專利名稱：一種三軸中低速全自動點膠機器人伺服控制器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及自動床領域，具體涉及一種三軸中低速全自動點膠機器人伺服控制器。
背景技術：
在高技術迅猛發(fā)展的今天，傳統(tǒng)的生產方式已日趨落后，新型的自動化生產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力，它在改變傳統(tǒng)的生產模式，提高生產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，這對促進經濟發(fā)展和社會進步都具有重大意義。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、連接器、繼電器、散熱器、半導體等電子業(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、涂覆于產品表面或產品內部的自動化機器點膠機器人隨即產生。點膠機器人主要用于產品工藝中的膠水、油漆以及其他液體精確點、注、涂、點滴到每個產品精確位置，可以用來實現(xiàn)打點、畫線、圓型或弧型。“自動點膠機器人”的研究開發(fā)將對我國PCB板綁定封膠、IC封膠、PDA封膠、LCD封膠、IC封裝、IC粘接等行業(yè)產生巨大的經濟效益和社會效益。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
O高速直流電機執(zhí)行高速直流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)行點膠機器人在直線上行走的相關動作。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確快速的從一點到達另外一點，形成點對點的運動。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，和高速直流電機狀態(tài)信息等都需要經過微處理器處理并做出相應的判斷。自動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)展和產業(yè)化進程。但是由于國內研發(fā)此機器人的單位較少，相對研發(fā)水平比較落后，研發(fā)的自動點膠機器人結構如圖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)行機構采用的是步進高速直流電機，經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。(4)由于采用步進高速直流電機，使得機體發(fā)熱比較嚴重，有的時候需要進行散熱。( 5 )由于采用步進高速直流電機，使得系統(tǒng)運轉的機械噪聲大大增加，不利于環(huán)境保護。 ( 6 )由于采用步進高速直流電機，其高速直流電機本體一般都是多相結構，控制電路需要采用多個功率管，使得控制電路相對比較復雜，并且增加了控制器價格。( 7 )由于采用步進高速直流電機，使得系統(tǒng)一般不適合在速度較高的場合運行，高速運動時容易產生振動，導致高速直流電機失敗。(8)由于采用步進高速直流電機，使得系統(tǒng)的力矩相對較小。(9)由于控制不當?shù)脑颍瑢е掠械臅r候步進高速直流電機產生共振。( 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。(11)由于受周圍環(huán)境不穩(wěn)定因素干擾，單片機控制器經常會出現(xiàn)異常，引起自動點膠機器人失控，抗干擾能力較差。(12)對于自動點膠機器人的點膠過程來說，一般要求其三個高速直流電機的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時。(13)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，中間沒有任何暫停或緩沖的點。(15)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，單一的單片機無法滿足自動點膠機器人頻繁的啟動和停止的要求。(16)在所有的點膠過程中，沒有對點膠過的結果進行自動觀測和補償，有的時候使得整個曲線上膠量不一致，然后采用人工二次補膠。因此，需要對現(xiàn)有的基于單片機控制的兩軸點膠機器人控制器進行重新設計，尋求一種經濟適用的中低速兩軸全自動點膠機器人伺服系統(tǒng)。

發(fā)明內容
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+LM629三軸中低速全自動點膠機器人伺服控制器。本發(fā)明的技術方案是，一種三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、第一電機驅動器、第二電機驅動器、第三電機驅動器、第一高速直流電機、第二高速直流電機及第三高速直流電機，所述的單片機分別與第一 LM629芯片、第二 LM629芯片及第三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動器，所述的第二 LM629芯片發(fā)出控制信號至第二電機驅動器，所述的第三LM629芯片發(fā)出控制信號至第三電機驅動器，所述的第一電機驅動器驅動第一高速直流電機，所述的第二電機驅動器驅動第二高速直流電機，所述的第三電機驅動器驅動第三高速直流電機，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。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芯片及第三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芯片以及第三LM629芯片內部均包括接口，所述的接口用于連接數(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芯片以及第三LM629芯片內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、第二高速直流電機以及第三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芯片以及第三LM629芯片內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芯片以及第三LM629芯片內部還包括閉環(huán)PID調節(jié)器，所述的閉環(huán)PID調節(jié)器用于調節(jié)點膠機器人的驅動功率。