專利名稱：五軸全自動高速點膠機(jī)器人伺服控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型是有關(guān)于點膠機(jī)器人的技術(shù)領(lǐng)域，且特別是有關(guān)于五軸全自動高速點膠機(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。隨著手機(jī)、電腦外殼、光碟機(jī)、印表機(jī)、，墨水夾、PC板、IXD、LED、DVD、數(shù)位相機(jī)、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(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。一個精度相對較高的點膠機(jī)器人需要在一個三維的XYZ空間里進(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(jī)器人可以簡單地模擬上述動作，但是對于一些特殊的點膠系統(tǒng)來說，點膠位置有的時候垂直，有的時候剛好成鏡面對稱，有的時候成一定的角度，一般的三軸點膠機(jī)器人則完成不了上述工作，這個時候需要增加一軸U使得點膠閥可以傾斜一定角度滿足側(cè)面焊接的要求，另外再增加一軸R使得點膠閥可以正向旋轉(zhuǎn)180度或反向旋轉(zhuǎn)180度，完成一個360度的運動，這樣就形成了一臺簡易的五軸點膠機(jī)器人。一臺完整的五軸點膠機(jī)器人大致分為以下幾個部分:I)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)器人在五維空間里執(zhí)行加工部件的相關(guān)動作；2)算法:算法是點膠機(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，或曲線運動；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)此點膠機(jī)器人的單位較少，相對研發(fā)水平比較落后，研發(fā)的五軸點膠機(jī)器人伺服控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖，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動失??；(3)作為點膠機(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)錯誤；(4)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；(5)由于米用步進(jìn)電機(jī),其電機(jī)本體一般都是多相結(jié)構(gòu),控制電路需要米用多個功率管，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)一般不適合在高速運行；(7)由于采用步進(jìn)電機(jī)，使得系統(tǒng)的力矩相對較?。?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)由于采用步進(jìn)電機(jī)，使得系統(tǒng)運轉(zhuǎn)的機(jī)械噪聲大大增加，不利于環(huán)境保護(hù)；(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)對于五軸點膠機(jī)器人的點膠過程來說，一般要求其五個電機(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；(13)由于受單片機(jī)容量和算法影響，點膠機(jī)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；(14)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
占.[0023](15)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)無法滿足自動點膠機(jī)器人快速啟動和停止的要求；(16)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(bǔ)償，有的時候使得整個曲線上膠量不一致，然后采用人工二次補(bǔ)膠。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)控制的五軸自動點膠機(jī)器人控制系統(tǒng)進(jìn)行重新設(shè)計，尋求一種高速、高效的點膠伺服系統(tǒng)。

實用新型內(nèi)容針對上述問題，本實用新型的目的是提供一種五軸全自動高速點膠機(jī)器人伺服控制系統(tǒng)，解決了現(xiàn)有技術(shù)中五軸點膠機(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，本實用新型采用的一個技術(shù)方案是:提供一種五軸全自動高速點膠機(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、圖像采集處理單元、第一高速直流電機(jī)、第二高速直流電機(jī)、第三高速直流電機(jī)、第四高速直流電機(jī)、第五高速直流電機(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、第二控制信號、第三控制信號、第四控制信號和第五控制信號，所述的第一控制信號、第二控制信號、第三控制信號、第四控制信號和第五控制信號分別控制所述的第二高速直流電機(jī)、第一高速直流電機(jī)、第三高速直流電機(jī)、第四高速直流電機(jī)和第五高速直流電機(jī)，通過所述的第一高速直流電機(jī)的第二控制信號、通過所述的第二高速直流電機(jī)的第一控制信號、通過所述的第三高速直流電機(jī)的第三控制信號、通過所述的第四高速直流電機(jī)的第四控制信號和通過所述的第五高速直流電機(jī)的第五控制信號經(jīng)過第二信號處理器合成之后，控制點膠機(jī)器人的運動，所述的處理器單元還連接至圖像采集處理單元。在本實用新型一個較佳實施例中，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、路徑讀取模塊以及在線輸出模塊，所述的運動控制系統(tǒng)包括伺服控制模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、I/O控制模塊以及圖像采集處理單元，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、I/O控制模塊以及圖像采集處理單元，F(xiàn)PGA處理器用于控制伺服控制模塊，且DSP處理器及FPGA處理器之間實時進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和調(diào)用。