[发明专利]五轴高速点胶机器人伺服控制系统

说明书

技术领域

本发明是有关于点胶机器人的技术领域，且特别是有关于五轴高速点胶机器人伺服控制系统。

 背景技术

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。随着手机、电脑外壳、光碟机、印表机、,墨水夹、PC板、LCD、LED、DVD、数位相机、开关、连接器、继电器、散热器、半导体等电子业、玩具业、医疗器材等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PCB板绑定封胶、 IC 封胶、PDA 封胶、 LCD 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。一个精度相对较高的点胶机器人需要在一个三维的XYZ空间里进行一条直线上、圆弧或点对点的位置上按照一定的胶量信息进行涂胶，如果采用一个三轴的点胶机器人可以简单地模拟上述动作，但是对于一些特殊的点胶系统来说，点胶位置有的时候垂直，有的时候刚好成镜面对称，有的时候成一定的角度，一般的三轴点胶机器人则完成不了上述工作，这个时候需要增加一轴U使得点胶阀可以倾斜一定角度满足侧面焊接的要求，另外再增加一轴R使得点胶阀可以正向旋转180度或反向旋转180度，完成一个360度的运动，这样就形成了一台简易的五轴点胶机器人。一台完整的五轴点胶机器人大致分为以下几个部分：

1）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五维空间里执行加工部件的相关动作；

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，研发的五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：

（1）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；

（2）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；

（3）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；

（4）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；

（5）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；

（6）由于采用步进电机，使得系统一般不适合在高速运行；

（7）由于采用步进电机，使得系统的力矩相对较小；

（8）由于控制不当的原因，导致有的时候步进电机产生共振；

（9）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；

（10）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；

（11）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；

（12）对于五轴点胶机器人的点胶过程来说，一般要求其五个电机的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；