[發(fā)明專利]雙核三自由度全自動高速錫焊機(jī)器人伺服控器及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310130608.1
• 申請日: 2013-06-06
• 公開（公告）號: CN103264390A
• 公開（公告）日: 2013-08-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張好明;王應(yīng)海
• 申請（專利權(quán)）人: 蘇州工業(yè)園區(qū)職業(yè)技術(shù)學(xué)院
• 主分類號: B25J9/18
• 分類號: B25J9/18
• 代理公司: 蘇州廣正知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 32234
• 代理人: 劉述生

1.一種雙核三自由度全自動高速錫焊機(jī)器人伺服控器，其特征在于，包括：雙核控制器、用于三自由度錫焊機(jī)器人伺服系統(tǒng)的電機(jī)U、電機(jī)Z和電機(jī)X、用于三自由度錫焊機(jī)器人出錫系統(tǒng)的電機(jī)Y、用于三自由度錫焊機(jī)器人溫度控制的溫度檢測模塊以及用于自由度錫焊機(jī)器人定位和故障排除的圖像采集與處理模塊，所述雙核控制器分別連接電機(jī)U、電機(jī)Z和電機(jī)X，所述雙核控制器連接電機(jī)Y，所述雙核控制器連接溫度檢測模塊，所述雙核控制器還連接圖像采集與處理模塊。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙核三自由度全自動高速錫焊機(jī)器人伺服控器，其特征在于，所述雙核控制器包括FPGA現(xiàn)場可編程門陣列和DSP數(shù)字信號處理芯片，所述FPGA現(xiàn)場可編程門陣列用于控制三自由度錫焊機(jī)器人的伺服系統(tǒng)和出錫系統(tǒng)，所述DSP數(shù)字信號處理芯片用于控制人機(jī)界面、路徑讀取、溫度檢測、在線輸出、數(shù)據(jù)采集與存儲或I/O控制。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的雙核三自由度全自動高速錫焊機(jī)器人伺服控器，其特征在于，所述DSP數(shù)字信號處理芯片為TMS320F2812?芯片。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙核三自由度全自動高速錫焊機(jī)器人伺服控器，其特征在于，所述電機(jī)直流永磁伺服電機(jī)，所述直流永磁伺服電機(jī)上裝載有光電編碼盤。

5.一種雙核三自由度全自動高速錫焊機(jī)器人伺服控器的方法，其特征在于，包括如下步驟：

1）、打開電源，自動傳動裝置把安裝在夾具上的需要點(diǎn)焊部件自動傳送到工作區(qū)域；

2）、在打開電源的瞬間DSP會對電源電壓的來源進(jìn)行判斷，當(dāng)確定是蓄電池供電時，如果電池電壓是低壓的話，控制器將封鎖FPGA的PWM波輸出，此時電機(jī)X、電機(jī)Z、電機(jī)U和電機(jī)Y不能工作，同時電壓傳感器將工作，雙核控制器1發(fā)出低壓報警信號，人機(jī)界面提示更換電池；

3）、啟動機(jī)器人自動控制程序，通過控制器的USB接口輸入任務(wù)；

4）、系統(tǒng)自動打開烙鐵電源對其加熱至某一個設(shè)定的恒定溫度，電機(jī)X、電機(jī)Z和電機(jī)U共同工作將執(zhí)行機(jī)構(gòu)（烙鐵頭和出錫管）自動移動到廢錫回收處，然后自動打開電機(jī)Y出錫測試?yán)予F溫度，等測試完畢后電機(jī)X、電機(jī)Z和電機(jī)U自動移動執(zhí)行結(jié)構(gòu)到起始點(diǎn)，此時圖像采集與處理模塊開啟，自動校正出錫管與起始點(diǎn)的對準(zhǔn)位置，雙核控制器時刻檢測烙鐵溫度，防止過高或過低引起焊接不良；

5）、在系統(tǒng)正常工作的條件下，DSP調(diào)出錫焊機(jī)器人需要行走的路徑參數(shù)和焊點(diǎn)信息，然后傳輸給FPGA，由FPGA根據(jù)模糊規(guī)則生成錫焊機(jī)器人開始工作的梯形運(yùn)動曲線；

