專利名稱：兩軸中低速點膠機(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)于點膠機(jī)器人的技術(shù)領(lǐng)域，且特別是有關(guān)于兩軸中低速點膠機(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，自動化不僅是提高勞動生產(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，同時它將人從惡劣危險的工作環(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，并將流體點滴、涂覆于產(chǎn)品表面或產(chǎn)品內(nèi)部的自動化機(jī)器點膠機(jī)器人隨即產(chǎn)生。點膠機(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、注、涂、點滴到每個產(chǎn)品精確位置，可以用來實現(xiàn)打點、畫線、圓型或弧型?！包c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。有的時候，點膠機(jī)器人只是需要反復(fù)在一條直線上或者一個二維的平面上進(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)行點對點的涂膠，這個時候一臺兩軸的點膠機(jī)器人可以很快的完成上述動作。一臺完整的二軸點膠機(jī)器人大致分為以下幾個部分
O電機(jī)執(zhí)行電機(jī)是點膠機(jī)器人的動力源，它根據(jù)微處理器的指令來執(zhí)行點膠機(jī)器人在加工部件二維的平面上行走的相關(guān)動作；
2)算法算法是點膠機(jī)器人的靈魂，點膠機(jī)器人必須采用一定的智能算法才能準(zhǔn)確快速的從一點到達(dá)另外一點，形成點對點，或曲線軌跡的運(yùn)動；
3)微處理器微處理器是點膠機(jī)器人的核心部分，是點膠機(jī)器人的大腦。點膠機(jī)器人所有的信息，包括膠點大小，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)生的動手能力、團(tuán)隊協(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)的兩軸點膠機(jī)器人伺服控制系統(tǒng)，如圖1，長時間運(yùn)行發(fā)現(xiàn)存在著很多安全問題，即
(1)作為點膠機(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)突然停電時會使整個點膠運(yùn)動失敗；
(2)作為點膠機(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用的多是步進(jìn)電機(jī)，經(jīng)常會遇到丟失脈沖造成電機(jī)失步現(xiàn)象發(fā)生，導(dǎo)致對位置的記憶出現(xiàn)錯誤；
(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格；
(6)由于采用步進(jìn)電機(jī)，使得系統(tǒng)一般不適合在速度較高的場合運(yùn)行，高速運(yùn)動時容易產(chǎn)生振動,導(dǎo)致點膠失敗；
(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)致有的時候步進(jìn)電機(jī)產(chǎn)生共振；
(9)由于點膠機(jī)器人要頻繁的關(guān)閉和啟動，加重了單片機(jī)的工作量，單一的單片機(jī)無法滿足點膠機(jī)器人快速啟動和停止的要求；
(10)相對采用的都是一些體積比較大的插件元器件，使得點膠機(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，引起點膠機(jī)器人失控，抗干擾能力較差；
(12)對于兩軸點膠機(jī)器人的點膠過程來說，一般要求其兩個電機(jī)的PWM控制信號要同步，由于受單片機(jī)計算能力的限制，單一單片機(jī)伺服系統(tǒng)很難滿足這一條件，使得點膠機(jī)器人點膠量不一致，特別是對于快速行走時情況更糟糕；
(13)由于受單片機(jī)容量和算法影響，點膠機(jī)器人對已經(jīng)點膠的膠點信息沒有存儲，當(dāng)遇到掉電情況或故障重啟時所有的信息將消失，這使得整個點膠過程要重新開始；
