專利名稱：兩軸高速點(diǎn)膠機(jī)器人伺服控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)于點(diǎn)膠機(jī)器人的技術(shù)領(lǐng)域，且特別是有關(guān)于兩軸高速點(diǎn)膠機(jī)器人伺服控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在高技術(shù)迅猛發(fā)展的今天，傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式已日趨落后，新型的自動(dòng)化生產(chǎn)將成為新世紀(jì)接受市場挑戰(zhàn)的重要方式。自動(dòng)化不僅是提高勞動(dòng)生產(chǎn)率的手段，對企業(yè)未來的長遠(yuǎn)發(fā)展戰(zhàn)略起著重要的作用。由于機(jī)器人是新型的自動(dòng)化的主要工具，工業(yè)機(jī)器人及其應(yīng)用工程的開發(fā)，將機(jī)器人變?yōu)橹苯由a(chǎn)力，它在改變傳統(tǒng)的生產(chǎn)模式，提高生產(chǎn)率及對市場的適應(yīng)能力方面顯示出極大的優(yōu)越性。同時(shí)它將人從惡劣危險(xiǎn)的工作環(huán)境中替換出來，進(jìn)行文明生產(chǎn)，這對促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會進(jìn)步都具有重大意義。隨著制造業(yè)對機(jī)器人裝備 的需求及綠色環(huán)保和改善勞動(dòng)者的工作環(huán)境要求越來越高，專門對流體進(jìn)行控制，并將流體點(diǎn)滴、涂覆于產(chǎn)品表面或產(chǎn)品內(nèi)部的自動(dòng)化機(jī)器點(diǎn)膠機(jī)器人隨即產(chǎn)生。點(diǎn)膠機(jī)器人主要用于產(chǎn)品工藝中的膠水、油漆以及其他液體精確點(diǎn)、注、涂、點(diǎn)滴到每個(gè)產(chǎn)品精確位置，可以用來實(shí)現(xiàn)打點(diǎn)、畫線、圓型或弧型?！包c(diǎn)膠機(jī)器人”的研究開發(fā)將對我國制鞋行業(yè)、PCB板綁定封膠、IC封膠、PDA封膠、IXD封膠、IC封裝、IC粘接等行業(yè)產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。有的時(shí)候，點(diǎn)膠機(jī)器人只是需要反復(fù)在一條直線上或者一個(gè)二維的平面上進(jìn)行簡單的直線或圓弧涂膠或者是按照一定的規(guī)律對一些位置進(jìn)行點(diǎn)對點(diǎn)的涂膠，這個(gè)時(shí)候一臺兩軸的點(diǎn)膠機(jī)器人可以很快的完成上述動(dòng)作。一臺完整的兩軸點(diǎn)膠機(jī)器人大致分為以下幾個(gè)部分
O電機(jī)執(zhí)行電機(jī)是點(diǎn)膠機(jī)器人的動(dòng)力源，它根據(jù)微處理器的指令來執(zhí)行點(diǎn)膠機(jī)器人在加工部件二維的平面上行走的相關(guān)動(dòng)作；
2)算法算法是點(diǎn)膠機(jī)器人的靈魂，點(diǎn)膠機(jī)器人必須采用一定的智能算法才能準(zhǔn)確快速的從一點(diǎn)到達(dá)另外一點(diǎn)，形成點(diǎn)對點(diǎn)，或曲線運(yùn)動(dòng)；
3)微處理器微處理器是點(diǎn)膠機(jī)器人的核心部分，是點(diǎn)膠機(jī)器人的大腦，點(diǎn)膠機(jī)器人所有的信息，包括膠點(diǎn)大小，位置信息，和電機(jī)狀態(tài)信息等都需要經(jīng)過微處理器處理并做出相應(yīng)的判斷。點(diǎn)膠機(jī)器人結(jié)合了多學(xué)科知識，對于提升在校學(xué)生的動(dòng)手能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力和創(chuàng)新能力，促進(jìn)學(xué)生課堂知識的消化和擴(kuò)展學(xué)生的知識面都非常有幫助。點(diǎn)膠機(jī)器人技術(shù)的開展可以培養(yǎng)大批相關(guān)領(lǐng)域的人才，進(jìn)而促進(jìn)相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展和產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。但是由于國內(nèi)研發(fā)此點(diǎn)膠機(jī)器人的單位較少，相對研發(fā)水平比較落后，研發(fā)的兩軸點(diǎn)膠機(jī)器人伺服控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖，如圖1，長時(shí)間運(yùn)行發(fā)現(xiàn)存在著很多安全問題，即