6)、引入FPGA，由其生成控制三自由度伺服電機(jī)電機(jī)X、電機(jī)Z和電機(jī)U的PWM波以及出錫系統(tǒng)驅(qū)動電機(jī)Y的PWM波，但是FPGA通過I/O口與DSP進(jìn)入實(shí)時通訊，由DSP控制其PWM波形的輸出和封鎖；

7)、在自動錫焊機(jī)器人運(yùn)動過程中，DSP會儲存所經(jīng)過的距離或者是經(jīng)過的三維空間焊點(diǎn)信息，并根據(jù)這些距離信息確定對下一個三維工作點(diǎn)自動錫焊機(jī)器人電機(jī)X、電機(jī)Z和電機(jī)U要運(yùn)行的距離，DSP然后與FPGA通訊，傳輸距離參數(shù)和當(dāng)前運(yùn)行速度給FPGA，然后由FPGA根據(jù)模糊控制原理生成控制電機(jī)X、電機(jī)Z和電機(jī)U運(yùn)動的速度梯形圖，速度梯形圖包含的面積就是自動錫焊機(jī)器人電機(jī)X、電機(jī)Z和電機(jī)U要運(yùn)行的距離，速度梯形圖再結(jié)合電機(jī)X、電機(jī)Z和電機(jī)U的電流和光電編碼盤信息生成控制各個電機(jī)行走的PWM波和運(yùn)動方向；

8）當(dāng)電機(jī)X、電機(jī)Z和電機(jī)U共同推動錫焊機(jī)器人到達(dá)預(yù)定焊點(diǎn)位置后，烙鐵在設(shè)定時間內(nèi)開始對焊點(diǎn)進(jìn)行加熱，在加熱期間，DSP會對焊點(diǎn)信息和烙鐵溫度進(jìn)行二次確認(rèn)，然后轉(zhuǎn)換為出錫系統(tǒng)電機(jī)Y需要運(yùn)行的距離等參數(shù)，DSP把這些參數(shù)傳輸給FPGA，然后由FPGA根據(jù)模糊控制原理生成出錫系統(tǒng)四度運(yùn)動梯形圖，這個梯形包含的面積就是錫焊機(jī)器人出錫系統(tǒng)電機(jī)Y要運(yùn)行的距離，然后再根據(jù)光電編碼盤信息生成控制電機(jī)Y運(yùn)行的PWM波和運(yùn)動方向信號；

9）當(dāng)完成出錫系統(tǒng)的伺服后，為了防止烙鐵溫度過高引起焊錫的再次融化，電機(jī)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，然后烙鐵和出錫系統(tǒng)一起在電機(jī)X、電機(jī)Z和電機(jī)U的作用下向下一個三維空間里的錫焊點(diǎn)移動；

10）在運(yùn)動過程中如果自動錫焊機(jī)器人發(fā)現(xiàn)焊點(diǎn)距離或者出錫伺服系統(tǒng)求解出現(xiàn)死循環(huán)將向DSP發(fā)出中斷請求，DSP會對中斷做第一時間響應(yīng)，如果DSP的中斷響應(yīng)沒有來得及處理，自動錫焊機(jī)器人的電機(jī)X、電機(jī)Z、電機(jī)U和出錫系統(tǒng)的電機(jī)Y將原地自鎖，防止誤操作；

11）裝載電機(jī)X、電機(jī)Z、電機(jī)U和電機(jī)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(tài)每變化一次，F(xiàn)PGA內(nèi)的位置寄存器會根據(jù)電機(jī)X、電機(jī)Z、電機(jī)U和電機(jī)Y的運(yùn)行方向加一或者是減一；

12）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(chǎn)生一個INDEX信號給FPGA寄存器，記錄電機(jī)的絕對位置，然后換算成自動錫焊機(jī)器人在三維空間里焊點(diǎn)的具體位置和出錫的實(shí)際長度；