(14)點膠系統(tǒng)一旦開始，就要完成整個點膠運(yùn)動，中間沒有任何暫?；蚓彌_的點。因此，需要對現(xiàn)有的基于單片機(jī)控制的兩軸點膠機(jī)器人控制系統(tǒng)進(jìn)行重新設(shè)計，尋求一種經(jīng)濟(jì)適用的中低速兩軸點膠伺服系統(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中低速點膠機(jī)器人伺服控制系統(tǒng)，解決了現(xiàn)有技術(shù)中點膠機(jī)器人失控和抗干擾能力較差的問題。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的一個技術(shù)方案是提供一種兩軸中低速點膠機(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，控制點膠機(jī)器人的運(yùn)動，其中，所述的處理器單元為一雙核處理器，包括單片機(jī)和LM629芯片，且單片機(jī)和LM629芯片之間實時進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和調(diào)用。在本發(fā)明一個較佳實施例中，所述的處理器單元還包括設(shè)于單片機(jī)和LM629芯片的上位機(jī)系統(tǒng)和運(yùn)動控制系統(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、軌跡參數(shù)預(yù)設(shè)模塊以及在線輸出模塊，所述的運(yùn)動控制系統(tǒng)包括兩軸伺服控制模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊以及I/o控制模塊，其中，單片機(jī)用于控制人機(jī)界面模塊、路徑讀取模塊、軌跡參數(shù)預(yù)設(shè)模塊、在線輸出模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊以及I/o控制模塊，LM629芯片用于控制伺服控制模塊。在本發(fā)明一個較佳實施例中，所述的LM629芯片內(nèi)部還包括運(yùn)動梯形圖發(fā)生器，所述的運(yùn)動梯形圖發(fā)生器用于生成速度運(yùn)動梯形圖，其包含的面積就是點膠機(jī)器人兩個馬達(dá)要運(yùn)行的距離。 在本發(fā)明一個較佳實施例中，所述的LM629芯片內(nèi)部還包括電機(jī)位置解碼器，所述的電機(jī)位置解碼器用于解讀點膠機(jī)器人的位置數(shù)據(jù)。在本發(fā)明一個較佳實施例中，所述的LM629芯片內(nèi)部還包括閉環(huán)PID調(diào)節(jié)器，所述的閉環(huán)PID調(diào)節(jié)器用于調(diào)節(jié)點膠機(jī)器人的驅(qū)動功率。在本發(fā)明一個較佳實施例中，所述的高速直流電機(jī)上還安裝有光碼盤，所述的光碼盤用于輸出點膠機(jī)器人的位置信號。在本發(fā)明一個較佳實施例中，所述的單片機(jī)為工業(yè)級的C8051F120單片機(jī)。 本發(fā)明的兩軸中低速點膠機(jī)器人伺服控制系統(tǒng)，為了提高運(yùn)算速度，保證兩軸中低速點膠機(jī)器人伺服控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，本發(fā)明在單片的單片機(jī)中引入LM629芯片，形成基于單片機(jī)+LM629的雙核處理器，充分考慮電池在這個系統(tǒng)的作用，把兩軸中低速點膠機(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LM629芯片控制，充分發(fā)揮LM629芯片數(shù)據(jù)處理速度較快的特點，而人機(jī)界面模塊、路徑讀取模塊、軌跡參數(shù)預(yù)設(shè)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單片機(jī)控制，這樣就實現(xiàn)了單片機(jī)與LM629芯片的分工，把單片機(jī)從繁重的工作量中解脫出來，防止點膠機(jī)器人失控，抗干擾能力大大增強(qiáng)。


圖I為現(xiàn)有技術(shù)中兩軸點膠機(jī)器人伺服控制系統(tǒng)的原理 圖2為本發(fā)明較佳實施例的兩軸中低速點膠機(jī)器人伺服控制系統(tǒng)的原理 圖3為圖2中處理器單元的的方框 圖4為本發(fā)明較佳實施例的兩軸中低速點膠機(jī)器人伺服控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框 圖5為點膠機(jī)器人的速度運(yùn)動曲線。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的較佳實施例進(jìn)行詳細(xì)闡述，以使本發(fā)明的優(yōu)點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。