專利名稱：三軸高速點膠機器人伺服控制系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
三軸高速點膠機器人伺服控制系統(tǒng)技術領域[0001]本實用新型是有關于點膠機器人的技術領域，且特別是有關于三軸高速點膠機器 人伺服控制系統(tǒng)。[0002]背景技術[0003]在高技術迅猛發(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，工業(yè)機器人及其 應用工程的開發(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， 進行文明生產(chǎn)，這對促進經(jīng)濟發(fā)展和社會進步都具有重大意義。隨著制造業(yè)對機器人裝備 的需求及綠色環(huán)保和改善勞動者的工作環(huán)境要求越來越高，專門對流體進行控制，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。[0004]點膠機器人主要用于產(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。“點膠機器人”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)濟效益和社會效益。一個精度比較相對較高的點膠機器人需要在一個二維 的XY平面上進行一條直線上或圓弧上涂膠或者是按照一定的規(guī)律對一些位置進行點對點 的涂膠，如果采用一個二軸的點膠機器人可以簡單完成上述動作，但是當遇到需要膠量不 一致的要求時，二軸的點膠機器人無法滿足要求，這個時候就需要有另外的一軸Z軸帶動 點膠閥的上下運動來完成不同膠量的要求。只要把運動路徑和點膠膠量信息輸入到機器人 控制器，上述設計的三軸的點膠機器人可以很快的完成上述動作。一臺完整的三軸點膠機 器人大致分為以下幾個部分[0005]I)電機執(zhí)行電機是點膠機器人的動力源，它根據(jù)微處理器的指令來執(zhí)行點膠機 器人在加工部件三維的平面上行走的相關動作；[0006]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 確快速的從一點到達另外一點，形成點對點，或曲線運動；[0007]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 出相應的判斷。[0008]點膠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(xié)作能力和 創(chuàng)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。點膠機器人技術 的開展可以培養(yǎng)大批相關領域的人才，進而促進相關領域的技術發(fā)展和產(chǎn)業(yè)化進程。但是 由于國內(nèi)研發(fā)此點膠機器人的單位較少，相對研發(fā)水平比較落后，研發(fā)的三軸點膠機器人 伺服控制系統(tǒng)的結構框圖，如圖1，長時間運行發(fā)現(xiàn)存在著很多安全問題，即[0009](I)作為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，當突然停 電時會使整個點膠運動失敗；[0010](2)作為點膠機器人的執(zhí)行機構采用的是步進電機，經(jīng)常會遇到丟失脈沖的問題 出現(xiàn)，導致對位置的記憶出現(xiàn)錯誤；[0011](3)由于采用步進電機，使得機體發(fā)熱比較嚴重，有的時候需要進行散熱；[0012](4)由于采用步進電機，使得系統(tǒng)運轉的機械噪聲大大增加，不利于環(huán)境保護；[0013](5)由于米用步進電機,其電機本體一般都是多相結構,控制電路需要米用多個功 率管，使得控制電路相對比較復雜，并且增加了控制器價格；[0014](6)由于采用步進電機，使得系統(tǒng)一般不適合在高速運行；[0015](7)由于采用步進電機，使得系統(tǒng)的力矩相對較??；[0016](8)由于控制不當?shù)脑?，導致有的時候步進電機產(chǎn)生共振；[0017](9)由于點膠機器人要頻繁的關閉和啟動，加重了單片機的工作量，單一的單片機 無法滿足點膠機器人快速啟動和停止的要求，系統(tǒng)動態(tài)性能不好；[0018]( 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；[0019](11)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，引起點膠 機器人失控，抗干擾能力較差；[0020](12)對于三軸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，單片機伺服系統(tǒng)很難滿足這一條件，使得點膠機器 人點膠量不一致，特別是對于快速行走時情況更糟糕；[0021](13)由于受單片機容量和算法影響，點膠機器人對膠點的信息沒有存儲，當遇到 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；[0022](14)點膠系統(tǒng)一旦開始，就要完成整個點膠運動，中間沒有任何暫停或緩沖的占.[0023](15)由于受單片機計算能力影響，整個點膠機器人在低速運行時，基本上沒有大 的問題，但是當為了提高點膠系統(tǒng)效率而加速時，整個點膠結果將出現(xiàn)嚴重的問題。[0024]為了滿足高速、高效生產(chǎn)的需要，必須對現(xiàn)有的基于單片機控制的三軸自動點膠 機器人控制系統(tǒng)進行重新設計，尋求一種高速、高效的點膠伺服系統(tǒng)。