三轴全自动高速点胶机器人伺服控制系统技术方案

本实用新型专利技术在单片的DSP处理器中引入FPGA处理器，形成基于DSP+FPGA的双核处理器，此处理器把原有的单片机实现的多控制器系统集中设计，并充分考虑电池在这个系统的作用，实现单一控制器同步控制三轴的功能，把三轴全自动高速点胶机器人伺服控制系统中工作量最大的三轴伺服系统交给FPGA处理器控制，充分发挥FPGA处理器数据处理速度较快的特点，而人机界面模块、路径读取模块、在线输出模块、数据存储模块、I/O控制模块以及图像采集处理单元等功能交给DSP处理器控制，这样就实现了DSP处理器与FPGA处理器的分工，把DSP处理器从繁重的工作量中解脱出来，抗干扰能力大大增强。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术是有关于点胶机器人的
，且特别是有关于三轴全自动高速点胶机器人伺服控制系统。
技术介绍
在高技术迅猛发展的今天，传统的生产方式已日趋落后，新型的自动化生产将成为新世纪接受市场挑战的重要方式。自动化不仅是提高劳动生产率的手段，对企业未来的长远发展战略起着重要的作用。由于机器人是新型的自动化的主要工具，工业机器人及其应用工程的开发，将机器人变为直接生产力，它在改变传统的生产模式，提高生产率及对市场的适应能力方面显示出极大的优越性。同时它将人从恶劣危险的工作环境中替换出来，进行文明生产，这对促进经济发展和社会进步都具有重大意义。随着制造业对机器人装备的需求及绿色环保和改善劳动者的工作环境要求越来越高，专门对流体进行控制，并将流体点滴、涂覆于产品表面或产品内部的自动化机器点胶机器人随即产生。点胶机器人主要用于产品工艺中的胶水、油漆以及其他液体精确点、注、涂、点滴到每个产品精确位置，可以用来实现打点、画线、圆型或弧型。“点胶机器人”的研究开发将对我国制鞋行业、PCB板绑定封胶、IC封胶、PDA封胶、IXD封胶、IC封装、IC粘接等行业产生巨大的经济效益和社会效益。一个精度比较相对较高的点胶机器人需要在一个二维的XY平面上进行一条直线上或圆弧上涂胶或者是按照一定的规律对一些位置进行点对点的涂胶，如果采用一个二轴的点胶机器人可以简单完成上述动作，但是当遇到需要胶量不一致的要求时，二轴的点胶机器人无法满足要求，这个时候就需要有另外的一轴Z轴带动点胶阀的上下运动来完成不同胶量的要求。只要把运动路径和点胶胶量信息输入到机器人控制器，上述设计的三轴的点胶机器人可以很快的完成上述动作。一台完整的三轴点胶机器人大致分为以下几个部分I)电机执行电机是点胶机器人的动力源，它根据微处理器的指令来执行点胶机器人在加工部件三维的平面上行走的相关动作；2)算法算法是点胶机器人的灵魂，点胶机器人必须采用一定的智能算法才能准确快速的从一点到达另外一点，形成点对点，或曲线运动；3)微处理器微处理器是点胶机器人的核心部分，是点胶机器人的大脑，点胶机器人所有的信息，包括胶点大小，位置信息，和电机状态信息等都需要经过微处理器处理并做出相应的判断。点胶机器人结合了多学科知识，对于提升在校学生的动手能力、团队协作能力和创新能力，促进学生课堂知识的消化和扩展学生的知识面都非常有帮助。点胶机器人技术的开展可以培养大批相关领域的人才，进而促进相关领域的技术发展和产业化进程。但是由于国内研发此点胶机器人的单位较少，相对研发水平比较落后，研发的三轴点胶机器人伺服控制系统的结构框图，如图1，长时间运行发现存在着很多安全问题，即:( I)在点胶初期，都是人工运动点胶阀到起始位置，然后仅仅依靠人眼进行初始位置的校正，使得精确度大大降低；(2)作为点胶机器人的电源采用的是一般交流电源整流后的直流电源，当突然停电时会使整个点胶运动失败；(3)作为点胶机器人的执行机构采用的是步进电机，经常会遇到丢失脉冲的问题出现，导致对位置的记忆出现错误；(4)由于采用步进电机，使得机体发热比较严重，有的时候需要进行散热；(5)由于采用步进电机，使得系统运转的机械噪声大大增加，不利于环境保护；(6)由于采用步进电机，其电机本体一般都是多相结构，控制电路需要采用多个功率管，使得控制电路相对比较复杂，并且增加了控制器价格；(7)由于采用步进电机，使得系统一般不适合在高速运行；(8)由于采用步进电机，使得系统的力矩相对较小；(9)由于控制不当的原因，导致有的时候步进电机产生共振；(10)由于点胶机器人要频繁的关闭和启动，加重了单片机的工作量，单一的单片机无法满足点胶机器人快速启动和停止的要求，系统动态性能不好；(11)相对采用的都是一些体积比较大的插件元器件，使得自动点胶机器人控制系统占用较大的空间，重量相对都比较重；(12)由于受周围环境不稳定因素干扰，单片机控制器经常会出现异常，引起点胶机器人失控，抗干扰能力较差；( 