯片处理大量的数据与算法，把单片机从繁重的工作量中解脱出来，有效地防止了程序的“跑飞”，抗干扰能力大大增强。由LM629芯片输出PWM调制信号和方向信号，通过驱动电路可以直接驱动电机，不仅减轻了单片机的负担，简化了接口电路，而且省去了单片机内部编写位置、速度控制程序，以及各种PID算法的麻烦，使得系统的调试简单。在自动点胶机器人运行过程中，控制器会对电机的转矩进行在线辨识并利用电机力矩与电流的关系进行补偿，减少了电机转矩抖动对自动点胶机器人快速探索的影响。在控制中，单片机可以根据机器人外围运行情况适时调整LM629芯片内部的PID参数，实现分段P、PD、PID控制和非线性PID控制，使系统满足中低速运行时速度的切换。由于具有存储功能，这使得自动点胶机器人掉电后可以轻易的调取已经涂胶好的路径信息，即使出现故障后也可以轻易的二次点胶。LM629芯片的PID控制及运动控制类指令采用双缓冲结构，数据首先写入主寄存器，只有在写入相关命令后主寄存器的数据才能进一步装入工作寄存器，这样很容易实现两轴伺服运动的同步。在整个点胶过程中，如果图像采集系统发现有任何位置或任何胶点出现点胶问题，控制器会对上述位置或点胶点进行二次补偿。由于采用的单片机是工业级的C8051F120，在满足实用性的同时，其内核就是传统的8051的内核，使得编程者可以很好的二次开发。

附图说明

图1为现有单片机控制的两轴点胶机器人伺服控制器的原理图；

图2为本发明一较佳实施例的原理图；

图3为图2中处理器单元的方框图；

图4为本发明一较佳实施例的框图；

图5为本发明的速度曲线图；

图6为本发明的工作原理图。

具体实施方式

下面对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

单片机自20世纪70年代末诞生至今，经历了单片微型计算机SCM、微控制器MCU及片上系统SOC三大阶段，前两个阶段分别以MCS-51和80C51为代表。随着在嵌入式领域中对单片机的性能和功能要求越来越高，以往的单片机无论是运行速度还是系统集成度等多方面都不能满足新的设计需要，这时Silicon  Labs 公司推出了C8051F系列单片机，成为SOC的典型代表。 C8051F具有上手快(全兼容8051指令集)、研发快(开发工具易用，可缩短研发周期)和见效快(调试手段灵活)的特点，其性能优势具体体现在以下方面：

1）高速、流水线结构的8051兼容的CIP-51内核（100MIPS 或50MIPS）；

2）全速、非侵入式的在系统调试接口（片内）；

3）真正12位或10位、100ksps的ADC，带PGA 和8通道模拟多路开关；

4）真正8位500 ksps 的ADC，带PGA和8通道模拟多路开关；

5）两个12位DAC，具有可编程数据更新方式（仅C8051F12x）；

6）2周期的16x16乘法和累加引擎；

7）128KK或64KB可在系统编程的FLASH存储器；

8）8448（8K+256）字节的片内RAM；

9）可寻址64KB 地址空间的外部数据存储器接口；

10）硬件实现的SPI、SMBus/I2C和两个UART串行接口；

11）5个通用的16位定时器；

12）具有6个捕捉/比较模块的可编程计数器/定时器阵列；

13）片内看门狗定时器、VDD 监视器和温度传感器。

LM629是National semiconductor生产的一款用于精密运动控制的专用芯片，有24脚和28脚二种表面安装式封装，在一个芯片内集成了数字式运动控制的全部功能，使得设计一个快速、准确的运动控制系统的任务变得轻松、容易，它有以下特性：

