一种基于伺服驱动的焊接机器人控制系统的制作方法

本实用新型涉及控制技术领域，尤其是一种基于伺服驱动的焊接机器人控制系统。

背景技术：

焊接机器人是从事焊接(包括切割与喷涂)的工业机器人，焊接机器人主要包括控制柜、机器人本体以及焊接设备三部分，控制柜是焊接机器人的核心部分，决定了焊接机器人的性能。控制柜中通常包括多种不同的控制系统，用于对焊接机器人进行多技术的综合控制，而运动控制系统是控制柜中一种重要的控制系统，用于驱动伺服电机从而对机器人本体的各个关节进行运动控制。

目前传统的焊接机器人中的运动控制系统主要采用脉冲方式直接控制电机，这会带来两方面的问题：一是需要足够多的高性能PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)输出端口，而目前的PWM输出端口的稳定性和抗干扰能力在性能上无法满足要求；二是脉冲方式控制电机会由于脉冲积累而产生低速跳动和启停延迟现象，控制效果不好。

技术实现要素：

本发明人针对上述问题及技术需求，提出了一种基于伺服驱动的焊接机器人控制系统，该控制系统通过指令控制方式直接驱动电机，避免了传统脉冲方式控制电机产生的低速跳动和启动延迟的问题。

本实用新型的技术方案如下：

一种基于伺服驱动的焊接机器人控制系统，该系统包括：主控制器、文件传输模块、串口模块、通信模块和供电模块，主控制器分别连接文件传输模块、串口模块和通信模块，供电模块分别连接主控制器、文件传输模块、串口模块以及通信模块，文件传输模块用于连接上位机，文件传输模块基于传输控制协议/因特网互联协议TCP/IP通信协议，串口模块用于连接伺服电机，通信模块用于连接操作手柄；文件传输模块用于接收上位机发送的焊接机器人可执行文件并将焊接机器人可执行文件发送至主控制器，主控制器下载并存储焊接机器人可执行文件，主控制器还用于解析焊接机器人可执行文件得到控制器信息，并将控制器信息转换为驱动指令，主控制器通过串口模块将驱动指令发送至伺服电机，伺服电机用于按照驱动指令指示的运动信息进行运动。

其进一步的技术方案为，主控制器采用芯片型号为DSPTMS320F28335的处理器，主控制器具有高速处理能力、具备32位浮点处理单元，且主控制器具有可扩充的若干个闪存Flash以及静态随机存取存储器SRAM，主控制器还包括6个直接内存存取DMA通道，主控制器下载并存储焊接机器人可执行文件至Flash中。

其进一步的技术方案为，文件传输模块采用型号为AX88796B的芯片。

其进一步的技术方案为，串口模块采用RS232标准进行通信，串口模块采用型号为MAX3232的芯片进行串口通信。

其进一步的技术方案为，通信模块采用芯片型号为SN65HVD230的控制器局域网CAN总线驱动器。

其进一步的技术方案为，供电模块采用型号为TPS767D301的芯片，供电模块用于为主控制器和其余电路模块提供不同压值的电压。

本实用新型的有益技术效果是：

本申请公开了一种基于伺服驱动的焊接机器人控制系统，该控制系统通过指令控制方式直接驱动电机，避免了传统脉冲方式控制电机产生的低速跳动和启动延迟的问题。该系统以TMS320F28335芯片I/O设计下位机DSP控制器，芯片时钟频率可达150MHz，具有高速的处理能力，通过DSP控制器的RS232模块控制伺服系统，控制器与上位机的通信采用TCP/IP协议，可以提高数据传输的效率；控制器与操作手柄之间通过CAN通信模块完成，各模块完全独立，提高了系统的抗干扰能力和系统鲁棒性，便于后期的进一步升级。可广泛应用于工业控制领域，尤其可应用在焊接机器控制领域设计了控制焊接机器人控制系统，可对仿真系统下的焊接机器人各个关节进行一个周期运动状态仿真控制，降低了设计成本和研发周期，整个控制系统体积小，便于携带，具有外网通信能力，不受区域距离限制，可广泛应用于焊接机器人控制领域。