實用新型內(nèi)容[0025]針對上述問題，本實用新型的目的是提供一種三軸高速點膠機器人伺服控制系 統(tǒng)，解決了現(xiàn)有技術中三軸點膠機器人控制系統(tǒng)高速和高效性能差的缺陷。[0026]為解決上述技術問題，本實用新型采用的一個技術方案是提供一種三軸高速點 膠機器人伺服控制系統(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、第二高速直流電機、第三高速直流電機以及點膠機器人，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、第二控制信號和第三控制信號，所述的第一控制信號、第二控 制信號和第三控制信號分別控制所述的第二高速直流電機、第一高速直流電機和第三高速 直流電機，通過所述的第一高速直流電機的第二控制信號、通過所述的第二高速直流電機 的第一控制信號和通過所述的第三高速直流電機的第三控制信號經(jīng)過第二信號處理器合 成之后，控制點膠機器人的運動。[0027]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處理器以及設于DSP處理器和FPGA處理器的上位機系統(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)存儲模塊以及I/O控制模塊，其中，DSP處理器用于控制人機界 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處理器之間實時進行數(shù)據(jù)交換和調(diào)用。[0028]在本實用新型一個較佳實施例中，所述的處理器單元進一步與高速直流電機的輸 出端連接。[0029]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換模塊，所述的 轉換模塊用于把數(shù)字信號轉換成模擬信號。[0030]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器人的實際轉速，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。[0031]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到點膠機器人需要的范圍。[0032]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，當編碼器模塊檢測點膠機器人實際轉速過快或過慢，速 度模塊根據(jù)編碼器模塊檢測的結果來調(diào)節(jié)點膠機器人實際轉速。[0033]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器人是否到達既定位移，如果離既定過遠，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。[0034]本實用新型的三軸高速點膠機器人伺服控制系統(tǒng)，為了提高運算速度，保證三軸 高速點膠機器人伺服控制系統(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實現(xiàn)的多控制器 系統(tǒng)集中設計，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三軸的功能， 把三軸高速點膠機器人伺服控制系統(tǒng)中工作量最大的三軸伺服系統(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。


[0035]圖1為現(xiàn)有技術中三軸點膠機器人伺服控制系統(tǒng)的原理圖；[0036]圖2為本實用新型較佳實施例的三軸高速點膠機器人伺服控制系統(tǒng)的原理圖；[0037]圖3為圖2中處理器單元的方框圖；[0038]圖4為點膠機器人的速度運動曲線。
具體實施方式
[0039]
以下結合附圖對本實用新型的較佳實施例進行詳細闡述，以使本實用新型的優(yōu)點和特征能更易于被本領域技術人員理解，從而對本實用新型的保護范圍做出更為清楚明確 的界定。[0040]隨著微電子技術和計算機集成芯片制造技術的不斷發(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，不僅廣泛應用于通信與視頻信號處理，也逐漸應用在 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，電機控制等，用途廣泛。運行時鐘也快可達150MHz，處理性 能可達150MIPS，每條指令周期6. 67ns，IO 口豐富，對用戶一般的應用來說足夠了，兩個串 口。具有12位的0 3. 3v的AD轉換等。具有片內(nèi)128kX16位的片內(nèi)FLASH，18K X 16位 的SRAM，一般的應用系統(tǒng)可以不要外擴存儲器。加上獨立的算術邏輯單元，擁有強大的數(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計，降 低系統(tǒng)成本和系統(tǒng)復雜度，也大大提高了數(shù)據(jù)的存儲處理能力。[0041]基于現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)及現(xiàn)代電子設計自動化(EDA)技術的硬件實現(xiàn)方 法是最近幾年出現(xiàn)了一種全新的設計思想。