(1)作為點(diǎn)膠機(jī)器人的電源采用的是一般交流電源整流后的直流電源，當(dāng)突然停電時(shí)會使整個(gè)點(diǎn)膠運(yùn)動(dòng)失?。?br> (2)作為點(diǎn)膠機(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用的是步進(jìn)電機(jī)，經(jīng)常會遇到丟失脈沖的問題出現(xiàn)，導(dǎo)致對位置的記憶出現(xiàn)錯(cuò)誤；
(3)由于采用步進(jìn)電機(jī)，使得機(jī)體發(fā)熱比較嚴(yán)重，有的時(shí)候需要進(jìn)行散熱；(4)由于采用步進(jìn)電機(jī)，使得系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)械噪聲大大增加，不利于環(huán)境保護(hù)；
(5)由于采用步進(jìn)電機(jī)，其電機(jī)本體一般都是多相結(jié)構(gòu)，控制電路需要采用多個(gè)功率管，使得控制電路相對比較復(fù)雜，并且增加了控制器價(jià)格；
(6)由于采用步進(jìn)電機(jī)，使得系統(tǒng)一般不適合在高速運(yùn)行，高速行走時(shí)容易產(chǎn)生振動(dòng)；
(7)由于采用步進(jìn)電機(jī)，使得系統(tǒng)的力矩相對較小；
(8)由于控制不當(dāng)?shù)脑?，?dǎo)致有的時(shí)候步進(jìn)電機(jī)產(chǎn)生共振；
(9)由于點(diǎn)膠機(jī)器人要頻繁的關(guān)閉和啟動(dòng)，加重了單片機(jī)的工作量，單一的單片機(jī)無法滿足點(diǎn)膠機(jī)器人快速啟動(dòng)和停止的要求，系統(tǒng)動(dòng)態(tài)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(dòng)點(diǎn)膠機(jī)器人控制系統(tǒng)占 用較大的空間，重量相對都比較重；
(11)由于受周圍環(huán)境不穩(wěn)定因素干擾，單片機(jī)控制器經(jīng)常會出現(xiàn)異常，引起點(diǎn)膠機(jī)器人失控，抗干擾能力較差；
(12)對于點(diǎn)膠機(jī)器人的點(diǎn)膠過程來說，一般要求其兩個(gè)電機(jī)的PWM控制信號要同步，由于受單片機(jī)計(jì)算能力的限制，單片機(jī)伺服系統(tǒng)很難滿足這一條件，使得點(diǎn)膠機(jī)器人點(diǎn)膠量不一致，特別是對于快速行走時(shí)情況更糟糕；
(13)由于受單片機(jī)容量和算法影響，點(diǎn)膠機(jī)器人對膠點(diǎn)的信息沒有存儲，當(dāng)遇到掉電情況時(shí)所有的信息將消失，這使得整個(gè)點(diǎn)膠過程要重新開始；
(14)點(diǎn)膠系統(tǒng)一旦開始，就要完成整個(gè)點(diǎn)膠運(yùn)動(dòng)，中間沒有任何暫?；蚓彌_的點(diǎn)。為了滿足高速、高效生產(chǎn)的需要，必須對現(xiàn)有的基于單片機(jī)控制的兩軸自動(dòng)點(diǎn)膠機(jī)器人控制系統(tǒng)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，尋求一種高速、高效的點(diǎn)膠伺服系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種兩軸高速點(diǎn)膠機(jī)器人伺服控制系統(tǒng)，解決了現(xiàn)有技術(shù)中兩軸點(diǎn)膠機(jī)器人控制系統(tǒng)高速和高效性能差的缺陷。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的一個(gè)技術(shù)方案是提供一種兩軸高速點(diǎn)膠機(jī)器人伺服控制系統(tǒng)，包括電池、交流電源、第一信號處理器、第二信號處理器、處理器單元、第一高速直流電機(jī)、第二高速直流電機(jī)以及點(diǎn)膠機(jī)器人，所述的第一信號處理器通過交流電源或者電池單獨(dú)提供電流驅(qū)動(dòng)所述的處理器單元，所述的處理器單元分別發(fā)出第一控制信號和第二控制信號，所述的第一控制信號和第二控制信號分別控制所述的第二高速直流電機(jī)和第一高速直流電機(jī)，通過所述的第一高速直流電機(jī)的第二控制信號和通過所述的第二高速直流電機(jī)的第一控制信號經(jīng)過第二信號處理器合成之后，控制點(diǎn)膠機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)。在本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，所述的處理器單元為一雙核處理器，包括DSP處理器、FPGA處理器以及設(shè)于DSP處理器和FPGA處理器的上位機(jī)系統(tǒng)和運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，所述的上位機(jī)系統(tǒng)包括人機(jī)界面模塊、路徑讀取模塊以及在線輸出模塊，所述的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)包括伺服控制模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊以及I/O控制模塊，其中，DSP處理器用于控制人機(jī)界面模塊、路徑讀取模塊、在線輸出模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊以及I/O控制模塊，F(xiàn)PGA處理器用于控制伺服控制模塊，且DSP處理器及FPGA處理器之間實(shí)時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和調(diào)用。在本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，所述的處理器單元進(jìn)一步與高速直流電機(jī)的輸出端連接。
