專利名稱：一種單軸中低速全自動點(diǎn)膠機(jī)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，具體涉及ー種單軸中低速全自動點(diǎn)膠機(jī)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(jī)器人是新型的自動化的主要工具，エ業(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)部的自動化機(jī)器點(diǎn)膠機(jī)器人隨即產(chǎn)生。單軸點(diǎn)膠機(jī)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(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)、畫線等功能。這種機(jī)器人只有ー個(gè)動力，只能做ー種動作，比如說，ー個(gè)方向上的直線往復(fù)運(yùn)動，或者ー個(gè)方向的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，沒有組合運(yùn)動。單軸機(jī)器人一般可能指的是直線運(yùn)動單元。一臺完整的單軸點(diǎn)膠機(jī)器人大致分為以下幾個(gè)部分
O高速直流電機(jī)執(zhí)行高速直流電機(jī)是點(diǎn)膠機(jī)器人的動カ源，它根據(jù)微處理器的指令來執(zhí)行點(diǎn)膠機(jī)器人在直線上行走的相關(guān)動作。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)確快速的從ー點(diǎn)到達(dá)另外一點(diǎn)，形成點(diǎn)對點(diǎn)的運(yùn)動。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，和高速直流電機(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。單軸自動點(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。自動點(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)此機(jī)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(diǎn)膠機(jī)器人結(jié)構(gòu)如圖1，長時(shí)間運(yùn)行發(fā)現(xiàn)存在著很多安全問題，即
(I)在點(diǎn)膠初期，都是人工運(yùn)動點(diǎn)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(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)動失敗。(3)作為自動點(diǎn)膠機(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用的是步進(jìn)高速直流電機(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)高速直流電機(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。( 5 )由于采用步進(jìn)高速直流電機(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)。( 6 )由于采用步進(jìn)高速直流電機(jī)，其高速直流電機(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，并且増加了控制器價(jià)格。( 7 )由于采用步進(jìn)高速直流電機(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(shí)容易產(chǎn)生振動，導(dǎo)致高速直流電機(jī)失敗。(8)由于采用步進(jìn)高速直流電機(jī)，使得系統(tǒng)的カ矩相對較小。(9)由于控制不當(dāng)?shù)脑?，?dǎo)致有的時(shí)候步進(jìn)高速直流電機(jī)產(chǎn)生共振。( 10)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(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，引起自動點(diǎn)膠機(jī)器人失控，抗干擾能力較差。(12)由于受單片機(jī)容量和算法影響，自動點(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。(13)點(diǎn)膠系統(tǒng)一旦開始，就要完成整個(gè)點(diǎn)膠運(yùn)動，中間沒有任何暫?；蚓彌_的點(diǎn)。(14)由于自動點(diǎn)膠機(jī)器人要頻繁的剎車和啟動，加重了單片機(jī)的工作量，単一的單片機(jī)無法滿足自動點(diǎn)膠機(jī)器人頻繁的啟動和停止的要求。(15)在所有的點(diǎn)膠過程中，沒有對點(diǎn)膠過的結(jié)果進(jìn)行自動觀測和補(bǔ)償，有的時(shí)候使得整個(gè)曲線上膠量不一致，然后采用人エニ次補(bǔ)膠。