專(zhuān)利名稱(chēng)：五軸高速點(diǎn)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(diǎn)膠機(jī)器人的技術(shù)領(lǐng)域，且特別是有關(guān)于五軸高速點(diǎn)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(dòng)化生產(chǎn)將成為新世紀(jì)接受市場(chǎng)挑戰(zhàn)的重要方式。自動(dòng)化不僅是提高勞動(dòng)生產(chǎn)率的手段，對(duì)企業(yè)未來(lái)的長(zhǎng)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(dòng)化的主要工具，工業(yè)機(jī)器人及其應(yīng)用工程的開(kāi)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(duì)市場(chǎng)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(lái)，進(jìn)行文明生產(chǎn)，這對(duì)促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)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(kāi)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(duì)機(jī)器人裝備的需求及綠色環(huán)保和改善勞動(dòng)者的工作環(huán)境要求越來(lái)越高，專(zhuān)門(mén)對(duì)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(dòng)化機(jī)器點(diǎn)膠機(jī)器人隨即產(chǎn)生。點(diǎn)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(diǎn)、注、涂、點(diǎn)滴到每個(gè)產(chǎn)品精確位置，可以用來(lái)實(shí)現(xiàn)打點(diǎn)、畫(huà)線(xiàn)、圓型或弧型?！包c(diǎn)膠機(jī)器人”的研究開(kāi)發(fā)將對(duì)我國(guó)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(huì)效益。一個(gè)精度相對(duì)較高的點(diǎn)膠機(jī)器人需要在一個(gè)三維的XYZ空間里進(jìn)行一條直線(xiàn)上、圓弧或點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的位置上按照一定的膠量信息進(jìn)行涂膠，如果采用一個(gè)三軸的點(diǎn)膠機(jī)器人可以簡(jiǎn)單地模擬上述動(dòng)作，但是對(duì)于一些特殊的點(diǎn)膠系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，點(diǎn)膠位置有的時(shí)候垂直，有的時(shí)候剛好成鏡面對(duì)稱(chēng)，有的時(shí)候成一定的角度，一般的三軸點(diǎn)膠機(jī)器人則完成不了上述工作，這個(gè)時(shí)候需要增加一軸U使得點(diǎn)膠閥可以?xún)A斜一定角度滿(mǎn)足側(cè)面焊接的要求，另外再增加一軸R使得點(diǎn)膠閥可以正向旋轉(zhuǎn)180度或反向旋轉(zhuǎn)180度，完成一個(gè)360度的運(yùn)動(dòng)，這樣就形成了一臺(tái)簡(jiǎn)易的五軸點(diǎn)膠機(jī)器人。一臺(tái)完整的五軸點(diǎn)膠機(jī)器人大致分為以下幾個(gè)部分
1)電機(jī)執(zhí)行電機(jī)是點(diǎn)膠機(jī)器人的動(dòng)力源，它根據(jù)微處理器的指令來(lái)執(zhí)行點(diǎn)膠機(jī)器人在五維空間里執(zhí)行加工部件的相關(guān)動(dòng)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)確快速的從一點(diǎn)到達(dá)另外一點(diǎn)，形成點(diǎn)對(duì)點(diǎn)，或曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)；
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，和電機(jī)狀態(tài)信息等都需要經(jīng)過(guò)微處理器處理并做出相應(yīng)的判斷。點(diǎn)膠機(jī)器人結(jié)合了多學(xué)科知識(shí)，對(duì)于提升在校學(xué)生的動(dòng)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(shí)的消化和擴(kuò)展學(xué)生的知識(shí)面都非常有幫助。點(diǎn)膠機(jī)器人技術(shù)的開(kāi)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(guó)內(nèi)研發(fā)此點(diǎn)膠機(jī)器人的單位較少，相對(duì)研發(fā)水平比較落后，研發(fā)的五軸點(diǎn)膠機(jī)器人伺服控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖，如圖1，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行發(fā)現(xiàn)存在著很多安全問(wèn)題，即:
(1)作為點(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(huì)使整個(gè)點(diǎn)膠運(yùn)動(dòng)失?。?br> (2)作為點(diǎn)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(huì)遇到丟失脈沖的問(wèn)題出現(xiàn)，導(dǎo)致對(duì)位置的記憶出現(xiàn)錯(cuò)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(shí)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(gè)功率管，使得控制電路相對(duì)比較復(fù)雜，并且增加了控制器價(jià)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(yùn)行；