在本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，所述的伺服控制模塊還包括轉(zhuǎn)換模塊，所述的轉(zhuǎn)換模塊用于把數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號。在本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，所述的伺服控制模塊還包括編碼器模塊，所述的編碼器模塊用于檢測點(diǎn)膠機(jī)器人的實(shí)際轉(zhuǎn)速，判斷是否符合速度要求，是否過快或過慢，并發(fā)出控制信號。在本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，所述的伺服控制模塊還包括電流模塊，所述的電流模塊用于調(diào)整電池的供電功率達(dá)到點(diǎn)膠機(jī)器人需要的范圍。在本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，所述的伺服控制模塊還包括速度模塊，所述的速度模塊與編碼器模塊通訊連接，當(dāng)編碼器模塊檢測點(diǎn)膠機(jī)器人實(shí)際轉(zhuǎn)速過快或過慢，速度模塊根據(jù)編碼器模塊檢測的結(jié)果來調(diào)節(jié)點(diǎn)膠機(jī)器人實(shí)際轉(zhuǎn)速。在本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，所述的伺服控制模塊還包括位移模塊，所述的位移模塊用于檢測點(diǎn)膠機(jī)器人是否到達(dá)既定位移，如果離既定過遠(yuǎn)，發(fā)出加速指令至控制器；如果離既定位移過近，則發(fā)出減速指令至控制器。 本發(fā)明的兩軸高速點(diǎn)膠機(jī)器人伺服控制系統(tǒng)，為了提高運(yùn)算速度，保證兩軸高速點(diǎn)膠機(jī)器人伺服控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，本發(fā)明在單片的DSP處理器中引入FPGA處理器，形成基于DSP+FPGA的雙核處理器，此處理器把原有的單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的多控制器系統(tǒng)集中設(shè)計(jì)，并充分考慮電池在這個(gè)系統(tǒng)的作用，實(shí)現(xiàn)單一控制器同步控制兩軸的功能，把兩軸高速點(diǎn)膠機(jī)器人伺服控制系統(tǒng)中工作量最大的兩軸伺服系統(tǒng)交給FPGA處理器控制，充分發(fā)揮FPGA處理器數(shù)據(jù)處理速度較快的特點(diǎn)，而人機(jī)界面模塊、路徑讀取模塊、在線輸出模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊以及I/O控制模塊等功能交給DSP處理器控制，這樣就實(shí)現(xiàn)了 DSP處理器與FPGA處理器的分工，把DSP處理器從繁重的工作量中解脫出來，抗干擾能力大大增強(qiáng)。


圖I為現(xiàn)有技術(shù)中兩軸點(diǎn)膠機(jī)器人伺服控制系統(tǒng)的原理 圖2為本發(fā)明較佳實(shí)施例的兩軸高速點(diǎn)膠機(jī)器人伺服控制系統(tǒng)的原理 圖3為圖2中處理器單元的方框 圖4為點(diǎn)膠機(jī)器人的速度運(yùn)動(dòng)曲線。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的較佳實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)闡述，以使本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特征能更易于被本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，從而對本發(fā)明的保護(hù)范圍做出更為清楚明確的界定。隨著微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)集成芯片制造技術(shù)的不斷發(fā)展和成熟，數(shù)字信號處理芯片(DSP)由于其快速的計(jì)算能力，不僅廣泛應(yīng)用于通信與視頻信號處理，也逐漸應(yīng)用在各種高級的控制系統(tǒng)中。