雖然FPGA本身只是標準的單元陣列，沒有一般 的集成電路所具有的功能，但用戶可以根據(jù)自己的設計需要，通過特定的布局布線工具對 其內(nèi)部進行重新組合連接，在最短的時間內(nèi)設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計思想實現(xiàn)硬件電路的設計，這樣就使得 基于FPGA處理器設計的系統(tǒng)具有良好的可復用和修改性，這種全新的設計思想已經(jīng)逐漸 應用在高性能的交流驅動控制上，并快速發(fā)展。[0042]如圖2所示，為本實用新型較佳實施例的三軸高速點膠機器人伺服控制系統(tǒng)的原 理圖。本實施例中，三軸高速點膠機器人伺服控制系統(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、第二高速直流電機、第三高速直流電 機以及點膠機器人。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。[0043]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、第二控制信號和第三控制 信號，所述的第一控制信號、第二控制信號和第三控制信號分別控制所述的第二高速直流 電機、第一高速直流電機和第三高速直流電機，通過所述的第一高速直流電機的第二控制 信號、通過所述的第二高速直流電機的第一控制信號和通過所述的第三高速直流電機的第 三控制信號經(jīng)過第二信號處理器合成之后，控制點膠機器人的運動。[0044]本實用新型為克服現(xiàn)有技術中單片機不能滿足三軸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)點膠機器人所采用的單片機的工作模式，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 理器從復雜的工作當中解脫出來，實現(xiàn)部分的信號處理算法和響應中斷，實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信和 存儲實時信號。[0045]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，實時進行數(shù)據(jù)交換和調(diào)用。所述的處理器單元還包括設于DSP處理器和 FPGA處理器的上位機系統(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)存儲模塊以及I/O 控制模塊。其中，DSP處理器用于控制人機界面模塊、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。[0046]上位機系統(tǒng)包括人機界面模塊、路徑讀取模塊以及在線輸出模塊。人機界面模塊 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)預設好的速度，加速 度，位置等參數(shù)設置；在線輸出模塊用于提示點膠機器人的工作狀態(tài)，比如是點膠機器人工 作過程中或到站狀態(tài)提示。[0047]運動控制系統(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 一步包括轉換模塊、編碼器模塊、電流模塊、速度模塊以及位移模塊。[0048]其中，所述轉換模塊包括模擬數(shù)字轉換器(ADC, Analog to Digital Converter) 及數(shù)字模擬轉換器(DAC, Digital to Analog Converter);所述編碼器模塊用于檢測點膠 機器人的實際轉速，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。[0049]所述電流模塊與電池和控制器、轉換模塊連接。轉換模塊根據(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到點膠 機器人需要的范圍。[0050]所述速度模塊與編碼器模塊通訊連接，當編碼器模塊檢測點膠機器人實際轉速過 快或過慢，速度模塊根據(jù)編碼器模塊檢測的結果來調(diào)節(jié)點膠機器人的實際轉速。[0051]所述位移模塊檢測點膠機器人是否到達既定位移，如果離既定過遠，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。[0052]對于處理器單元為一雙核處理器，在電源打開狀態(tài)下，點膠機器人先進入自鎖狀 態(tài)，然后把點膠機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，點膠機器人把儲存的實際路徑參數(shù)以及點膠信息傳輸給控制器 中的DSP處理器，DSP處理器把這些運動參數(shù)轉化為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，然后與FPGA處理器通 訊，F(xiàn)PGA處理器根據(jù)這些參數(shù)轉再結合電機反饋的電流和光碼盤的信號處理三個獨立電機 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)。[0053]結合以上描述，上位機系統(tǒng)包括人機界面模塊、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行通訊，實時進行數(shù) 據(jù)交換和調(diào)用。