(7)由于采用步進(jìn)電機(jī)，使得系統(tǒng)的力矩相對(duì)較小；
(8)由于控制不當(dāng)?shù)脑?，?dǎo)致有的時(shí)候步進(jìn)電機(jī)產(chǎn)生共振；
(9)由于點(diǎn)膠機(jī)器人要頻繁的關(guān)閉和啟動(dòng)，加重了單片機(jī)的工作量，單一的單片機(jī)無(wú)法滿(mǎn)足點(diǎn)膠機(jī)器人快速啟動(dòng)和停止的要求，系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能不好；
(10)相對(duì)采用的都是一些體積比較大的插件元器件，使得自動(dòng)點(diǎn)膠機(jī)器人控制系統(tǒng)占用較大的空間，重量相對(duì)都比較重；
(11)由于受周?chē)h(huán)境不穩(wěn)定因素干擾，單片機(jī)控制器經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)異常，引起點(diǎn)膠機(jī)器人失控，抗干擾能力較差；
(12)對(duì)于五軸點(diǎn)膠機(jī)器人的點(diǎn)膠過(guò)程來(lái)說(shuō)，一般要求其五個(gè)電機(jī)的PWM控制信號(hào)要同步，由于受單片機(jī)計(jì)算能力的限制，單片機(jī)伺服系統(tǒng)很難滿(mǎn)足這一條件，使得點(diǎn)膠機(jī)器人點(diǎn)膠量不一致，特別是對(duì)于快速行走時(shí)情況更糟糕；
(13)由于受單片機(jī)容量和算法影響，點(diǎn)膠機(jī)器人對(duì)膠點(diǎn)的信息沒(méi)有存儲(chǔ)，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(guò)程要重新開(kāi)始；
(14)點(diǎn)膠系統(tǒng)一旦開(kāi)始，就要完成整個(gè)點(diǎn)膠運(yùn)動(dòng)，中間沒(méi)有任何暫停或緩沖的點(diǎn)；
(15)由于受單片機(jī)計(jì)算能力影響，整個(gè)點(diǎn)膠機(jī)器人在低速運(yùn)行時(shí)，基本上沒(méi)有大的問(wèn)題，但是當(dāng)為了提高點(diǎn)膠系統(tǒng)效率而加速時(shí)，整個(gè)點(diǎn)膠結(jié)果將出現(xiàn)嚴(yán)重的問(wèn)題。為了滿(mǎn)足高速、高效生產(chǎn)的需要，必須對(duì)現(xiàn)有的基于單片機(jī)控制的五軸自動(dòng)點(diǎn)膠機(jī)器人控制系統(tǒng)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，尋求一種高速、高效的點(diǎn)膠伺服系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種五軸高速點(diǎn)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(diǎn)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(wèn)題，本發(fā)明采用的一個(gè)技術(shù)方案是提供一種五軸高速點(diǎn)膠機(jī)器人伺服控制系統(tǒng)，包括電池、交流電源、第一信號(hào)處理器、第二信號(hào)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)、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(diǎn)膠機(jī)器人，所述的第一信號(hào)處理器通過(guò)交流電源或者電池單獨(dú)提供電流驅(qū)動(dòng)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(hào)、第二控制信號(hào)、第三控制信號(hào)、第四控制信號(hào)和第五控制信號(hào)，所述的第一控制信號(hào)、第二控制信號(hào)、第三控制信號(hào)、第四控制信號(hào)和第五控制信號(hào)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(guò)所述的第一高速直流電機(jī)的第二控制信號(hào)、通過(guò)所述的第二高速直流電機(jī)的第一控制信號(hào)、通過(guò)所述的第三高速直流電機(jī)的第三控制信號(hào)、通過(guò)所述的第四高速直流電機(jī)的第四控制信號(hào)和通過(guò)所述的第五高速直流電機(jī)的第五控制信號(hào)經(jīng)過(guò)第二信號(hào)處理器合成之后，控制點(diǎn)膠機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)。在本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)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(yùn)動(dòng)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(xiàn)輸出模塊，所述的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)包括伺服控制模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊以及I/O控制模塊，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(xiàn)輸出模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(shí)時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和調(diào)用。在本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)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。在本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)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(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)。