TMS320F2812是美國TI公司推出的C2000平臺上的定點(diǎn)32位DSP處理器，適合用于工業(yè)控制，電機(jī)控制等，用途廣泛。運(yùn)行時(shí)鐘也快可達(dá)150MHz，處理性能可達(dá)150MIPS，每條指令周期6. 67ns，IO 口豐富，對用戶一般的應(yīng)用來說足夠了，兩個(gè)串口。具有12位的0 3. 3v的AD轉(zhuǎn)換等。具有片內(nèi)128kX16位的片內(nèi)FLASH，18K X 16位的SRAM，一般的應(yīng)用系統(tǒng)可以不要外擴(kuò)存儲器。加上獨(dú)立的算術(shù)邏輯單元，擁有強(qiáng)大的數(shù)字信號處理能力。此外，大容量的RAM被集成到該芯片內(nèi)，可以極大地簡化外圍電路設(shè)計(jì)，降低系統(tǒng)成本和系統(tǒng)復(fù)雜度，也大大提高了數(shù)據(jù)的存儲處理能力?；诂F(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)及現(xiàn)代電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化(EDA)技術(shù)的硬件實(shí)現(xiàn)方法是最近幾年出現(xiàn)了一種全新的設(shè)計(jì)思想。雖然FPGA本身只是標(biāo)準(zhǔn)的單元陣列，沒有一般的集成電路所具有的功能，但用戶可以根據(jù)自己的設(shè)計(jì)需要，通過特定的布局布線工具對其內(nèi)部進(jìn)行重新組合連接，在最短的時(shí)間內(nèi)設(shè)計(jì)出自己的專用集成電路，這樣就減小成本、縮短開發(fā)周期。由于FPGA處理器采用軟件化的設(shè)計(jì)思想實(shí)現(xiàn)硬件電路的設(shè)計(jì)，這樣就使得基于FPGA處理器設(shè)計(jì)的系統(tǒng)具有良好的可復(fù)用和修改性，這種全新的設(shè)計(jì)思想已經(jīng)逐漸應(yīng)用在高性能的交流驅(qū)動(dòng)控制上，并快速發(fā)展。如圖2所示，為本發(fā)明較佳實(shí)施例的兩軸高速點(diǎn)膠機(jī)器人伺服控制系統(tǒng)的原理圖。本實(shí)施例中，兩軸高速點(diǎn)膠機(jī)器人伺服控制系統(tǒng)包括電池、交流電源、第一信號處理器、第二信號處理器、處理器單元、第一高速直流電機(jī)、第二高速直流電機(jī)以及點(diǎn)膠機(jī)器人。其中，所述電池為鋰離子電池，是一種供電裝置，為整個(gè)系統(tǒng)的工作提供工作電壓。 本發(fā)明中，所述的第一信號處理器通過交流電源或者電池單獨(dú)提供電流驅(qū)動(dòng)所述的處理器單元，所述的處理器單元分別發(fā)出第一控制信號和第二控制信號，所述的第一控制信號和第二控制信號分別控制所述的第二高速直流電機(jī)和第一高速直流電機(jī)，通過所述的第一高速直流電機(jī)的第二控制信號和通過所述的第二高速直流電機(jī)的第一控制信號經(jīng)過第二信號處理器合成之后，控制點(diǎn)膠機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)。本發(fā)明為克服現(xiàn)有技術(shù)中單片機(jī)不能滿足兩軸點(diǎn)膠機(jī)器人行走的穩(wěn)定性和快速性的要求，舍棄了國產(chǎn)點(diǎn)膠機(jī)器人所采用的單片機(jī)的工作模式，提供了 DSP+FPGA處理器的全新控制模式，控制板以FPGA處理器為處理核心，實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號的實(shí)時(shí)處理，把DSP處理器從復(fù)雜的工作當(dāng)中解脫出來，實(shí)現(xiàn)部分的信號處理算法和響應(yīng)中斷，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信和存儲實(shí)時(shí)信號。請參閱圖3，所述處理器單元為一雙核處理器，其包括DSP處理器及FPGA處理器，二者可相互通訊，實(shí)時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和調(diào)用。所述的處理器單元還包括設(shè)于DSP處理器和FPGA處理器的上位機(jī)系統(tǒng)和運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，所述的上位機(jī)系統(tǒng)包括人機(jī)界面模塊、路徑讀取模塊以及在線輸出模塊，所述的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)包括伺服控制模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊以及I/O控制模塊。其中，DSP處理器用于控制人機(jī)界面模塊、路徑讀取模塊、在線輸出模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊以及I/O控制模塊，F(xiàn)PGA處理器用于控制伺服控制模塊。