CN203221510U - 一种双核两自由度中速全自动锡焊机器人伺服控制器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种双核两自由度中速全自动锡焊机器人伺服控制器，包括：电源单元、双核控制单元、图像采集处理单元和锡焊控制单元，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二维锡焊控制电机和出锡量控制电机，所述电源单元、图像采集处理单元和锡焊控制单元皆与所述双核控制单元相连，所述锡焊控制单元还与所述图像采集处理单元相连。通过上述方式，本实用新型双核两自由度中速全自动锡焊机器人伺服控制器自动化程度高、动作的精确度高、工作效率高、送锡温度和长度易于控制。

Description

一种双核两自由度中速全自动锡焊机器人伺服控制器

技术领域

本实用新型涉及两自由度自动锡焊机器人自动控制系统领域，特别是涉及一种双核两自由度中速全自动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在实际的生产过程中还存在有很多问题：（1）现有的锡焊机器人的主控芯片多是8位的单片机，计算能力不够，导致焊接系统运行速度较慢，（2）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，（3）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。

实用新型内容

本实用新型主要解决的技术问题是提供一种自动化程度高、工作效率高、锡焊精确度高、出锡速度和出锡长度易于控制、对焊点的二次修补效果更好的双核两自由度中速全自动锡焊机器人伺服控制器。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的一个技术方案是：提供一种双核两自由度中速全自动锡焊机器人伺服控制器，包括：电源单元、双核控制单元、图像采集处理单元和锡焊控制单元，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二维锡焊控制电机和出锡量控制电机，所述电源单元、图像采集处理单元和锡焊控制单元皆与所述双核控制单元相连，所述锡焊控制单元还与所述图像采集处理单元相连。

在本实用新型一个较佳实施例中，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，所述主寄存器和工作寄存器与所述图像采集处理单元相连。

在本实用新型一个较佳实施例中，所述电源单元包括交流电源和电池，所述电池为锂离子电池。

在本实用新型一个较佳实施例中，所述中速全自动锡焊机器人伺服控制器还包括检测单元，所述检测单元包括温度检测和电压检测，所述检测单元与所述双核控制单元相连。

在本实用新型一个较佳实施例中，所述检测单元还包括电流检测，所述电流检测与所述双核控制单元相连。

在本实用新型一个较佳实施例中，所述检测单元还设有中断请求控制，所述中断请求控制与所述图像采集处理单元相连。

在本实用新型一个较佳实施例中，所述二维锡焊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。

本实用新型的有益效果是：本实用新型双核两自由度中速全自动锡焊机器人伺服控制器自动化程度高、动作的精确度高、工作效率高、有效保护了大电流对电池的冲击、送锡温度和长度易于控制、对焊点的二次修补效果更好。

附图说明

图1是本实用新型双核两自由度中速全自动锡焊机器人伺服控制器一较佳实施例的控制流程示意图；

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、图像采集处理单元；4、锡焊控制单元；41、二维锡焊控制电机；42、出锡量控制电机；5、检测单元；51、温度检测；52、电压检测；53、电流检测；54、中断请求控制。

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1，一种双核两自由度中速全自动锡焊机器人伺服控制器，包括：电源单元1、双核控制单元2、图像采集处理单元3和锡焊控制单元4，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4包括二维锡焊控制电机41和出锡量控制电机42，所述电源单元1、图像采集处理单元3和锡焊控制单元4皆与所述双核控制单元2相连，所述锡焊控制单元4还与所述图像采集处理单元3相连。二维锡焊控制电机41为用于控制锡焊头在二维上运动的X电机和Y电机，出锡量控制电机42是用于控制出锡量和出锡速度的Z电机。

本实施例中所述数字信号处理芯片21采用C2000 平台上的定点32 位数字信号处理芯片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。

所述的运动控制芯片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和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。

锡焊机器人接通电源后，X电机、Y电机同时工作将烙铁和出锡管自动移动到初始化点，此时图像采集处理单元3开启，自动校正出锡管与起始点的对准位置。使得锡焊初始位置精准。

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，所述主寄存器23和工作寄存器24与所述图像采集处理单元3相连。

另外，所述电源单元1包括交流电源11和电池，所述电池为锂离子电池12。

另外，所述中速全自动锡焊机器人伺服控制器还包括检测单元5，所述检测单元5包括温度检测51和电压检测52，所述检测单元5与所述双核控制单元2相连。温度检测51用于检测锡焊机器人锡焊作业时的焊锡温度，有效控制烙铁温度和锡焊的温度，保证锡焊机器人工作的稳定性和精确度。

另外，所述检测单元5还包括电流检测53，所述电流检测53与所述双核控制单元2相连，检测锡焊机器人的工作电流，避免锡焊机器人工作电流太大，造成锡焊机器人的损伤。

另外，所述检测单元5还设有中断请求控制54，所述中断请求控制54与所述图像采集处理单元3相连。

另外，所述二维锡焊控制电机41和出锡量控制电机42皆为带有512线光电编码器的永磁直流伺服电机，使得锡焊机器人的运算精度大大提高，效率也相对较高。

再如图1所示，锡焊机器人的工作流程如下：

（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）在打开锡焊机器人的电源瞬间，电压检测52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电压低压的话，将禁止运动控制芯片22工作，X电机、Y电机和Z电机不能工作，同时电压检测52将工作，锡焊机器人会发出低压报警信号。