單片機(jī)自20世紀(jì)70年代末誕生至今，經(jīng)歷了單片微型計算機(jī)SCM、微控制器MCU及片上系統(tǒng)SOC三大階段，前兩個階段分別以MCS-51和80C51為代表。隨著在嵌入式領(lǐng)域中對單片機(jī)的性能和功能要求越來越高，以往的單片機(jī)無論是運(yùn)行速度還是系統(tǒng)集成度等多方面都不能滿足新的設(shè)計需要，這時Silicon Labs公司推出了 C8051F系列單片機(jī),成為SOC的典型代表。C8051F具有上手快(全兼容8051指令集)、研發(fā)快(開發(fā)工具易用，可縮短研發(fā)周期)和見效快(調(diào)試手段靈活)的特點，其性能優(yōu)勢具體體現(xiàn)在以下方面
1)高速、流水線結(jié)構(gòu)的8051兼容的CIP-51內(nèi)核(100MIPS或50MIPS);
2)全速、非侵入式的在系統(tǒng)調(diào)試接口(片內(nèi))；
3)真正12位或10位、100ksps的ADC，帶PGA和8通道模擬多路開關(guān)；4)真正8位500ksps的ADC，帶PGA和8通道模擬多路開關(guān)；
5)兩個12位DAC，具有可編程數(shù)據(jù)更新方式(僅C8051F12X)；
6)2周期的16 X 16乘法和累加引擎；
7)128KK或64KB可在系統(tǒng)編程的FLASH存儲器；
8)8448 (8K+256)字節(jié)的片內(nèi) RAM ；
9)可尋址64KB地址空間的外部數(shù)據(jù)存儲器接口；
10)硬件實現(xiàn)的SPI、SMBus/I2C和兩個UART串行接口 ；
11)5個通用的16位定時器；
12)具有6個捕捉/比較模塊的可編程計數(shù)器/定時器陣列；
13)片內(nèi)看門狗定時器、VDD監(jiān)視器和溫度傳感器。LM629芯片是National semiconductor生產(chǎn)的一款用于精密運(yùn)動控制的專用芯片，有24腳和28腳二種表面安裝式封裝，在一個芯片內(nèi)集成了數(shù)字式運(yùn)動控制的全部功能，使得設(shè)計一個快速、準(zhǔn)確的運(yùn)動控制系統(tǒng)的任務(wù)變得輕松、容易，它有以下特性
O工作頻率為6MHz和8MHz，工作溫度范圍為-40°C +85°C，使用5V電源；
2)32位的位置、速度和加速度存器；
3)8位分辨率的PWM脈寬調(diào)制輸出；
4)16位可編程數(shù)字PID控制器；
5)內(nèi)部的梯形速度發(fā)生器；
6)該芯片可實時修改速度、目標(biāo)位置和PID控制參數(shù)；
7)實時可編程中斷；可編程微分項采樣間隔；
8)對增量碼盤信號進(jìn)行四倍頻；
9)可設(shè)置于速度或位置伺服兩種工作狀態(tài)。上述特點使得LM629芯片特別適合伺服控制系統(tǒng)中。如圖2所示，為本發(fā)明較佳實施例的兩軸中低速點膠機(jī)器人伺服控制系統(tǒng)的原理圖。本實施例中，兩軸中低速點膠機(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，控制點膠機(jī)器人的運(yùn)動。其中，所述的處理器單元為一雙核處理器，包括單片機(jī)和LM629芯片，且單片機(jī)和LM629芯片之間實時進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和調(diào)用。本發(fā)明為克服單一的單片機(jī)不能滿足兩軸點膠機(jī)器人行走的穩(wěn)定性和快速性的要求，舍棄了國產(chǎn)點膠機(jī)器人所采用的單片的單片機(jī)的工作模式，提供了單片機(jī)+LM629芯片的全新控制模式，控制板以LM629芯片為處理核心，實現(xiàn)數(shù)字信號的實時處理，把單片機(jī)從復(fù)雜的工作當(dāng)中解脫出來，實現(xiàn)部分的信號處理算法和LM629芯片的控制邏輯，并響應(yīng)中斷，實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信和存儲實時信號。請參閱圖3，所述處理器單元為一雙核處理器，其包括單片機(jī)以及LM629芯片，二者可相互通訊，實時進(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)于單片機(jī)和LM629芯片的上位機(jī)系統(tǒng)和運(yùn)動控制系統(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、軌跡參數(shù)預(yù)設(shè)模塊以及在線輸出模塊，所述的運(yùn)動控制系統(tǒng)包括兩軸伺服控制模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊以及I/O控制模塊。