1）工作频率为6MHz和8MHz，工作温度范围为-40℃～+85℃，使用5V电源；

2）32位的位置、速度和加速度存器；

3）8位分辨率的PWM脉宽调制输出；

4）16位可编程数字PID控制器；

5）内部的梯形速度发生器；

6）该芯片可实时修改速度、目标位置和PID控制参数；

7）实时可编程中断，可编程微分项采样间隔；

8）对增量码盘信号进行四倍频；

9）可设置于速度或位置伺服两种工作状态；

上述特点使得LM629特别适合伺服运动控制中。

如图2所示，包括交流电源、锂离子电池、多个信号处理器、处理器单元、多个高速直流电机以及点胶机器人，所述的交流电源与锂离子电池通过信号处理器合成，驱动所述的处理器单元，所述的处理器单元发出多个控制信号分别驱动所述多个高速直流电机，高速直流电机的控制信号经过信号处理器合成，从而驱动点胶机器人的运动，所述的信号处理器包括第一信号处理器和第二信号处理器，所述的控制信号包括第一控制信号、第二控制信号、第三控制信号、第四控制信号以及第五控制信号，所述的高速直流电机包括第一高速直流电机、第二高速直流电机、第三高速直流电机、第四高速直流电机以及第五高速直流电机，所述的处理器单元为一双核处理器，包括单片机和LM629芯片。

如图3所示，处理器单元包括设于单片机和LM629芯片的上位机系统和运动控制系统，所述的上位机系统包括人机界面模块、路径读取模块、轨迹参数预设模块及在线输出模块，所述的运动控制系统包括五轴伺服控制模块、数据存储模块、I/O控制模块以及图像采集及处理模块，其中，单片机控制人机界面模块、路径读取模块、轨迹参数预设模块、在线输出模块、数据存储模块、I/O控制模块以及图像采集及处理模块，LM629芯片控制五轴伺服控制模块，且单片机和LM629芯片之间实时进行数据交换和调用。

如图4所示，包括单片机、第一LM629芯片、第二LM629芯片、第三LM629芯片、第四LM629芯片、第五LM629芯片、第一电机驱动器、第二电机驱动器、第三电机驱动器、第四电机驱动器、第五电机驱动器、第一高速直流电机、第二高速直流电机、第三高速直流电机、第四高速直流电机及第五高速直流电机，所述的单片机分别与第一LM629芯片、第二LM629芯片、第三LM629芯片、第四LM629芯片及第五LM629芯片通讯连接，所述的第一LM629芯片发出控制信号至第一电机驱动器，所述的第二LM629芯片发出控制信号至第二电机驱动器，所述的第三LM629芯片发出控制信号至第三电机驱动器，所述的第四LM629芯片发出控制信号至第四电机驱动器，所述的第五LM629芯片发出控制信号至第五电机驱动器，所述的第一电机驱动器驱动第一高速直流电机，所述的第二电机驱动器驱动第二高速直流电机，所述的第三电机驱动器驱动第三高速直流电机，所述的第四电机驱动器驱动第四高速直流电机，所述的第五电机驱动器驱动第五高速直流电机，所述的单片机包括图像采集及处理模块。所述的第一LM629芯片和第一高速直流电机之间还连接有第一编码器；所述的第二LM629芯片和第二高速直流电机之间还连接有第二编码器；所述的第三LM629芯片和第三高速直流电机之间还连接有第三编码器；所述的第四LM629芯片和第四高速直流电机之间还连接有第四编码器；所述的第五LM629芯片和第五高速直流电机之间还连接有第五编码器。所述的单片机分别与第一LM629芯片、第二LM629芯片、第三LM629芯片、第四LM629芯片及第五LM629芯片通过数据总线通讯连接。所述的第一LM629芯片、第二LM629芯片、第三LM629芯片、第四LM629芯片及第五LM629芯片内部均包括接口，所述的接口用于连接数据总线。所述的第一LM629芯片、第二LM629芯片、第三LM629芯片、第四LM629芯片及第五LM629芯片内部均还包括运动梯形图发生器，所述的运动梯形图发生器用于生成高速直流电机的速度运动梯形图，如图5所示，其包含的面积就是点胶机器人第一高速直流电机、第二高速直流电机、第三高速直流电机、第四高速直流电机以及第五高速直流电机分别要运行的距离。所述的第一LM629芯片、第二LM629芯片、第三LM629芯片、第四LM629芯片及第五LM629芯片内部还包括电机位置解码器，所述的电机位置解码器用于解读点胶机器人的位置数据。所述的第一LM629芯片、第二LM629芯片、第三LM629芯片、第四LM629芯片及第五LM629芯片内部还包括闭环PID调节器，所述的闭环PID调节器用于调节点胶机器人的驱动功率。所述的第一高速直流电机、第二高速直流电机、第三高速直流电机、第四高速直流电机以及第五高速直流电机上均装有光码盘，所述的光码盘用于输出高速直流电机的位置信号。