上位機(jī)系統(tǒng)包括人機(jī)界面模塊、路徑讀取模塊以及在線輸出模塊。人機(jī)界面模塊包括開始/重啟按鍵及功能選擇鍵；路徑讀取模塊用于讀出已經(jīng)已經(jīng)預(yù)設(shè)好的速度，加速度，位置等參數(shù)設(shè)置；在線輸出模塊用于提示點(diǎn)膠機(jī)器人的工作狀態(tài)，比如是點(diǎn)膠機(jī)器人工作過程中或到站狀態(tài)提示。運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)包括伺服控制模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊以及I/O控制模塊。其中，數(shù)據(jù)存儲模塊模塊為一存儲器；I/o控制模塊包括RS-232串行接口、ICE端口等；伺服控制模塊進(jìn)一步包括轉(zhuǎn)換模塊、編碼器模塊、電流模塊、速度模塊以及位移模塊。其中，所述轉(zhuǎn)換模塊包括模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC, Analog to Digital Converter)及數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器(DAC, Digital to Analog Converter);所述編碼器模塊用于檢測點(diǎn)膠機(jī)器人的實(shí)際轉(zhuǎn)速，判斷是否符合速度要求，是否過快或過慢，并發(fā)出控制信號。所述電流模塊與電池和控制器、轉(zhuǎn)換模塊連接。轉(zhuǎn)換模塊根據(jù)電池和控制器的電流，判斷工作功率，并把功率狀況反饋至電池，電流模塊用于調(diào)整電池的供電功率達(dá)到點(diǎn)膠機(jī)器人需要的范圍。所述速度模塊與編碼器模塊通訊連接，當(dāng)編碼器模塊檢測點(diǎn)膠機(jī)器人實(shí)際轉(zhuǎn)速過快或過慢，速度模塊根據(jù)編碼器模塊檢測的結(jié)果來調(diào)節(jié)點(diǎn)膠機(jī)器人的實(shí)際轉(zhuǎn)速。所述位移模塊檢測點(diǎn)膠機(jī)器人是否到達(dá)既定位移，如果離既定過遠(yuǎn)，發(fā)出加速指令至控制器；如果離既定位移過近，則發(fā)出減速指令至控制器。對于處理器單元為一雙核處理器，在電源打開狀態(tài)下，點(diǎn)膠機(jī)器人先進(jìn)入自鎖狀態(tài)，然后把點(diǎn)膠機(jī)器人的點(diǎn)膠閥放在廢膠回收裝置處，打開點(diǎn)膠閥門然后膠體自動(dòng)流出，等均勻后開始移動(dòng)到起始點(diǎn)，點(diǎn)膠機(jī)器人把儲存的實(shí)際路徑參數(shù)傳輸給控制器中的DSP處理器，DSP處理器把這些運(yùn)動(dòng)參數(shù)轉(zhuǎn)化為第一高速直流電機(jī)和第二高速直流電機(jī)要運(yùn)行的距離，然后與FPGA處理器通訊，F(xiàn)PGA處理器根據(jù)電機(jī)的電流和光碼盤信息生成控制電機(jī)運(yùn)動(dòng)的PWM波，經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路后控制兩個(gè)電機(jī)運(yùn)動(dòng)，然后由FPGA處理器把處理數(shù)據(jù)通訊給DSP處理器，由DSP處理器繼續(xù)處理后續(xù)的運(yùn)行狀態(tài)。
結(jié)合以上描述，上位機(jī)系統(tǒng)包括人機(jī)界面模塊、路徑讀取模塊、在線輸出模塊等功能；運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)包括伺服控制模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、I/o控制模塊等功能。其中工作量最大的伺服控制模塊交給FPGA處理器控制，其余的包括上位機(jī)系統(tǒng)交給DSP處理器控制，這樣就實(shí)現(xiàn)了 DSP處理器與FPGA處理器的分工，同時(shí)二者之間也可以進(jìn)行通訊，實(shí)時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和調(diào)用。本發(fā)明中兩軸高速點(diǎn)膠機(jī)器人伺服控制系統(tǒng)具體的功能實(shí)現(xiàn)如下
1)操作人員把加工部件安裝在夾具上；
2)打開電源，在打開電源瞬間DSP處理器會對電源電壓來源進(jìn)行判斷，當(dāng)確定是電池供電時(shí)，如果電池電壓低壓的話，控制器將封鎖FPGA處理器的PWM波輸出，此時(shí)第一高速直流電機(jī)和第二高速直流電機(jī)不能工作，同時(shí)電壓傳感器將工作，雙核控制器發(fā)出低壓報(bào)警信號，人機(jī)界面模塊提示更換電池；
3)啟動(dòng)點(diǎn)膠機(jī)器人自動(dòng)控制程序，通過控制器的USB接口輸入任務(wù)或者從硬盤裝載任
務(wù);
4)將執(zhí)行機(jī)構(gòu)(包括膠刷和出膠頭)移動(dòng)到起始點(diǎn)上方，調(diào)整好初始化位置；