在本實用新型一個較佳實施例中，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。在本實用新型一個較佳實施例中，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。在本實用新型一個較佳實施例中，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膠機(jī)器人的實際轉(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。在本實用新型一個較佳實施例中，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)到點膠機(jī)器人需要的范圍。在本實用新型一個較佳實施例中，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)編碼器模塊檢測點膠機(jī)器人實際轉(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)點膠機(jī)器人實際轉(zhuǎn)速。在本實用新型一個較佳實施例中，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。本實用新型的五軸全自動高速點膠機(jī)器人伺服控制系統(tǒng)，為了提高運算速度，保證五軸全自動高速點膠機(jī)器人伺服控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，本實用新型在單片的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)實現(xiàn)的多控制器系統(tǒng)集中設(shè)計，并充分考慮電池在這個系統(tǒng)的作用，實現(xiàn)單一控制器同步控制五軸的功能，把五軸全自動高速點膠機(jī)器人伺服控制系統(tǒng)中工作量最大的五軸伺服系統(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，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、I/O控制模塊以及圖像采集處理單元等功能交給DSP處理器控制，這樣就實現(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1為現(xiàn)有技術(shù)中五軸點膠機(jī)器人伺服控制系統(tǒng)的原理圖；圖2為本實用新型較佳實施例的五軸全自動高速點膠機(jī)器人伺服控制系統(tǒng)的原理圖；圖3為圖2中處理器單元的方框圖；圖4為點膠機(jī)器人的速度運動曲線。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型的較佳實施例進(jìn)行詳細(xì)闡述，以使本實用新型的優(yōu)點和特征能更易于被本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，從而對本實用新型的保護(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。運行時鐘也快可達(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，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)計自動化(EDA)技術(shù)的硬件實現(xiàn)方法是最近幾年出現(xiàn)了一種全新的設(shè)計思想。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，在最短的時間內(nèi)設(shè)計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)計思想實現(xiàn)硬件電路的設(shè)計，這樣就使得基于FPGA處理器設(shè)計的系統(tǒng)具有良好的可復(fù)用和修改性，這種全新的設(shè)計思想已經(jīng)逐漸應(yīng)用在高性能的交流驅(qū)動控制上，并快速發(fā)展。如圖2所示，為本實用新型較佳實施例的五軸全自動高速點膠機(jī)器人伺服控制系統(tǒng)的原理圖。本實施例中，五軸全自動高速點膠機(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、圖像采集處理單元、第一高速直流電機(jī)、第二高速直流電機(jī)、第三高速直流電機(jī)、第四高速直流電機(jī)、第五高速直流電機(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。本實用新型中，所述的第一信號處理器通過交流電源或者電池單獨提供電流驅(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、第二控制信號、第三控制信號、第四控制信號和第五控制信號，所述的第一控制信號、第二控制信號、第三控制信號、第四控制信號和第五控制信號分別控制所述的第二高速直流電機(jī)、第一高速直流電機(jī)、第三高速直流電機(jī)、第四高速直流電機(jī)和第五高速直流電機(jī)，通過所述的第一高速直流電機(jī)的第二控制信號、通過所述的第二高速直流電機(jī)的第一控制信號、通過所述的第三高速直流電機(jī)的第三控制信號、通過所述的第四高速直流電機(jī)的第四控制信號和通過所述的第五高速直流電機(jī)的第五控制信號經(jīng)過第二信號處理器合成之后，控制點膠機(jī)器人的運動，所述的處理器單元還連接至圖像采集處理單元。本實用新型為克服現(xiàn)有技術(shù)中單片機(jī)不能滿足五軸點膠機(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，實現(xiàn)數(shù)字信號的實時處理，把DSP處理器從復(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DSP處理器及FPGA處理器，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DSP處理器和FPGA處理器的上位機(jī)系統(tǒng)和運動控制系統(tǒng)，所述的上位機(jī)系統(tǒng)包括人機(jī)界面模塊、路徑讀取模塊以及在線輸出模塊，所述的運動控制系統(tǒng)包括伺服控制模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、I/O控制模塊以及圖像采集處理單元。