專利名稱：一種四軸中低速全自動點膠機器人伺服控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及自動床領(lǐng)域，具體涉及ー種四軸中低速全自動點膠機器人伺服控制器。
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。由于機器人是新型的自動化的主要工具，エ業(yè)機器人及其應(yīng)用工程的開發(fā)，將機器人變?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。隨著手機、電腦外殼、光碟機、印表機、，墨水夾、PC板、IXD、LED、DVD、數(shù)位相機、開關(guān)、連接器、繼電器、散熱器、半導(dǎo)體等電子業(yè)、玩具業(yè)、醫(yī)療器材等制造業(yè)對機器人裝備的需求及綠色環(huán)保和改善勞動者的エ作環(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)部的自動化機器點膠機器人隨即產(chǎn)生。點膠機器人主要用于產(chǎn)品エ藝中的膠水、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?！白詣狱c膠機器人”的研究開發(fā)將對我國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。ー個精度相對較高的點膠機器人需要在一個三維的XYZ平面上進(jìn)行一條直線上、圓弧或點對點的位置上按照一定的膠量信息進(jìn)行涂膠，如果采用一個三軸的點膠機器人可以簡單地模擬上述動作，但是一般的點膠機器人其Z軸的運動都是垂直運動，當(dāng)需要有一個側(cè)面焊接時，這個問題就無法完成，這個時候就需要由另外ー軸U能夠調(diào)節(jié)點膠閥的垂直角度使其能夠傾斜一定角度，這樣就形成了一臺簡易的四軸點膠機器人。一臺完整的四軸點膠機器人大致分為以下幾個部分
O電機執(zhí)行電機是點膠機器人的動カ源，它根據(jù)微處理器的指令來執(zhí)行點膠機器人在四維空間里執(zhí)行加工部件的相關(guān)動作。2)算法算法是點膠機器人的靈魂。點膠機器人必須采用一定的智能算法才能準(zhǔn)確快速的從ー點到達(dá)另外一點，形成點對點，或曲線軌跡的運動。3)微處理器微處理器是點膠機器人的核心部分，是點膠機器人的大腦。點膠機器人所有的信息，包括膠點大小，位置信息，和電機狀態(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。自動點膠機器人結(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展學(xué)生的知識面都非常有幫助。自動點膠機器人技術(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)此機器人的単位較少，相對研發(fā)水平比較落后，研發(fā)的自動點膠機器人結(jié)構(gòu)如圖1，長時間運行發(fā)現(xiàn)存在著很多安全問題，即(I)在點膠初期，都是人工運動點膠閥到起始位置，然后僅僅依靠人眼進(jìn)行初始位置的校正，使得精確度大大降低。(2)作為自動點膠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(dāng)突然停電時會使整個點膠運動失敗。(3)作為自動點膠機器人的執(zhí)行機構(gòu)采用的是步進(jìn)電機，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)錯誤。(4)由于采用步進(jìn)電機，使得機體發(fā)熱比較嚴(yán)重，有的時候需要進(jìn)行散熱。(5)由于米用步進(jìn)電機,其電機本體一般都是多相結(jié)構(gòu),控制電路需要米用多個功率管，使得控制電路相對比較復(fù)雜，并且増加了控制器價格。(6)由于采用步進(jìn)電機，使得系統(tǒng)一般不適合在高速運行。 (7)由于采用步進(jìn)電機，使得系統(tǒng)的カ矩相對較小。(8)由于控制不當(dāng)?shù)脑颍瑢?dǎo)致有的時候步進(jìn)電機產(chǎn)生共振。(9)由于采用步進(jìn)電機，使得系統(tǒng)運轉(zhuǎn)的機械噪聲大大增加，不利于環(huán)境保護(hù)。(10)由于受周圍環(huán)境不穩(wěn)定因素干擾，單片機控制器經(jīng)常會出現(xiàn)異常，引起自動點膠機器人失控，抗干擾能力較差。