5)出膠信號有效，延時(shí)一定時(shí)間等待工作開始；
6)為了能夠驅(qū)動(dòng)兩軸點(diǎn)膠機(jī)器人運(yùn)動(dòng)，本控制系統(tǒng)引入FPGA處理器，由其生成兩軸電機(jī)運(yùn)動(dòng)的PWM波，但是通過I/O 口與DSP處理器進(jìn)入實(shí)時(shí)通訊，由DSP處理器控制其PWM波形的輸出和封鎖；
7)在點(diǎn)膠機(jī)器人運(yùn)動(dòng)過程中，DSP處理器會時(shí)刻儲存所經(jīng)過的距離或者是經(jīng)過的點(diǎn)膠點(diǎn)，并根據(jù)這些距離信息確定對下一個(gè)工作點(diǎn)點(diǎn)膠機(jī)器人兩軸第一高速直流電機(jī)和第二高速直流電機(jī)要運(yùn)行的距離，DSP處理器然后與FPGA處理器通訊，傳輸這些參數(shù)給FPGA處理器，然后由FPGA處理器根據(jù)第一高速直流電機(jī)和第二高速直流電機(jī)分別的電流和光碼盤信息生成控制電機(jī)運(yùn)動(dòng)的速度梯形圖，如圖4所示，這些梯形圖包含的面積就是點(diǎn)膠機(jī)器人第一高速直流電機(jī)和第二高速直流電機(jī)要運(yùn)行的距離；
8)在運(yùn)動(dòng)過程中如果點(diǎn)膠機(jī)器人發(fā)現(xiàn)膠點(diǎn)距離求解出現(xiàn)死循環(huán)將向DSP處理器發(fā)出中斷請求，DSP處理器會對中斷做第一時(shí)間響應(yīng)，如果DSP處理器的中斷響應(yīng)沒有來得及處理，點(diǎn)膠機(jī)器人的第一高速直流電機(jī)和第二高速直流電機(jī)將原地自鎖；
9)裝在第一高速直流電機(jī)和第二高速直流電機(jī)上的光碼盤會輸出其位置信號A和位置信號B，光碼盤的位置信號A脈沖和B脈沖邏輯狀態(tài)每變化一次，F(xiàn)PGA處理器內(nèi)的位置寄存器會根據(jù)第一高速直流電機(jī)和第二高速直流電機(jī)的運(yùn)行方向加I或者是減I ;
10)光碼盤的位置信號A脈沖和B脈沖和Z脈沖同時(shí)為低電平時(shí)，就產(chǎn)生一個(gè)位置信號給FPGA處理器，記錄第一高速直流電機(jī)和第二高速直流電機(jī)的絕對位置，然后換算成點(diǎn)膠機(jī)器人在點(diǎn)膠部件中的具體位置；
11)在運(yùn)動(dòng)過程中，如果控制器收到了高速點(diǎn)膠命令，控制器會根據(jù)點(diǎn)膠機(jī)器人在點(diǎn)膠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處理器，F(xiàn)PGA處理器根據(jù)外圍傳感信號自動(dòng)調(diào)取相應(yīng)的PID調(diào)節(jié)模式，由FPGA處理器計(jì)算出點(diǎn)膠機(jī)器人的第一高速直流電機(jī)和第二高速直流電機(jī)需要更新的PWM控制信號，控制機(jī)器人高速點(diǎn)膠；
12)如果點(diǎn)膠機(jī)器人在運(yùn)行過程中遇到突然斷電時(shí)，電池會自動(dòng)開啟立即對點(diǎn)膠機(jī)器 人進(jìn)行供電，當(dāng)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)電流超過設(shè)定值時(shí)，此時(shí)控制器會立即封鎖FPGA處理器的PWM波輸出，第一高速直流電機(jī)和第二高速直流電機(jī)停止工作，從而有效地避免了電池大電流放電的發(fā)生；
13)如果在點(diǎn)膠過程中讀到了自動(dòng)暫停點(diǎn)，F(xiàn)PGA處理器會控制第一高速直流電機(jī)和第二高速直流電機(jī)以最大的加速度停車，使加工過程出現(xiàn)自動(dòng)暫停并存儲當(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處理器重新工作，并調(diào)取存儲信息使點(diǎn)膠機(jī)器人從自動(dòng)暫停點(diǎn)可以繼續(xù)工作；
14)在運(yùn)動(dòng)過程中，如果檢測到電機(jī)的轉(zhuǎn)矩出現(xiàn)脈動(dòng)，F(xiàn)PGA處理器會自動(dòng)補(bǔ)償轉(zhuǎn)矩，減少了電機(jī)轉(zhuǎn)矩對點(diǎn)膠過程的影響；
15)點(diǎn)膠機(jī)器人在運(yùn)行過程會時(shí)刻檢測電池電壓，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)低壓時(shí)，傳感器會通知控制器開啟并發(fā)出報(bào)警提示，有效地保護(hù)了電池；
16)當(dāng)完成整個(gè)加工部件的點(diǎn)膠運(yùn)動(dòng)后，點(diǎn)膠閥會停止出膠和延時(shí)，并走出運(yùn)動(dòng)軌跡；
17)點(diǎn)膠機(jī)器人重新設(shè)定位置零點(diǎn)，等待下一周期的任務(wù)。本發(fā)明兩軸高速點(diǎn)膠機(jī)器人伺服控制系統(tǒng)具有的有益效果是
