CN103264391A

CN103264391A - 一种双核两自由度中速锡焊机器人伺服控制器

Info

Publication number: CN103264391A
Application number: CN2013101654037A
Authority: CN
Inventors: 张好明; 王应海
Original assignee: Suzhou Industrial Park Institute of Vocational Technology
Current assignee: Suzhou Industrial Park Institute of Vocational Technology
Priority date: 2013-05-08
Filing date: 2013-05-08
Publication date: 2013-08-28

Abstract

本发明公开了一种双核两自由度中速锡焊机器人伺服控制器，包括：电源单元、双核控制单元和锡焊控制单元，所述电源单元包括交流电源和电池，所述双核控制单元包括相连的数字信号处理芯片和运动控制芯片，所述锡焊控制单元包括运动控制电机和出锡量控制电机，所述电源单元与所述双核控制单元相连，所述锡焊控制单元皆与所述双核控制单元相连。通过上述方式，本发明双核两自由度中速锡焊机器人伺服控制器两自由度控制精确、出锡速度和出锡长度准确度高、自动化程度高、工作效率高、锡焊动作的精确度高。

Description

一种双核两自由度中速锡焊机器人伺服控制器

技术领域

本发明涉及锡焊机器人领域，特别是涉及一种双核两自由度中速锡焊机器人伺服控制器。

背景技术

锡焊机器人作为新型的自动化的锡焊工具，直接将机器人变为直接生产力，它在改变传统的生产模式的同时，提高生产率及对市场的适应能力方面也显示出极大的优越性，并且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，但是现有的锡焊机器人的主控芯片，采用的多是8位的单片机，计算能力不够，导致焊接系统运行速度较慢，除此之外，现有的锡焊机器人采用步进电机，其本体一般都是多相结构，控制电路需要采用多个功率管，使得其控制电路相对比较复杂，并且增加了控制器的价格，并且多相之间的来回切换，使得系统的脉动转矩增大，不利于系统动态性能的提高，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，并且由于自动锡焊机器人在焊点间的频繁点焊，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锡焊机器人快速启动和停止的要求，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，引起锡焊机器人失控，抗干扰能力较差。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种两自由度控制精确、出锡速度和出锡长度准确度高、自动化程度高、工作效率高、锡焊动作的精确度高的双核两自由度中速锡焊机器人伺服控制器。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种双核两自由度中速锡焊机器人伺服控制器，包括：电源单元、双核控制单元和锡焊控制单元，所述电源单元包括交流电源和电池，所述双核控制单元包括相连的数字信号处理芯片和运动控制芯片，所述锡焊控制单元包括运动控制电机和出锡量控制电机，所述电源单元与所述双核控制单元相连，所述锡焊控制单元皆与所述双核控制单元相连。

在本发明一个较佳实施例中，所述双核控制单元设有双缓冲结构，所述双缓冲结构包括主寄存器和工作寄存器。

在本发明一个较佳实施例中，所述运动控制电机和出锡量控制电机皆为带有512线光电编码器的永磁直流伺服电机。

在本发明一个较佳实施例中，所述电池为锂离子电池。

在本发明一个较佳实施例中，所述中速锡焊机器人伺服控制器还设有检测单元，所述检测单元包括电压检测和温度检测，所述检测单元与所述双核控制单元相连。

在本发明一个较佳实施例中，所述检测单元还包括存储功能控制，所述存储功能控制与所述双核控制单元相连。

在本发明一个较佳实施例中，所述检测单元还包括暂停点设定控制，所述暂停点设定控制与所述双核控制单元相连。

本发明的有益效果是：本发明双核两自由度中速锡焊机器人伺服控制器两自由度控制精确、出锡速度和出锡长度准确度高、自动化程度高、工作效率高、锡焊动作的精确度高、有效保护了大电流对电池的冲击。

附图说明

图1是本发明双核两自由度中速锡焊机器人伺服控制器一较佳实施例的控制程序示意图；

附图中各部件的标记如下：1、电源单元；11、交流电源；12、锂离子电池；2、双核控制单元；21、数字信号处理芯片；22、运动控制芯片；23、主寄存器；24、工作寄存器；3、锡焊控制单元；31、X电机；32、Y电机；33、Z电机；4、检测单元；41、电压检测；42、温度检测；43、存储功能控制；44、暂停点设定控制。