其中，單片機(jī)用于控制人機(jī)界面模塊、路徑讀取模塊、軌跡參數(shù)預(yù)設(shè)模塊、在線輸出模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊以及I/O控制模塊，LM629芯片用于控制兩軸伺服控制模塊。上位機(jī)系統(tǒng)包括人機(jī)界面模塊、路徑讀取模塊、軌跡參數(shù)預(yù)設(shè)模以及在線輸出模塊。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書已經(jīng)已經(jīng)預(yù)設(shè)好的速度，加速度，位置等參數(shù)設(shè)置；軌跡參數(shù)預(yù)設(shè)模塊用于預(yù)先設(shè)置點膠機(jī)器人的路徑軌跡；在線輸出模塊用于提示點膠機(jī)器人的工作狀態(tài)，比如是點膠機(jī)器人工作過程中或到站狀態(tài)提示。運(yùn)動控制系統(tǒng)包括兩軸伺服控制模塊、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；1/0控制模塊包括RS-232串行接口、ICE端口等。對于處理器單元為一雙核處理器，在電源打開狀態(tài)下，點膠機(jī)器人先進(jìn)入自鎖狀態(tài)，然后把點膠機(jī)器人的點膠閥放在廢膠回收裝置處，打開點膠閥門然后膠體自動流出，等均勻后開始移動到起始點，點膠機(jī)器人把儲存的實際導(dǎo)航傳輸參數(shù)傳輸給控制器中的單片機(jī)，單片機(jī)把這些環(huán)境參數(shù)轉(zhuǎn)化為點膠機(jī)器人在指定運(yùn)動軌跡下第一高速直流電機(jī)和第二高速直流電機(jī)要運(yùn)行的距離、速度和加速度，然后與LM629芯片通訊，LM629芯片根據(jù)這些參數(shù)轉(zhuǎn)處理兩個獨(dú)立電機(jī)的伺服控制，并把處理數(shù)據(jù)通訊給單片機(jī)，由單片機(jī)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、軌跡參數(shù)預(yù)設(shè)模塊、在線輸出模塊等功能；運(yùn)動控制系統(tǒng)包括兩軸伺服控制模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、I/o控制模塊等功能。其中工作量最大的兩軸伺服控制模塊交給LM629芯片控制，其余的包括上位機(jī)系統(tǒng)交給單片機(jī)控制，這樣就實現(xiàn)了單片機(jī)與LM629芯片的分工，同時二者之間也可以進(jìn)行通訊，實時進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和調(diào)用。請參閱圖4，為本發(fā)明較佳實施例的兩軸中低速點膠機(jī)器人伺服控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。包括單片機(jī)、LM629芯片、電機(jī)驅(qū)動器、第一高速直流電機(jī)和第二高速直流電機(jī)，所述的單片機(jī)與LM629芯片通訊，所述的LM629芯片發(fā)出控制信號至電機(jī)驅(qū)動器，由所述的電機(jī)驅(qū)動器控制第一高速直流電機(jī)和第二高速直流電機(jī)。上述中，所述的LM629芯片和高速直流電機(jī)之間還連接有編碼器；所述的單片機(jī)通過分別數(shù)據(jù)總線和控制總線與LM629芯片進(jìn)行通訊。本發(fā)明中，所述的LM629芯片內(nèi)部包括接口、運(yùn)動梯形圖發(fā)生器、電機(jī)位置解碼器和閉環(huán)PID調(diào)節(jié)器。所述的接口為I/O 口，用于連接數(shù)據(jù)總線和控制總線；所述的運(yùn)動梯形圖發(fā)生器用于生成速度運(yùn)動梯形圖，其包含的面積就是點膠機(jī)器人兩個馬達(dá)要運(yùn)行的距離；所述的電機(jī)位置解碼器用于解讀點膠機(jī)器人的位置數(shù)據(jù)；所述的閉環(huán)PID調(diào)節(jié)器用于調(diào)節(jié)點膠機(jī)器人的驅(qū)動功率。本發(fā)明中兩軸中低速點膠機(jī)器人伺服控制系統(tǒng)具體的功能實現(xiàn)如下
1)操作人員把加工部件安裝在夾具上；
2)打開電源，在打開電源瞬間單片機(jī)會對電源電壓來源進(jìn)行判斷，當(dāng)確定是電池供電時，如果電池電壓低壓的話，將禁止LM629芯片工作，電機(jī)不能自鎖，同時電壓傳感器將工作，控制器會發(fā)出低壓報警信號；
