[實用新型]雙核三自由度高速錫焊機器人伺服控器

有效

• 申請號: 201320187132.0
• 申請日: 2013-04-15
• 公開（公告）號: CN203221502U
• 公開（公告）日: 2013-10-02
• 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

本實用新型涉及錫焊機器人控制領域，特別是涉及一種雙核三自由度高速錫焊機器人伺服控器。

背景技術

眾所周知，錫焊加工一方面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；另一方面，焊接又是一種勞動條件差、煙塵多、熱輻射大、危險性高的工作。

焊接與其它工業加工過程不一樣，手工焊接時，有經驗的焊工可以根據眼睛所觀察到的實際焊點位置適時地調整焊槍的位置、姿態和行走的速度，以適應焊點及焊接軌跡的變化。但是對工廠來說，要招聘一個熟練的焊接工，就目前的工人心態以及工廠對員工的成本核算成為了一個正負交錯對立的局面，這是手工焊接的一個瓶頸；

此外，人工焊接會受到焊接工的工藝水平的限制，焊接質量和產量隨之而受到影響，同時受到焊接工的技能影響，產品焊接的效率和成本核算也是無法去量化。

在高技術迅猛發展的今天，傳統的生產方式已日趨落后，隨著電子產品的大批量生產，手工采用烙鐵工具逐點焊接PCB板上引腳焊點的方法，再也不能適應市場要求、生產效率與產品質量。

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。由于錫焊機器人是新型自動化的主要工具，直接將機器人變為直接生產力，它在改變傳統的生產模式，提高生產效率及對市場的適應能力方面顯示出極大的優越性。

在一些特殊的錫焊動作中，錫焊機器人不僅需要反復在一條直線上或者一個二維的平面上進行直線或圓弧點焊或者是按照一定的規律對一些位置進行點對點的點焊，而且由于在一個復雜的電路板上器件高度不一致，這個時候機器人需要在相對于電路板二維平面垂直的方向運動一個距離，這個時候一臺三自由度錫焊機器人可以很快的完成上述動作。

一臺完整的三自由度錫焊機器人大致分為以下幾個部分：

1）電機：在這個系統中，執行電機有四個，三個電機根據微處理器的指令來執行錫焊機器人在一個三維空間直接行走的相關動作，另外一個電機根據微處理器的指令執行焊接需要出錫量的多少；

2）算法：算法是錫焊機器人的靈魂。錫焊機器人必須采用一定的智能算法才能準確快速的從三維空間里的一點到達另外一點，形成點對點的運動，或者曲線軌跡的運動，并且根據外界不同條件計算出錫量的大小；

3）微處理器：微處理器是錫焊機器人的核心部分，是錫焊機器人的大腦。錫焊機器人所有的信息，包括焊點位置、出錫量多少、電機狀態信息以及四個電機相互配合運動等都需要經過微處理器處理并做出相應的判斷。

三自由度自動錫焊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。

但是由于國內研發此機器人的單位較少，相對研發水平比較落后，研發的單片機自動錫焊機器人結構如圖1，長時間運行發現存在著很多安全問題，即：

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錫焊運動失敗；

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；

基于微處理器與專用運動控制芯片的控制模式一般先有微處理器根據預設位置計算出電機需要的各種預設，然后送給專用芯片進行二次計算生成控制電機的PWM波信號，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的部分無法計算，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；

在基于微處理器與專用運動控制芯片的控制模式匯總，一般一個專用控制芯片控制一個電機，并且占用大量的微處理器口地址，對于三自由度錫焊機器人運動系統來說，要用到復雜的控制技術才可以實現；

作為自動錫焊機器人的執行機構采用的多是步進電機，經常會遇到丟失脈沖造成電機失步現象發生，導致系統對于焊點出錫量不一致；

由于采用步進電機，其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，并且由于多相之間的來回切換，使得系統的脈動轉矩增大，不利于系統動態性能的提高；

由于自動錫焊機器人在焊點間的頻繁點焊，要頻繁的剎車和啟動，加重了單片機的工作量，單一的單片機無法滿足自動錫焊機器人快速啟動和停止的要求；

由于受到周圍環境不穩定因素的干擾，單片機控制器經常會出現異常，引起錫焊機器人失控，抗干擾能力較差；