( 11)對于自動點膠機器人的點膠過程來說，一般要求其三個電機的PWM控制信號要同步，由于受單片機計算能力的限制，単一單片機伺服系統(tǒng)很難滿足這一條件，使得自動點膠機器人點膠量不一致，特別是對于快速行走吋。(12)由于受單片機容量和算法影響，自動點膠機器人對膠點的信息沒有存儲，當(dāng)遇到掉電情況時所有的信息將消失，這使得整個點膠過程要重新開始。(13)點膠系統(tǒng)一旦開始，就要完成整個點膠運動，中間沒有任何暫?；蚓彌_的點。(14)由于自動點膠機器人要頻繁的剎車和啟動，加重了單片機的工作量，単一的單片機無法滿足自動點膠機器人快速啟動和停止的要求。(15)在所有的點膠過程中，沒有對點膠過的結(jié)果進(jìn)行自動觀測和補償，有的時候使得整個曲線上膠量不一致，然后采用人エニ次補膠。( 16)相對采用的都是ー些體積比較大的插件元器件，使得自動點膠機器人控制系統(tǒng)占用較大的空間，重量相對都比較重。因此，需要對現(xiàn)有的基于單片機控制的四軸自動點膠機器人控制器進(jìn)行重新設(shè)計，尋求ー種經(jīng)濟(jì)適用的中低速四軸點膠機器人伺服系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種點膠機器人伺服控制器，其基于單片機+LM629四軸中低速全自動點膠機器人伺服控制器。本發(fā)明的技術(shù)方案是，一種四軸中低速全自動點膠機器人伺服控制器，包括單片機、第一 LM629芯片、第二 LM629芯片、第三LM629芯片、第四LM629芯片、第一電機驅(qū)動器、第二電機驅(qū)動器、第三電機驅(qū)動器、第四電機驅(qū)動器、第一高速直流電機、第二高速直流電機、第三高速直流電機及第四高速直流電機，所述的單片機分別與第一 LM629芯片、第二LM629芯片、第三LM629芯片及第四LM629芯片通訊連接，所述的第一 LM629芯片發(fā)出控制信號至第一電機驅(qū)動器，所述的第二 LM629芯片發(fā)出控制信號至第二電機驅(qū)動器，所述的第三LM629芯片發(fā)出控制信號至第三電機驅(qū)動器，所述的第四LM629芯片發(fā)出控制信號至第四電機驅(qū)動器，所述的第一電機驅(qū)動器驅(qū)動第一高速直流電機，所述的第二電機驅(qū)動器驅(qū)動第二高速直流電機，所述的第三電機驅(qū)動器驅(qū)動第三高速直流電機，所述的第四電機驅(qū)動器驅(qū)動第四高速直流電機，所述的單片機包括圖像采集及處理模塊。在本發(fā)明一個較佳實施例中，所述的第一 LM629芯片和第一高速直流電機之間還連接有第一編碼器；所述的第二 LM629芯片和第二高速直流電機之間還連接有第二編碼器；所述的第三LM629芯片和第三高速直流電機之間還連接有第三編碼器；所述的第四LM629芯片和第四高速直流電機之間還連接有第四編碼器。在本發(fā)明一個較佳實施例中，所述的單片機分別與第一 LM629芯片、第二 LM629芯片、第三LM629芯片及第四LM629芯片通過數(shù)據(jù)總線通訊連接，所述的第一 LM629芯片、第ニ LM629芯片、第三LM629芯片以及第四LM629芯片內(nèi)部均包括接ロ，所述的接ロ用于連接數(shù)據(jù)總線。在本發(fā)明一個較佳實施例中，所述的第一 LM629芯片、第二 LM629芯片、第三LM629 芯片以及第四LM629芯片內(nèi)部均還包括運動梯形圖發(fā)生器，所述的運動梯形圖發(fā)生器用于生成高速直流電機的速度運動梯形圖，其包含的面積就是點膠機器人第一高速直流電機、第二高速直流電機、第三高速直流電機以及第四高速直流電機分別要運行的距離。在本發(fā)明一個較佳實施例中，所述的第一 LM629芯片、第二 LM629芯片、第三LM629芯片以及第四LM629芯片內(nèi)部還包括電機位置解碼器，所述的電機位置解碼器用于解讀點膠機器人的位置數(shù)據(jù)。在本發(fā)明一個較佳實施例中，所述的第一 LM629芯片、第二 LM629芯片、第三LM629芯片以及第四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)點膠機器人的驅(qū)動功率。在本發(fā)明一個較佳實施例中，所述的第一高速直流電機、第二高速直流電機、第三高速直流電機以及第四高速直流電機上均裝有光碼盤，所述的光碼盤用于輸出高速直流電機的位置信號。本發(fā)明所述為ー種四軸中低速全自動點膠機器人伺服控制器，加入了圖形采集和處理單元，可以幫助自動運動控制系統(tǒng)定位和發(fā)現(xiàn)故障點，自動化程度大大提高。