3)啟動點膠機(jī)器人自動控制程序，通過控制器232串口輸入任務(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)移動到起始點上方，調(diào)整好位姿；
5)出膠信號有效，延時一個時間段，等待任務(wù)啟動；
6)為了能夠驅(qū)動兩軸點膠機(jī)器人運(yùn)動，本控制系統(tǒng)引入了兩片LM629芯片，但是通過I/O 口與單片機(jī)進(jìn)入實時通訊，由單片機(jī)控制其開通和關(guān)斷； 7)對于基于LM629芯片的系統(tǒng)來說，“忙”狀態(tài)的檢測是整個伺服系統(tǒng)設(shè)計的首要部分，在處理器向LM629芯片寫命令或者讀寫數(shù)字后，“忙”狀態(tài)位會被立刻置位，此時，會忽略一切命令數(shù)據(jù)傳輸，直至“忙”狀態(tài)被復(fù)位，所以在每次運(yùn)動之前先檢測此狀態(tài)位，判斷是否為“忙”，如果是“忙”要進(jìn)行軟件復(fù)位，使系統(tǒng)可以進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊；
8)對于基于LM629芯片的系統(tǒng)來說，復(fù)位也是LM629芯片伺服系統(tǒng)操作中重要的一個環(huán)節(jié)，復(fù)位后，查看LM629芯片的狀態(tài)字，如果不等于84H或者C4H，說明硬件復(fù)位失敗，必須重新復(fù)位，否則LM629芯片不可以正常工作；
9)在點膠機(jī)器人運(yùn)動過程中，單片機(jī)會時刻儲存所經(jīng)過的距離或者是經(jīng)過的點膠點，并根據(jù)這些距離信息由單片機(jī)計算得到相對下一個點膠機(jī)器人第一高速直流電機(jī)和第二高速直流電機(jī)分別要運(yùn)行的距離、速度和加速度，單片機(jī)然后與LM629芯片通訊，傳輸這些參數(shù)給LM629芯片，然后由LM629芯片生成速度運(yùn)動梯形圖，如圖5所示，這個梯形包含的面積就是點膠機(jī)器人兩個電機(jī)要運(yùn)行的距離；
10)在運(yùn)動過程中如果自動點膠機(jī)器人發(fā)現(xiàn)膠點距離求解出現(xiàn)死循環(huán)將向單片機(jī)發(fā)出中斷請求，單片機(jī)會對中斷做第一時間響應(yīng)，如果單片機(jī)的中斷響應(yīng)沒有來得及處理，點膠機(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，防止誤操作；
11)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，LM629芯片內(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 ;
12)光碼盤的位置信號A脈沖和B脈沖和Z脈沖同時為低電平時，就產(chǎn)生一個INDEX信號給LM629芯片，記錄電機(jī)的絕對位置，然后換算成自動點膠機(jī)器人在點膠部件中的具體位置；
13)單片機(jī)根據(jù)點膠機(jī)器人在點膠部件的具體位置與設(shè)定位置的對比，經(jīng)單片機(jī)計算后送相應(yīng)的加速度、速度和位置數(shù)據(jù)等給LM629芯片的梯形圖發(fā)生器作為參考值，由梯形圖此計算出自動點膠機(jī)器人需要更新的實際加速度、速度和位置信號；
14)由運(yùn)動梯形圖發(fā)生器結(jié)合電機(jī)位置解碼器決定的閉環(huán)PID調(diào)節(jié)器生成功率驅(qū)動橋需要的PWM波信號和電機(jī)正反轉(zhuǎn)信號,用來實現(xiàn)點膠機(jī)器人系統(tǒng)第一高速直流電機(jī)和第二高速直流電機(jī)的伺服控制；
15)如果點膠機(jī)器人在運(yùn)行過程中遇到突然斷電時，電池會自動開啟立即對點膠機(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，LM629芯片的中斷命令LPES將會向控制器發(fā)出中斷請求，此時控制器會立即控制LM629芯片停止工作，從而有效地避免了電池大電流放電的發(fā)生；16)如果在點膠過程中讀到了自動暫停點，單片機(jī)會控制LM629芯片以最大的加速度停車使加工過程出現(xiàn)自動暫停并存儲當(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LM629芯片重新工作，并調(diào)取存儲信息使點膠機(jī)器人從暫停點可以繼續(xù)工作；
