[發明專利]一種四自由度高速錫焊機器人伺服控制系統

無效

• 申請號: 201310183226.5
• 申請日: 2013-05-17
• 公開（公告）號: CN103240741A
• 公開（公告）日: 2013-08-14
• 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
• 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

本發明涉及錫焊機器人技術領域，特別是涉及一種四自由度高速錫焊機器人伺服控制系統。

背景技術

眾所周知，錫焊加工是一種勞動條件差、煙塵多、熱輻射大、危險性高的工作，還要求焊工要有熟練的操作技能、豐富的實踐經驗、穩定的焊接水平。同時焊接工的焊接技能、焊接速度和情緒波動對焊接質量有一定影響，也無法量化每天使用焊接輔料，因此對工廠來說人工極大的提高了生產成本并延長了焊接時間，這使新型的自動化焊接生產將成為新世紀接受市場挑戰的重要方式。

一般錫焊加工需要四自由度錫焊機器人，一臺完整的四自由度錫焊機器人基本包括電機、算法和微處理器幾個部分，但現有的自動錫焊機器人長時間運行存在著很多安全問題：

（1）在錫焊初期，都是人工運動把錫焊機器人推到起始位置，僅僅依靠人眼進行初始位置的校正，使得精確度大大降低。

（2）作為自動錫焊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焊運動失敗。

（3）作為錫焊機器人的主控芯片，采用的多是8位的單片機，計算能力不夠，導致焊接系統運行速度較慢。由于受單片機容量和算法影響，普通錫焊機器人對已經經過的焊接點信息沒有存儲，當遇到掉電情況或故障重啟時所有的信息將消失，這使得整個錫焊過程要重新開始或者人工更新路徑信息。

（4）對于速度響度較快的基于微處理器和專用運動控制芯片的控制模式，先有微處理器根據預設位置計算出電機需要的各種預設，再送給專用芯片進行二次計算生成控制電機的PWM波信號。雖然這類運動控制器開發簡單、可靠性高，但是由于有微處理器軟件參與系統伺服系統的部分計算，使得系統計算速度一般也不是很高，而且由于采用了專用的運動控制芯片，無法進行擴展設計，也無法實現各種先進運動控制算法。

（5）在基于微處理器和專用運動控制芯片的控制模式中，一般需要一個專用控制芯片控制一個電機，會占用大量的微處理器口地址，對于多軸運動的系統來說，要用到復雜的控制技術才可以實現。

（6）作為自動錫焊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。步進電機使得機體發熱比較嚴重，有的時候需要進行散熱。步進電機會使系統運轉的機械噪聲大大增加，不利于環境保護。步進電機一般都是多相結構，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。步進電機使得系統一般不適合在高速運行，力矩相對較小。容易控制不當，導致有的時候步進電機產生共振。

（8）在焊接的時候雖然可根據被焊物體的焊點大小來調整送錫量的大小，但是沒有考慮焊點的溫度，導致焊點不一致。在錫焊過程中，忽略了對烙鐵頭的清洗，經常導致因為殘留焊錫而產生焊接不良或焊點污穢的情況發生。

（9）在所有的錫焊過程中，沒有對點焊過的結果進行自動觀測和補償，有的時候使得整個曲線上焊錫量不一致，需要采用人工二次修補。

（10）對于四自由度錫焊機器人的點焊過程來說，一般要求控制其軌跡運動的四個電機的PWM控制信號要同步，由于受單片機計算能力的限制，單一單片機伺服系統很難滿足這一條件。

（11）由于大量采用體積較大的插件元器件，使得伺服控制器的體積較大。

發明內容

本發明主要解決的技術問題是提供一種四自由度高速錫焊機器人伺服控制系統，所述伺服控制系統設計簡單、處理速度快、穩定可靠。

為解決上述技術問題，本發明采用的一個技術方案是：提供一種四自由度高速錫焊機器人伺服控制系統，包括電源模塊、控制模塊、4個電機、動作模塊和圖像采集模塊，所述電源模塊與所述控制模塊連接，所述控制模塊包括基于現場可編程門陣列芯片和數字信號處理芯片，所述基于現場可編程門陣列芯片生成速度梯形圖，再與所述電源模塊產生的電流結合生成脈沖寬度調制波信號并發送給所述4個電機，所述4個電機與所述動作模塊連接，所述數字信號處理芯片通過所述圖像采集模塊與所述動作模塊上的點焊位置連接。

在本發明一個較佳實施例中，所述電源模塊為蓄電池或交流電源。

在本發明一個較佳實施例中，所述伺服控制系統還包括第五電機和出錫模塊，所述第五電機與所述出錫模塊連接。

在本發明一個較佳實施例中，所述4個電機為永磁直流伺服電機，所述永磁直流伺服電機中包括512線光電編碼盤。