在本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)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(cè)點(diǎn)膠機(jī)器人的實(shí)際轉(zhuǎn)速，判斷是否符合速度要求，是否過(guò)快或過(guò)慢，并發(fā)出控制信號(hào)。在本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)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(diǎn)膠機(jī)器人需要的范圍。在本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)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(cè)點(diǎn)膠機(jī)器人實(shí)際轉(zhuǎn)速過(guò)快或過(guò)慢，速度模塊根據(jù)編碼器模塊檢測(cè)的結(jié)果來(lái)調(diào)節(jié)點(diǎn)膠機(jī)器人實(shí)際轉(zhuǎn)速。在本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)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(cè)點(diǎn)膠機(jī)器人是否到達(dá)既定位移，如果離既定過(guò)遠(yuǎn)，發(fā)出加速指令至控制器；如果離既定位移過(guò)近，則發(fā)出減速指令至控制器。本發(fā)明的五軸高速點(diǎn)膠機(jī)器人伺服控制系統(tǒng)，為了提高運(yùn)算速度，保證五軸高速點(diǎn)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(shí)現(xiàn)的多控制器系統(tǒng)集中設(shè)計(jì)，并充分考慮電池在這個(gè)系統(tǒng)的作用，實(shí)現(xiàn)單一控制器同步控制五軸的功能，把五軸高速點(diǎn)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(diǎn)，而人機(jī)界面模塊、路徑讀取模塊、在線(xiàn)輸出模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(shí)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(lái)，抗干擾能力大大增強(qiáng)。


圖I為現(xiàn)有技術(shù)中五軸點(diǎn)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(shí)施例的五軸高速點(diǎn)膠機(jī)器人伺服控制系統(tǒng)的原理 圖3為圖2中處理器單元的方框 圖4為點(diǎn)膠機(jī)器人的速度運(yùn)動(dòng)曲線(xiàn)。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)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(duì)本發(fā)明的保護(hù)范圍做出更為清楚明確的界定。隨著微電子技術(shù)和計(jì)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(hào)處理芯片(DSP)由于其快速的計(jì)算能力，不僅廣泛應(yīng)用于通信與視頻信號(hào)處理，也逐漸應(yīng)用在各種高級(jí)的控制系統(tǒng)中。TMS320F2812是美國(guó)TI公司推出的C2000平臺(tái)上的定點(diǎn)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(yùn)行時(shí)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(duì)用戶(hù)一般的應(yīng)用來(lái)說(shuō)足夠了，兩個(gè)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(chǔ)器。加上獨(dú)立的算術(shù)邏輯單元，擁有強(qiáng)大的數(shù)字信號(hào)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(jiǎn)化外圍電路設(shè)計(jì)，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(chǔ)處理能力。
基于現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列(FPGA)及現(xiàn)代電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化(EDA)技術(shù)的硬件實(shí)現(xiàn)方法是最近幾年出現(xiàn)了一種全新的設(shè)計(jì)思想。雖然FPGA本身只是標(biāo)準(zhǔn)的單元陣列，沒(méi)有一般的集成電路所具有的功能，但用戶(hù)可以根據(jù)自己的設(shè)計(jì)需要，通過(guò)特定的布局布線(xiàn)工具對(duì)其內(nèi)部進(jìn)行重新組合連接，在最短的時(shí)間內(nèi)設(shè)計(jì)出自己的專(zhuān)用集成電路，這樣就減小成本、縮短開(kāi)發(fā)周期。由于FPGA處理器采用軟件化的設(shè)計(jì)思想實(shí)現(xiàn)硬件電路的設(shè)計(jì)，這樣就使得基于FPGA處理器設(shè)計(jì)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(jì)思想已經(jīng)逐漸應(yīng)用在高性能的交流驅(qū)動(dòng)控制上，并快速發(fā)展。如圖2所示，為本發(fā)明較佳實(shí)施例的五軸高速點(diǎn)膠機(jī)器人伺服控制系統(tǒng)的原理圖。本實(shí)施例中，五軸高速點(diǎn)膠機(jī)器人伺服控制系統(tǒng)包括電池、交流電源、第一信號(hào)處理器、第二信號(hào)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)、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(diǎn)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(gè)系統(tǒng)的工作提供工作電壓。 