13)对于三轴点胶机器人的点胶过程来说，一般要求其三个电机的PWM控制信号要同步，由于受单片机计算能力的限制，单片机伺服系统很难满足这一条件，使得点胶机器人点胶量不一致，特别是对于快速行走时情况更糟糕；(14)由于受单片机容量和算法影响，点胶机器人对胶点的信息没有存储，当遇到掉电情况时所有的信息将消失，这使得整个点胶过程要重新开始；(15)点胶系统一旦开始，就要完成整个点胶运动，中间没有任何暂停或缓冲的占.(16)由于受单片机计算能力影响，整个点胶机器人在低速运行时，基本上没有大的问题，但是当为了提高点胶系统效率而加速时，整个点胶结果将出现严重的问题。为了满足高速、高效生产的需要，必须对现有的基于单片机控制的三轴自动点胶机器人控制系统进行重新设计，寻求一种高速、高效的点胶伺服系统。
技术实现思路
针对上述问题，本技术的目的是提供一种三轴全自动高速点胶机器人伺服控制系统，解决了现有技术中三轴点胶机器人控制系统高速和高效性能差的缺陷。为解决上述技术问题，本技术采用的一个技术方案是提供一种三轴全自动高速点胶机器人伺服控制系统，包括电池、交流电源、第一信号处理器、第二信号处理器、处理器单元、第一高速直流电机、第二高速直流电机、第三高速直流电机以及点胶机器人，所述的第一信号处理器通过交流电源或者电池单独提供电流驱动所述的处理器单元，所述的处理器单元分别发出第一控制信号、第二控制信号和第三控制信号，所述的第一控制信号、第二控制信号和第三控制信号分别控制所述的第二高速直流电机、第一高速直流电机和第三高速直流电机，通过所述的第一高速直流电机的第二控制信号、通过所述的第二高速直流电机的第一控制信号和通过所述的第三高速直流电机的第三控制信号经过第二信号处理器合成之后，控制点胶机器人的运动，所述的处理器单元还连接至图像采集处理单元。在本技术一个较佳实施例中，所述的处理器单元为一双核处理器，包括DSP处理器、FPGA处理器以及设于DSP处理器和FPGA处理器的上位机系统和运动控制系统，所述的上位机系统包括人机界面模块、路径读取模块以及在线输出模块，所述的运动控制系统包括伺服控制模块、数据存储模块、I/O控制模块以及图像采集处理单元，其中，DSP处理器用于控制人机界面模块、路径读取模块、在线输出模块、数据存储模块、I/O控制模块以及图像采集处理单元，FPGA处理器用于控制伺服控制模块，且DSP处理器及FPGA处理器之间实时进行数据交换和调用。在本技术一个较佳实施例中，所述的处理器单元进一步与高速直流电机的输出端连接。在本技术一个较佳实施例中，所述的伺服控制模块还包括转换模块，所述的转换模块用于把数字信号转换成模拟信号。在本技术一个较佳实施例中，所述的伺服控制模块还包括编码器模块，所述的编码器模块用于检测点胶机器人的实际转速，判断是否符合速度要求，是否过快或过慢，并发出控制信号。在本技术一个较佳实施例中，所述的伺服控制模块还包括电流模块，所述的电流模块用于调整电池的供电功率达到点胶机器人需要的范围。在本技术一个较佳实施例中，所述的伺服控制模块还包括速度模块，所述的速度模块与编码器模块通讯连接，当编码器模块检测点胶机器人实际转速过快或过慢，速度模本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三轴全自动高速点胶机器人伺服控制系统，其特征在于，包括电池、交流电源、第一信号处理器、第二信号处理器、处理器单元、第一高速直流电机、第二高速直流电机、第三高速直流电机以及点胶机器人，所述的第一信号处理器通过交流电源或者电池单独提供电流驱动所述的处理器单元，所述的处理器单元分别发出第一控制信号、第二控制信号和第三控制信号，所述的第一控制信号、第二控制信号和第三控制信号分别控制所述的第二高速直流电机、第一高速直流电机和第三高速直流电机，通过所述的第一高速直流电机的第二控制信号、通过所述的第二高速直流电机的第一控制信号和通过所述的第三高速直流电机的第三控制信号经过第二信号处理器合成之后，控制点胶机器人的运动，所述的处理器单元还连接至图像采集处理单元。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张好明，王应海，贡亚丽，
申请(专利权)人：苏州工业园区职业技术学院，
类型：实用新型
国别省市：