因此，需要對現(xiàn)有的基于單片機(jī)控制的單軸點(diǎn)膠機(jī)器人控制器進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，尋求ー種經(jīng)濟(jì)適用的中低速單軸全自動點(diǎn)膠機(jī)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(diǎn)膠機(jī)器人伺服控制器，其基于單片機(jī)+LM629單軸中低速全自動點(diǎn)膠機(jī)器人伺服控制器。本發(fā)明的技術(shù)方案是，一種單軸中低速全自動點(diǎn)膠機(jī)器人伺服控制器，包括單片機(jī)、LM629芯片、電機(jī)驅(qū)動器以及高速直流電機(jī)，所述的單片機(jī)與所述的LM629芯片通訊連接，所述的LM629芯片發(fā)出控制信號至所述的電機(jī)驅(qū)動器，所述的電機(jī)驅(qū)動器控制所述的高速直流電機(jī)運(yùn)動，所述的單片機(jī)包括圖像采集及處理模塊。在本發(fā)明ー個(gè)較佳實(shí)施例中，所述的LM629芯片和高速直流電機(jī)之間還連接有一
編碼器。在本發(fā)明ー個(gè)較佳實(shí)施例中，所述的單片機(jī)與LM629芯片通過數(shù)據(jù)總線通訊連接，所述的LM629芯片內(nèi)部包括接ロ，所述的接ロ用于連接數(shù)據(jù)總線。在本發(fā)明ー個(gè)較佳實(shí)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)生器用于生成高速直流電機(jī)的速度運(yùn)動梯形圖，其包含的面積就是點(diǎn)膠機(jī)器人高速直流電機(jī)要運(yùn)行的距離。在本發(fā)明ー個(gè)較佳實(shí)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(diǎn)膠機(jī)器人的位置數(shù)據(jù)。
在本發(fā)明ー個(gè)較佳實(shí)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(diǎn)膠機(jī)器人的驅(qū)動功率。在本發(fā)明ー個(gè)較佳實(shí)施例中，所述的高速直流電機(jī)上裝有光碼盤，所述的光碼盤用于輸出高速直流電機(jī)的位置信號。本發(fā)明所述為ー種單軸中低速全自動點(diǎn)膠機(jī)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(yùn)動控制系統(tǒng)定位和發(fā)現(xiàn)故障點(diǎn)，自動化程度大大提高。在初期運(yùn)動過程中，由自動裝置把點(diǎn)膠閥門推到初始位置，然后圖像采集系統(tǒng)開啟，幫助點(diǎn)膠閥門對準(zhǔn)初始位置，使得初始位置定位極其精確。在運(yùn)動過程中，充分考慮了電池在這個(gè)系統(tǒng)中的作用，基于單片機(jī)+LM629控制器時(shí)刻都在對自動點(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)，鋰離子電池會立即提供能源，避免了自動點(diǎn)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(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處理自動點(diǎn)膠機(jī)器人的單軸高速直流電機(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)軟件運(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)。本發(fā)明基本實(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，而且有利于自動點(diǎn)膠機(jī)器人體積和重量的減輕。為了提高運(yùn)算速度和精度，本自動點(diǎn)膠機(jī)器人采用了高速直流高速直流電機(jī)替代了傳統(tǒng)系統(tǒng)中常用的步進(jìn)聞速直流電機(jī)，使得運(yùn)算精度大大提尚，效率也有一定程度的提聞。由于本控制器采用LM629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，有效地防止了程序的“跑飛”，抗干擾能力大大增強(qiáng)。由LM629根據(jù)單片機(jī)的位置、速度和加速度給定以及光嗎盤信息輸出PWM調(diào)制信號和方向信號，通過驅(qū)動電路可以直接驅(qū)動高速直流電機(jī)，不僅減輕了單片機(jī)的負(fù)擔(dān)，簡化了接ロ電路，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)試簡単。在自動點(diǎn)膠機(jī)器人運(yùn)行過程中，控制器會對高速直流電機(jī)的轉(zhuǎn)矩進(jìn)行在線辨識并利用高速直流電機(jī)カ矩與電流的關(guān)系進(jìn)行補(bǔ)償，減少了高速直流電機(jī)轉(zhuǎn)矩抖動對自動點(diǎn)膠機(jī)器人快速探索的影響。在控制中，單片機(jī)可以根據(jù)機(jī)器人外圍運(yùn)行情況適時(shí)調(diào)整LM629內(nèi)部的PID參數(shù)，實(shí)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(shí)速度的切換。由于具有存儲功能，這使得點(diǎn)膠機(jī)器人掉電后或遇到故障重啟時(shí)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(diǎn)二次點(diǎn)膠完成未完成的任務(wù)。