对于本发明设计的单片机+LM629控制器，如图6所示，X轴、Y轴、Z轴、U轴及R轴分别对应第一高速直流电机、第二高速直流电机、第三高速直流电机、第四高速直流电机以及第五高速直流电机，在电源打开状态下，自动点胶机器人先进入自锁状态，第一高速直流电机和第二高速直流电机同时工作将执行机构(包括胶刷和出胶头)自动移动到废胶回收处，第四高速直流电机先调整其点胶头倾斜的角度，第五高速直流电机调整点胶阀需要旋转的角度，然后第三高速直流电机调整点胶阀到预设位置，然后自动打开点胶阀门胶体自动流出，等均匀后开始运动到起始点，此时图像采集系统开启，自动校正点胶阀与起始点的对准位置。自动点胶机器人把储存的实际路径参数和胶点信息传输给控制器中的单片机，单片机把这些环境参数转化为自动点胶机器人在指定运动轨迹下第一高速直流电机、第二高速直流电机和第三高速直流电机要运行的距离、速度和加速度以及第四高速直流电机、第五高速直流电机要旋转的角度、速度和加速度，单片机然后与LM629芯片通讯，由LM629芯片根据这些参数处理五个独立电机的伺服控制，并把处理数据通讯给单片机，由单片机继续处理后续的运行状态。

具体的功能实现如下：

1）打开电源，自动传送装置把安装在夹具上的加工部件自动传送到工作区域。

2）在打开电源瞬间单片机会对电源电压来源进行判断，当确定是蓄电池供电时，如果电池电压低压的话，将禁止LM629芯片工作，电机不能自锁，同时电压传感器将工作，控制器会发出低压报警信号。

3）启动机器人自动控制程序，通过控制器232串口输入任务或者从硬盘装载任务。

4）开启图像采集装置，帮助第一高速直流电机和第二高速直流电机同时工作将执行机构(包括胶刷和出胶头)移动到废胶回收出，先开启第四高速直流电机调整其点胶头倾斜的角度，然后第五高速直流电机调整点胶阀需要旋转的角度，最后开启第四高速直流电机自动调整点胶阀到达设定位置，开启点胶阀门，调整胶体到均匀状态，然后移动执行机构到起始点上方，此时图像采集系统再次开启，然后通过图像采集结果校正点胶头对准初始位置，然后置所有的LM629芯片工作状态为“忙”，防止误操作。

5）在出胶信号有效条件下，控制器准备开启第一高速直流电机、第二高速直流电机和第三高速直流电机的LM629芯片，使点胶机器人开始工作，第四高速直流电机和第五高速直流电机自锁在原有状态。

6）为了能够驱动五轴自动点胶机器人进行运动，本控制系统引入了五片LM629芯片，为了减少数据总线占用的口地址，第三高速直流电机和第四高速直流电机采用相同的数据总线，第二高速直流电机和第五高速直流电机采用相同的数据总线，通过不同的命令采用分步骤的方式启动各个第三高速直流电机、第四高速直流电机、第二高速直流电机和第五高速直流电机，分别来完成点胶阀的垂直距离、倾斜角度、水平距离和旋转角度的设定。

7）对于基于LM629芯片的系统来说，“忙”状态的检测是整个伺服系统设计的首要部分，在处理器向LM629芯片写命令或者读写数字后，“忙”状态位会被立刻置位，此时，会忽略一切命令数据传输，直至“忙”状态被复位，所以在每次运动之前先检测此状态位，判断是否为“忙”，如果是“忙”要进行软件复位，使系统可以进行数据通讯。

8）对于基于LM629芯片的系统来说，复位也是LM629芯片伺服系统操作中重要的一个环节，复位后，查看LM629芯片的状态字，如果不等于84H或者C4H，说明硬件复位失败，必须重新复位，否则LM629芯片不可以正常工作。

9）在自动点胶机器人运动过程中，单片机会时刻储存所经过的距离或者是经过的点胶点，并根据这些距离信息计算并确定对下一个胶点自动点胶机器人第一高速直流电机和第二高速直流电机要运行的距离、速度和加速度，然后与LM629芯片通讯，传输这些参数给LM629芯片，然后由LM629芯片生成速度运动梯形图，这个梯形包含的面积就是自动点胶机器人第一高速直流电机和第二高速直流电机要运行的距离。