本發(fā)明中，所述的第一信號(hào)處理器通過(guò)交流電源或者電池單獨(dú)提供電流驅(qū)動(dòng)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(hào)、第二控制信號(hào)、第三控制信號(hào)、第四控制信號(hào)和第五控制信號(hào)，所述的第一控制信號(hào)、第二控制信號(hào)、第三控制信號(hào)、第四控制信號(hào)和第五控制信號(hào)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(guò)所述的第一高速直流電機(jī)的第二控制信號(hào)、通過(guò)所述的第二高速直流電機(jī)的第一控制信號(hào)、通過(guò)所述的第三高速直流電機(jī)的第三控制信號(hào)、通過(guò)所述的第四高速直流電機(jī)的第四控制信號(hào)和通過(guò)所述的第五高速直流電機(jī)的第五控制信號(hào)經(jīng)過(guò)第二信號(hào)處理器合成之后，控制點(diǎn)膠機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)。本發(fā)明為克服現(xiàn)有技術(shù)中單片機(jī)不能滿(mǎn)足五軸點(diǎn)膠機(jī)器人行走的穩(wěn)定性和快速性的要求，舍棄了國(guó)產(chǎn)點(diǎn)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(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)的實(shí)時(shí)處理，把DSP處理器從復(fù)雜的工作當(dāng)中解脫出來(lái)，實(shí)現(xiàn)部分的信號(hào)處理算法和響應(yīng)中斷，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信和存儲(chǔ)實(shí)時(shí)信號(hào)。請(qǐng)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(shí)時(shí)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(yùn)動(dòng)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(xiàn)輸出模塊，所述的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)包括伺服控制模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊以及I/O控制模塊。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(xiàn)輸出模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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。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(xiàn)輸出模塊。人機(jī)界面模塊包括開(kāi)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(xiàn)輸出模塊用于提示點(diǎn)膠機(jī)器人的工作狀態(tài)，比如是點(diǎn)膠機(jī)器人工作過(guò)程中或到站狀態(tài)提示。運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)包括伺服控制模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊以及I/O控制模塊。其中，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊模塊為一存儲(chǔ)器；1/0控制模塊包括RS-232串行接口、ICE端口等；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(cè)點(diǎn)膠機(jī)器人的實(shí)際轉(zhuǎn)速，判斷是否符合速度要求，是否過(guò)快或過(guò)慢，并發(fā)出控制信號(hào)。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(diǎn)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(cè)點(diǎn)膠機(jī)器人實(shí)際轉(zhuǎn)速過(guò)快或過(guò)慢，速度模塊根據(jù)編碼器模塊檢測(cè)的結(jié)果來(lái)調(diào)節(jié)點(diǎn)膠機(jī)器人的實(shí)際轉(zhuǎn)速。所述位移模塊檢測(cè)點(diǎn)膠機(jī)器人是否到達(dá)既定位移，如果離既定過(guò)遠(yuǎn)，發(fā)出加速指令至控制器；如果離既定位移過(guò)近，則發(fā)出減速指令至控制器。對(duì)于處理器單元為一雙核處理器，在電源打開(kāi)狀態(tài)下，點(diǎn)膠機(jī)器人先進(jìn)入自鎖狀態(tài)，然后把點(diǎn)膠機(jī)器人的點(diǎn)膠閥放在廢膠回收裝置處，打開(kāi)點(diǎn)膠閥門(mén)然后膠體自動(dòng)流出，等均勻后開(kāi)始移動(dòng)到起始點(diǎn)，點(diǎn)膠機(jī)器人把儲(chǔ)存的實(shí)際路徑參數(shù)以及點(diǎn)膠信息傳輸給控制器中的DSP處理器，DSP處理器把這些運(yùn)動(dòng)參數(shù)轉(zhuǎn)化為點(diǎn)膠機(jī)器人在指定運(yùn)動(dòng)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(yùn)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(zhuǎn)再結(jié)合電機(jī)反饋的電流和光碼盤(pán)的信號(hào)處理五個(gè)獨(dú)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(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、在線(xiàn)輸出模塊等功能；運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)包括伺服控制模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、1/0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(jī)系統(tǒng)交給DSP處理器控制，這樣就實(shí)現(xiàn)了 DSP處理器與FPGA處理器的分工，同時(shí)二者之間也可以進(jìn)行通訊，實(shí)時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和調(diào)用。本發(fā)明中五軸高速點(diǎn)膠機(jī)器人伺服控制系統(tǒng)具體的功能實(shí)現(xiàn)如下