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、I/O控制模塊以及圖像采集處理單元，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。運動控制系統(tǒng)包括伺服控制模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、I/O控制模塊以及圖像采集處理單元。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；所述的圖像采集處理單元用于采集點膠的位置和發(fā)現(xiàn)故障點的情況；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膠機(jī)器人的實際轉(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)編碼器模塊檢測點膠機(jī)器人實際轉(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)點膠機(jī)器人的實際轉(zhuǎn)速。所述位移模塊檢測點膠機(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，點膠機(jī)器人先進(jìn)入自鎖狀態(tài)，開啟圖像采集處理單元幫助第一高速直流電機(jī)和第二高速直流電價同時工作將執(zhí)行機(jī)構(gòu)(包括膠刷和出膠頭)自動移動到廢膠回收處，第三高速直流電機(jī)和第四高速直流電機(jī)調(diào)整點膠閥到預(yù)設(shè)位置和預(yù)定傾斜角度，然后自動打開點膠閥門膠體自動流出，等均勻后開始運動到起始點，此時圖像采集處理單元再次開啟，自動校正點膠閥與起始點的對準(zhǔn)位置。點膠機(jī)器人把儲存的實際導(dǎo)航傳輸參數(shù)給和膠點信息傳輸給控制器中的DSP處理器，DSP處理器把這些環(huán)境參數(shù)轉(zhuǎn)化為點膠機(jī)器人在指定運動軌跡下第一高速直流電機(jī)、第二高速直流電機(jī)、第三高速直流電機(jī)、第四高速直流電機(jī)和第五高速直流電機(jī)要運行的距離，DSP處理器然后與FPGA處理器通訊，F(xiàn)PGA處理器根據(jù)采集的電機(jī)電流和光碼盤信號處理五個獨立電機(jī)的伺服控制，并把處理數(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；運動控制系統(tǒng)包括伺服控制模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、I/O控制模塊以及圖像采集處理單元等功能。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，這樣就實現(xiàn)了 DSP處理器與FPGA處理器的分工，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。本實用新型中五軸全自動高速點膠機(jī)器人伺服控制系統(tǒng)具體的功能實現(xiàn)如下:I)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)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，將封鎖FPGA處理器的PWM波輸出，此時第一高速直流電機(jī)、第二高速直流電機(jī)、第三高速直流電機(jī)、第四高速直流電機(jī)和第五高速直流電機(jī)不能工作，同時電壓傳感器將工作，雙核控制器會發(fā)出低壓報警信號，人機(jī)界面提示更換電池信息；3)啟動點膠機(jī)器人自動控制程序，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)開啟圖像采集處理單元，幫助第一高速直流電機(jī)和第二高速直流電機(jī)同時工作將執(zhí)行機(jī)構(gòu)(包括膠刷和出膠頭)移動到廢膠回收出，開始開啟閥門，然后調(diào)整膠體到均勻狀態(tài)，然后第一高速直流電機(jī)和第二高速直流電機(jī)移動執(zhí)行機(jī)構(gòu)到起始點上方，然后開啟第三高速直流電機(jī)、第四高速直流電機(jī)和第五高速直流電機(jī)使點膠閥到達(dá)預(yù)設(shè)高度、預(yù)定傾斜角度和旋轉(zhuǎn)角度，然后通過圖像采集結(jié)果校準(zhǔn)點膠頭對準(zhǔn)初始位置，系統(tǒng)開始準(zhǔn)備點膠；5)為了能夠驅(qū)動五軸高速自動點膠機(jī)器人進(jìn)行精準(zhǔn)運動，本控制系統(tǒng)在高性能DSP處理器的基礎(chǔ)上引入FPGA處理器，由其生成五軸電機(jī)運動的PWM波，但是通過I/O 口與DSP處理器進(jìn)入實時通訊，由DSP處理器控制其PWM波形的輸出和封鎖；6)在出膠信號有效條件下，控制器調(diào)出點膠機(jī)器人需要行走的路徑和膠點信息，然后傳輸給FPGA處理器，由FPGA處理器生成點膠機(jī)器人開始工作的運動曲線，按照圖4的速度曲線慢慢加速和慢慢減速，保證點膠機(jī)器人平穩(wěn)工作；7)在點膠機(jī)器人運動過程中，DSP處理器會時刻儲存所經(jīng)過的距離或者是經(jīng)過的點膠點，并根據(jù)這些距離信息確定對下一個工作點點膠機(jī)器人兩軸第一高速直流電機(jī)和第二高速直流電機(jī)在二維平面上要運行的距離或軌跡，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FPGA處理器根據(jù)這些參數(shù)再結(jié)合電機(jī)采集的電流和光碼盤信號以及外圍傳感信號自動調(diào)取相應(yīng)的PID調(diào)節(jié)模式，生成控制第一高速直流電機(jī)和第二高速直流電機(jī)運動的PWM波，然后經(jīng)驅(qū)動電路后控制第一高速直流電機(jī)和第二高速直流電機(jī)的伺服運動；8)點膠機(jī)器人在X和Y 