在初期運動過程中，由自動裝置把點膠閥門推到初始位置，然后圖像采集系統(tǒng)開啟，幫助點膠閥對準(zhǔn)初始位置，使得初始位置定位極其精確。在運動過程中，充分考慮了電池在這個系統(tǒng)中的作用，基于單片機+LM629芯片控制器時刻都在對自動點膠機器人的運行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測和運算，當(dāng)遇到交流電源斷電時，鋰離子電池會立即提供能源，避免了自動點膠系統(tǒng)伺服系統(tǒng)運動的失敗，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鋰離子電池的沖擊，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。由LM629芯片處理自動點膠機器人的四只電機的獨立伺服控制，使得控制比較簡單，大大提高了運算速度，解決了單片機軟件運行較慢的瓶頸，縮短了開發(fā)周期短，并且程序可移植能力強。本發(fā)明基本實現(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，而且有利于自動點膠機器人體積和重量的減輕。為了提高運算速度和精度，本自動點膠機器人采用了高速直流電機替代了傳統(tǒng)系統(tǒng)中常用的步進(jìn)電機，使得運算精度大大提高，效率也有一定程度的提高。由于本控制器采用LM629芯片處理大量的數(shù)據(jù)與算法，把單片機從繁重的工作量中解脫出來，有效地防止了程序的“跑飛”，抗干擾能力大大增強。由LM629芯片輸出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，不僅減輕了單片機的負(fù)擔(dān)，簡化了接ロ電路，而且省去了單片機內(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)試簡単。在自動點膠機器人運行過程中，控制器會對電機的轉(zhuǎn)矩進(jìn)行在線辨識并利用電機カ矩與電流的關(guān)系進(jìn)行補償，減少了電機轉(zhuǎn)矩抖動對自動點膠機器人快速探索的影響。在控制中，單片機可以根據(jù)機器人外圍運行情況適時調(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)滿足中低速運行時速度的切換。由于具有存儲功能，這使得自動點膠機器人掉電后可以輕易的調(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ニ次點膠。LM629芯片的PID控制及運動控制類指令采用雙緩沖結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)首先寫入主寄存器，只有在寫入相關(guān)命令后主寄存器的數(shù)據(jù)才能進(jìn)ー步裝入工作寄存器，這樣很容 易實現(xiàn)兩軸伺服運動的同歩。在整個點膠過程中，如果圖像采集系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)有任何位置或任何膠點出現(xiàn)點膠問題，控制器會對上述位置或點膠點進(jìn)行二次補償。由于采用的單片機是エ業(yè)級的C8051F120，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)。


圖I為現(xiàn)有單片機控制的兩軸點膠機器人伺服控制器的原理 圖2為本發(fā)明一較佳實施例的原理 圖3為圖2中處理器単元的方框 圖4為本發(fā)明一較佳實施例的框 圖5為本發(fā)明的速度曲線 圖6為本發(fā)明的工作原理圖。
具體實施例方式下面對本發(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。單片機自20世紀(jì)70年代末誕生至今，經(jīng)歷了單片微型計算機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)域中對單片機的性能和功能要求越來越高，以往的單片機無論是運行速度還是系統(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,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)試接ロ(片內(nèi))；