10）在自动点胶机器人第一高速直流电机和第二高速直流电机在二维平面上运动过程中，单片机根据胶点需要倾斜的角度，使控制第四高速直流电机的LM629芯片工作，单片机把点胶阀倾斜角度需要运行的距离、速度和加速度送给LM629芯片，然后LM629芯片生成U轴电机速度运动梯形图，这个梯形包含的面积就是自动点胶机器人第四高速直流电机和要运行的角度，然后第四高速直流电机自锁，保持点胶阀倾斜的角度，设置U轴的LM629芯片状态为“忙”，使其不能和总线进行数据通讯，达到释放数据总线的目的。然后对Z轴的LM629芯片“忙”进行复位，使得其可以与数据总线通讯，控制器把决定点胶点胶量大小的第三高速直流电机运动的距离、速度、加速度信号传输给LM629芯片，然后由LM629芯片生成速度运动梯形图，这个梯形包含的面积就是自动点胶机器人第三高速直流电机和要运行的距离。

11）在点胶阀到达预设高度和倾斜角度后，设置Y轴的LM629芯片状态为“忙”，使其不能和总线进行数据通讯，达到释放数据总线的目的。然后对R轴的LM629芯片“忙”进行复位，使得其可以与数据总线通讯，控制器把点胶阀需要旋转的角度、角速度和角加速度信号传输给LM629芯片，然后由LM629芯片生成R轴电机运动的速度运动梯形图，这个梯形包含的面积就是自动点胶机器人第五高速直流电机需要旋转的角度。

12）在运动过程中如果自动点胶机器人控制器发现无论X轴、Y轴、Z轴、U轴还是R轴胶点距离求解出现死循环将向单片机发出中断请求，单片机会对中断做第一时间响应，如果单片机的中断响应没有来得及处理，自动点胶机器人的X电机、Y电机、Z轴电机、U轴电机和R轴电机将原地自锁，并储存当前信息，等待故障排除后，二次开启时重新调取点胶信息，继续执行未完成的任务。

13）装在第一高速直流电机、第二高速直流电机、第三高速直流电机、第四高速直流电机和第五高速直流电机上的光码盘会输出其位置信号A和位置信号B，光码盘的位置信号A脉冲和B脉冲逻辑状态每变化一次，LM629芯片内的位置寄存器会根据第一高速直流电机、第二高速直流电机、第三高速直流电机、第四高速直流电机和第五高速直流电机的运行方向加1或者是减1；

14）光码盘的位置信号A脉冲和B脉冲和Z脉冲同时为低电平时，就产生一个INDEX信号给LM629芯片寄存器，记录电机的绝对位置，然后换算成自动点胶机器人在XYZUR五维空间中的具体位置。

15）单片机根据自动点胶机器人在XYZUR五维空间中的具体位置，送相应的加速度、速度和位置数据等给相应的LM629芯片的梯形图发生器作为参考值，由梯形图此计算出自动点胶机器人需要更新的第一高速直流电机、第二高速直流电机、第三高速直流电机、第四高速直流电机和第五高速直流电机实际加速度、速度和位置信号。

16）在点胶过程中，如果图像采集系统发现有任何位置的点胶出现问题，存储器记录下当前位置信息，然后计算机根据自动点胶机器人在点胶部件的具体位置与带有问题的胶点位置比较并计算得到相应的加速度、速度和位置数据，然后通过数据总线传输给LM629芯片的梯形图发生器作为参考值，由梯形图此计算出自动点胶机器人到达更新点需要的实际加速度、速度和位置信号，然后控制第一高速直流电机、第二高速直流电机到达指定目标后，开启图像采集系统，先开启第四高速直流电机调节点胶阀的倾斜角度，然后开启第五高速直流电机使点胶阀旋转一个位置，然后由第三高速直流电机进行二次点胶补偿，点胶完毕后再回到点胶阀原有的倾斜角度和Z轴预定高度以及未旋转前的角度，回到存储器当初寄存下的位置，重新继续原有的工作。

