一种基于DSP宝石加工机械手控制系统的制作方法

本发明涉及一种基于DSP宝石加工机械手控制系统，适用于机械加工领域。

背景技术：

以立方氧化锆为原料的人造宝石产业多年来一直主要停留在手工加工为主阶段，自动化程度低，加工精度受限。以加工中心居多的广西梧州市为例，近两年出现了以普通单片机为代表的自动化加工设备，但多为控制5个以下自由度，缺少控制界面，加工品种单一，性能不够稳定。而且精密宝石设计需要输入和处理参数量较大，受普通单片机硬件资源的限制，只能实现简单控制算法，很难满足精密宝石的加工设计需求。另一类是基于微机PCI总线多轴运动控制的高端自动加工机器，技术含量高，大多为开放式的多轴控制系统，系统成本高，不太适合以小型加工作坊为主的人工宝石加工产业。

技术实现要素：

本发明提出了一种基于DSP宝石加工机械手控制系统，系统以DSP为核心处理器，辅以专用步进电机驱动芯片，配合传感器，液晶显示和遥控技术，可以远距输入宝石设计参数，控制机械手进行宝石研磨和抛光动作。

本发明所采用的技术方案是：

所述宝石机械手系统结构共有5个自由度，由5个不同力矩步进电机和对应的5个限位开关组成。

所述机械手控制系统DSP控制板主控芯片采用DSP系列中的TMS320LF2407A，芯片采用哈佛结构，最高倍频40MHZ。片内有32k字FLASH程序存储器，并带有片内DRAM和SARAM。拥有40个可编程复用I/O引脚，硬件资源十分丰富。DSP芯片完成对遥控器输人参数采集，并通过LCD对参数显示后，按控制算法输出各个电机的控制命令，同时对机械手各个限位开关复位点信号进行监控”J。限位开关采用霍尔传感器3144AO芯片，通过自由移动直径仅2ram微小磁片，对电机的复位点手动粗调，再用遥控器修改参数细调。设计出满意宝石后，EEPROM存入宝石机复位点参数。宝石机是在脱PC机下独立运行的．遥控器输入的参数可以补偿机械误差，EEPROM存储补偿后的参数。不同型号的宝石设计参数完全不同且数据并不通过LCD显示，不在用户可读可调层，采用兼容性良好的u盘驱动接口芯片CH375，不同型号的宝石底层参数，只需正确连接u盘，通过DSP读取u盘对应扇区的数据，然后映射到对应控制算法的变量中，其中u盘对应扇区的数据是由程序员预先在CCS平台下通过DSP调用CH375库文件进行写入的。u盘接口提供了批量宝石机售后便携式升级的服务。

根据不同部位步进电机力矩需求，M2，M3，M4选择额定电流为IA的42ram口径步进电机，其中双工位的另一伸缩臂电机与M4并联在同一个驱动芯片端；M1，M5额定电流为3A的57mm口径步进电机。

所述系统的TB6560为两相混口式步进电机专用驱动芯片，采用双全桥MOSFET结构，具有过热和过流保护。通过TB6560，步进电机只需3个控制信号(CLK，CW，ENABLE)．CLK可控制步进转角(脉冲数)和速度，CW为正反向，ENABLE为使能。5轴电机需共用一个外部中断I/O口作为总使能端XINTl/IOPA2，电机使能但又没有脉冲输人时，电机即进入锁死的状态，锁死是步进电机转子禁止自由走步的状态，可以免去外界振动和研磨时摩擦力导致的电机无脉冲输入时自由走步现象。在电机运动静止脉冲停止输入时，相应的电机都必须进入锁死状态来保障无走步误差。由于两种力矩步进电机的正常工作电流输出分别为1A和3A，对1A的轴(M2，M3)驱动芯片上的采样电阻选R2=R3=0.5/1A=0.5欧；对3A的轴(M1，M5)采样电阻选R2=R3=0.5/3欧，两台M4电机驱动输出电流为2A。TQ2，rQl可以通过2位拨码开关调节电流衰减。M2电机转动改变宝石圆周角，每改变一次，宝石换一个切面打磨。有的宝石某一层圆周要形成32个切面，1．80步进电机200个脉冲一周无法均匀等份，TB6560具有整步，1/2，1/8，1/16四档位细分功能，当设置第2轴步进电机M2为16细分时，3200个脉冲M2转一周，给予100个脉冲M2，就是转动宝石一个圆周的1／32切面。

所述系统软件实现主要包括红外遥控的解码、LCD串行显示实现、传感器信号反馈、步进电机控制、EE·PROM存储。核心控制芯片2407A DSP综合处理6个部分控制信号。

本发明的有益效果是：系统可用遥控器输入调整宝石研磨的设计参数，存储和调用设计好的参数，是为人工宝石产业研发的新一代智能加工产品，具有远距控制，界面清晰，操作方便，效率高等特点。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的宝石机械手结构主视图。