LM629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(shí)現(xiàn)單軸伺服運(yùn)動的任意控制。在整個(gè)點(diǎn)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(diǎn)出現(xiàn)點(diǎn)膠問題，控制器會對上述位置或點(diǎn)膠點(diǎn)進(jìn)行二次補(bǔ)償。由于采用的單片機(jī)是エ業(yè)級的C8051F120，在滿足實(shí)用性的同時(shí)，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(jī)控制的單軸點(diǎn)膠機(jī)器人伺服控制器的原理 圖2為本發(fā)明一較佳實(shí)施例的原理 圖3為圖2中處理器単元的方框圖；圖4為本發(fā)明一較佳實(shí)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(shí)施例方式
下面對本發(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。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(jì)算機(jī)SCM、微控制器MCU及片上系統(tǒng)SOC三大階段，前兩個(gè)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(jì)需要，這時(shí)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(diǎn)，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、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(gè)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(shí)現(xiàn)的SPI、SMBus/I2C和兩個(gè)UART串行接ロ；
11)5個(gè)通用的16位定時(shí)器；
12)具有6個(gè)捕捉/比較模塊的可編程計(jì)數(shù)器/定時(shí)器陣列；
13)片內(nèi)看門狗定時(shí)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(yùn)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(gè)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(jì)ー個(gè)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(shí)時(shí)修改速度、目標(biāo)位置和PID控制參數(shù)；
7)實(shí)時(shí)可編程中斷；可編程微分項(xiàng)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(diǎn)使得LM629特別適合伺服運(yùn)動控制中。
參見圖2，包括交流電源、鋰離子電池、多個(gè)信號處理器、處理器単元、多個(gè)高速直流高速直流電機(jī)以及點(diǎn)膠機(jī)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)出控制信號驅(qū)動所述高速直流高速直流電機(jī)，所述的高速直流高速直流電機(jī)驅(qū)動點(diǎn)膠機(jī)器人的運(yùn)動，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。如圖3所示，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)模塊及在線輸出模塊，所述的運(yùn)動控制系統(tǒng)包括單軸伺服控制模塊、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(jī)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、I/o控制模塊以及圖像采集及處理模塊，LM629芯片控制單軸伺服控制模塊，且單片機(jī)和LM629芯片之間實(shí)時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和調(diào)用。如圖4所示，包括單片機(jī)、LM629芯片、電機(jī)驅(qū)動器以及高速直流電機(jī)，所 述的單片機(jī)與所述的LM629芯片通訊連接，所述的LM629芯片發(fā)出控制信號至所述的電機(jī)驅(qū)動器，所述的電機(jī)驅(qū)動器控制所述的高速直流電機(jī)運(yùn)動，所述的單片機(jī)包括圖像采集及處理模塊。所述的LM629芯片和高速直流電機(jī)之間還連接有ー編碼器。所述的單片機(jī)與LM629芯片通過數(shù)據(jù)總線通訊連接。所述的LM629芯片內(nèi)部包括接ロ，所述的接ロ用于連接數(shù)據(jù)總線。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)生器用于生成高速直流電機(jī)的速度運(yùn)動梯形圖如圖5所示，其包含的面積就是點(diǎn)膠機(jī)器人高速直流電機(jī)要運(yùn)行的距離。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(diǎn)膠機(jī)器人的位置數(shù)據(jù)。