13）在運(yùn)動過程中，如果DSP收到了高速點(diǎn)焊命令，DSP會第一時間響應(yīng)，然后控制器根據(jù)高度點(diǎn)焊的速度計算后立即提升烙鐵溫度到達(dá)某一個恒定溫度，然后再根據(jù)自動錫焊機(jī)器人在三維點(diǎn)焊部件的具體位置和應(yīng)該存在的位置，送相應(yīng)的位置數(shù)據(jù)等給FPGA，F(xiàn)PGA根據(jù)外圍傳感信號自動調(diào)取其內(nèi)部相應(yīng)的PID調(diào)節(jié)模式，由FPGA根據(jù)模糊控制原理計算出自動錫焊機(jī)器人電機(jī)X、電機(jī)Z、電機(jī)U和出錫系統(tǒng)電機(jī)Y需要更新的PWM控制信號，控制機(jī)器人進(jìn)入高速點(diǎn)焊狀態(tài)，并加大烙鐵溫度，溫度檢測單元時刻檢測其數(shù)值進(jìn)行補(bǔ)償，保證高速點(diǎn)焊溫度的要求；

14）在點(diǎn)焊過程中，如果圖像采集與處理模塊發(fā)現(xiàn)有任何位置的焊點(diǎn)出現(xiàn)問題，存儲器會記錄下當(dāng)前焊點(diǎn)在三維空間里的位置信息，然后DSP根據(jù)自動錫焊機(jī)器人在焊接部件的具體位置，送相應(yīng)的位置數(shù)據(jù)等給FPGA，然后由FPGA結(jié)合各個外圍傳感器參數(shù)根據(jù)模糊控制規(guī)則生成自動錫焊機(jī)器人到達(dá)更新點(diǎn)需要的實(shí)際加速度、速度和位置信號，然后控制電機(jī)X、電機(jī)Z和電機(jī)U到達(dá)指定位置，然后開啟圖像采集與處理模塊利用電機(jī)Y對焊點(diǎn)進(jìn)行二次點(diǎn)焊補(bǔ)償，然后再回到存儲器當(dāng)初寄存下的三維控制位置，重新繼續(xù)原有的工作；

15）如果自動錫焊機(jī)器人在運(yùn)行過程中遇到突然斷電時，蓄電池會自動開啟立即對錫焊機(jī)器人進(jìn)行供電，當(dāng)電機(jī)的運(yùn)動電流超過設(shè)定值時，此時控制器會立即封鎖FPGA的PWM波輸出，電機(jī)X、電機(jī)Z、電機(jī)U和電機(jī)Y停止工作；

16）為了方便點(diǎn)焊工作系統(tǒng)加入了自動暫停點(diǎn)，如果在錫焊過程中讀到了自動暫停點(diǎn)，DSP會通知FPGA生成的PWM波使機(jī)器人伺服電機(jī)X、電機(jī)Z和電機(jī)U以最大的加速度停車，而電機(jī)Y自鎖，并存儲當(dāng)前信息，直到控制器讀到再次按下“開始”按鈕信息才可以使FPGA重新工作，并調(diào)取存儲信息使錫焊機(jī)器人從自動暫停點(diǎn)可以繼續(xù)工作；

17）在錫焊過程中，如果圖像采集與處理模塊發(fā)現(xiàn)烙鐵頭存有大量的殘留焊錫，DSP會通知FPGA生成的PWM波使機(jī)器人伺服電機(jī)X、電機(jī)Z和電機(jī)U停車，而電機(jī)Y自鎖，存儲器記錄下當(dāng)前位置信息，然后DSP根據(jù)自動錫焊機(jī)器人在焊接部件的具體位置，通過圖像采集裝置幫助電機(jī)X、電機(jī)Z和電機(jī)U自動移動錫焊機(jī)器人到清洗處，然后清洗烙鐵，完畢后調(diào)取存儲的三維空間里相應(yīng)的位置信息，重新回到存儲焊點(diǎn)，開始新的工作；

18）在運(yùn)動過程中，如果檢測到任何一個電機(jī)的轉(zhuǎn)矩出現(xiàn)脈動，F(xiàn)PGA會自動對轉(zhuǎn)矩進(jìn)行補(bǔ)償；

19）自動錫焊機(jī)器人在運(yùn)行過程中會時刻檢測電池電壓，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)低壓時，傳感器會通知DSP開啟并發(fā)出報警提示；

20）當(dāng)完成整個加工部件的錫焊運(yùn)動后，電機(jī)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(jīng)過一個小的延時，走出運(yùn)動軌跡；

21）錫焊機(jī)器人重新設(shè)定位置零點(diǎn)，等待下一周期的任務(wù)。