3)真正12位或10位、IOOksps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16x16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)存儲器接ロ；
10)硬件實現(xiàn)的SPI、SMBus/I2C和兩個UART串行接ロ；
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是National semiconductor生產(chǎn)的一款用于精密運動控制的專用芯片，有24腳和28腳ニ種表面安裝式封裝，在一個芯片內(nèi)集成了數(shù)字式運動控制的全部功能，使得設(shè)計ー個快速、準(zhǔn)確的運動控制系統(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特別適合伺服運動控制中。如圖2所示，包括交流電源、鋰離子電池、多個信號處理器、處理器単元、多個高速直流電機以及點膠機器人，所述的交流電源與鋰離子電池通過信號處理器合成，驅(qū)動所述的處理器単元，所述的處理器單元發(fā)出多個控制信號分別驅(qū)動所述多個高速直流電機，高速直流電機的控制信號經(jīng)過信號處理器合成，從而驅(qū)動點膠機器人的運動，所述的信號處理器包括第一信號處理器和第二信號處理器，所述的控制信號包括第一控制信號、第二控制信號、第三控制信號以及第四控制信號，所述的高速直流電機包括第一高速直流電機、第ニ高速直流電機、第三高速直流電機以及第四高速直流電機，所述的處理器單元為一雙核處理器，包括單片機和LM629芯片。如圖3所示，處理器単元包括設(shè)于單片機和LM629芯片的上位機系統(tǒng)和運動控制系統(tǒng)，所述的上位機系統(tǒng)包括人機界面模塊、路徑讀取模塊、軌跡參數(shù)預(yù)設(shè)模塊及在線輸出模塊，所述的運動控制系統(tǒng)包括四軸伺服控制模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、I/O控制模塊以及圖像采集及處理模塊，其中，單片機控制人機界面模塊、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、I/o控制模塊以及圖像采集及處理模塊，LM629芯片控制四軸伺服控制模塊，且單片機和LM629芯片之間實時進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和調(diào)用。如圖4所示，包括單片機、第一 LM629芯片、第二 LM629芯片、第三LM629芯片、第四LM629芯片、第一電機驅(qū)動器、第二電機驅(qū)動器、第三電機驅(qū)動器、第四電機驅(qū)動器、第一高速直流電機、第二高速直流電機、第三高速直流電機及第四高速直流電機，所述的單片機分別與第一 LM629芯片、第二 LM629芯片、第三LM629芯片及第四LM629芯片通訊連接，所述的第一 LM629芯片發(fā)出控制信號至第一電機驅(qū)動器,所述的第二 LM629芯片發(fā)出控制信號至第二電機驅(qū)動器，所述的第三LM629芯片發(fā)出控制信號至第三電機驅(qū)動器，所述的第
四LM629芯片發(fā)出控制信號至第四電機驅(qū)動器，所述的第一電機驅(qū)動器驅(qū)動第一高速直流電機，所述的第二電機驅(qū)動器驅(qū)動第二高速直流電機，所述的第三電機驅(qū)動器驅(qū)動第三高速直流電機，所述的第四電機驅(qū)動器驅(qū)動第四高速直流電機，所述的單片機包括圖像采集及處理模塊。所述的第一 LM629芯片和第一高速直流電機之間還連接有第一編碼器；所述的第二 LM629芯片和第二高速直流電機之間還連接有第二編碼器；所述的第三LM629芯片和第三高速直流電機之間還連接有第三編碼器；所述的第四LM629芯片和第四高速直流電機之間還連接有第四編碼器。所述的單片機分別與第一 LM629芯片、第二 LM629芯片、第三LM629芯片及第四LM629芯片通過數(shù)據(jù)總線通訊連接。所述的第一 LM629芯片、第二 LM629芯片、第三LM629芯片以及第四LM629芯片內(nèi)部均包括接ロ，所述的接ロ用于連接數(shù)據(jù)總線。所述的第一 LM629芯片、第二 LM629芯片、第三LM629芯片以及第四LM629芯片內(nèi)部均還包括運動梯形圖發(fā)生器，所述的運動梯形圖發(fā)生器用于生成高速直流電機的速度運動梯形圖，如圖5所示，其包含的面積就是點膠機器人第一高速直流電機、第二高速直流電機、第三高速直流電機以及第四高速直流電機分別要運行的距離。