具体实施方式

下面结合附图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。

请参阅图1，一种双核两自由度中速锡焊机器人伺服控制器，包括：电源单元1、双核控制单元2和锡焊控制单元3，所述电源单元1包括交流电源11和电池，所述双核控制单元2包括相连的数字信号处理芯片21和运动控制芯片22，所述锡焊控制单元3包括运动控制电机和出锡量控制电机，所述运动控制电机为用于控制锡焊焊头在二维平面上运动的X电机31和Y电机32，所述出锡量控制电机为用于控制锡焊焊头出锡速度和出锡长度的Z电机33，所述电源单元1与所述双核控制单元2相连，所述锡焊控制单元3皆与所述双核控制单元2相连。

另外，所述双核控制单元2设有双缓冲结构，所述双缓冲结构包括主寄存器23和工作寄存器24。

另外，所述运动控制电机和出锡量控制电机皆为带有512线光电编码器的永磁直流伺服电机，即所述X电机31、Y电机32和Z电机33皆为带有512线光电编码器的永磁直流伺服电机。

另外，所述电池为锂离子电池12。

另外，所述中速锡焊机器人伺服控制器还设有检测单元4，所述检测单元4包括电压检测41和温度检测42，所述检测单元4与所述双核控制单元2相连。

另外，所述检测单元4还包括存储功能控制43，所述存储功能控制43与所述双核控制单元2相连。

另外，所述检测单元4还包括暂停点设定控制44，所述暂停点设定控制44与所述双核控制单元2相连。

再如图1所示，锡焊机器人的工作流程如下：

（1）操作人员把加工部件安装在夹具上。

（2）打开焊锡机器人电源，在打开电源瞬间，电压检测41会被工作电压进行检测，并且将检测结果发送给数字信号处理芯片21，数字信号处理芯片21会对电源电压来源进行判断，当确定是锂离子电池12供电时，如果锂离子电池12电压处于低压的话，将禁止运动控制芯片22工作，X电机31、Y电机32和Z电机33皆不能工作，同时电压传感器将工作，锡焊机器人会发出低压报警信号。

（3）将锡焊机器人移动到起始点上方，调整好位姿，本实施例中的数字信号处理芯片21运行时钟可达150MHz，处理性能可达150MIPS，每条指令周期6.67ns，IO口丰富，对用户一般的应用来说足够了，两个串口，具有12位的0～3.3v的AD转换等，具有片内128k×16位的片内FLASH，18K ×16 位的SRAM，一般的应用系统可以不要外扩存储器。加上独立的算术逻辑单元，拥有强大的数字信号处理能力。此外，大容量的RAM被集成到该芯片内，可以极大地简化外围电路设计，降低系统成本和系统复杂度，也大大提高了数据的存储处理能力。

本实施例中的运动控制芯片22是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：工作频率为6MHz～8MHz，工作温度范围为-40℃～+85℃ ，使用5V电源，32位的位置、速度和加速度存器，8位分辨率的PWM脉宽调制输出，16位可编程数字PID控制器，内部的梯形速度发生器，该芯片可实时修改速度、目标位置和PID控制参数，实时可编程中断，可编程微分项采样间隔，对增量码盘信号进行四倍频，可设置于速度或位置伺服两种工作状态。

运动控制芯片22的PID控制及运动控制类指令采用双缓冲结构，数据首先由数字信号处理芯片21写入主寄存器23，只有在写入相关命令后主寄存器23的数据才能进一步装入工作寄存器24，这样很容易实现两自由度伺服运动的任意控制，也使得两自由度的同步控制成为可能。

（4）在锡焊机器人锡焊过程中，存储功能控制43会时刻储存所经过的距离或者是经过的焊点，并根据这些距离信息由数字信号处理芯片21计算得到相对下一个焊点，锡焊机器人X电机31和Y电机32要运行的距离、速度和加速度，数字信号处理芯片21然后与运动控制芯片22通讯，传输这些参数给运动控制芯片22，然后由运动控制芯片22生成X电机31和Y电机32速度运动梯形图，这个梯形包含的面积就是锡焊机器人X电机31和Y电机32要运行的距离，然后再根据X电机31和Y电机32光电编码盘信息生成控制电机X电机31和Y电机32运行的PWM波和运动方向信号。

