[发明专利]一种四自由度高速锡焊机器人伺服控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及锡焊机器人技术领域，特别是涉及一种四自由度高速锡焊机器人伺服控制系统。

背景技术

众所周知，锡焊加工是一种劳动条件差、烟尘多、热辐射大、危险性高的工作，还要求焊工要有熟练的操作技能、丰富的实践经验、稳定的焊接水平。同时焊接工的焊接技能、焊接速度和情绪波动对焊接质量有一定影响，也无法量化每天使用焊接辅料，因此对工厂来说人工极大的提高了生产成本并延长了焊接时间，这使新型的自动化焊接生产将成为新世纪接受市场挑战的重要方式。

一般锡焊加工需要四自由度锡焊机器人，一台完整的四自由度锡焊机器人基本包括电机、算法和微处理器几个部分，但现有的自动锡焊机器人长时间运行存在着很多安全问题：

（1）在锡焊初期，都是人工运动把锡焊机器人推到起始位置，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）作为自动锡焊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焊运动失败。

（3）作为锡焊机器人的主控芯片，采用的多是8位的单片机，计算能力不够，导致焊接系统运行速度较慢。由于受单片机容量和算法影响，普通锡焊机器人对已经经过的焊接点信息没有存储，当遇到掉电情况或故障重启时所有的信息将消失，这使得整个锡焊过程要重新开始或者人工更新路径信息。

（4）对于速度响度较快的基于微处理器和专用运动控制芯片的控制模式，先有微处理器根据预设位置计算出电机需要的各种预设，再送给专用芯片进行二次计算生成控制电机的PWM波信号。虽然这类运动控制器开发简单、可靠性高，但是由于有微处理器软件参与系统伺服系统的部分计算，使得系统计算速度一般也不是很高，而且由于采用了专用的运动控制芯片，无法进行扩展设计，也无法实现各种先进运动控制算法。

（5）在基于微处理器和专用运动控制芯片的控制模式中，一般需要一个专用控制芯片控制一个电机，会占用大量的微处理器口地址，对于多轴运动的系统来说，要用到复杂的控制技术才可以实现。

（6）作为自动锡焊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。步进电机使得机体发热比较严重，有的时候需要进行散热。步进电机会使系统运转的机械噪声大大增加，不利于环境保护。步进电机一般都是多相结构，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。步进电机使得系统一般不适合在高速运行，力矩相对较小。容易控制不当，导致有的时候步进电机产生共振。

（8）在焊接的时候虽然可根据被焊物体的焊点大小来调整送锡量的大小，但是没有考虑焊点的温度，导致焊点不一致。在锡焊过程中，忽略了对烙铁头的清洗，经常导致因为残留焊锡而产生焊接不良或焊点污秽的情况发生。

（9）在所有的锡焊过程中，没有对点焊过的结果进行自动观测和补偿，有的时候使得整个曲线上焊锡量不一致，需要采用人工二次修补。

（10）对于四自由度锡焊机器人的点焊过程来说，一般要求控制其轨迹运动的四个电机的PWM控制信号要同步，由于受单片机计算能力的限制，单一单片机伺服系统很难满足这一条件。

（11）由于大量采用体积较大的插件元器件，使得伺服控制器的体积较大。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种四自由度高速锡焊机器人伺服控制系统，所述伺服控制系统设计简单、处理速度快、稳定可靠。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种四自由度高速锡焊机器人伺服控制系统，包括电源模块、控制模块、4个电机、动作模块和图像采集模块，所述电源模块与所述控制模块连接，所述控制模块包括基于现场可编程门阵列芯片和数字信号处理芯片，所述基于现场可编程门阵列芯片生成速度梯形图，再与所述电源模块产生的电流结合生成脉冲宽度调制波信号并发送给所述4个电机，所述4个电机与所述动作模块连接，所述数字信号处理芯片通过所述图像采集模块与所述动作模块上的点焊位置连接。

在本发明一个较佳实施例中，所述电源模块为蓄电池或交流电源。

在本发明一个较佳实施例中，所述伺服控制系统还包括第五电机和出锡模块，所述第五电机与所述出锡模块连接。

在本发明一个较佳实施例中，所述4个电机为永磁直流伺服电机，所述永磁直流伺服电机中包括512线光电编码盘。