17)在運(yùn)動過程中，如果檢測到電機(jī)的轉(zhuǎn)矩出現(xiàn)脈動，控制器會自動補(bǔ)償，減少了電機(jī)轉(zhuǎn)矩對點膠過程的影響；
18)點膠機(jī)器人在運(yùn)行過程會時刻檢測電池電壓，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)低壓時，傳感器會通知控制器開啟并發(fā)出報警提示，有效地保護(hù)了電池；
19)當(dāng)完成整個加工部件的點膠運(yùn)動后，點膠閥會停止出膠，延時，走出運(yùn)動軌跡；
20)點膠機(jī)器人重新設(shè)定位置零點，等待下一周期的任務(wù)。
本發(fā)明兩軸中低速點膠機(jī)器人伺服控制系統(tǒng)具有的有益效果是
1:在運(yùn)動過程中，充分考慮了電池在這個系統(tǒng)中的作用，基于單片機(jī)+LM629控制器時刻都在對點膠機(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，電池會立即提供能源，避免了點膠系統(tǒng)伺服系統(tǒng)運(yùn)動的失敗，并且在電池提供電源的過程中，時刻對電池的電流進(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鋰離子電池過度老化現(xiàn)象的發(fā)生；
2:由LM629芯片處理點膠機(jī)器人的兩只電機(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，解決了單片機(jī)運(yùn)行較慢的瓶頸，縮短了開發(fā)周期短，并且程序可移植能力強(qiáng)；
3:基本實現(xiàn)全貼片元器件材料，實現(xiàn)了單板控制，不僅節(jié)省了控制板占用空間，而且有利于點膠機(jī)器人體積和重量的減輕；
4:為了提高運(yùn)算速度和精度，本點膠機(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)算精度大大提聞，效率也相對較聞;
5:由于采用直流電機(jī)，使得調(diào)速范圍比較寬，調(diào)速比較平穩(wěn)；
6:由于本控制器采用LM629芯片處理大量的數(shù)據(jù)與算法，把單片機(jī)從繁重的工作量中解脫出來，有效地防止了點膠機(jī)器人失控，抗干擾能力大大增強(qiáng)；
7:由LM629芯片根據(jù)單片機(jī)的位置、速度和加速度給定以及光碼盤信息輸出PWM調(diào)制信號和方向信號，通過驅(qū)動電路可以直接驅(qū)動電機(jī)，不僅減輕了單片機(jī)的負(fù)擔(dān)，簡化了接口電路，而且省去了單片機(jī)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；
8:在控制中，單片機(jī)可以根據(jù)點膠機(jī)器人外圍運(yùn)行情況適時調(diào)整LM629芯片內(nèi)部的PID參數(shù)，實現(xiàn)分段P、PD、PID控制和非線性PID控制，使系統(tǒng)滿足中低速運(yùn)行時速度的切換；
9:由于具有存儲功能，這使得點膠機(jī)器人掉電后或遇到故障重啟時系統(tǒng)可以輕易的調(diào)取已經(jīng)涂膠好的路徑信息，然后可以輕易的從故障點二次點膠完成未完成的任務(wù)；
10:LM629芯片的PID控制及運(yùn)動控制類指令采用雙緩沖結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)首先由單片機(jī)寫入主寄存器，只有在寫入相關(guān)命令后主寄存器的數(shù)據(jù)才能進(jìn)一步裝入工作寄存器，這樣很容易實現(xiàn)兩軸伺服運(yùn)動的同步；
11:由于采用的單片機(jī)是工業(yè)級的C8051F120單片機(jī)，在滿足實用性的同時，其內(nèi)核就是傳統(tǒng)的8051的內(nèi)核，使得編程者可以很好的二次開發(fā)；12:在整個點膠過程中，加入了暫停點設(shè)定，這樣有利于在運(yùn)動過程中目測已經(jīng)點膠好的位置，提前發(fā)現(xiàn)點膠問題。以上所述僅為本發(fā)明的實施例，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
