基于单片机控制的无刷电机焊接摆动器的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种焊接摆动器，更具体的说，本实用新型主要涉及一种基于单片机控制的无刷电机焊接摆动器及其控制方法。
【背景技术】
[0002]目前市场上采用的焊接摆动器按其摆动角度控制方法主要分为:机械式摆角调控方式及基于角度传感器的电气角度调控方式，在实际运用中主要存在以下不足:一是现有机械式摆角调控方式要采用摆杆等机械结构将电机的圆周运动变化为周期往复摆动，其主要缺点是摆动角度控制精度不高、摆角调节不直观且存在角度调节死点，另外无法实现对摆动左、中、右极限位置停顿时间的精确控制；二是现有基于角度传感器的电气摆角调控方式主要采用电位器等角度传感器作为摆动角度控制信号源，摆动器工作时，将与实际摆动角度成线性关系的电位信号作为摆角控制信号。其缺点为需要增加较复杂的电机一角度传感器联动装置，增加了摆动器的体积；并且前述上述两种现有焊接摆动器均采用有刷电机，受限于电机碳刷磨损寿命，两款摆动器寿命均不高于3000小时；因而有必要基于现有技术对焊接摆动器的电路结构及控制方式做进一步的研宄和改进。
【实用新型内容】
[0003]本实用新型的目的之一在于针对上述不足，提供一种基于单片机控制的无刷电机焊接摆动器及其控制方法，以期望解决现有技术中摆动器摆动角度控制精度不高、摆角调节不直观且存在角度调节死点，体积较大，且寿命低等技术问题。
[0004]为解决上述的技术问题，本实用新型采用以下技术方案:
[0005]本实用新型一方面提供了一种基于单片机控制的无刷电机焊接摆动器，包括单片机电机驱动电路，所述的单片机分别接入摆动速度给定电路、摆动角度给定电路、摆动停留时间给定电路，所述的电机驱动电路也接入单片机，用于通过摆动速度给定电路、摆动角度给定电路、摆动停留时间给定电路向单片机输入摆动速度、摆动角度与摆动停留时间；所述的单片机还接入位置传感器，用于通过位置传感器获取当前无刷电机的运行速度与方向，由单片机通过电机驱动电路根据设定的摆动速度、摆动角度与摆动停留时间，控制无刷电机的运行速度、方向与停留时间。
[0006]作为优选，进一步的技术方案是:所述的摆动器中还包括参数显示电路，所述参数显示电路也接入单片机，用于由单片机将通过位置传感器采集到无刷电机当前的运行速度与方向，以及设定的停留时间输出至参数显示电路进行显示。
[0007]更进一步的技术方案是:所述的摆动器中还包括摆动中心调节电路，所述单片机接入摆动中心调节电路，所述摆动中心调节电路中设有摆动中心调节电位器，用于通过摆动中心调节电位器向单片机输入带符号的摆动中心相对偏移量，由单片机根据摆动中心相对偏移量符号对无刷电机转子的当前相对坐标进行增减操作。
[0008]更进一步的技术方案是:所述的摆动速度给定电路、摆动角度给定电路与摆动停留时间给定电路中均设有各自的脉冲电位器。
[0009]更进一步的技术方案是:所述位置传感器为霍尔传感器，所述的霍尔传感器为五个，其中三个所述霍尔传感器接入单片机，用于由单片机通过检测三路霍尔信号，获取当前无刷电机转子的停留位置，从而生成对无刷电机三相绕组的控制时序，同时根据无刷电机运转的摆动速度生成无刷电机速度控制信号的PWM占空比，对无刷电机转子的运行速度及方向进行控制。
[0010]本实用新型另一方面提供了一种上述基于单片机控制的无刷电机焊接摆动器的控制方法，所述的方法包括如下步骤:
[0011]步骤A、通过摆动速度给定电路、摆动角度给定电路、摆动停留时间给定电路向单片机输入摆动速度、摆动角度与摆动停留时间；
[0012]步骤B、单片机通过位置传感器获取当前无刷电机的运行速度与方向，并通过电机驱动电路根据设定的摆动速度、摆动角度与摆动停留时间，控制无刷电机的运行速度、方向与停留时间；
[0013]步骤C、由单片机将通过位置传感器采集到无刷电机当前的运行速度与方向，以及设定的停留时间输出至参数显示电路进行显示。
[0014]作为优选，进一步的技术方案是:所述的方法还包括步骤D、通过摆动中心调节电位器向单片机输入带符号的摆动中心相对偏移量，由单片机根据摆动中心相对偏移量符号对无刷电机转子的当前相对坐标进行增减操作。
[0015]与现有技术相比，本实用新型的有益效果之一是:使用无刷电机的转子位置信号作为摆动器摆动角度信号，不仅精简了摆动位置传感器更提高了摆动角度控制精度；同时优化的摆动控制流程，可实现摆动器在不均衡负载下的精确回中功能，有效保证了摆动器运行中心的线性度；采用了机械寿命长达30000小时的无刷电机作为动力源，有效提高了摆动器的整体使用寿命；同时本实用新型所提供的一种基于单片机控制的无刷电机焊接摆动器的结构简单，可安装于各类自动化焊接设备上使用，应用范围广阔。
【附图说明】
[0016]图1为用于说明本实用新型一个实施例的电路结构框图；
[0017]图2为用于说明本实用新型另一个实施例的单片机控制原理图；
[0018]图3为用于说明本实用新型另一个实施例的电机驱动电路原理图；
[0019]图4为用于说明本实用新型另一个实施例的电气控制及参数显示电路原理图。
【具体实施方式】