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(diǎn)膠機(jī)器人的驅(qū)動功率。所述的高速直流電機(jī)上裝有光碼盤，所述的光碼盤用于輸出高速直流電機(jī)的位置信號。對于本發(fā)明設(shè)計(jì)的單片機(jī)+LM629芯片控制器，如圖6所示，X軸對應(yīng)高速直流電機(jī)，在電源打開狀態(tài)下，自動點(diǎn)膠機(jī)器人先進(jìn)入自鎖狀態(tài)，高速直流電機(jī)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，然后自動打開點(diǎn)膠閥門膠體自動流出，等均勻后將執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動到起始點(diǎn)，此時(shí)圖像采集系統(tǒng)開啟，自動校正出膠頭與起始點(diǎn)的對準(zhǔn)位置。自動點(diǎn)膠機(jī)器人把儲存的實(shí)際路徑傳輸參數(shù)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)化為自動點(diǎn)膠機(jī)器人在指定運(yùn)動軌跡下高速直流電機(jī)要運(yùn)行的距離、速度和加速度，單片機(jī)然后與LM629芯片通訊連接，然后由LM629芯片根據(jù)這些參數(shù)轉(zhuǎn)化處理高速直流電機(jī)的伺服控制，并把處理數(shù)據(jù)通訊連接給單片機(jī)，由單片機(jī)繼續(xù)處理后續(xù)的運(yùn)行狀態(tài)。本發(fā)明的具體功能實(shí)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(jī)會對電源電壓來源進(jìn)行判斷，當(dāng)確定是蓄電池供電時(shí)，如果電池電壓低壓的話，將禁止LM629芯片工作，高速直流電機(jī)不能工作，同時(shí)電壓傳感器將工作，控制器會發(fā)出低壓報(bào)警信號。3)啟動機(jī)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)高速直流電機(jī)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)，然后自動移動執(zhí)行機(jī)構(gòu)到點(diǎn)膠起始點(diǎn)上方，此時(shí)圖像采集系統(tǒng)開啟，然后通過圖像采集結(jié)果校正點(diǎn)膠頭對準(zhǔn)初始位置，系統(tǒng)開始準(zhǔn)備點(diǎn)膠。5)在出膠信號有效條件下，延時(shí)一定時(shí)間，使點(diǎn)膠機(jī)器人準(zhǔn)備開始工作。6)為了能夠驅(qū)動單軸自動點(diǎn)膠機(jī)器人自動運(yùn)動，本控制系統(tǒng)引入了 LM629芯片，但是通過I/O ロ與單片機(jī)進(jìn)入實(shí)時(shí)通訊連接，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(gè)伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(shí)，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)通訊連接。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(gè)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(diǎn)膠機(jī)器人運(yùn)動過程中，單片機(jī)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)，井根據(jù)這些距離信息計(jì)算得到相對下ー個(gè)膠點(diǎn)自動點(diǎn)膠機(jī)器人單軸高速直流電機(jī)要運(yùn)行的距離、速度和加速度，單片機(jī)然后與LM629芯片通訊連接，傳輸這些參數(shù)給LM629芯片，然后由LM629芯片分別生成高速直流電機(jī)的速度運(yùn)動梯形圖，這個(gè)梯形包含的面積就是自動點(diǎn)膠機(jī)器人高速直流電機(jī)要運(yùn)行的距離。10)在運(yùn)動過程中如果自動點(diǎn)膠機(jī)器人發(fā)現(xiàn)膠點(diǎn)距離求解出現(xiàn)死循環(huán)將向單片機(jī)發(fā)出中斷請求，單片機(jī)會對中斷做第一時(shí)間響應(yīng)，如果單片機(jī)的中斷響應(yīng)沒有來得及處理，自動點(diǎn)膠機(jī)器人的高速直流電機(jī)將原地自鎖，防止系統(tǒng)誤操作。11)裝在高速直流電機(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)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(shí)為低電平吋，就產(chǎn)生ー個(gè)INDEX信號給LM629芯片寄存器，記錄高速直流電機(jī)的絕對位置，然后換算成自動點(diǎn)膠機(jī)器人在點(diǎn)膠部件中的具體位置。