在本發(fā)明一個較佳實施例中，所述的第一高速直流電機、第二高速直流電機以及第三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)明所述為一種三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，幫助點膠頭對準初始位置，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，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行觀測并保護，避免了大電流的產生，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輸出PWM調制信號和方向信號，通過驅動電路可以直接驅動電機，不僅減輕了單片機的負擔，簡化了接口電路，而且省去了單片機內部編寫位置、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，減少了電機轉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整LM629內部的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取已經涂膠好的路徑信息，即使出現(xiàn)故障后也可以輕易的二次點膠。LM629的PID控制及運動控制類指令采用雙緩沖結構，數(shù)據(jù)首先寫入主寄存器，只有在寫入相關命令后主寄存器的數(shù)據(jù)才能進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，其內核就是傳統(tǒng)的8051的內核，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中處理器單元的方框 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)明的較佳實施例進行詳細闡述，以使本發(fā)明的優(yōu)點和特征能更易于被本領域技術人員理解，從而對本發(fā)明的保護范圍做出更為清楚明確的界定。單片機自20世紀70年代末誕生至今，經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、流水線結構的8051兼容的CIP-51內核(100MIPS或50MIPS)；
2)全速、非侵入式的在系統(tǒng)調試接口(片內)；
3)真正12位或10位、100ksps的ADC，帶PGA和8通道模擬多路開關；
4)真正8位500ksps的ADC，帶PGA和8通道模擬多路開關；
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 RAM ;
9)可尋址64KB地址空間的外部數(shù)據(jù)存儲器接口；
10)硬件實現(xiàn)的SPI、SMBus/I2C和兩個UART串行接口；
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)片內看門狗定時器、VDD監(jiān)視器和溫度傳感器。LM629是National semiconductor生產的一款用于精密運動控制的專用芯片，有24腳和28腳二種表面安裝式封裝，在一個芯片內集成了數(shù)字式運動控制的全部功能，使得設計一個快速、準確的運動控制系統(tǒng)的任務變得輕松、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脈寬調制輸出；
4)16位可編程數(shù)字PID控制器；
5)內部的梯形速度發(fā)生器；
6)該芯片可實時修改速度、目標位置和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)對增量碼盤信號進行四倍頻；
9)可設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。參見圖2，包括交流電源、鋰離子電池、多個信號處理器、處理器單元、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，驅動所述的處理器單元，所述的處理器單元發(fā)出多個控制信號分別驅動所述多個高速直流電機，高速直流電機的控制信號經過信號處理器合成，從而驅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、第二控制信號以及第三控制信號，所述的高速直流電機包括第一高速直流電機、第二高速直流電機以及第三高速直流電機，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，所述的處理器單元還包括設于單片機和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)預設模塊及在線輸出模塊，所述的運動控制系統(tǒng)包括三軸伺服控制模塊、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)預設模塊、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芯片控制三軸伺服控制模塊，且單片機和LM629芯片之間實時進行數(shù)據(jù)交換和調用。如圖4所示，一種三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、第一電機驅動器、第二電機驅動器、第三電機驅動器、第一高速直流電機、第二高速直流電機及第三高速直流電機，所述的單片機分別與第一 LM629芯片、第二 LM629芯片及第三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動器，所述的第二 LM629芯片發(fā)出控制信號至第二電機驅動器，所述的第三LM629芯片發(fā)出控制信號至第三電機驅動器，所述的第一電機驅動器驅動第一高速直流電機，所述的第二電機驅動器驅動第二高速直流電機，所述的第三電機驅動器驅動第三高速直流電機，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。所述的單片機分別與第一 LM629芯片、第二 LM629芯片及第三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芯片以及第三LM629芯片內部均包括接口，所述的接口用于連接數(shù)據(jù)總線。所述的第一 LM629芯片、第二 LM629芯片以及第三LM629芯片內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、第二高速直流電機以及第三高速直流電機分別要運行的距離。所述的第一 LM629芯片、第
