[实用新型]双核三自由度高速锡焊机器人伺服控器

说明书

技术领域

本实用新型涉及锡焊机器人控制领域，特别是涉及一种双核三自由度高速锡焊机器人伺服控器。

背景技术

众所周知，锡焊加工一方面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；另一方面，焊接又是一种劳动条件差、烟尘多、热辐射大、危险性高的工作。

焊接与其它工业加工过程不一样，手工焊接时，有经验的焊工可以根据眼睛所观察到的实际焊点位置适时地调整焊枪的位置、姿态和行走的速度，以适应焊点及焊接轨迹的变化。但是对工厂来说，要招聘一个熟练的焊接工，就目前的工人心态以及工厂对员工的成本核算成为了一个正负交错对立的局面，这是手工焊接的一个瓶颈；

此外，人工焊接会受到焊接工的工艺水平的限制，焊接质量和产量随之而受到影响，同时受到焊接工的技能影响，产品焊接的效率和成本核算也是无法去量化。

在高技术迅猛发展的今天，传统的生产方式已日趋落后，随着电子产品的大批量生产，手工采用烙铁工具逐点焊接PCB板上引脚焊点的方法，再也不能适应市场要求、生产效率与产品质量。

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。由于锡焊机器人是新型自动化的主要工具，直接将机器人变为直接生产力，它在改变传统的生产模式，提高生产效率及对市场的适应能力方面显示出极大的优越性。

在一些特殊的锡焊动作中，锡焊机器人不仅需要反复在一条直线上或者一个二维的平面上进行直线或圆弧点焊或者是按照一定的规律对一些位置进行点对点的点焊，而且由于在一个复杂的电路板上器件高度不一致，这个时候机器人需要在相对于电路板二维平面垂直的方向运动一个距离，这个时候一台三自由度锡焊机器人可以很快的完成上述动作。

一台完整的三自由度锡焊机器人大致分为以下几个部分：

1）电机：在这个系统中，执行电机有四个，三个电机根据微处理器的指令来执行锡焊机器人在一个三维空间直接行走的相关动作，另外一个电机根据微处理器的指令执行焊接需要出锡量的多少；

2）算法：算法是锡焊机器人的灵魂。锡焊机器人必须采用一定的智能算法才能准确快速的从三维空间里的一点到达另外一点，形成点对点的运动，或者曲线轨迹的运动，并且根据外界不同条件计算出锡量的大小；

3）微处理器：微处理器是锡焊机器人的核心部分，是锡焊机器人的大脑。锡焊机器人所有的信息，包括焊点位置、出锡量多少、电机状态信息以及四个电机相互配合运动等都需要经过微处理器处理并做出相应的判断。

三自由度自动锡焊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。

但是由于国内研发此机器人的单位较少，相对研发水平比较落后，研发的单片机自动锡焊机器人结构如图1，长时间运行发现存在着很多安全问题，即：

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锡焊运动失败；

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；

基于微处理器与专用运动控制芯片的控制模式一般先有微处理器根据预设位置计算出电机需要的各种预设，然后送给专用芯片进行二次计算生成控制电机的PWM波信号，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的部分无法计算，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；

在基于微处理器与专用运动控制芯片的控制模式汇总，一般一个专用控制芯片控制一个电机，并且占用大量的微处理器口地址，对于三自由度锡焊机器人运动系统来说，要用到复杂的控制技术才可以实现；

作为自动锡焊机器人的执行机构采用的多是步进电机，经常会遇到丢失脉冲造成电机失步现象发生，导致系统对于焊点出锡量不一致；

由于采用步进电机，其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，并且由于多相之间的来回切换，使得系统的脉动转矩增大，不利于系统动态性能的提高；

由于自动锡焊机器人在焊点间的频繁点焊，要频繁的刹车和启动，加重了单片机的工作量，单一的单片机无法满足自动锡焊机器人快速启动和停止的要求；

由于受到周围环境不稳定因素的干扰，单片机控制器经常会出现异常，引起锡焊机器人失控，抗干扰能力较差；