I由于采用高性能的32位DSP處理器，使得系統(tǒng)處理速度大大增加，可以很好滿足點(diǎn)膠系統(tǒng)快速性的要求；
2:在運(yùn)動(dòng)過程中，充分考慮了電池在這個(gè)系統(tǒng)中的作用，基于DSP+FPGA雙核控制器時(shí)刻都在對點(diǎn)膠機(jī)器人的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測和運(yùn)算，當(dāng)遇到交流電源斷電時(shí)，電池會立即提供能源，避免了兩軸高速點(diǎn)膠機(jī)器人伺服控制系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)的失敗，并且在電池提供電源的過程中，時(shí)刻對電池的電流進(jìn)行觀測并保護(hù)，避免了大電流的產(chǎn)生，所以從根本上解決了大電流對電池的沖擊，避免了由于大電流放電而引起的電池過度老化現(xiàn)象的發(fā)生；
3 由FPGA處理器處理點(diǎn)膠機(jī)器人電機(jī)的獨(dú)立伺服控制，使得控制比較簡單，大大提高了運(yùn)算速度，解決了現(xiàn)有技術(shù)中單片機(jī)運(yùn)行較慢的瓶頸，縮短了開發(fā)周期短，并且系統(tǒng)可移植能力強(qiáng)；
4:基本實(shí)現(xiàn)全貼片元器件材料，實(shí)現(xiàn)了單板控制，不僅節(jié)省了控制板占用空間，而且有利于點(diǎn)膠機(jī)器人體積和重量的減輕；
5為了提高運(yùn)算速度和精度，本自動(dòng)點(diǎn)膠機(jī)器人采用了高速直流電機(jī)替代了傳統(tǒng)系統(tǒng)中常用的步進(jìn)電機(jī)，使得運(yùn)算精度大大提高，效率也有一定程度的提高；
6由于本控制器采用FPGA處理器處理兩軸伺服系統(tǒng)全部的數(shù)據(jù)與算法，把DSP處理器從繁重的工作量中解脫出來，有效的防止點(diǎn)膠機(jī)器人失控，抗干擾能力大大增強(qiáng)；
7:由于兩軸電機(jī)的控制信號是通過FPGA處理器生成，這樣由FPGA處理器可以同時(shí)輸出PWM調(diào)制信號和方向信號，通過驅(qū)動(dòng)電路直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)，不僅減輕了 DSP處理器的負(fù)擔(dān)，簡化了接口電路，而且省去了 DSP處理器內(nèi)部編寫位置、速度控制程序，以及各種PID算法的麻煩，使得系統(tǒng)的調(diào)試簡單，并且實(shí)現(xiàn)了兩軸伺服控制的同步性；
8:在點(diǎn)膠機(jī)器人運(yùn)行過程中，控制器會對電機(jī)的轉(zhuǎn)矩進(jìn)行在線辨識并利用電機(jī)力矩與電流的關(guān)系進(jìn)行補(bǔ)償，減少了快速行走時(shí)高速直流電機(jī)轉(zhuǎn)矩抖動(dòng)對點(diǎn)膠機(jī)器人動(dòng)態(tài)性能的影響；
9:在FPGA處理器內(nèi)部伺服控制中，集成了多種PID調(diào)節(jié)模式，可以根據(jù)機(jī)器人外圍運(yùn)行情況自動(dòng)調(diào)整其內(nèi)部的PID參數(shù)，輕松實(shí)現(xiàn)分段P、PD、PID控制和非線性PID控制，由于 沒有DSP處理器參與此運(yùn)算，使得其運(yùn)動(dòng)過程具有一定的自適應(yīng)的功能，而且運(yùn)算速度比專用運(yùn)動(dòng)芯片控制的系統(tǒng)高，有利于提高高速點(diǎn)膠系統(tǒng)的點(diǎn)膠速度；
10:由于具有存儲功能，這使得點(diǎn)膠機(jī)器人掉電或遇到故障后可以輕易的調(diào)取已經(jīng)涂膠好的路徑信息，即使出現(xiàn)故障后也可以輕易的二次點(diǎn)膠，不需要人工的干預(yù)；
11:在整個(gè)點(diǎn)膠過程中，加入了暫停點(diǎn)設(shè)定，這樣有利于在運(yùn)動(dòng)過程中目測已經(jīng)點(diǎn)膠好的位置，提前發(fā)現(xiàn)點(diǎn)膠問題。以上所述僅為本發(fā)明的實(shí)施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運(yùn)用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種兩軸高速點(diǎn)膠機(jī)器人伺服控制系統(tǒng)，其特征在于，包括電池、交流電源、第一信號處理器、第二信號處理器、處理器単元、第一高速直流電機(jī)、第二高速直流電機(jī)以及點(diǎn)膠機(jī)器人，所述的第一信號處理器通過交流電源或者電池單獨(dú)提供電流驅(qū)動(dòng)所述的處理器單元，所述的處理器單元分別發(fā)出第一控制信號和第二控制信號，所述的第一控制信號和第ニ控制信號分別控制所述的第二高速直流電機(jī)和第一高速直流電機(jī)，通過所述的第一高速直流電機(jī)的第二控制信號和通過所述的第二高速直流電機(jī)的第一控制信號經(jīng)過第二信號處理器合成之后，控制點(diǎn)膠機