17）如果自动点胶机器人在运行过程中遇到突然断电时，蓄电池会自动开启立即对点胶机器人进行供电，当第一高速直流电机、第二高速直流电机、第三高速直流电机、第四高速直流电机和第五高速直流电机中的任何一个运动电流超过设定值时，LM629芯片的中断命令LPES将会向控制器发出中断请求，此时控制器会立即控制所有LM629芯片停止工作，既防止了蓄电池大电流放电的发生，又防止了点胶过程中故障发生对点胶点胶量的影响。

18）如果在点胶过程中读到了人机界面上输入的自动暂停点，单片机会控制LM629芯片以最大的加速度停车使X电机、Y电机和Z电机暂停在设置点，并存储当前坐标信息，直到控制器读到再次按下“开始”按钮信息才可以使LM629芯片重新工作，并调取存储信息使点胶机器人从自动暂停点可以继续工作。

19）自动点胶机器人在运行过程会时刻检测电池电压，当系统出现低压时，传感器会通知控制器开启并发出报警提示，有效地保护了锂离子电池。

20)当完成整个加工部件的点胶运动后，点胶阀会停止出胶，然后控制点胶机器人走出运动轨迹。

21)点胶机器人根据新的工作部件具体位置，重新设定位置零点，等待下一周期新的工作。

综上所述，本发明为克服单一单片机不能满足自动点胶机器人行走的稳定性和快速性的要求，舍弃了国产自动点胶机器人所采用的单一单片机工作模式，在吸收国外先进控制思想的前提下，自主发明了基于单片机+LM629芯片的全新控制模式。控制板以LM629芯片为处理核心，实现数字信号的实时处理，把单片机从复杂的工作当中解脱出来，实现部分的信号处理算法和LM629芯片的控制逻辑，并响应中断，实现数据通信和存储实时信号。

本发明所述为一种五轴中低速全自动点胶机器人伺服控制器，加入了图形采集和处理单元，可以帮助自动运动控制系统定位和发现故障点，自动化程度大大提高。在初期运动过程中，由自动装置把点胶阀门推到初始位置，然后图像采集系统开启，帮助点胶阀对准初始位置，使得初始位置定位极其精确。在运动过程中，充分考虑了电池在这个系统中的作用，基于单片机+LM629芯片控制器时刻都在对自动点胶机器人的运行状态进行监测和运算，当遇到交流电源断电时，锂离子电池会立即提供能源，避免了自动点胶系统伺服系统运动的失败，并且在电池提供电源的过程中，时刻对电池的电流进行观测并保护，避免了大电流的产生，所以从根本上解决了大电流对锂离子电池的冲击，避免了由于大电流放电而引起的锂离子电池过度老化现象的发生。由LM629芯片处理自动点胶机器人的五只电机的独立伺服控制，使得控制比较简单，大大提高了运算速度，解决了单片机软件运行较慢的瓶颈，缩短了开发周期短，并且程序可移植能力强。本发明基本实现全贴片元器件材料，实现了单板控制，不仅节省了控制板占用空间，而且有利于自动点胶机器人体积和重量的减轻。为了提高运算速度和精度，本自动点胶机器人采用了高速直流电机替代了传统系统中常用的步进电机，使得运算精度大大提高，效率也有一定程度的提高。由于本控制器采用LM629芯片处理大量的数据与算法，把单片机从繁重的工作量中解脱出来，有效地防止了程序的“跑飞”，抗干扰能力大大增强。由LM629芯片输出PWM调制信号和方向信号，通过驱动电路可以直接驱动电机，不仅减轻了单片机的负担，简化了接口电路，而且省去了单片机内部编写位置、速度控制程序，以及各种PID算法的麻烦，使得系统的调试简单。在自动点胶机器人运行过程中，控制器会对电机的转矩进行在线辨识并利用电机力矩与电流的关系进行补偿，减少了电机转矩抖动对自动点胶机器人快速探索的影响。在控制中，单片机可以根据机器人外围运行情况适时调整LM629芯片内部的PID参数，实现分段P、PD、PID控制和非线性PID控制，使系统满足中低速运行时速度的切换。由于具有存储功能，这使得自动点胶机器人掉电后可以轻易的调取已经涂胶好的路径信息，即使出现故障后也可以轻易的二次点胶。LM629芯片的PID控制及运动控制类指令采用双缓冲结构，数据首先写入主寄存器，只有在写入相关命令后主寄存器的数据才能进一步装入工作寄存器，这样很容易实现两轴伺服运动的同步。在整个点胶过程中，如果图像采集系统发现有任何位置或任何胶点出现点胶问题，控制器会对上述位置或点胶点进行二次补偿。由于采用的单片机是工业级的C8051F120，在满足实用性的同时，其内核就是传统的8051的内核，使得编程者可以很好的二次开发。