1.一種兩軸中低速點膠機(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、處理器單元、第一高速直流電機(jī)、第二高速直流電機(jī)以及點膠機(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，控制點膠機(jī)器人的運(yùn)動，其中，所述的處理器單元為一雙核處理器，包括單片機(jī)和LM629芯片，且單片機(jī)和LM629芯片之間實時進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和調(diào)用。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的兩軸中低速點膠機(jī)器人伺服控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的處理器單元還包括設(shè)于單片機(jī)和LM629芯片的上位機(jī)系統(tǒng)和運(yùn)動控制系統(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、軌跡參數(shù)預(yù)設(shè)模塊以及在線輸出模塊，所述的運(yùn)動控制系統(tǒng)包括兩軸伺服控制模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊以及I/O控制模塊，其中，單片機(jī)用于控制人機(jī)界面模塊、路徑讀取模塊、軌跡參數(shù)預(yù)設(shè)模塊、在線輸出模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊以及I/O控制模塊，LM629芯片用于控制伺服控制模塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的兩軸中低速點膠機(jī)器人伺服控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的LM629芯片內(nèi)部還包括運(yùn)動梯形圖發(fā)生器，所述的運(yùn)動梯形圖發(fā)生器用于生成速度運(yùn)動梯形圖，其包含的面積就是點膠機(jī)器人兩個馬達(dá)要運(yùn)行的距離。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的兩軸中低速點膠機(jī)器人伺服控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的LM629芯片內(nèi)部還包括電機(jī)位置解碼器，所述的電機(jī)位置解碼器用于解讀點膠機(jī)器人的位置數(shù)據(jù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的兩軸中低速點膠機(jī)器人伺服控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的LM629芯片內(nèi)部還包括閉環(huán)PID調(diào)節(jié)器，所述的閉環(huán)PID調(diào)節(jié)器用于調(diào)節(jié)點膠機(jī)器人的驅(qū)動功率。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的兩軸中低速點膠機(jī)器人伺服控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的高速直流電機(jī)上還安裝有光碼盤，所述的光碼盤用于輸出點膠機(jī)器人的位置信號。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的兩軸中低速點膠機(jī)器人伺服控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的單片機(jī)為工業(yè)級的C8051F120單片機(jī)。
全文摘要
本發(fā)明在單片的單片機(jī)中引入LM629芯片，形成基于單片機(jī)+LM629的雙核處理器，充分考慮電池在這個系統(tǒng)的作用，把兩軸中低速點膠機(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LM629芯片控制，充分發(fā)揮LM629芯片數(shù)據(jù)處理速度較快的特點，而人機(jī)界面模塊、路徑讀取模塊、軌跡參數(shù)預(yù)設(shè)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單片機(jī)控制，這樣就實現(xiàn)了單片機(jī)與LM629芯片的分工，把單片機(jī)從繁重的工作量中解脫出來，防止點膠機(jī)器人失控，抗干擾能力大大增強(qiáng)。
文檔編號B05C5/00GK102866653SQ20121036202
公開日2013年1月9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)明者張好明, 王應(yīng)海, 貢亞麗 申請人:蘇州工業(yè)園區(qū)職業(yè)技術(shù)學(xué)院