1)操作人員把加工部件安裝在夾具上；
2)打開(kāi)電源，在打開(kāi)電源瞬間DSP處理器會(huì)對(duì)電源電壓來(lái)源進(jìn)行判斷，當(dāng)確定是電池供電時(shí)，如果電池電壓低壓的話(huà)，將封鎖FPGA處理器的PWM波輸出，此時(shí)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)都不能工作，同時(shí)電壓傳感器將工作，雙核控制器會(huì)發(fā)出低壓報(bào)警信號(hào)，人機(jī)界面提示更換電池；
3)啟動(dòng)點(diǎn)膠機(jī)器人自動(dòng)控制程序，通過(guò)控制器的USB接口輸入任務(wù)或者從硬盤(pán)裝載任
務(wù);
4)將執(zhí)行機(jī)構(gòu)(包括膠刷和出膠頭)移動(dòng)到起始點(diǎn)上方，調(diào)整好初始化位置；
5)出膠信號(hào)有效,延時(shí)一段時(shí)間；
6)為了能夠驅(qū)動(dòng)五軸點(diǎn)膠機(jī)器人進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，本控制系統(tǒng)引入FPGA處理器，由其生成五軸電機(jī)運(yùn)動(dòng)的PWM波，但是通過(guò)I/O 口與DSP處理器進(jìn)入實(shí)時(shí)通訊，由DSP處理器控制其PWM波形的輸出和封鎖；
7)在點(diǎn)膠機(jī)器人運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，DSP處理器會(huì)時(shí)刻儲(chǔ)存所經(jīng)過(guò)的距離或者是經(jīng)過(guò)的點(diǎn)膠 點(diǎn)，并根據(jù)這些距離信息確定對(duì)下一個(gè)工作點(diǎn)點(diǎn)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(yùn)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(pán)信號(hào)以及根據(jù)外圍傳感信號(hào)自動(dòng)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(yùn)動(dòng)的PWM波，然后經(jīng)驅(qū)動(dòng)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(yùn)動(dòng)；
8)點(diǎn)膠機(jī)器人在X和Y二維平面運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，DSP處理器會(huì)根據(jù)膠點(diǎn)信息確定第三高速直流電機(jī)要運(yùn)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(pán)信息以及根據(jù)外圍傳感信號(hào)自動(dòng)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(yùn)動(dòng)的PWM波，然后經(jīng)驅(qū)動(dòng)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(yùn)動(dòng)，這個(gè)控制系統(tǒng)中五軸電機(jī)的伺服控制是同時(shí)完成的；
9)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中如果自動(dòng)點(diǎn)膠機(jī)器人控制器發(fā)現(xiàn)無(wú)論X軸、Y軸、Z軸、U軸還是R軸膠點(diǎn)距離求解出現(xiàn)死循環(huán)將向DSP處理器發(fā)出中斷請(qǐng)求，DSP處理器會(huì)對(duì)中斷做第一時(shí)間響應(yīng)，如果DSP處理器的中斷響應(yīng)沒(méi)有來(lái)得及處理，點(diǎn)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(chǔ)存當(dāng)前信息，等待故障排除后，二次開(kāi)啟時(shí)重新調(diào)取點(diǎn)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(pán)會(huì)輸出其位置信號(hào)A和位置信號(hào)B,光碼盤(pán)的位置信號(hào)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(huì)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(yùn)行方向加I或者是減I ;
11)光碼盤(pán)的位置信號(hào)A脈沖和B脈沖和Z脈沖同時(shí)為低電平時(shí)，就產(chǎn)生一個(gè)INDEX信號(hào)給FPGA處理器，記錄電機(jī)的絕對(duì)位置，然后換算成點(diǎn)膠機(jī)器人在XYZUR五維空間中的具體位置；
12)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，控制器會(huì)根據(jù)自動(dòng)點(diǎn)膠機(jī)器人在點(diǎn)膠部件的具體位置和應(yīng)該到達(dá)的位置，送FPGA處理器處理，由FPGA處理器結(jié)合各自電機(jī)的電流和光碼盤(pán)信號(hào)以及外圍傳感信號(hào)自動(dòng)調(diào)取相應(yīng)的PID調(diào)節(jié)模式，計(jì)算出自動(dòng)點(diǎn)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(hào)，決定第一高速直流電機(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)需要更新的速度和加速度，電機(jī)的速度加速和減速要滿(mǎn)足圖形4特性，保證電機(jī)平穩(wěn)啟動(dòng)和停止；