13)在點(diǎn)膠過程中，如果圖像采集系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)有任何位置的點(diǎn)膠出現(xiàn)問題，存儲器記錄下當(dāng)前位置信息，然后單片機(jī)根據(jù)自動點(diǎn)膠機(jī)器人在點(diǎn)膠部件的具體位置，計(jì)算得到并送相應(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，由梯形圖計(jì)算出自動點(diǎn)膠機(jī)器人到達(dá)更新點(diǎn)需要的實(shí)際加速度、速度和位置信號，然后控制高速直流電機(jī)進(jìn)行二次點(diǎn)膠補(bǔ)償，然后在回到存儲器當(dāng)初寄存下的位置，重新繼續(xù)原有的工作。14)在整個(gè)點(diǎn)膠過程中，由梯形圖發(fā)生器結(jié)合高速直流電機(jī)位置解碼決定的數(shù)字PID控制器生成功率驅(qū)動橋需要的PWM波信號和高速直流電機(jī)正反轉(zhuǎn)信號，用來實(shí)現(xiàn)自動點(diǎn)膠機(jī)器人系統(tǒng)高速直流電機(jī)的伺服控制。15)如果自動點(diǎn)膠機(jī)器人在運(yùn)行過程中遇到突然斷電時(shí)，蓄電池會自動開啟立即對點(diǎn)膠機(jī)器人進(jìn)行供電，當(dāng)高速直流電機(jī)的運(yùn)動電流超過設(shè)定值時(shí)，LM629芯片的中斷命令LPES將會向控制器發(fā)出中斷請求，此時(shí)控制器會立即控制LM629芯片停止工作并存取下當(dāng)期的點(diǎn)膠信息，不僅有效地避免了電池大電流放電的發(fā)生的，而且也保存了點(diǎn)膠數(shù)據(jù)，使得控制器排除故障接到重新啟動命令后可以繼續(xù)運(yùn)行其剰余的工作。16)為了方便點(diǎn)膠工作系統(tǒng)加入了從人機(jī)界面上的自動暫停點(diǎn)，如果在點(diǎn)膠過程中讀到了自動暫停點(diǎn)，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(diǎn)膠機(jī)器人從自動暫停點(diǎn)可以繼續(xù)工作。17)自動點(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)了鋰離子電池。18)當(dāng)完成整個(gè)加工部件的點(diǎn)膠運(yùn)動后，點(diǎn)膠閥會停止出膠，然后控制點(diǎn)膠機(jī)器人走出運(yùn)動軌跡。19)點(diǎn)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(diǎn)，等待下一周期新的工作。綜上所述，本發(fā)明為克服単一單片機(jī)不能滿足自動點(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)自動點(diǎn)膠機(jī)器人所采用的単一單片機(jī)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(jī)+LM629芯片的全新控制模式。控制板以LM629芯片為處理核心，實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號的實(shí)時(shí)處理，把單片機(jī)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LM629芯片的控制邏輯，并響應(yīng)中斷，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信和存儲實(shí)時(shí)信號。本發(fā)明所述為ー種單軸中低速全自動點(diǎn)膠機(jī)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(yùn)動控制系統(tǒng)定位和發(fā)現(xiàn)故障點(diǎn)，自動化程度大大提高。在初期運(yùn)動過程中，由自動裝置把點(diǎn)膠閥門推到初始位置，然后圖像采集系統(tǒng)開啟，幫助點(diǎn)膠閥門對準(zhǔn)初始位置，使得初始位置定位極其精確。在運(yùn)動過程中，充分考慮了電池在這個(gè)系統(tǒng)中的作用，基于單片機(jī)+LM629控制器時(shí)刻都在對自動點(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)，鋰離子電池會立即提供能源，避免了自動點(diǎn)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(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處理自動點(diǎn)膠機(jī)器人的單軸高速直流電機(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)軟件運(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)。本發(fā)明基本實(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，而且有利于自動點(diǎn)膠機(jī)器人體積和重量的減輕。為了提高運(yùn)算速度和精度，本自動點(diǎn)膠機(jī)器人采用了高速直流高速直流電機(jī)替代了傳統(tǒng)系統(tǒng)中常用的步進(jìn)聞速直流電機(jī)，使得運(yùn)算精度大大提尚，效率也有一定程度的提聞。由于本控制器采用LM629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，有效地防止了程序的“跑飛”，抗干擾能力大大增強(qiáng)。