所述的第一 LM629芯片、第 ニ LM629芯片、第三LM629芯片以及第四LM629芯片內(nèi)部還包括電機位置解碼器，所述的電機位置解碼器用于解讀點膠機器人的位置數(shù)據(jù)。所述的第一 LM629芯片、第二 LM629芯片、第三LM629芯片以及第四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)點膠機器人的驅(qū)動功率。所述的第一高速直流電機、第二高速直流電機、第三高速直流電機以及第四高速直流電機上均裝有光碼盤，所述的光碼盤用于輸出高速直流電機的位置信號。對于本發(fā)明設(shè)計的單片機+LM629控制器，如圖6所示，X軸、Y軸、Z軸以及U軸分別對應(yīng)第一高速直流電機、第二高速直流電機、第三高速直流電機以及第四高速直流電機，在電源打開狀態(tài)下，自動點膠機器人先進(jìn)入自鎖狀態(tài)，第一高速直流電機和第二高速直流電機同時工作將執(zhí)行機構(gòu)(包括膠刷和出膠頭)自動移動到廢膠回收處，第四高速直流電機先調(diào)整其點膠頭傾斜的角度，第三高速直流電機調(diào)整點膠閥到預(yù)設(shè)位置，然后自動打開點膠閥門膠體自動流出，等均勻后自動移動執(zhí)行機構(gòu)運動到起始點，此時圖像采集系統(tǒng)開啟，自動校正點膠頭與起始點的對準(zhǔn)位置。自動點膠機器人把儲存的實際路徑參數(shù)和膠點信息傳輸給控制器中的單片機，單片機把這些路徑參數(shù)轉(zhuǎn)化為自動點膠機器人在指定運動軌跡下第一高速直流電機、第二高速直流電機和第三高速直流電機要運行的距離、速度和加速度，單片機然后與LM629芯片通訊，然后由LM629芯片根據(jù)這些參數(shù)處理三個獨立電機的伺服控制，并把處理數(shù)據(jù)通訊給單片機，由單片機繼續(xù)處理后續(xù)的運行狀態(tài)。具體的功能實現(xiàn)如下
O打開電源，自動傳送裝置把安裝在夾具上的加工部件自動傳送到工作區(qū)域。2)在打開電源瞬間單片機會對電源電壓來源進(jìn)行判斷，當(dāng)確定是蓄電池供電時，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)啟動機器人自動控制程序，通過控制器232串ロ輸入任務(wù)或者從硬盤裝載任務(wù)。4)開啟圖像采集裝置，幫助第一高速直流電機和第二高速直流電機同時工作將執(zhí)行機構(gòu)(包括膠刷和出膠頭)移動到廢膠回收出，然后開啟Z軸自動調(diào)整點膠閥到達(dá)設(shè)定位置，開始開啟閥門，調(diào)整膠體到均勻狀態(tài)，然后移動執(zhí)行機構(gòu)到起始點上方，此時圖像采集系統(tǒng)再次開啟，然后通過圖像采集結(jié)果使得點膠頭對準(zhǔn)初始位置，系統(tǒng)開始準(zhǔn)備點膠。5)在出膠信號有效條件下，控制器準(zhǔn)備開啟LM629芯片，使點膠機器人開始工作。6)為了能夠驅(qū)動四軸自動點膠機器人進(jìn)行運動，本控制系統(tǒng)引入了四片LM629芯片，為了減少數(shù)據(jù)總線占用的口地址，第三高速直流電機和第四高速直流電機采用相同的數(shù)據(jù)總線，通過不同的命令采用分步驟的方式啟動第三高速直流電機和第四高速直流電機，來完成點膠閥的垂直距離和傾斜角度的設(shè)定。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)在自動點膠機器人運動過程中，單片機會時刻儲存所經(jīng)過的距離或者是經(jīng)過的點膠點，并根據(jù)這些距離信息計算并確定對下一個膠點自動點膠機器人第一高速直流電機和第二高速直流電機要運行的距離、速度和加速度，單片機然后與LM629芯片通訊，傳輸這些參數(shù)給LM629芯片，然后由LM629芯片分別生成第一高速直流電機和第二高速直流電機的速度運動梯形圖，這個梯形包含的面積就是自動點膠機器人第一高速直流電機和第二高速直流電機要運行的距離。10)在自動點膠機器人第一高速直流電機和第二高速直流電機在二維平面上運動過程中，單片機根據(jù)膠點需要傾斜的角度，使控制第四高速直流電機的LM629芯片工作，單片機把點膠閥傾斜角度需要運行的距離、速度和加速度送給LM629芯片，然后LM629芯片生成U軸電機速度運動梯形圖，這個梯形包含的面積就是自動點膠機器人第四高速直流電機和要運行的角度，然后第四高速直流電機自鎖，保持點膠閥傾斜的角度，設(shè)置U軸的LM629芯片狀態(tài)為“忙”，使其不能和總線進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，達(dá)到釋放數(shù)據(jù)總線的目的。