CN203221503U - 双核单自由度中速锡焊机器人伺服控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种双核单自由度中速锡焊机器人伺服控制系统，其包括控制芯片单元、温度控制单元、运动控制单元和电源单元，所述控制芯片单元包括数字信号处理芯片和数字式专用运动控制芯片，温度控制单元包括温度监测装置、出锡管、焊接头和加热装置，运动控制单元包括速度监测装置、运动控制电机和出锡控制电机，温度监测装置、加热装置和所述速度监测装置与所述数字信号处理芯片相连接，运动控制电机和出锡控制电机与所述数字式专用运动控制芯片进行连接，数字信号处理芯片和所述数字式专用运动控制芯片进行连接。通过上述方式，本实用新型提供的双核单自由度中速锡焊机器人伺服控制系统，可以更加准确的控制锡焊机器人的动作，使得锡焊工作更加精确高效。

Description

双核单自由度中速锡焊机器人伺服控制系统

技术领域

本实用新型涉及了锡焊机器人领域，特别是涉及了一种双核单自由度中速锡焊机器人伺服控制系统。

背景技术

在高技术迅猛发展的今天，人们开始使用锡焊机器人来进行锡焊作业，但是普通的锡焊机器人通常采用了步进电机来进行伺服工作，但是步进电机性能不稳定，容易丢失数据，而且控制电路比较复杂提高了成本，也降低了动态性能。另外，普通的控制芯片的计算能力不强、容量小，无法满足自动锡焊机器人快速启动和停止的要求，而且，在锡焊过程中，常常忽略了对焊接头的清洗，经常导致因为残锡而产生焊接不良或焊点污秽的情况发生。

随着现代制造工艺的技术发展，普通的锡焊机器人已经不能满足人们的需求，所以人们需要更加符合人们要求的锡焊机器人控制系统。

实用新型内容

本实用新型主要是针对现在市场的要求，提供了一种具有功能多样、准确高效的双核单自由度中速锡焊机器人伺服控制系统。

为了实现上述目的，本实用新型提供以下技术方案：

本实用新型提供了一种双核单自由度中速锡焊机器人伺服控制系统，其包括控制芯片单元、温度控制单元、运动控制单元和电源单元，所述电池单元包括交流电源、电池和电源检测装置，所述控制芯片单元包括数字信号处理芯片和数字式专用运动控制芯片，所述温度控制单元包括温度监测装置、出锡管、焊接头和加热装置，所述运动控制单元包括速度监测装置、运动控制电机和出锡控制电机，所述电源检测装置、所述温度监测装置、所述加热装置和所述速度监测装置与所述数字信号处理芯片进行连接，所述运动控制电机和出锡控制电机与所述数字式专用运动控制芯片进行连接，所述数字信号处理芯片和所述数字式专用运动控制芯片进行连接，所述出锡管与所述出锡控制电机相连接，所述焊接头与所述运动控制电机相连接。

在本实用新型一个较佳实施例中，所述控制芯片单元包括两片数字式专用运动控制芯片。

在本实用新型一个较佳实施例中，所述运动控制电机和所述出锡控制电机采用了带有512线光电编码盘的永磁直流伺服电机。

在本实用新型一个较佳实施例中，所述电池采用了锂离子电池。

在本实用新型一个较佳实施例中，所述双核单自由度中速锡焊机器人伺服控制系统采用了贴片式元器件。

本实用新型的有益效果是：本实用新型所述的双核单自由度中速锡焊机器人伺服控制系统，可以提高机器人的工作效率和动作的精准度，为产品的质量提供了一定保证。 

附图说明

图1是本实用新型双核单自由度中速锡焊机器人伺服控制系统一较佳实施

例的结构示意图；

附图中各部件的标记如下：1、电源,2、电池,3、电源检测装置，4、数字信号处理芯片，5、数字式专用运动控制芯片，6、温度监测装置，7、出锡管,8、焊接头,9、加热装置，10、速度监测装置10，11、运动控制电机,12、出锡控制电机12。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的较佳实施例进行详细阐述，以使本实用新型的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本实用新型的保护范围做出更为清楚明确的界定。