由LM629根據(jù)單片機(jī)的位置、速度和加速度給定以及光嗎盤信息輸出PWM調(diào)制信號和方向信號，通過驅(qū)動電路可以直接驅(qū)動高速直流電機(jī)，不僅減輕了單片機(jī)的負(fù)擔(dān)，簡化了接ロ電路，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)試簡単。在自動點(diǎn)膠機(jī)器人運(yùn)行過程中，控制器會對高速直流電機(jī)的轉(zhuǎn)矩進(jìn)行在線辨識并利用高速直流電機(jī)カ矩與電流的關(guān)系進(jìn)行補(bǔ)償，減少了高速直流電機(jī)轉(zhuǎn)矩抖動對自動點(diǎn)膠機(jī)器人快速探索的影響。在控制中，單片機(jī)可以根據(jù)機(jī)器人外圍運(yùn)行情況適時(shí)調(diào)整LM629內(nèi)部的PID參數(shù)，實(shí)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(shí)速度的切換。由于具有存儲功能，這使得點(diǎn)膠機(jī)器人掉電后或遇到故障重啟時(shí)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(diǎn)二次點(diǎn)膠完成未完成的任務(wù)。LM629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(shí)現(xiàn)單軸伺服運(yùn)動的任意控制。在整個(gè)點(diǎn)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(diǎn)出現(xiàn)點(diǎn)膠問題，控制器會對上述位置或點(diǎn)膠點(diǎn)進(jìn)行二次補(bǔ)償。由于采用的單片機(jī)是エ業(yè)級的C8051F120，在滿足實(shí)用性的同時(shí)，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(shí)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
1.一種單軸中低速全自動點(diǎn)膠機(jī)器人伺服控制器，包括單片機(jī)、LM629芯片、電機(jī)驅(qū)動器以及高速直流電機(jī)，其特征在于所述的單片機(jī)與所述的LM629芯片通訊連接，所述的LM629芯片發(fā)出控制信號至所述的電機(jī)驅(qū)動器，所述的電機(jī)驅(qū)動器控制所述的高速直流電機(jī)運(yùn)動，所述的單片機(jī)包括圖像采集及處理模塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的單軸中低速全自動點(diǎn)膠機(jī)器人伺服控制器，其特征在于所述的LM629芯片和高速直流電機(jī)之間還連接有ー編碼器。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的單軸中低速全自動點(diǎn)膠機(jī)器人伺服控制器，其特征在于所述的單片機(jī)與LM629芯片通過數(shù)據(jù)總線通訊連接，所述的LM629芯片內(nèi)部包括接ロ，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所述的單軸中低速全自動點(diǎn)膠機(jī)器人伺服控制器，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)生器用于生成高速直流電機(jī)的速度運(yùn)動梯形圖，其包含的面積就是點(diǎn)膠機(jī)器人高速直流電機(jī)要運(yùn)行的距離。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的單軸中低速全自動點(diǎn)膠機(jī)器人伺服控制器，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(diǎn)膠機(jī)器人的位置數(shù)據(jù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的單軸中低速全自動點(diǎn)膠機(jī)器人伺服控制器，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(diǎn)膠機(jī)器人的驅(qū)動功率。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的單軸中低速全自動點(diǎn)膠機(jī)器人伺服控制器，其特征在于所述的高速直流電機(jī)上裝有光碼盤，所述的光碼盤用于輸出高速直流電機(jī)的位置信號。
全文摘要
本發(fā)明揭示了一種單軸中低速全自動點(diǎn)膠機(jī)器人伺服控制器，包括單片機(jī)、LM629芯片、電機(jī)驅(qū)動器以及高速直流電機(jī)，所述的單片機(jī)與所述的LM629芯片通訊連接，所述的LM629芯片發(fā)出控制信號至所述的電機(jī)驅(qū)動器，所述的電機(jī)驅(qū)動器控制所述的高速直流電機(jī)運(yùn)動，所述的單片機(jī)包括圖像采集及處理模塊。本發(fā)明在形成基于單片機(jī)+LM629的雙核處理器，把單片機(jī)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B25J9/16GK102837310SQ20121036192
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, 貢亞麗 申請人:蘇州工業(yè)園區(qū)職業(yè)技術(shù)學(xué)院