二維平面運動過程中，DSP處理器會根據(jù)膠點信息確定第三高速直流電機(jī)要運行的距離、第四高速直流電機(jī)要傾斜的角度和第五高速直流電機(jī)要旋轉(zhuǎn)的角度，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FPGA處理器根據(jù)這些參數(shù)然后結(jié)合第三高速直流電機(jī)、第四高速直流電機(jī)和第五高速直流電機(jī)的電流和光碼盤信息，以及外圍傳感信號自動調(diào)取相應(yīng)的PID調(diào)節(jié)模式，生成控制第三高速直流電機(jī)、第四高速直流電機(jī)和第五高速直流電機(jī)運動的PWM波，然后經(jīng)驅(qū)動電路后控制第三高速直流電機(jī)、第四高速直流電機(jī)和第五高速直流電機(jī)的伺服運動，這個控制系統(tǒng)中五軸電機(jī)的伺服控制是同時完成的；9)在運動過程中如果點膠機(jī)器人控制器發(fā)現(xiàn)無論X軸、Y軸、Z軸、U軸和R軸膠點距離求解出現(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間響應(yīng)，如果DSP處理器的中斷響應(yīng)沒有來得及處理，自動點膠機(jī)器人的第一高速直流電機(jī)、第二高速直流電機(jī)、第三高速直流電機(jī)、第四高速直流電機(jī)和第五高速直流電機(jī)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)；10)裝在第一高速直流電機(jī)、第二高速直流電機(jī)、第三高速直流電機(jī)、第四高速直流電機(jī)和第五高速直流電機(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)、第二高速直流電機(jī)、第三高速直流電機(jī)、第四高速直流電機(jī)和第五高速直流電機(jī)的運行方向加I或者是減I ;11)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)生一個位置信號給FPGA處理器，記錄電機(jī)的絕對位置，然后換算成點膠機(jī)器人在五維空間XYZUR中的具體位置；12)在運動過程中，如果控制器收到了高速點膠命令，控制器會根據(jù)點膠機(jī)器人在點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)外圍傳感信號自動調(diào)取相應(yīng)的PID調(diào)節(jié)模式，由FPGA處理器計算出點膠機(jī)器人的第一高速直流電機(jī)、第二高速直流電機(jī)、第三高速直流電機(jī)、第四高速直流電機(jī)和第五高速直流電機(jī)需要更新的PWM控制信號，控制機(jī)器人進(jìn)入高速點膠狀態(tài)，電機(jī)的速度加速和減速要滿足圖形4 ；13)在點膠過程中，如果圖像采集處理單元發(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，然后控制器根據(jù)點膠機(jī)器人在點膠部件的具體位置，F(xiàn)PGA處理器結(jié)合電機(jī)的電流和光碼盤信息以及外圍傳感信號自動調(diào)取相應(yīng)的PID調(diào)節(jié)模式，由FPGA處理器生成控制第一高速直流電機(jī)和第二高速直流電機(jī)運動的PWM波，控制點膠閥到達(dá)有問題的膠點，同時第三高速直流電機(jī)、第四高速直流電機(jī)和第五高速直流電機(jī)運行到設(shè)定的高度、傾斜角度和旋轉(zhuǎn)角度，然后點膠機(jī)器人對有問題的點膠點進(jìn)行二次點膠補(bǔ)償，完成后再回到存儲器當(dāng)初寄存下的位置，重新繼續(xù)原有的工作；14)如果點膠機(jī)器人在運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，第一高速直流電機(jī)、第二高速直流電機(jī)、第三高速直流電機(jī)、第四高速直流電機(jī)和第五高速直流電機(jī)任何一個電機(jī)在運動過程中電流超過設(shè)定值時，控制器會立即控制FPGA處理器停止工作，從而有效地避免了電池大電流放電的發(fā)生；15)如果在點膠過程中讀到了人機(jī)界面上的自動暫停點，F(xiàn)PGA處理器會控制第一高速直流電機(jī)、第二高速直流電機(jī)和第三高速直流電機(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)取存儲信息使點膠機(jī)器人從自動暫停點可以繼續(xù)工作；16)點膠機(jī)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)了電池；17)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(jī)器人走出運動軌跡；18)點膠機(jī)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。本實用新型五軸全自動高速點膠機(jī)器人伺服控制系統(tǒng)具有的有益效果是:1: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；2:由于采用高性能的DSP處理器和FPGA處理器，使得系統(tǒng)處理速度大大增加，可以很好滿足點膠系統(tǒng)快速性的要求；3:在初期運動過程中，由自動裝置把點膠閥門推到初始位置，然后圖像采集處理單元開啟，幫助點膠閥門對準(zhǔn)初始位置，使得初始位置定位極其精確；4: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DSP+FPGA雙核控制器時刻都在對點膠機(jī)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，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；5:由FPGA處理器處理點膠機(jī)器人的五只電機(jī)的獨立伺服控制，使得控制比較簡單，大大提高了運算速度，解決了現(xiàn)有技術(shù)中單片機(jī)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(qiáng)；6: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； 7:為了提高運算速度和精度，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)，使得運算精度大大提高；8:由于本控制器采用FPGA處理器處理大量的數(shù)據(jù)與算法，把DSP處理器從繁重的工作量中解脫出來，有效地防止了點膠機(jī)器人失控，抗干擾能力大大增強(qiáng)；9:由于五路電機(jī)的控制信號是通過FPGA處理器輸出，這樣由FPGA處理器可以同時輸出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 