然后對Z軸的LM629芯片“忙”進(jìn)行復(fù)位，使得其可以與數(shù)據(jù)總線通訊，控制器把決定點膠點膠量大小的第三高速直流電機運動的距離、速度、加速度信號傳輸給LM629芯片，然后由LM629芯片生成速度運動梯形圖，這個梯形包含的面積就是自動點膠機器人第三高速直流電機和要運行的距離。11)在運動過程中如果自動點膠機器人控制器發(fā)現(xiàn)無論X軸、Y軸、Z軸還是U軸膠點距離求解出現(xiàn)死循環(huán)將向單片機發(fā)出中斷請求，單片機會對中斷做第一時間響應(yīng)，如果單片機的中斷響應(yīng)沒有來得及處理，自動點膠機器人的第一高速直流電機、第二高速直流電機、第三高速直流電機和第四高速直流電機將原地自鎖，并儲存當(dāng)前信息，等待故障排除后，二次開啟時重新調(diào)取點膠信息，繼續(xù)執(zhí)行未完成的任務(wù)。12)裝在第一高速直流電機、第二高速直流電機、第三高速直流電機和第四高速直流電機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、第二高速直流電機、第三高速直流電機和第四高速直流電機的運行方向加I或者是減I;
13)光碼盤的位置信號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LM629芯片寄存器，記錄電機的絕對位置，然后換算成自動點膠機器人在XYZU四維空間中的具體位置。14)單片機根據(jù)自動點膠機器人在XYZU四維空間中的具體位置，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器人需要更新的第一高速直流電機、第二高速直流電機、第三高速直流電機和第四高速直流電機實際加速度、速度和位置信號。15)在點膠過程中，如果圖像采集系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)有任何位置的點膠出現(xiàn)問題，存儲器記錄下當(dāng)前位置信息，然后單片機根據(jù)自動點膠機器人在點膠部件的具體位置，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器人到達(dá)更新點需要的實際加速度、速度和位置信號，然后控制第一高速直流電機、第二高速直流電機到達(dá)指定目標(biāo)后，開啟圖像采集系統(tǒng)，先開啟第四高速直流電機調(diào)節(jié)點膠閥的傾斜角度，然后由第三高速直流電機進(jìn)行二次點膠補償，點膠完畢后再回到點膠 閥原有的傾斜角度和Z軸預(yù)定高度，回到存儲器當(dāng)初寄存下的位置，重新繼續(xù)原有的工作。16)如果自動點膠機器人在運行過程中遇到突然斷電時，蓄電池會自動開啟立即對點膠機器人進(jìn)行供電，當(dāng)電機的運動電流超過設(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芯片停止工作并存取下當(dāng)期的點膠信息，在有效地避免了電池大電流放電的發(fā)生的同時也保存了點膠數(shù)據(jù)，也可以在控制器排除故障后接到重新啟動命令后繼續(xù)運行其剩余的工作。17)如果在點膠過程中讀到了人機界面上輸入的自動暫停點，單片機會控制LM629芯片以最大的加速度停車使X電機、Y電機和Z電機暫停在設(shè)置點，并存儲當(dāng)前坐標(biāo)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器人從自動暫停點可以繼續(xù)工作。18)自動點膠機器人在運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)了鋰離子電池。19)當(dāng)完成整個加工部件的點膠運動后，點膠閥會停止出膠，然后控制點膠機器人走出運動軌跡。20)點膠機器人根據(jù)新的工作部件具體位置，重新設(shè)定位置零點，等待下一周期新的工作。綜上所述，本發(fā)明為克服單一單片機不能滿足自動點膠機器人行走的穩(wěn)定性和快速性的要求，舍棄了國產(chǎn)自動點膠機器人所采用的單一單片機工作模式，在吸收國外先進(jìn)控制思想的前提下，自主發(fā)明了基于單片機+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。