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的兩軸高速點(diǎn)膠機(jī)器人伺服控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的處理器單元為一雙核處理器，包括DSP處理器、FPGA處理器以及設(shè)于DSP處理器和FPGA處理器的上位機(jī)系統(tǒng)和運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，所述的上位機(jī)系統(tǒng)包括人機(jī)界面模塊、路徑讀取模塊以及在線輸出模塊，所述的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)包括伺服控制模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊以及I/O控制模塊，其中，DSP處理器用于控制人機(jī)界面模塊、路徑讀取模塊、在線輸出模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊以及I/O控制模塊，F(xiàn)PGA處理器用于控制伺服控制模塊，且DSP處理器及FPGA處理器之間實(shí)時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和調(diào)用。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的兩軸高速點(diǎn)膠機(jī)器人伺服控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的伺服控制模塊還包括轉(zhuǎn)換模塊，所述的轉(zhuǎn)換模塊用于把數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的兩軸高速點(diǎn)膠機(jī)器人伺服控制系統(tǒng)，其特征在干，所述的伺服控制模塊還包括編碼器模塊，所述的編碼器模塊用于檢測點(diǎn)膠機(jī)器人的實(shí)際轉(zhuǎn)速，判斷是否符合速度要求，是否過快或過慢，并發(fā)出控制信號。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的兩軸高速點(diǎn)膠機(jī)器人伺服控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的伺服控制模塊還包括電流模塊，所述的電流模塊用于調(diào)整電池的供電功率達(dá)到點(diǎn)膠機(jī)器人需要的范圍。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的兩軸高速點(diǎn)膠機(jī)器人伺服控制系統(tǒng)，其特征在干，所述的伺服控制模塊還包括速度模塊，所述的速度模塊與編碼器模塊通訊連接，當(dāng)編碼器模塊檢測點(diǎn)膠機(jī)器人實(shí)際轉(zhuǎn)速過快或過慢，速度模塊根據(jù)編碼器模塊檢測的結(jié)果來調(diào)節(jié)點(diǎn)膠機(jī)器人實(shí)際轉(zhuǎn)速。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的兩軸高速點(diǎn)膠機(jī)器人伺服控制系統(tǒng)，其特征在干，所述的伺服控制模塊還包括位移模塊，所述的位移模塊用于檢測點(diǎn)膠機(jī)器人是否到達(dá)既定位移，如果離既定過遠(yuǎn)，發(fā)出加速指令至控制器；如果離既定位移過近，則發(fā)出減速指令至控制器。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種兩軸高速點(diǎn)膠機(jī)器人伺服控制系統(tǒng)，包括電池、交流電源、第一信號處理器、第二信號處理器、處理器單元、第一高速直流電機(jī)、第二高速直流電機(jī)以及點(diǎn)膠機(jī)器人，所述的第一信號處理器通過交流電源或者電池單獨(dú)提供電流驅(qū)動(dòng)所述的處理器單元，所述的處理器單元分別發(fā)出第一控制信號和第二控制信號，所述的第一控制信號和第二控制信號分別控制所述的第二高速直流電機(jī)和第一高速直流電機(jī)，通過所述的第一高速直流電機(jī)的第二控制信號和通過所述的第二高速直流電機(jī)的第一控制信號經(jīng)過第二信號處理器合成之后，控制點(diǎn)膠機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)。本發(fā)明提供的兩軸高速點(diǎn)膠機(jī)器人伺服控制系統(tǒng)，有效的防止點(diǎn)膠機(jī)器人失控，抗干擾能力大大增強(qiáng)。
文檔編號B05C5/00GK102841561SQ201210361938
公開日2012年12月26日 申請日期2012年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月26日
發(fā)明者袁麗娟, 張好明, 王應(yīng)海 申請人:蘇州工業(yè)園區(qū)職業(yè)技術(shù)學(xué)院