二LM629芯片以及第三LM629芯片內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芯片以及第三LM629芯片內部還包括閉環(huán)PID調節(jié)器，所述的閉環(huán)PID調節(jié)器用于調節(jié)點膠機器人的驅動功率。所述的第一高速直流電機、第二高速直流電機以及第三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)明設計的單片機+LM629芯片控制器，如圖6所示，X軸、Y、軸以及Z軸分別對應第一高速直流電機、第二高速直流電機以及第三高速直流電機，在電源打開狀態(tài)下，自動點膠機器人先進入自鎖狀態(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(包括膠刷和出膠頭)自動移動到廢膠回收處，第三高速直流電機調整點膠閥到預設位置，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，此時圖像采集系統(tǒng)開啟，自動校正點膠頭與起始點的對準位置。自動點膠機器人把儲存的實際路徑傳輸參數(shù)和膠點信息傳輸給控制器中的單片機，單片機把這些環(huán)境參數(shù)轉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芯片通訊連接，然后由LM629芯片根據(jù)這些參數(shù)處理三個獨立高速直流電機的伺服控制，并把處理數(shù)據(jù)通訊連接給單片機，由單片機繼續(xù)處理后續(xù)的運行狀態(tài)。本發(fā)明具體的功能實現(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行判斷，當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，高速直流電機不能工作，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串口輸入任務或者從硬盤裝載任務。4)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(包括膠刷和出膠頭)移動到廢膠回收出，然后開啟Z軸自動調整點膠閥到達設定位置，開始開啟閥門，調整膠體到均勻狀態(tài)，然后移動執(zhí)行機構到起始點上方，此時圖像采集系統(tǒng)開啟，然后通過圖像采集結果自動校正點膠頭與初始位置，系統(tǒng)開始準備點膠。5)在出膠信號有效條件下，控制器準備開啟LM629芯片，使點膠機器人開始工作。6)為了能夠驅動三軸自動點膠機器人自動運動，本控制系統(tǒng)引入了三片LM629芯片，但是通過I/O 口與單片機進入實時通訊連接，由單片機控制其開通和關斷。7)對于基于LM629芯片的系統(tǒng)來說，“忙”狀態(tài)的檢測是整個伺服系統(tǒng)設計的首要部分，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”要進行軟件復位，使系統(tǒng)可以進行數(shù)據(jù)通訊連接。
8)對于基于LM629芯片的系統(tǒng)來說，復位也是LM629芯片伺服系統(tǒng)操作中重要的一個環(huán)節(jié)，復位后，查看LM629芯片的狀態(tài)字，如果不等于84H或者C4H，說明硬件復位失敗，必須重新復位，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過的距離或者是經過的點膠點，并根據(jù)這些距離信息由單片機確定相對下一個點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分別要運行的距離、速度和加速度，單片機然后與LM629芯片通訊連接，傳輸這些參數(shù)給LM629芯片，然后由LM629芯片生成速度運動梯形圖，這個梯形包含的面積就是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，單片機會根據(jù)儲存膠點信息，把決定點膠點膠量的Z軸電機運動的距離、速度、力口速度信號傳輸給控制其運動的LM629芯片，然后由LM629芯片生成Z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三高速直流電機軸要運行的距離。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軸還是Z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，如果單片機的中斷響應沒有來得及處理，自動點膠機器人的X電機、Y電機和Z軸電機將原地自鎖，并儲存當前信息，等待故障排除后，二次開啟時重新調取點膠信息，繼續(xù)執(zhí)行未完成的任務。12)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，LM629芯片內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。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XYZ三維平面中的具體位置。14)控制器根據(jù)自動點膠機器人在XYZ三維平面中的具體位置與設定位置的對t匕，送相應的加速度、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、第二高速直流電機和第三高速直流電機需要更新的實際加速度、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，存儲器記錄下當前位置信息，然后控制器根據(jù)自動點膠機器人在點膠部件的具體位置，送相應的加速度、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指定目標后，開啟圖像采集系統(tǒng)，由第三高速直流電機進行二次點膠補償，點膠完畢后再回到存儲器當初寄存下的位置，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行供電，當電機的運動電流超過設定值時，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)為了方便點膠工作系統(tǒng)加入了由人機界面控制的自動暫停點，如果在點膠過程中讀到了自動暫停點，單片機會控制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，有效地保護了鋰離子電池。