附图说明

图1是本申请公开的基于伺服驱动的焊接机器人控制系统的结构示意图。

图2是文件传输模块与主控制器的接口连接示意图。

图3是串口模块的接口示意图。

图4是通信模块的接口示意图。

图5是供电模块的接口示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做进一步说明。

本申请公开了一种基于伺服驱动的焊接机器人控制系统，请参考图1，该系统包括主控制器、文件传输模块、串口模块、通信模块和供电模块，主控制器分别连接文件传输模块、串口模块和通信模块，供电模块分别连接主控制器、文件传输模块、串口模块以及通信模块，文件传输模块用于连接上位机，串口模块用于连接伺服电机，通信模块用于连接操作手柄。

主控制器采用芯片型号为DSPTMS320F28335的处理器，该主控制器具有150MHz的高速处理能力，具备32位浮点处理单元，具有可扩充的若干个Flash(闪存)以及SRAM(Static Random-Access Memory，静态随机存取存储器)，完成数据/程序存储的直接访址，同时有6个DMA(Direct Memory Access，直接内存存取)通道，可直接进行高速批量数据传输，具有精度高、成本低、功耗小、性能高等特点。

文件传输模块基于TCP/IP通信协议(Transmission Control Protocol/Internet Protocol，传输控制协议/因特网互联协议)，文件传输模块采用型号为AX88796B的芯片，该芯片支持100M的全双工通信，性价比高，该文件传输模块与主控制器的接口连接示意图如图2所示。文件传输模块通过TCP/IP协议接收上位机离线编程的焊接机器人可执行文件并将该可执行文件下载至主控制器中，通常是下载到并存储至主控制器的Flash中。

主控制器下载并存储焊接机器人可执行文件至Flash中，然后读取保存的可执行文件，并解析焊接机器人可执行文件的内容，将可执行文件转化为控制器信息。主控制器将将控制器信息转换为驱动指令后，通过串口模块将驱动指令发送至伺服电机，伺服电机用于按照驱动指令指示的运动信息进行运动。其中，串口模块采用RS232标准进行通信，本申请中串口模块采用MAX3232芯片进行串口通信，该芯片具有两个通道，符合RS232标准，用来实现主控制器与伺服电机的连接，具体为与伺服电机驱动器的连接，整个串口模块包括MAX3232芯片和串口，整个串口模块的接口示意图请参考图3，串口模块的指令数据发送流程为：开始→RCC(Reset Clock Controller，时钟控制器)初始化→NVIC(Nested Vectored Interrupt Controller，中断控制器)初始化→配置RS232、DMA→启动DMA→数据传输→结束。

通信模块实现主控制器与操作手柄的通信，本申请中的通信模块采用芯片型号为SN65HVD230的CAN(Controller Area Network,控制器局域网)总线驱动器，其接口设计请参考图4，其中CANTTXA脚和CANRXA脚接主控制器TMS320F28335芯片的CANA管脚，CANH脚和CANL脚接外部CAN总线，主控制器包含了两个增强型eCAN，不必外加控制器实现底层协议，有一定的抗干扰能力，稳定实现45m距离范围内，通信速率达1Mbit/s的无损通信。通信模块的通信流程为：开始→初始化CAN→设置CAN通信波特率→检测是否操作→若是，则启动手柄；若否，则不动作→结束。

在主控制器TMS320F28335中，电源分为两部分，一是芯片本身电源，其内核电压为1.8V/1.9V；二是外围设备电源，其电压为3.3V，考虑到整个系统的稳定性和供电独立性，本申请中供电模块采用用于专门双电源控制的型号为TPS767D301的芯片，供电模块用于为主控制器和其余电路模块提供不同压值的电压，一路输出为3.3V，另一路输出依据实际情况，可动态调整范围1.5V～5.5V，供电模块的接口电路请参考图5。

以上所述的仅是本申请的优选实施方式，本实用新型不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本实用新型的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本实用新型的保护范围之内。