当到达预定焊点位置后，烙铁在设定时间内开始对焊点进行加热，在加热期间，温度检测42进行温度监控，并将监控结果发送给数字信号处理芯片21，数字信号处理芯片21会对焊点信息和烙铁温度进入二次确认，然后转化为Z电机33需要运行的距离、速度和加速度以及PID等预设参数，数字信号处理芯片21把这些参数传输给出锡系统的运动控制芯片22，然后由运动控制芯片22生成出锡系统Z电机33的速度运动梯形图，这个梯形包含的面积就是锡焊机器人出锡系统Z电机33要运行的距离，然后再根据光电编码盘信息生成控制Z电机33运行的PWM波和运动方向信号。

因此，在锡焊的整个过程中，数字信号处理芯片21可以通过数据总线传输更新的PID参数给运动控制芯片22梯形图发生器，梯形图结合电机位置解码可以更新PWM波信号，用来实现自动锡焊机器人两自由度伺服系统X电机31、Y电机32和出锡系统Z电机33的精确伺服控制。

（5）为了能够目测焊点质量和清洗烙铁头上的残锡，系统在人机界面上加入了暂停点设定控制44，如果在锡焊过程中读到了人机界面上设置的自动暂停点，数字信号处理芯片21会控制运动控制芯片22以最大的加速度使X电机31、Y电机32停车，烙铁进入休眠状态，并存储当前信息，直到数字信号处理芯片21读到再次按下“开始”按钮信息才可以使运动控制芯片22重新工作，并调取暂停点设定控制44的存储信息和开启烙铁使锡焊机器人从暂停点可以继续工作。

当锡焊机器人在运行过程中遇到突然断电时，锂离子电池12会自动开启立即对锡焊机器人进行供电，当电机的运动电流超过设定值时，运动控制芯片22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运动控制芯片22停止工作，从而有效地避免了锂离子电池12大电流放电的发生。

在运动过程中，如果检测到X电机31、Y电机32或Z电机33的电机转矩出现脉动，运动控制芯片22会自动补偿，减少了电机转矩对锡焊过程的影响。

（6）当完成整个加工部件的锡焊运动后，Z电机33一般在运动控制芯片22的控制下反向运动把焊锡丝拉回一个小的距离，并记录此值，然后立即自锁，经过一个延时，走出运动轨迹，锡焊机器人重新设定位置零点，等待下一周期的任务。

本发明双核两自由度中速锡焊机器人伺服控制器克服了单一单片机不能满足两自由度锡焊机器人行走的稳定性和快速性的要求，自主发明了基于数字信号处理芯片和运动控制芯片的全新双核控制模式，控制板以运动控制芯片为处理核心，实现数字信号的实时处理，把数字信号处理芯片从复杂的工作当中解脱出来，实现部分的信号处理算法和运动控制芯片的控制逻辑，并响应中断，实现数据通信和存储实时信号。

区别于现有技术，本发明双核两自由度中速锡焊机器人伺服控制器两自由度控制精确、出锡速度和出锡长度准确度高、自动化程度高、工作效率高、锡焊动作的精确度高、有效保护了大电流对电池的冲击。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims

1.一种双核两自由度中速锡焊机器人伺服控制器，其特征在于，包括：电源单元、双核控制单元和锡焊控制单元，所述电源单元包括交流电源和电池，所述双核控制单元包括相连的数字信号处理芯片和运动控制芯片，所述锡焊控制单元包括运动控制电机和出锡量控制电机，所述电源单元与所述双核控制单元相连，所述锡焊控制单元皆与所述双核控制单元相连。

2.根据权利要求1所述的双核两自由度中速锡焊机器人伺服控制器，其特征在于，所述双核控制单元设有双缓冲结构，所述双缓冲结构包括主寄存器和工作寄存器。

3.根据权利要求1所述的双核两自由度中速锡焊机器人伺服控制器，其特征在于，所述运动控制电机和出锡量控制电机皆为带有512线光电编码器的永磁直流伺服电机。

4.根据权利要求1所述的双核两自由度中速锡焊机器人伺服控制器，其特征在于，所述电池为锂离子电池。

5.根据权利要求1所述的双核两自由度中速锡焊机器人伺服控制器，其特征在于，所述中速锡焊机器人伺服控制器还设有检测单元，所述检测单元包括电压检测和温度检测，所述检测单元与所述双核控制单元相连。

6.根据权利要求5所述的双核两自由度中速锡焊机器人伺服控制器，其特征在于，所述检测单元还包括存储功能控制，所述存储功能控制与所述双核控制单元相连。

7.根据权利要求5所述的双核两自由度中速锡焊机器人伺服控制器，其特征在于，所述检测单元还包括暂停点设定控制，所述暂停点设定控制与所述双核控制单元相连。