[0054]本實用新型中三軸高速點膠機器人伺服控制系統(tǒng)具體的功能實現(xiàn)如下[0055]I)操作人員把加工部件安裝在夾具上；[0056]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行判斷，當確定是 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 電機和第二高速直流電機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，人機界面提示更換電池；[0057]3)啟動機器人自動控制程序，通過控制器的USB接口輸入任務或者從硬盤裝載任 務;[0058]4)將執(zhí)行機構(包括膠刷和出膠頭)移動到起始點上方，調(diào)整好初始化位置；[0059]5)出膠信號有效,延時；[0060]6)為了能夠驅動三軸自動點膠機器人進行運動，本控制系統(tǒng)引入FPGA處理器，由 其生成三軸電機運動的PWM波，但是通過I/O 口與DSP處理器進入實時通訊，由DSP處理器 控制其PWM波形的輸出和封鎖；[0061]7)在點膠機器人運動過程中，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器人兩軸第一高速直流電機和第 二高速直流電機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)再結合電機采集的電流和光 碼盤信號以及外圍傳感器信號自動調(diào)取PID調(diào)節(jié)模式，自動生成控制第一高速直流電機和 第二高速直流電機運動的PWM波，然后經(jīng)驅動電路后控制電機的伺服運動；[0062]8)點膠機器人在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 三高速直流電機要運行的距離，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FPGA處理器根據(jù)這些參數(shù)然后結合第三高速直流電價的電流和光盤信息以 及外圍傳感信號自動調(diào)取相應的PID調(diào)節(jié)模式，生成控制第三高速直流電機運動的PWM波， 然后經(jīng)驅動電路后控制電機的伺服運動；[0063]9)點膠機器人在運動過程中如果發(fā)現(xiàn)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，如果DSP處理器的中斷響應沒有來得 及處理，自動點膠機器人的第一高速直流電機、第二高速直流電機和第三高速直流電機將 原地自鎖，等待工人排除故障，[0064]10)裝在第一高速直流電機、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、第二高速直流電機和第三高速直流電 機的運行方向加I或者是減I ;[0065]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，記錄電機的絕對位置，然后換算成點膠機器人在三維平面XYZ中的具 體位置；[0066]12)在運動過程中，控制器會根據(jù)點膠機器人在點膠部件的具體位置和應該到達 的位置，送FPGA處理器處理，F(xiàn)PGA處理器根據(jù)外圍傳感信號自動調(diào)取相應的PID調(diào)節(jié)模 式，由FPGA處理器計算出自動點膠機器人的第一高速直流電機、第二高速直流電機和第三 高速直流電機需要更新的PWM控制信號，決定第一高速直流電機、第二高速直流電機和第 三高速直流電機需要更新的速度，速度加速和減速要滿足圖形4 ；[0067]13)如果點膠機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 機器人進行供電，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任何一個電 機在運動過程中電流超過設定值時，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；[0068]14)如果在點膠過程中讀到了人機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、第二高速直流電機和第三高速直流電機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器人從自動暫停點可以繼續(xù)工作；[0069]15)在運動過程中，如果檢測到電機的轉矩出現(xiàn)脈動，控制器會自動補償，減少了 電機轉矩對點膠過程的影響；[0070]16)點膠機器人在運行過程會時刻檢測電池電壓，當系統(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，有效地保護了電池；[0071]17)當完成整個加工部件的點膠運動后，點膠閥會停止出膠，延時，走出運動軌 跡；[0072]18)點膠機器人重新設定位置零點，等待下一周期。[0073]本實用新型三軸高速點膠機器人伺服控制系統(tǒng)具有的有益效果是[0074]1:由于采用高性能的DSP處理器，使得系統(tǒng)處理速度大大增加，可以很好滿足高 速點膠系統(tǒng)快速性的要求；[0075]2 :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 器時刻都在對自動點膠機器人的運行狀態(tài)進行監(jiān)測和運算，當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行觀測并保護，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；[0076]3 :由FPGA處理器處理點膠機器人的三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；[0077]4: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 且有利于點膠機器人體積和重量的減輕；[0078]5 :為了提高運算速度和精度，本點膠機器人采用了高速直流電機替代了傳統(tǒng)系統(tǒng) 中常用的步進電機，使得運算精度大大提高，效率也有一定程度的提高；[0079]6 :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器人失控，抗干擾能力大大增強；[0080]7 :由于三路電機的控制信號是通過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，通過驅動電路可以直接驅動電機，不僅減輕了 DSP處理器 的負擔，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)了三軸伺服控制的同步性；[0081]8:在點膠機器人運行過程中，控制器會對電機的轉矩進行在線辨識并利用電機 力矩與電流的關系進行補償，減少了快速行走時電機轉矩抖動對點膠機器人動態(tài)性能的影 響；[0082]9 :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；[0083]10:由于具有存儲功能，這使得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；[0084]11 :在整個點膠過程中，加入了暫停點設定，這樣有利于在自動運動過程中目測已 經(jīng)點膠好的位置，提前發(fā)現(xiàn)點膠問題。[0085]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)容所作的等效結構或 等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關的技術領域，均同理包括在本實用新型的專利保護范圍內(nèi)。
權利要求1.一種三軸高速點膠機器人伺服控制系統(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、第二高速直流電機、第三高速直流電機以及點膠機器人，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、第二控制信號和第三控制信號，所述的第一控制信號、第二控制信號和第三控制信號分別控制所述的第二高速直流電機、第一高速直流電機和第三高速直流電機，通過所述的第一高速直流電機的第二控制信號、通過所述的第二高速直流電機的第一控制信號和通過所述的第三高速直流電機的第三控制信號經(jīng)過第二信號處理器合成之后，控制點膠機器人的運動。
2.根據(jù)權利要求1所述的三軸高速點膠機器人伺服控制系統(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處理器以及設于DSP處理器和FPGA處理器的上位機系統(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)存儲模塊以及I/O控制模塊，其中，DSP處理器用于控制人機界面模塊、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處理器之間實時進行數(shù)據(jù)交換和調(diào)用。
3.根據(jù)權利要求2所述的三軸高速點膠機器人伺服控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的伺服控制模塊還包括轉換模塊，所述的轉換模塊用于把數(shù)字信號轉換成模擬信號。
4.根據(jù)權利要求2所述的三軸高速點膠機器人伺服控制系統(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器人的實際轉速，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)權利要求2所述的三軸高速點膠機器人伺服控制系統(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到點膠機器人需要的范圍。
6.根據(jù)權利要求4所述的三軸高速點膠機器人伺服控制系統(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，當編碼器模塊檢測點膠機器人實際轉速過快或過慢，速度模塊根據(jù)編碼器模塊檢測的結果來調(diào)節(jié)點膠機器人實際轉速。
7.根據(jù)權利要求2所述的三軸高速點膠機器人伺服控制系統(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器人是否到達既定位移，如果離既定過遠，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。
專利摘要三軸高速點膠機器人伺服控制系統(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、第二高速直流電機、第三高速直流電機以及點膠機器人，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、第二控制信號和第三控制信號，所述的第一控制信號、第二控制信號和第三控制信號分別控制所述的第二高速直流電機、第一高速直流電機和第三高速直流電機，通過所述的第一高速直流電機的第二控制信號、通過所述的第二高速直流電機的第一控制信號和通過所述的第三高速直流電機的第三控制信號經(jīng)過第二信號處理器合成之后，控制點膠機器人的運動。
文檔編號G05B19/042GK202837911SQ20122049415
公開日2013年3月27日 申請日期2012年9月26日 優(yōu)先權日2012年9月26日
發(fā)明者張好明, 王應海, 貢亞麗 申請人:蘇州工業(yè)園區(qū)職業(yè)技術學院