请参阅图1，图1是本实用新型双核单自由度中速锡焊机器人伺服控制系统一较佳实施例的结构示意图。

本实用新型提供了一种双核单自由度中速锡焊机器人伺服控制系统，其包括控制芯片单元、温度控制单元、运动控制单元和电源单元，所述电池单元包括交流电源1、电池2和电源检测装置3，所述控制芯片单元包括数字信号处理芯片4和数字式专用运动控制芯片5，所述温度控制单元包括温度监测装置6、出锡管7、焊接头8和加热装置9，所述运动控制单元包括速度监测装置10、运动控制电机11和出锡控制电机12，所述电源检测装置3、所述温度监测装置6、所述加热装置9和所述速度监测装置10与所述数字信号处理芯片4进行连接，所述运动控制电机11和出锡控制电机12与所述数字式专用运动控制芯片5进行连接，所述数字信号处理芯片4和所述数字式专用运动控制芯片5进行连接，所述出锡管7与所述出锡控制电机12相连接，所述焊接头8与所述运动控制电机11相连接。

所述数字信号处理芯片4的运行时钟可达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，在控制中，数字信号处理芯片4根据机器人外围运行情况适时调整数字式专用运动控制芯片5内部的PID参数，实现分段P、PD、PID控制和非线性PID控制，使系统满足中速运行时速度的切换。

所述数字式专用运动控制芯片5是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和8MHz，工作温度范围为-40℃到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。这样一方面把数字信号处理芯片4从复杂的伺服算法中解脱出来，大大提高了运算速度，另外一方面也使得控制器设计比较简单，缩短了开发周期短。

由于控制芯片单元具有存储功能，这使得锡焊机器人掉电后或遇到故障重启时系统可以轻易的调取已经点焊好的路径信息，然后可以轻易的从故障点二次点焊完成未完成的任务。

所述控制芯片单元包括两片数字式专用运动控制芯片5。

所述运动控制电机11和所述出锡控制电机12采用了带有512线光电编码盘的永磁直流伺服电机，使得调速范围比较宽，调速比较平稳，也使得运算精度大大提高，效率也相对较高。

所述电池2采用了锂离子电池，控制芯片单元通过电源检测装置3时刻都在对电源状态进行监测，当遇到交流电源断电时，锂离子电池会立即提供能源，避免了锡焊系统伺服系统运动的失败，并且在电池2提供电源的过程中，时刻对电池2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。

所述双核单自由度中速锡焊机器人伺服控制系统采用了贴片式元器件，实现了单板控制，不仅节省了控制板占用空间，而且有利于锡焊机器人体积和重量的减轻。

所述速度监测装置10和温度监测装置6随时的对运动控制电机11、出锡控制电机12的速度和焊接头8的温度进行监测，并将监测数据发送给数字信号处理芯片4进行处理，方便及时的对下一个动作和焊接点进行计算和调整。

在锡焊过程中，焊接头8通过加热装置9进行温度的调节，可根据实际工作速度需要，工作温度在200℃-480℃之间调节，满足高速运转融化焊锡需要。

当使用所述双核单自由度中速锡焊机器人伺服控制系统时，在电源打开状态下，自动锡焊机器人先进入自锁状态，然后自动加热焊接头8到一恒定温度，自动焊锡机器人开始运动到起始点，自动锡焊机器人把储存的实际路径参数和焊点大小信息传输给控制器中的数字信号处理芯片4，数字信号处理芯片4把这些参数转化为自动锡焊机器人在指定运动轨迹下运动控制电机11和出锡控制电机12要运行的距离、速度和加速度以及出锡系统要出锡的参数，数字信号处理芯片4然后与数字式专用运动控制芯片5通讯，由数字式专用运动控制芯片5根据这些参数处理运动控制电机11和出锡控制电机12的伺服控制，并把处理数据通讯给数字信号处理芯片4，系统时刻监控焊接头8温度和焊锡机器人运行速度，更新出锡系统的预设参数。

具体的实施内容包括：

1）操作人员把加工部件安装在夹具上。

2）打开电源，在打开电源瞬间数字信号处理芯片4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，将禁止数字式专用运动控制芯片工作，电机不能工作，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串口输入锡焊任务。

4）将锡焊机器人移动到起始点上方，调整好位姿。

5）检测数字式专用运动控制芯片5的状态位，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，复位后，查看数字式专用运动控制芯片5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，否则数字式专用运动控制芯片5不可以正常工作。

6）在自动锡焊机器人运动过程中，数字信号处理芯片4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4计算得到相对下一个焊点自动锡焊机器人运动控制电机要运行的距离、速度和加速度，数字信号处理芯片4然后与数字式专用运动控制芯片5通讯，传输这些参数给数字式专用运动控制芯片5，然后由数字式专用运动控制芯片5生成速度运动梯形图，这个梯形包含的面积就是锡焊机器人运动控制电机11要运行的距离，然后再根据光电编码盘信息生成控制运动控制电机运行的PWM波和运动方向信号。