本發(fā)明所述為一種四軸中低速全自動點膠機器人伺服控制器，加入了圖形采集和處理單元，可以幫助自動運動控制系統(tǒng)定位和發(fā)現(xiàn)故障點，自動化程度大大提高。在初期運動過程中，由自動裝置把點膠閥門推到初始位置，然后圖像采集系統(tǒng)開啟，幫助點膠閥對準(zhǔn)初始位置，使得初始位置定位極其精確。在運動過程中，充分考慮了電池在這個系統(tǒng)中的作用，基于單片機+LM629芯片控制器時刻都在對自動點膠機器人的運行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測和運算，當(dāng)遇到交流電源斷電時，鋰離子電池會立即提供能源，避免了自動點膠系統(tǒng)伺服系統(tǒng)運動的失敗，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鋰離子電池的沖擊，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。由LM629芯片處理自動點膠機器人的四只電機的獨立伺服控制，使得控制比較簡單，大大提高了運算速度，解決了單片機軟件運行較慢的瓶頸，縮短了開發(fā)周期短，并且程序可移植能力強。本發(fā)明基本實現(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，而且有利于自動點膠機器人體積和重量的減輕。為了提高運算速度和精度，本自動點膠機器人采用了高速直流電機替代了傳統(tǒng)系統(tǒng)中常用的步進(jìn)電機，使得運算精度大大提高，效率也有一定程度的提高。由于本控制器采用LM629芯片處理大量的數(shù)據(jù)與算法，把單片機從繁重的工作量中解脫出來，有效地防止了程序的“跑飛”，抗干擾能力大大增強。由LM629芯片輸出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，不僅減輕了單片機的負(fù)擔(dān)，簡化了接口電路，而且省去了單片機內(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。在自動點膠機器人運行過程中，控制器會對電機的轉(zhuǎn)矩進(jìn)行在線辨識并利用電機力矩與電流的關(guān)系進(jìn)行補 償，減少了電機轉(zhuǎn)矩抖動對自動點膠機器人快速探索的影響。在控制中，單片機可以根據(jù)機器人外圍運行情況適時調(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)滿足中低速運行時速度的切換。由于具有存儲功能，這使得自動點膠機器人掉電后可以輕易的調(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膠。LM629芯片的PID控制及運動控制類指令采用雙緩沖結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)首先寫入主寄存器，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)兩軸伺服運動的同步。在整個點膠過程中，如果圖像采集系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)有任何位置或任何膠點出現(xiàn)點膠問題，控制器會對上述位置或點膠點進(jìn)行二次補償。由于采用的單片機是工業(yè)級的C8051F120，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)。以上所述僅為本發(fā)明的具體實施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明所揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可不經(jīng)過創(chuàng)造性勞動想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書所限定的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種四軸中低速全自動點膠機器人伺服控制器，包括單片機、第一 LM629芯片、第二LM629芯片、第三LM629芯片、第四LM629芯片、第一電機驅(qū)動器、第二電機驅(qū)動器、第三電機驅(qū)動器、第四電機驅(qū)動器、第一高速直流電機、第二高速直流電機、第三高速直流電機及第四高速直流電機，其特征在于所述的單片機分別與第一 