[發明專利]雙核三自由度高速錫焊機器人伺服控器及方法

有效

• 申請號: 201310129121.1
• 申請日: 2013-04-15
• 公開（公告）號: CN103231377A
• 公開（公告）日: 2013-08-07
• 發明（設計）人: 張好明;王應海
• 申請（專利權）人: 蘇州工業園區職業技術學院
• 主分類號: B25J9/18
• 分類號: B25J9/18;B23K3/00;B23K3/08
• 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

1.一種雙核三自由度高速錫焊機器人伺服控器，其特征在于，包括：DSP與FPGA雙核控制器、用于三自由度錫焊機器人伺服系統的電機U、電機Z和電機X、用于三自由度錫焊機器人出錫系統的電機Y和用于三自由度錫焊機器人溫度控制的溫度檢測模塊，所述DSP與FPGA雙核控制器分別連接電機U、電機Z和電機X，所述DSP與FPGA雙核控制器連接電機Y，所述DSP與FPGA雙核控制器與溫度檢測模塊相互連接。

2.根據權利要求1所述的雙核三自由度高速錫焊機器人伺服控器，其特征在于，所述DSP與FPGA雙核控制器包括FPGA現場可編程門陣列和DSP數字信號處理芯片，所述FPGA現場可編程門陣列用于控制三自由度錫焊機器人的伺服系統和出錫系統，所述DSP數字信號處理芯片用于控制人機界面、路徑讀取、溫度檢測、在線輸出、數據采集與存儲或I/O控制。

3.根據權利要求2所述的雙核三自由度高速錫焊機器人伺服控器，其特征在于，所述DSP數字信號處理芯片為TMS320F2812?芯片。

4.根據權利要求1所述的雙核三自由度高速錫焊機器人伺服控器，其特征在于，所述電機為直流永磁伺服電機，所述直流永磁伺服電機上裝載有光電編碼盤。

5.一種雙核三自由度高速錫焊機器人伺服控器的方法，其特征在于，包括如下步驟：

1）、操作人員把加工部件安裝在三自由度錫焊機器人的夾具上；

2）、打開電源，在打開電源的瞬間DSP會對電源電壓的來源進行判斷：當確定是蓄電池供電時，如果電池電壓是低壓，雙核控制器將封鎖FPGA的PWM波輸出，此時電機X、電機Z、電機U和電機Y都不能工作，同時電壓傳感器工作，雙核控制器發出低壓報警信號，人機界面提示更換電池信息；

3）、啟動三自由度錫焊機器人的自動控制程序，通過雙核控制器的USB接口輸入任務；

4）、將三自由度錫焊機器人移動到起始點的上方，調整好位置；

5）、為了能夠驅動三自由度錫焊機器人電機X、電機Z、電機U和出錫系統伺服電機Y的運動，本控制系統引入FPGA，由其生成控制四個電機運動的PWM波，但是通過I/O口與DSP進入實時通訊，由DSP控制其PWM波形的輸出和封鎖；

6）在三自由度錫焊機器人運動過程中，DSP會時刻儲存所經過的距離或者是經過的焊點，并根據這些距離信息確定對下一個三維工作點錫焊機器人的三軸：電機X、電機Z和電機U要運行的距離，DSP然后與FPGA通訊，傳輸距離參數和當前運行速度給FPGA，

然后由FPGA根據模糊控制原理生成控制電機X、電機Z和電機U運動的速度梯形圖，其中速度梯形圖包含的面積就是三自由度錫焊機器人電機X、電機Z和電機U要運行的距離，速度梯形圖再結合電機X、電機Z和電機U的電流和光電編碼盤的信息生成控制電機X、電機Z和電機U行走的PWM波和方向；