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。

（3）X电机、Y电机同时工作将烙铁和出锡管自动移动到初始化点，此时图像采集处理单元3开启，自动校正出锡管与起始点的对准位置。

在锡焊机器人运动过程中，数字信号处理芯片21会时刻储存所经过的距离和经过的焊点，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电机和Y电机要运行的距离、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电机和Y电机要运行的距离，然后再根据光电编码盘信息生成控制X电机和Y电机运行的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，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，然后转化为用于控制出锡量和出锡速度的Z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21把这些参数传输给运动控制芯片22，然后由运动控制芯片22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Z电机要运行的距离，然后在根据光电编码盘信息生成控制Z电机运行的PWM波和运动方向信号。

因此，数字信号处理芯片21根据锡焊机器人在焊点中的具体位置与设定位置的对比，经数字信号处理芯片21计算后送相应的加速度、速度和位置数据等给运动控制芯片22的梯形图发生器作为参考值，由梯形图计算出自动锡焊机器人需要更新的实际加速度、速度和位置信号。

（4）在运动过程中如果锡焊机器人发现焊点距离或者出锡量控制出现死循环，将向数字信号处理芯片21发出中断请求，数字信号处理芯片21会对中断做第一时间响应，如果数字信号处理芯片21的中断响应没有来得及处理，锡焊机器人的X电机、Y电机和Z电机将原地自锁，防止误操作。

在锡焊过程中，一旦图像采集处理单元3发现有任何位置的焊点出现质量问题，图像采集处理单元3的存储器记录下当前位置信息，然后数字信号处理芯片21根据锡焊机器人在焊接部件的具体位置，计算得到并送相应的加速度、速度和位置数据等给运动控制芯片22的梯形图发生器作为参考值，由梯形图计算出自动锡焊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X电机、Y电机到达指定位置，然后数字信号处理芯片21根据图像采集处理单元3的结果控制Z电机对焊点进行修复，修复完成后再回到存储器当初寄存下的位置，重新继续原有的工作。

在锡焊过程中，一旦图像采集处理单元3发现烙铁头存有大量的残锡，图像采集处理单元3的存储器记录下当前位置信息，然后数字信号处理芯片21根据锡焊机器人在焊接部件的具体位置，通过图像采集处理单元3帮助X电机和Y电机把锡焊机器人移动到清洗处，然后自动清洗烙铁，完毕后调取相应的位置信息，重新回到存储焊点，重新新的工作。

（5）为了方便锡焊工作系统加入了从人机界面上设置的中断请求控制54，如果在锡焊过程中读到了自动暂停点，数字信号处理芯片21会控制运动控制芯片22以最大的加速度停车，中断请求控制54使锡焊机器人的运动自动暂停并存储当前信息，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，并调取存储信息使锡焊机器人从自动暂停点可以继续工作。

（6）当完成整个加工部件的锡焊运动后，Z电机会抽回已经移出锡线盒的焊锡，然后控制锡焊机器人走出运动轨迹。锡焊机器人根据新的锡焊部件具体位置，重新设定位置零点，等待新的工作。

本实用新型双核两自由度中速全自动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，舍弃了现有锡焊机器人所采用的单一单片机工作模式，自主实用新型了基于数字信号处理芯片和运动控制芯片的全新控制模式。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，并且通过图像采集处理单元，能够帮助锡焊初始化定位和发现故障点，大大提高锡焊机器人的自动化程度。

区别于现有技术，本实用新型双核两自由度中速全自动锡焊机器人伺服控制器通过双核控制器和图像采集处理单元，提高了锡焊机器人的自动化程度、工作效率和动作的精确度、有效保护了大电流对电池的冲击、送锡温度和长度易于控制、电机的调速范围宽、调速平稳、对焊点的二次修补效果更好。

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 (7)

1.一种双核两自由度中速全自动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、图像采集处理单元和锡焊控制单元，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二维锡焊控制电机和出锡量控制电机，所述电源单元、图像采集处理单元和锡焊控制单元皆与所述双核控制单元相连，所述锡焊控制单元还与所述图像采集处理单元相连。

2.根据权利要求1所述的双核两自由度中速全自动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，所述主寄存器和工作寄存器与所述图像采集处理单元相连。

3.根据权利要求1所述的双核两自由度中速全自动锡焊机器人伺服控制器，其特征在于，所述电源单元包括交流电源和电池，所述电池为锂离子电池。

4.根据权利要求1所述的双核两自由度中速全自动锡焊机器人伺服控制器，其特征在于，所述中速全自动锡焊机器人伺服控制器还包括检测单元，所述检测单元包括温度检测和电压检测，所述检测单元与所述双核控制单元相连。

5.根据权利要求4所述的双核两自由度中速全自动锡焊机器人伺服控制器，其特征在于，所述检测单元还包括电流检测，所述电流检测与所述双核控制单元相连。

6.根据权利要求4所述的双核两自由度中速全自动锡焊机器人伺服控制器，其特征在于，所述检测单元还设有中断请求控制，所述中断请求控制与所述图像采集处理单元相连。

7.根据权利要求1所述的双核两自由度中速全自动锡焊机器人伺服控制器，其特征在于，所述二维锡焊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。

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