[发明专利]双核三自由度高速锡焊机器人伺服控器及方法

权利要求书

1.一种双核三自由度高速锡焊机器人伺服控器，其特征在于，包括：DSP与FPGA双核控制器、用于三自由度锡焊机器人伺服系统的电机U、电机Z和电机X、用于三自由度锡焊机器人出锡系统的电机Y和用于三自由度锡焊机器人温度控制的温度检测模块，所述DSP与FPGA双核控制器分别连接电机U、电机Z和电机X，所述DSP与FPGA双核控制器连接电机Y，所述DSP与FPGA双核控制器与温度检测模块相互连接。

2.根据权利要求1所述的双核三自由度高速锡焊机器人伺服控器，其特征在于，所述DSP与FPGA双核控制器包括FPGA现场可编程门阵列和DSP数字信号处理芯片，所述FPGA现场可编程门阵列用于控制三自由度锡焊机器人的伺服系统和出锡系统，所述DSP数字信号处理芯片用于控制人机界面、路径读取、温度检测、在线输出、数据采集与存储或I/O控制。

3.根据权利要求2所述的双核三自由度高速锡焊机器人伺服控器，其特征在于，所述DSP数字信号处理芯片为TMS320F2812 芯片。

4.根据权利要求1所述的双核三自由度高速锡焊机器人伺服控器，其特征在于，所述电机为直流永磁伺服电机，所述直流永磁伺服电机上装载有光电编码盘。

5.一种双核三自由度高速锡焊机器人伺服控器的方法，其特征在于，包括如下步骤：

1）、操作人员把加工部件安装在三自由度锡焊机器人的夹具上；

2）、打开电源，在打开电源的瞬间DSP会对电源电压的来源进行判断：当确定是蓄电池供电时，如果电池电压是低压，双核控制器将封锁FPGA的PWM波输出，此时电机X、电机Z、电机U和电机Y都不能工作，同时电压传感器工作，双核控制器发出低压报警信号，人机界面提示更换电池信息；

3）、启动三自由度锡焊机器人的自动控制程序，通过双核控制器的USB接口输入任务；

4）、将三自由度锡焊机器人移动到起始点的上方，调整好位置；

5）、为了能够驱动三自由度锡焊机器人电机X、电机Z、电机U和出锡系统伺服电机Y的运动，本控制系统引入FPGA，由其生成控制四个电机运动的PWM波，但是通过I/O口与DSP进入实时通讯，由DSP控制其PWM波形的输出和封锁；

6）在三自由度锡焊机器人运动过程中，DSP会时刻储存所经过的距离或者是经过的焊点，并根据这些距离信息确定对下一个三维工作点锡焊机器人的三轴：电机X、电机Z和电机U要运行的距离，DSP然后与FPGA通讯，传输距离参数和当前运行速度给FPGA，

然后由FPGA根据模糊控制原理生成控制电机X、电机Z和电机U运动的速度梯形图，其中速度梯形图包含的面积就是三自由度锡焊机器人电机X、电机Z和电机U要运行的距离，速度梯形图再结合电机X、电机Z和电机U的电流和光电编码盘的信息生成控制电机X、电机Z和电机U行走的PWM波和方向；

7）当电机X、电机Z和电机U共同推动锡焊机器人到达预定焊点位置后，烙铁在设定时间内开始对焊点进行加热，在加热期间，DSP会对焊点信息和烙铁温度进行二次确认，然后转换为出锡系统电机Y需要运行的距离等参数，DSP把这些参数传输给FPGA，然后由FPGA根据模糊控制原理生成出锡系统速度运动梯形图，这个速度运动梯形图包含的面积就是锡焊机器人出锡系统电机Y要运行的距离，然后再根据光电编码盘的信息生成控制电机Y运行的PWM波和运动方向信号；

8）当完成出锡系统的伺服后，电机Y一般把焊锡丝拉回一个小的距离，并记录此值，然后电机Y立即自锁，然后DSP调出下一个焊点信息，烙铁和出锡系统一起在电机X、电机Z和电机U的作用下向下一个锡焊点自动移动；

9）在运动过程中，如果三自由度锡焊机器人发现焊点距离或者出锡系统求解出现死循环将向DSP发出中断请求，DSP会对中断做第一时间响应，如果DS P的中断响应没有来得及处理，三自由度锡焊机器人的电机X、电机Z、电机U和出锡系统的电机Y将原地自锁，防止误操作，并通过DSP发出警报，然后人工排除故障；

10）装载在电机X、电机Z、电机U和电机Y上的光电编码盘会输出其位置信号A和位置信号B，光电编码盘的位置信号A脉冲和B脉冲逻辑状态每变化一次，FPGA内的位置寄存器会根据电机X、电机Z、电机U和电机Y的运行方向加一或者是减一；

11）光电编码盘的位置信号A脉冲、B脉冲和Z脉冲同时为低电平时，就产生一个INDEX信号给FPGA寄存器，记录电机的绝对位置，然后换算成自动锡焊机器人在焊点中的具体位置和出锡伺服系统出锡的实际长度；

12）在运动过程中，如果DSP收到了高速点焊命令，DSP会第一时间响应，然后双核控制器根据高速点焊的速度计算后立即提升烙铁温度到达一个恒定温度，然后再根据三自由度锡焊机器人在三维点焊部件的具体位置和应该存在的位置，送相应的位置数据等给FPGA，FPGA根据外围传感信号自动调取其内部相应的PID调节模式，由FPGA根据模糊控制原理计算出自动锡焊机器人电机X、电机Z、电机U和出锡系统电机Y需要更新的PWM控制信号，控制三自由度锡焊机器人进入高速点焊状态；

13）如果三自由度锡焊机器人在运行过程中遇到突然断电，蓄电池会自动开启立即对锡焊机器人进行供电，当电机的运动电流超过设定值时，此时控制器会立即封锁FPGA的PWM波输出，电机X、电机Z、电机U和电机Y停止工作；

14）系统在人机界面上设置有自动暂停功能，如果在焊锡过程中读到了人机界面上设置的自动暂停点，FPGA会控制电机X、电机Z和电机U以最大的加速度停车，而电机Y立即自锁，并存储当前信息，然后双核控制器立即封锁电机X、电机Z和电机U的PWM波输出，直到双核控制器读到再次按下“开始”按钮信息才可以使FPGA重新开启电机X、电机Z和电机U的PWM输出，并调取存储信息使锡焊机器人从暂停点可以继续工作；

15）在运动过程中，如果检测到任何一个电机的转矩出现脉动，FPGA会自动对转矩进行补偿；

16）自动锡焊机器人在运行过程中时刻检测电池电压，当系统出现低压时，传感器会通知DSP开启并发出报警提示，有效地保护了锂离子电池；

17）当完成整个加工部件的锡焊运动后，电机Y一般把焊锡丝拉回一个小的距离，并记录此值，然后立即自锁，然后经过一个小的延时，走出运动轨迹；

18）三自由度锡焊机器人重新设定位置零点，等待下一周期的任务。