LM629芯片、第二 LM629芯片、第三LM629芯片及第四LM629芯片通訊連接，所述的第一 LM629芯片發(fā)出控制信號至第一電機驅(qū)動器，所述的第二 LM629芯片發(fā)出控制信號至第二電機驅(qū)動器，所述的第三LM629芯片發(fā)出控制信號至第三電機驅(qū)動器，所述的第四LM629芯片發(fā)出控制信號至第四電機驅(qū)動器，所述的第一電機驅(qū)動器驅(qū)動第一高速直流電機，所述的第二電機驅(qū)動器驅(qū)動第二高速直流電機，所述的第三電機驅(qū)動器驅(qū)動第三高速直流電機，所述的第四電機驅(qū)動器驅(qū)動第四高速直流電機，所述的單片機包括圖像采集及處理模塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的四軸中低速全自動點膠機器人伺服控制器，其特征在于所述的第一 LM629芯片和第一高速直流電機之間還連接有第一編碼器；所述的第二 LM629芯片和第二高速直流電機之間還連接有第二編碼器；所述的第三LM629芯片和第三高速直流電機之間還連接有第三編碼器；所述的第四LM629芯片和第四高速直流電機之間還連接有第四編碼器。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的四軸中低速全自動點膠機器人伺服控制器，其特征在于所述的單片機分別與第一 LM629芯片、第二 LM629芯片、第三LM629芯片及第四LM629芯片通過數(shù)據(jù)總線通訊連接，所述的第一 LM629芯片、第二 LM629芯片、第三LM629芯片以及第四LM629芯片內(nèi)部均包括接ロ，所述的接ロ用于連接數(shù)據(jù)總線。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的四軸中低速全自動點膠機器人伺服控制器，其特征在于所述的第一 LM629芯片、第二 LM629芯片、第三LM629芯片以及第四LM629芯片內(nèi)部均還包括運動梯形圖發(fā)生器，所述的運動梯形圖發(fā)生器用于生成高速直流電機的速度運動梯形圖，其包含的面積就是點膠機器人第一高速直流電機、第二高速直流電機、第三高速直流電機以及第四高速直流電機分別要運行的距離。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的四軸中低速全自動點膠機器人伺服控制器，其特征在于所述的第一 LM629芯片、第二 LM629芯片、第三LM629芯片以及第四LM629芯片內(nèi)部還包括電機位置解碼器，所述的電機位置解碼器用于解讀點膠機器人的位置數(shù)據(jù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的四軸中低速全自動點膠機器人伺服控制器，其特征在于所述的第一 LM629芯片、第二 LM629芯片、第三LM629芯片以及第四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)點膠機器人的驅(qū)動功率。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的四軸中低速全自動點膠機器人伺服控制器，其特征在于所述的第一高速直流電機、第二高速直流電機、第三高速直流電機以及第四高速直流電機上均裝有光碼盤，所述的光碼盤用于輸出高速直流電機的位置信號。
全文摘要
本發(fā)明揭示了一種四軸中低速全自動點膠機器人伺服控制器，包括單片機、第一LM629芯片、第二LM629芯片、第三LM629芯片、第四LM629芯片、第一電機驅(qū)動器、第二電機驅(qū)動器、第三電機驅(qū)動器、第四電機驅(qū)動器、第一高速直流電機、第二高速直流電機、第三高速直流電機及第四高速直流電機，所述的單片機分別與多個LM629芯片通訊連接，所述的LM629芯片發(fā)出控制信號至電機驅(qū)動器，所述的電機驅(qū)動器驅(qū)動高速直流電機，所述的單片機包括圖像采集及處理模塊。本發(fā)明在形成基于單片機+LM629的雙核處理器，把單片機從繁重的工作量中解脫出來，抗干擾能力大大增強。
文檔編號G05B19/414GK102841572SQ20121036193
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)明者王應(yīng)海, 張好明, 袁麗娟 申請人:蘇州工業(yè)園區(qū)職業(yè)技術(shù)學(xué)院