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，并且實現(xiàn)了兩軸伺服控制的同步性；10:在點膠機(jī)器人運行過程中，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，減少了快速行走時電機(jī)轉(zhuǎn)矩抖動對點膠機(jī)器人動態(tài)性能的影響；11:在控制中，F(xiàn)PGA處理器內(nèi)部集成了多種PID調(diào)節(jié)模式，可以根據(jù)機(jī)器人外圍運行情況自動調(diào)整其內(nèi)部的PID參數(shù)，輕松實現(xiàn)分段P、PD、PID控制和非線性PID控制，使系統(tǒng)具有一定的自適應(yīng)；[0086]12:由于具有存儲功能，這使得點膠機(jī)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；13:在整個點膠過程中，如果圖像采集處理單元發(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(bǔ)償；14:由于采用效率更高的高速直流電機(jī)，使得系統(tǒng)的能源利用率更高，有利于節(jié)約能源。以上所述僅為本實用新型的實施例，并非因此限制本實用新型的專利范圍，凡是利用本實用新型說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本實用新型的專利保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種五軸全自動高速點膠機(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、圖像采集處理單元、第一高速直流電機(jī)、第二高速直流電機(jī)、第三高速直流電機(jī)、第四高速直流電機(jī)、第五高速直流電機(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、第二控制信號、第三控制信號、第四控制信號和第五控制信號，所述的第一控制信號、第二控制信號、第三控制信號、第四控制信號和第五控制信號分別控制所述的第二高速直流電機(jī)、第一高速直流電機(jī)、第三高速直流電機(jī)、第四高速直流電機(jī)和第五高速直流電機(jī)，通過所述的第一高速直流電機(jī)的第二控制信號、通過所述的第二高速直流電機(jī)的第一控制信號、通過所述的第三高速直流電機(jī)的第三控制信號、通過所述的第四高速直流電機(jī)的第四控制信號和通過所述的第五高速直流電機(jī)的第五控制信號經(jīng)過第二信號處理器合成之后，控制點膠機(jī)器人的運動，所述的處理器單元還連接至圖像采集處理單元。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的五軸全自動高速點膠機(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、路徑讀取模塊以及在線輸出模塊，所述的運動控制系統(tǒng)包括伺服控制模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、I/O控制模塊以及圖像采集處理單元，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、I/O控制模塊以及圖像采集處理單元，F(xiàn)PGA處理器用于控制伺服控制模塊，且DSP處理器及FPGA處理器之間實時進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和調(diào)用。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的五軸全自動高速點膠機(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所述的五軸全自動高速點膠機(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編碼器模塊，所述的編碼器模塊用于檢測點膠機(jī)器人的實際轉(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所述的五軸全自動高速點膠機(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)到點膠機(jī)器人需要的范圍。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的五軸全自動高速點膠機(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)編碼器模塊檢測點膠機(jī)器人實際轉(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)點膠機(jī)器人實際轉(zhuǎn)速。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的五軸全自動高速點膠機(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位移模塊，所述的位移模塊用于檢測點膠機(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。
專利摘要本實用新型在單片的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)實現(xiàn)的多控制器系統(tǒng)集中設(shè)計，并充分考慮電池在這個系統(tǒng)的作用，實現(xiàn)單一控制器同步控制五軸的功能，把五軸全自動高速點膠機(jī)器人伺服控制系統(tǒng)中工作量最大的五軸伺服系統(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，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、I/O控制模塊以及圖像采集處理單元等功能交給DSP處理器控制，這樣就實現(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)。
文檔編號G05B19/042GK202929400SQ20122049408
公開日2013年5月8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, 袁麗娟 申請人:蘇州工業(yè)園區(qū)職業(yè)技術(shù)學(xué)院