13)如果點(diǎn)膠機(jī)器人在運(yùn)行過(guò)程中遇到突然斷電時(shí)，電池會(huì)自動(dòng)開(kāi)啟立即對(duì)點(diǎn)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(gè)電機(jī)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中電流超過(guò)設(shè)定值時(shí)，控制器會(huì)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；
14)如果在點(diǎn)膠過(guò)程中讀到了人機(jī)界面上的自動(dòng)暫停點(diǎn)，F(xiàn)PGA處理器會(huì)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(chē)，使加工過(guò)程出現(xiàn)自動(dòng)暫停并存儲(chǔ)當(dāng)前信息，直到控制器讀到再次按下“開(kāi)始”按鈕信息才可以使FPGA處理器重新工作，并調(diào)取存儲(chǔ)信息使點(diǎn)膠機(jī)器人從自動(dòng)暫停點(diǎn)可以繼續(xù)工作；
15)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，如果檢測(cè)到電機(jī)的轉(zhuǎn)矩出現(xiàn)脈動(dòng)，控制器會(huì)自動(dòng)補(bǔ)償，減少了電機(jī)轉(zhuǎn)矩對(duì)點(diǎn)膠過(guò)程的影響；
16)點(diǎn)膠機(jī)器人在運(yùn)行過(guò)程會(huì)時(shí)刻檢測(cè)電池電壓，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)低壓時(shí)，傳感器會(huì)通知控制器開(kāi)啟并發(fā)出報(bào)警提示，有效地保護(hù)了電池；
17)當(dāng)完成整個(gè)加工部件的點(diǎn)膠運(yùn)動(dòng)后，點(diǎn)膠閥會(huì)停止出膠，延時(shí)，走出運(yùn)動(dòng)軌跡；
18)點(diǎn)膠機(jī)器人重新設(shè)定位置零點(diǎn)，等待下一周期。本發(fā)明五軸高速點(diǎn)膠機(jī)器人伺服控制系統(tǒng)具有的有益效果是
1: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(mǎn)足高速點(diǎn)膠機(jī)器人快速性的要求；
2:在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，充分考慮了電池在這個(gè)系統(tǒng)中的作用，基于DSP+FPGA雙核控制器時(shí)刻都在對(duì)點(diǎn)膠機(jī)器人的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和運(yùn)算，當(dāng)遇到交流電源斷電時(shí)，電池會(huì)立即提供能源，避免了自動(dòng)點(diǎn)膠系統(tǒng)伺服系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)的失敗，并且在電池提供電源的過(guò)程中，時(shí)刻對(duì)電池的電流進(jìn)行觀測(cè)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(duì)電池的沖擊，避免了由于大電流放電而引起的電池過(guò)度老化現(xiàn)象的發(fā)生；
3:由FPGA處理器處理點(diǎn)膠機(jī)器人的五只電機(jī)的獨(dú)立伺服控制，使得控制比較簡(jiǎn)單，大大提高了運(yùn)算速度，解決了現(xiàn)有技術(shù)中單片機(jī)軟件運(yùn)行較慢的瓶頸，縮短了開(kāi)發(fā)周期短，并且程序可移植能力強(qiáng)；
4: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，而且有利于點(diǎn)膠機(jī)器人體積和重量的減輕；
5:為了提高運(yùn)算速度和精度，本點(diǎn)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，效率也有一定程度的提聞;
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(lái)，有效地防止了點(diǎn)膠機(jī)器人失控，抗干擾能力大大增強(qiáng)；
7:由于五路電機(jī)的控制信號(hào)是通過(guò)FPGA處理器輸出，這樣由FPGA處理器可以同時(shí)輸出PWM調(diào)制信號(hào)和方向信號(hào)，通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路可以直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)，不僅減輕了 DSP處理器的負(fù)擔(dān)，簡(jiǎn)化了接口電路，而且省去了 DSP處理器內(nèi)部編寫(xiě)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(jiǎn)單，并且實(shí)現(xiàn)了真正的五軸伺服控制的同步性；
8:在點(diǎn)膠機(jī)器人運(yùn)行過(guò)程中，控制器會(huì)對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩進(jìn)行在線(xiàn)辨識(shí)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(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)矩抖動(dòng)對(duì)自動(dòng)點(diǎn)膠機(jī)器人動(dòng)態(tài)性能的影響；
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(jī)器人外圍運(yùn)行情況自動(dòng)調(diào)整其內(nèi)部的PID參數(shù)，輕松實(shí)現(xiàn)分段P、PD、PID控制和非線(xiàn)性PID控制，使系統(tǒng)具
有一定的自適應(yīng)；
10:由于具有存儲(chǔ)功能，這使得點(diǎn)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(diǎn)膠；