7）當電機X、電機Z和電機U共同推動錫焊機器人到達預定焊點位置后，烙鐵在設定時間內開始對焊點進行加熱，在加熱期間，DSP會對焊點信息和烙鐵溫度進行二次確認，然后轉換為出錫系統電機Y需要運行的距離等參數，DSP把這些參數傳輸給FPGA，然后由FPGA根據模糊控制原理生成出錫系統速度運動梯形圖，這個速度運動梯形圖包含的面積就是錫焊機器人出錫系統電機Y要運行的距離，然后再根據光電編碼盤的信息生成控制電機Y運行的PWM波和運動方向信號；

8）當完成出錫系統的伺服后，電機Y一般把焊錫絲拉回一個小的距離，并記錄此值，然后電機Y立即自鎖，然后DSP調出下一個焊點信息，烙鐵和出錫系統一起在電機X、電機Z和電機U的作用下向下一個錫焊點自動移動；

9）在運動過程中，如果三自由度錫焊機器人發現焊點距離或者出錫系統求解出現死循環將向DSP發出中斷請求，DSP會對中斷做第一時間響應，如果DS?P的中斷響應沒有來得及處理，三自由度錫焊機器人的電機X、電機Z、電機U和出錫系統的電機Y將原地自鎖，防止誤操作，并通過DSP發出警報，然后人工排除故障；

10）裝載在電機X、電機Z、電機U和電機Y上的光電編碼盤會輸出其位置信號A和位置信號B，光電編碼盤的位置信號A脈沖和B脈沖邏輯狀態每變化一次，FPGA內的位置寄存器會根據電機X、電機Z、電機U和電機Y的運行方向加一或者是減一；

11）光電編碼盤的位置信號A脈沖、B脈沖和Z脈沖同時為低電平時，就產生一個INDEX信號給FPGA寄存器，記錄電機的絕對位置，然后換算成自動錫焊機器人在焊點中的具體位置和出錫伺服系統出錫的實際長度；

12）在運動過程中，如果DSP收到了高速點焊命令，DSP會第一時間響應，然后雙核控制器根據高速點焊的速度計算后立即提升烙鐵溫度到達一個恒定溫度，然后再根據三自由度錫焊機器人在三維點焊部件的具體位置和應該存在的位置，送相應的位置數據等給FPGA，FPGA根據外圍傳感信號自動調取其內部相應的PID調節模式，由FPGA根據模糊控制原理計算出自動錫焊機器人電機X、電機Z、電機U和出錫系統電機Y需要更新的PWM控制信號，控制三自由度錫焊機器人進入高速點焊狀態；

13）如果三自由度錫焊機器人在運行過程中遇到突然斷電，蓄電池會自動開啟立即對錫焊機器人進行供電，當電機的運動電流超過設定值時，此時控制器會立即封鎖FPGA的PWM波輸出，電機X、電機Z、電機U和電機Y停止工作；

14）系統在人機界面上設置有自動暫停功能，如果在焊錫過程中讀到了人機界面上設置的自動暫停點，FPGA會控制電機X、電機Z和電機U以最大的加速度停車，而電機Y立即自鎖，并存儲當前信息，然后雙核控制器立即封鎖電機X、電機Z和電機U的PWM波輸出，直到雙核控制器讀到再次按下“開始”按鈕信息才可以使FPGA重新開啟電機X、電機Z和電機U的PWM輸出，并調取存儲信息使錫焊機器人從暫停點可以繼續工作；

15）在運動過程中，如果檢測到任何一個電機的轉矩出現脈動，FPGA會自動對轉矩進行補償；

16）自動錫焊機器人在運行過程中時刻檢測電池電壓，當系統出現低壓時，傳感器會通知DSP開啟并發出報警提示，有效地保護了鋰離子電池；

17）當完成整個加工部件的錫焊運動后，電機Y一般把焊錫絲拉回一個小的距離，并記錄此值，然后立即自鎖，然后經過一個小的延時，走出運動軌跡；

18）三自由度錫焊機器人重新設定位置零點，等待下一周期的任務。