19)當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，把單片機從復雜的工作當中解脫出來，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)明所述為一種三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，幫助點膠頭對準初始位置，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，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行觀測并保護，避免了大電流的產生，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輸出PWM調制信號和方向信號，通過驅動電路可以直接驅動電機，不僅減輕了單片機的負擔，簡化了接口電路，而且省去了單片機內部編寫位置、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，減少了電機轉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整LM629內部的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取已經涂膠好的路徑信息，即使出現(xiàn)故障后也可以輕易的二次點膠。LM629的PID控制及運動控制類指令采用雙緩沖結構，數(shù)據(jù)首先寫入主寄存器，只有在寫入相關命令后主寄存器的數(shù)據(jù)才能進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，其內核就是傳統(tǒng)的8051的內核，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)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本領域的技術人員在本發(fā)明所揭露的技術范圍內，可不經過創(chuàng)造性勞動想到的變化或 替換，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內。因此，本發(fā)明的保護范圍應該以權利要求書所限定的保護范圍為準。
權利要求
1.一種三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、第一電機驅動器、第二電機驅動器、第三電機驅動器、第一高速直流電機、第二高速直流電機及第三高速直流電機，其特征在于所述的單片機分別與第一 LM629芯片、第二 LM629芯片及第三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動器，所述的第二 LM629芯片發(fā)出控制信號至第二電機驅動器，所述的第三LM629芯片發(fā)出控制信號至第三電機驅動器，所述的第一電機驅動器驅動第一高速直流電機，所述的第二電機驅動器驅動第二高速直流電機，所述的第三電機驅動器驅動第三高速直流電機，所述的單片機包括圖像采集及處理模塊。
2.根據(jù)權利要求I所述的三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。
3.根據(jù)權利要求I所述的三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芯片及第三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芯片以及第三LM629芯片內部均包括接ロ，所述的接ロ用于連接數(shù)據(jù)總線。
4.根據(jù)權利要求I所述的三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芯片以及第三LM629芯片內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、第二高速直流電機以及第三高速直流電機分別要運行的距離。
5.根據(jù)權利要求I所述的三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芯片以及第三LM629芯片內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)權利要求I所述的三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芯片以及第三LM629芯片內部還包括閉環(huán)PID調節(jié)器，所述的閉環(huán)PID調節(jié)器用于調節(jié)點膠機器人的驅動功率。
7.根據(jù)權利要求I所述的三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、第二高速直流電機以及第三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)明揭示了一種三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、第一電機驅動器、第二電機驅動器、第三電機驅動器、第一高速直流電機、第二高速直流電機及第三高速直流電機，所述的單片機分別與第一LM629芯片、第二LM629芯片及第三LM629芯片通訊連接，所述的LM629芯片發(fā)出控制信號至電機驅動器，所述的電機驅動器驅動高速直流電機，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B25J13/08GK102837312SQ201210361940
公開日2012年12月26日 申請日期2012年9月26日 優(yōu)先權日2012年9月26日
發(fā)明者王應海, 張好明, 袁麗娟 申請人:蘇州工業(yè)園區(qū)職業(yè)技術學院