[0020]下面结合附图对本实用新型作进一步阐述。
[0021]参考图1所示，本实用新型的一个实施例是一种基于单片机控制的无刷电机焊接摆动器，包括单片机电机驱动电路，该单片机即为图中所示的AVR MCU，其中单片机分别接入摆动速度给定电路、摆动角度给定电路、摆动停留时间给定电路，所述的电机驱动电路也接入单片机，用于通过摆动速度给定电路、摆动角度给定电路、摆动停留时间给定电路向单片机输入摆动速度、摆动角度与摆动停留时间；所述的单片机还接入位置传感器，用于通过位置传感器获取当前无刷电机的运行速度与方向，由单片机通过电机驱动电路根据设定的摆动速度、摆动角度与摆动停留时间，控制无刷电机的运行速度、方向与停留时间。
[0022]优选的上述摆动器中还包括参数显示电路，所述参数显示电路也接入单片机，用于由单片机将通过位置传感器采集到无刷电机当前的运行速度与方向，以及设定的停留时间输出至参数显示电路进行显示。同时为便于控制参数的设定，还可在上述的摆动速度给定电路、摆动角度给定电路与摆动停留时间给定电路中均设有各自的脉冲电位器，通过脉冲电位器即可对摆动器的各项控制参数进行设定。
[0023]另一方面，为便于调节摆动器的摆动中心，满足焊接设备的焊接装置的移动性，还可在上述摆动器中增设摆动中心调节电路，所述单片机接入摆动中心调节电路，所述摆动中心调节电路中设有摆动中心调节电位器，用于通过摆动中心调节电位器向单片机输入带符号的摆动中心相对偏移量，由单片机根据摆动中心相对偏移量符号对无刷电机转子的当前相对坐标进行增减操作。
[0024]更进一步的，为便于上述单片机计算无刷电机转子当前停留的位置，可将采用霍尔传感器作为上述的位置传感器，并将霍尔传感器设置为五个，其中三个所述霍尔传感器接入单片机，用于由单片机通过检测三路霍尔信号，获取当前无刷电机转子的停留位置，从而生成对无刷电机三相绕组的控制时序，同时根据无刷电机运转的摆动速度生成无刷电机速度控制信号的PWM占空比，对无刷电机转子的运行速度及方向进行控制。
[0025]在本实施例中，使用无刷电机的转子位置信号作为摆动器摆动角度信号，不仅精简了摆动位置传感器更提高了摆动角度控制精度；同时优化的摆动控制流程，可实现摆动器在不均衡负载下的精确回中功能，有效保证了摆动器运行中心的线性度；采用了机械寿命长达30000小时的无刷电机作为动力源，有效提高了摆动器的整体使用寿命。
[0026]正如上述所提到的，本实用新型的另一个实施例是一种上述基于单片机控制的无刷电机焊接摆动器的控制方法，该方法包括并最好按如下步骤执行:
[0027]步骤A、通过摆动速度给定电路、摆动角度给定电路、摆动停留时间给定电路向单片机输入摆动速度、摆动角度与摆动停留时间；
[0028]步骤B、单片机通过位置传感器获取当前无刷电机的运行速度与方向，并通过电机驱动电路根据设定的摆动速度、摆动角度与摆动停留时间，控制无刷电机的运行速度、方向与停留时间；
[0029]步骤C、由单片机将通过位置传感器采集到无刷电机当前的运行速度与方向，以及设定的停留时间输出至参数显示电路进行显示。
[0030]在部分应用中，该方法还可包括步骤D、通过摆动中心调节电位器向单片机输入带符号的摆动中心相对偏移量，由单片机根据摆动中心相对偏移量符号对无刷电机转子的当前相对坐标进行增减操作。
[0031]本实用新型的上述实施例已对本实用新型的焊接摆动器结构及电路模块组成进行了基本的介绍，发明人在实用新型过程中，还使用了部分细节来优化部分控制的细节，从而更好的解决上述至少一个技术问题，具体如下:
[0032]正如图1所示出的，摆动器停止或工作状态下，均可使用脉冲电位器对摆动左、中、右停留时间、摆动速度的设定值作增、减操作；
[0033]摆动器运行时，单片机通过检测无刷电机三路霍尔信号计算当前转子停留位置，生成对电机三相绕组的控制时序，同时根据摆动速度生成电机速度控制信号的PWM占空比，并通过IR2103执行单片机对电机运行速度、方向的控制；
[0034]电机运行过程中，通过对电机转速信号的读取，根据设定速度对其进行数字化PI控制，实现焊接摆动器变不同负载状态下的恒速运行；
[0035]运行过程中，采用增量式的相对坐标控制法，通过对电机转子位置信号的检测、运算对电机的摆动角度进行控制，并在达到设定摆动角度后对电机停留、换向进行操控；
[0036]全程采用基于相对坐标的摆动控制，为避免过程中的误差积累，采用了基于AVR单片机机数字化角度控制器，使用基于相对坐标下的摆动角度计量算法并可根据电机的运行惯量及负载的单边均匀状态，采用不同换向延时方式消除角度计量误差；控制器所有控制参数均为数字量，可直接经动态刷新法实现各参数的数码显示；
[0037]摆动器运动或停止过程中，通过摆动中心调节电位器对摆动中心相对偏移量进行带符号输入，并根据偏移量符号对摆动器当前相对坐标进行增减操作，实现摆动中心的偏移。
[0038]如图2所示，主控电路的电路特征为:电源正连接电源开关-1，电源开关-2连接电感-2，电感-4为VCC电源端口，其连接Wl-1，并通，Cl、C2接地，W1-4为+5V电源端口，连接L2-1，并通过C3、C4、C5、C6接地，L2-2连