[發明專利]四軸高速點膠機器人伺服控制系統

有效

• 申請號: 201210361993.6
• 申請日: 2012-09-26
• 公開（公告）號: CN102841563A
• 公開（公告）日: 2012-12-26
• 發明（設計）人: 張好明;王應海;袁麗娟
• 申請（專利權）人: 蘇州工業園區職業技術學院
• 主分類號: G05B19/042
• 分類號: G05B19/042;B05C5/00
• 代理公司: 蘇州廣正知識產權代理有限公司 32234
• 代理人: 劉述生

技術領域

本發明是有關于點膠機器人的技術領域，且特別是有關于四軸高速點膠機器人伺服控制系統。

背景技術

在高技術迅猛發展的今天，傳統的生產方式已日趨落后，新型的自動化生產將成為新世紀接受市場挑戰的重要方式。自動化不僅是提高勞動生產率的手段，對企業未來的長遠發展戰略起著重要的作用。由于機器人是新型的自動化的主要工具，工業機器人及其應用工程的開發，將機器人變為直接生產力，它在改變傳統的生產模式，提高生產率及對市場的適應能力方面顯示出極大的優越性。同時它將人從惡劣危險的工作環境中替換出來，進行文明生產，這對促進經濟發展和社會進步都具有重大意義。隨著手機、電腦外殼、光碟機、印表機、,墨水夾、PC板、LCD、LED、DVD、數位相機、開關、連接器、繼電器、散熱器、半導體等電子業、玩具業、醫療器材等制造業對機器人裝備的需求及綠色環保和改善勞動者的工作環境要求越來越高，專門對流體進行控制，并將流體點滴、涂覆于產品表面或產品內部的自動化機器點膠機器人隨即產生。

點膠機器人主要用于產品工藝中的膠水、油漆以及其他液體精確點、注、涂、點滴到每個產品精確位置，可以用來實現打點、畫線、圓型或弧型。“點膠機器人”的研究開發將對我國PCB板綁定封膠、?IC?封膠、PDA?封膠、?LCD?封膠、IC?封裝、IC?粘接等行業產生巨大的經濟效益和社會效益。一個精度相對較高的點膠機器人需要在一個三維的XYZ平面上進行一條直線上、圓弧或點對點的位置上按照一定的膠量信息進行涂膠，如果采用一個三軸的點膠機器人可以簡單地模擬上述動作，由于一般的點膠機器人其Z軸的運動都是垂直運動，當需要有一個側面焊接時，這個問題就無法完成，這個時候就需要由另外一軸能夠調節點膠閥的垂直角度使其能夠傾斜一定角度，這樣就形成了一臺簡易的四軸點膠機器人。一臺完整的四軸點膠機器人大致分為以下幾個部分：

1）電機：執行電機是點膠機器人的動力源，它根據微處理器的指令來執行點膠機器人在加工部件四維的平面上行走的相關動作；

2）算法：算法是點膠機器人的靈魂，點膠機器人必須采用一定的智能算法才能準確快速的從一點到達另外一點，形成點對點，或曲線運動；

3）微處理器：微處理器是點膠機器人的核心部分，是點膠機器人的大腦，點膠機器人所有的信息，包括膠點大小，位置信息，和電機狀態信息等都需要經過微處理器處理并做出相應的判斷。

點膠機器人結合了多學科知識，對于提升在校學生的動手能力、團隊協作能力和創新能力，促進學生課堂知識的消化和擴展學生的知識面都非常有幫助。點膠機器人技術的開展可以培養大批相關領域的人才，進而促進相關領域的技術發展和產業化進程。但是由于國內研發此點膠機器人的單位較少，相對研發水平比較落后，研發的四軸點膠機器人伺服控制系統的結構框圖，如圖1，長時間運行發現存在著很多安全問題，即：

（1）作為點膠機器人的電源采用的是一般交流電源整流后的直流電源，當突然停電時會使整個點膠運動失敗；

（2）作為點膠機器人的執行機構采用的是步進電機，經常會遇到丟失脈沖的問題出現，導致對位置的記憶出現錯誤；

（3）由于采用步進電機，使得機體發熱比較嚴重，有的時候需要進行散熱；

（4）由于采用步進電機，使得系統運轉的機械噪聲大大增加，不利于環境保護；

（5）由于采用步進電機，其電機本體一般都是多相結構，控制電路需要采用多個功率管，使得控制電路相對比較復雜，并且增加了控制器價格；

（6）由于采用步進電機，使得系統一般不適合在高速運行；

（7）由于采用步進電機，使得系統的力矩相對較小；

（8）由于控制不當的原因，導致有的時候步進電機產生共振；

（9）由于點膠機器人要頻繁的關閉和啟動，加重了單片機的工作量，單一的單片機無法滿足點膠機器人快速啟動和停止的要求，系統動態性能不好；

（10）相對采用的都是一些體積比較大的插件元器件，使得自動點膠機器人控制系統占用較大的空間，重量相對都比較重；

（11）由于受周圍環境不穩定因素干擾，單片機控制器經常會出現異常，引起點膠機器人失控，抗干擾能力較差；

（12）對于四軸點膠機器人的點膠過程來說，一般要求其四個電機的PWM控制信號要同步，由于受單片機計算能力的限制，單片機伺服系統很難滿足這一條件，使得點膠機器人點膠量不一致，特別是對于快速行走時情況更糟糕；