图2是本发明的宝石机械手结构俯视图。

图3是本发明的DSP控制板资源分配框图。

图4是本发明的单轴的TB65砷驱动电路。

图5是本发明的软件程序流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1、图2，宝石机械手系统结构共有5个自由度，由5个不同力矩步进电机和对应的5个限位开关组成。宝石粘在宝石杆最顶端与磨盘靠近。MI、M4、M5为带丝杆的直线步进电机可做伸缩动作，M2、M3为普通的两相步进电机。J1～J5分别对应M1一M5带动机械手的5个自由度动作。例如M3带动上转盘做J3方向旋转，从而带动双工位宝石杆进行研磨动作J3。每研磨一次，由M2带动宝石换一个圆周角度切面J2。与此同步进行的是M4进行伸缩动作，保持换圆周角度切面时宝石离开盘面，研磨时宝石接触盘面J4。当研磨完成规定次数时，MI升降J1和M4伸缩J4组合运动用于转换下一个研磨水平角度，即宝石研磨与水平台面的角度。完成规定所有水平角度的研磨后由M5通过连杆带动下转盘做转动J5，此时下盘面从研磨盘转换到抛光盘，最后做一整套类似的抛光动作。每次动作各个部位步进电机运动参数预先设置．实现灵活多样化宝石加工动作。

如图3，机械手控制系统DSP控制板主控芯片采用DSP系列中的TMS320LF2407A，芯片采用哈佛结构，最高倍频40MHZ。片内有32k字FLASH程序存储器，并带有片内DRAM和SARAM。拥有40个可编程复用I/O引脚，硬件资源十分丰富。DSP芯片完成对遥控器输人参数采集，并通过LCD对参数显示后，按控制算法输出各个电机的控制命令，同时对机械手各个限位开关复位点信号进行监控”J。限位开关采用霍尔传感器3144AO芯片，通过自由移动直径仅2ram微小磁片，对电机的复位点手动粗调，再用遥控器修改参数细调。设计出满意宝石后，EEPROM存入宝石机复位点参数。宝石机是在脱PC机下独立运行的．遥控器输入的参数可以补偿机械误差，EEPROM存储补偿后的参数。不同型号的宝石设计参数完全不同且数据并不通过LCD显示，不在用户可读可调层，采用兼容性良好的u盘驱动接口芯片CH375，不同型号的宝石底层参数，只需正确连接u盘，通过DSP读取u盘对应扇区的数据，然后映射到对应控制算法的变量中，其中u盘对应扇区的数据是由程序员预先在CCS平台下通过DSP调用CH375库文件进行写入的。u盘接口提供了批量宝石机售后便携式升级的服务。

如图4，根据不同部位步进电机力矩需求，M2，M3，M4选择额定电流为IA的42ram口径步进电机，其中双工位的另一伸缩臂电机与M4并联在同一个驱动芯片端；M1，M5额定电流为3A的57mm口径步进电机。系统的TB6560为两相混口式步进电机专用驱动芯片，采用双全桥MOSFET结构，具有过热和过流保护。通过TB6560，步进电机只需3个控制信号(CLK，CW，ENABLE)．CLK可控制步进转角(脉冲数)和速度，CW为正反向，ENABLE为使能。5轴电机需共用一个外部中断I/O口作为总使能端XINTl/IOPA2，电机使能但又没有脉冲输人时，电机即进入锁死的状态，锁死是步进电机转子禁止自由走步的状态，可以免去外界振动和研磨时摩擦力导致的电机无脉冲输入时自由走步现象。在电机运动静止脉冲停止输入时，相应的电机都必须进入锁死状态来保障无走步误差。由于两种力矩步进电机的正常工作电流输出分别为1A和3A，对1A的轴(M2，M3)驱动芯片上的采样电阻选R2=R3=0.5/1A=0.5欧；对3A的轴(M1，M5)采样电阻选R2=R3=0.5/3欧，两台M4电机驱动输出电流为2A。TQ2，TQl可以通过2位拨码开关调节电流衰减。M2电机转动改变宝石圆周角，每改变一次，宝石换一个切面打磨。有的宝石某一层圆周要形成32个切面，1.80步进电机200个脉冲一周无法均匀等份，TB6560具有整步，1/2，1/8，1/16四档位细分功能，当设置第2轴步进电机M2为16细分时，3200个脉冲M2转一周，给予100个脉冲M2，就是转动宝石一个圆周的1/32切面。

如图5，系统软件实现主要包括红外遥控的解码、LCD串行显示实现、传感器信号反馈、步进电机控制、EE·PROM存储。核心控制芯片2407A DSP综合处理6个部分控制信号。遥控器解码程序利用事件管理器B中的捕获单元CAP4作为红外信号的输入。每按一次按键，发送一串码元信号，按键不同，发送的一串码元中每个码元分布位置不同。由于接收端红外中的单个码元信号都是以下降沿开始和终结，即当捕获输入引脚上检测下降沿跳变时进入捕捉中断，所选的定时器3的计数值被捕获并存入到一个2级深的FIFO堆栈中，下一个码元到来时再次进入捕捉中断，同理顺次捕捉所有码元的延时信息，即记录每个按键完整的一串码元信息。通过统计分析每个按键的码元分布规律，可以解译并提取每个按键的信息，利用DSP转换的遥控器底层驱动程序，每个按键按下的次数和顺序直接对应LCD界面层宝石设计参数的调节。