7）当到达预定焊点位置后，焊接头8在设定时间内开始对焊点进行加热，在加热期间，数字信号处理芯片4会对焊点信息和焊接头8温度进入二次确认，然后转化为出锡控制电机需要运行的距离、速度和加速度以及PID等预设参数，数字信号处理芯片4把这些参数传输给出锡系统的数字式专用运动控制芯片5，然后由数字式专用运动控制芯片5生成出锡速度运动梯形图，这个梯形包含的面积就是锡焊机器人出锡控制电机12要运行的距离，然后再根据光电编码盘信息生成出锡控制电机运行的PWM波和运动方向信号。

装在运动控制电机11和出锡控制电机12上的光电编码盘会输出其位置信号A和位置信号B，光电编码盘的位置信号A脉冲和B脉冲逻辑状态每变化一次，数字式专用运动控制芯片5内的位置寄存器会根据运动控制电机11和出锡控制电机12的运行方向加1或者是减1；

光电编码盘的位置信号A脉冲和B脉冲和Z脉冲同时为低电平时，就产生一个INDEX信号给数字式专用运动控制芯片寄存器，记录电机的绝对位置，然后换算成自动锡焊机器人在焊点中的具体位置和出锡的实际长度。

这样不仅简化了接口电路，而且省去了数字信号处理芯片编写位置、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。

当完成出锡系统的伺服后，为了防止焊接头8温度过高引起焊锡的再次融化，出锡控制电机12一般在数字式专用运动控制芯片5的控制下反向运动把焊锡头8拉回一个小的距离，并记录此值，然后立即自锁。然后焊接头8和出锡系统一起在运动控制电机11的作用下向下一个锡焊点移动。

在运动过程中，如果检测到电机的转矩出现脉动，控制器会自动补偿，减少了电机转矩对锡焊过程的影响，而如果自动锡焊机器人发现焊点距离或者是出锡伺服系统求解出现死循环将向数字信号处理芯片发出中断请求，数字信号处理芯片4会对中断做第一时间响应，如果数字信号处理芯片4的中断响应没有来得及处理，自动锡焊机器人的运动控制电机和出锡控制电机将原地自锁，防止误操作。

为了能够目测焊点质量和清洗焊接头头上的残锡，可以在人工操作的界面上加入自动暂停功能，如果启动暂停点，数字信号处理芯片4会控制数字式专用运动控制芯片5以最大的加速度停车并存储当前信息，直到控制器读到再次按下“开始”按钮信息才可以使数字式专用运动控制芯片重新工作，并调取存储信息使锡焊机器人从暂停点可以继续工作。

本实用新型所述的双核单自由度中速锡焊机器人伺服控制系统，可以提高机器人的工作效率和动作的精准度，为产品的质量提供了一定保证。 

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型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，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (5)

1.一种双核单自由度中速锡焊机器人伺服控制系统，其特征在于：包括控制芯片单元、温度控制单元、运动控制单元和电源单元，所述电池单元包括交流电源、电池和电源检测装置，所述控制芯片单元包括数字信号处理芯片和数字式专用运动控制芯片，所述温度控制单元包括温度监测装置、出锡管、焊接头和加热装置，所述运动控制单元包括速度监测装置、运动控制电机和出锡控制电机，所述电源检测装置、所述温度监测装置、所述加热装置和所述速度监测装置与所述数字信号处理芯片进行连接，所述运动控制电机和出锡控制电机与所述数字式专用运动控制芯片进行连接，所述数字信号处理芯片和所述数字式专用运动控制芯片进行连接，所述出锡管与所述出锡控制电机相连接，所述焊接头与所述运动控制电机相连接。

2.根据权利要求1所述的双核单自由度中速锡焊机器人伺服控制系统，其特征在于，所述控制芯片单元包括两片数字式专用运动控制芯片。

3.根据权利要求1所述的双核单自由度中速锡焊机器人伺服控制系统，其特征在于，所述运动控制电机和所述出锡控制电机采用了带有512线光电编码盘的永磁直流伺服电机。

4.根据权利要求1所述的双核单自由度中速锡焊机器人伺服控制系统，其特征在于，所述电池采用了锂离子电池。

5.根据权利要求1所述的双核单自由度中速锡焊机器人伺服控制系统，其特征在于，所述双核单自由度中速锡焊机器人伺服控制系统采用了贴片式元器件。

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