以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明所揭露的技术范围内，可不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种五轴中低速全自动点胶机器人伺服控制器，包括单片机、第一LM629芯片、第二LM629芯片、第三LM629芯片、第四LM629芯片、第五LM629芯片、第一电机驱动器、第二电机驱动器、第三电机驱动器、第四电机驱动器、第五电机驱动器、第一高速直流电机、第二高速直流电机、第三高速直流电机、第四高速直流电机及第五高速直流电机，其特征在于：所述的单片机分别与第一LM629芯片、第二LM629芯片、第三LM629芯片、第四LM629芯片及第五LM629芯片通讯连接，所述的第一LM629芯片发出控制信号至第一电机驱动器，所述的第二LM629芯片发出控制信号至第二电机驱动器，所述的第三LM629芯片发出控制信号至第三电机驱动器，所述的第四LM629芯片发出控制信号至第四电机驱动器，所述的第五LM629芯片发出控制信号至第五电机驱动器，所述的第一电机驱动器驱动第一高速直流电机，所述的第二电机驱动器驱动第二高速直流电机，所述的第三电机驱动器驱动第三高速直流电机，所述的第四电机驱动器驱动第四高速直流电机，所述的第五电机驱动器驱动第五高速直流电机，所述的单片机包括图像采集及处理模块。

2.根据权利要求1所述的五轴中低速全自动点胶机器人伺服控制器，其特征在于：所述的第一LM629芯片和第一高速直流电机之间还连接有第一编码器；所述的第二LM629芯片和第二高速直流电机之间还连接有第二编码器；所述的第三LM629芯片和第三高速直流电机之间还连接有第三编码器；所述的第四LM629芯片和第四高速直流电机之间还连接有第四编码器；所述的第五LM629芯片和第五高速直流电机之间还连接有第五编码器。

3.根据权利要求1所述的五轴中低速全自动点胶机器人伺服控制器，其特征在于：所述的单片机分别与第一LM629芯片、第二LM629芯片、第三LM629芯片、第四LM629芯片及第五LM629芯片通过数据总线通讯连接，所述的第一LM629芯片、第二LM629芯片、第三LM629芯片、第四LM629芯片及第五LM629芯片内部均包括接口，所述的接口用于连接数据总线。

4.根据权利要求1所述的五轴中低速全自动点胶机器人伺服控制器，其特征在于：所述的第一LM629芯片、第二LM629芯片、第三LM629芯片、第四LM629芯片及第五LM629芯片内部均还包括运动梯形图发生器，所述的运动梯形图发生器用于生成高速直流电机的速度运动梯形图，其包含的面积就是点胶机器人第一高速直流电机、第二高速直流电机、第三高速直流电机、第四高速直流电机以及第五高速直流电机分别要运行的距离。

5.根据权利要求1所述的五轴中低速全自动点胶机器人伺服控制器，其特征在于：所述的第一LM629芯片、第二LM629芯片、第三LM629芯片、第四LM629芯片及第五LM629芯片内部还包括电机位置解码器，所述的电机位置解码器用于解读点胶机器人的位置数据。

6.根据权利要求1所述的五轴中低速全自动点胶机器人伺服控制器，其特征在于：所述的第一LM629芯片、第二LM629芯片、第三LM629芯片、第四LM629芯片及第五LM629芯片内部还包括闭环PID调节器，所述的闭环PID调节器用于调节点胶机器人的驱动功率。

7.根据权利要求1所述的五轴中低速全自动点胶机器人伺服控制器，其特征在于：所述的第一高速直流电机、第二高速直流电机、第三高速直流电机、第四高速直流电机以及第五高速直流电机上均装有光码盘，所述的光码盘用于输出高速直流电机的位置信号。

Images