11:在整個(gè)點(diǎn)膠過(guò)程中，加入了暫停點(diǎn)設(shè)定，這樣有利于在自動(dòng)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中目測(cè)已經(jīng)點(diǎn)膠好的位置，提前發(fā)現(xiàn)點(diǎn)膠問(wèn)題。 以上所述僅為本發(fā)明的實(shí)施例，并非因此限制本發(fā)明的專(zhuān)利范圍，凡是利用本發(fā)明說(shuō)明書(shū)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(zhuān)利保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種五軸高速點(diǎn)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(hào)處理器、第二信號(hào)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)、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(diǎn)膠機(jī)器人，所述的第一信號(hào)處理器通過(guò)交流電源或者電池單獨(dú)提供電流驅(qū)動(dòng)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(hào)、第二控制信號(hào)、第三控制信號(hào)、第四控制信號(hào)和第五控制信號(hào)，所述的第一控制信號(hào)、第二控制信號(hào)、第三控制信號(hào)、第四控制信號(hào)和第五控制信號(hào)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(guò)所述的第一高速直流電機(jī)的第二控制信號(hào)、通過(guò)所述的第二高速直流電機(jī)的第一控制信號(hào)、通過(guò)所述的第三高速直流電機(jī)的第三控制信號(hào)、通過(guò)所述的第四高速直流電機(jī)的第四控制信號(hào)和通過(guò)所述的第五高速直流電機(jī)的第五控制信號(hào)經(jīng)過(guò)第二信號(hào)處理器合成之后，控制點(diǎn)膠機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的五軸高速點(diǎn)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(yùn)動(dòng)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(xiàn)輸出模塊，所述的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)包括伺服控制模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊以及I/O控制模 塊，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(xiàn)輸出模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(shí)時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和調(diào)用。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的五軸高速點(diǎn)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(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的五軸高速點(diǎn)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(cè)點(diǎn)膠機(jī)器人的實(shí)際轉(zhuǎn)速，判斷是否符合速度要求，是否過(guò)快或過(guò)慢，并發(fā)出控制信號(hào)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的五軸高速點(diǎn)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(diǎn)膠機(jī)器人需要的范圍。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的五軸高速點(diǎn)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(cè)點(diǎn)膠機(jī)器人實(shí)際轉(zhuǎn)速過(guò)快或過(guò)慢，速度模塊根據(jù)編碼器模塊檢測(cè)的結(jié)果來(lái)調(diào)節(jié)點(diǎn)膠機(jī)器人實(shí)際轉(zhuǎn)速。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的五軸高速點(diǎn)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(cè)點(diǎn)膠機(jī)器人是否到達(dá)既定位移，如果離既定過(guò)遠(yuǎn)，發(fā)出加速指令至控制器；如果離既定位移過(guò)近，則發(fā)出減速指令至控制器。
全文摘要
本發(fā)明在單片的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(shí)現(xiàn)的多控制器系統(tǒng)集中設(shè)計(jì)，并充分考慮電池在這個(gè)系統(tǒng)的作用，實(shí)現(xiàn)單一控制器同步控制五軸的功能，把五軸高速點(diǎn)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(diǎn)，而人機(jī)界面模塊、路徑讀取模塊、在線(xiàn)輸出模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(shí)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(lái)，抗干擾能力大大增強(qiáng)。
文檔編號(hào)G05B19/042GK102830644SQ201210361980
公開(kāi)日2012年12月19日 申請(qǐng)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(qǐng)人:蘇州工業(yè)園區(qū)職業(yè)技術(shù)學(xué)院