[发明专利]一种面向微装配系统的多轴混合快速控制单元设计方法

权利要求书

1.一种面向微装配系统的多轴混合快速控制单元设计方法,包括TMS320F2812芯片，电机驱动器（1）至（12），光栅尺（1）、（2），光电编码器（1）、（2），光耦隔离电路（1）至（12），信号调理电路（1）、（2），四倍频逻辑电路（1）、（2），步进电机（1）至（12）；其中TMS320F2812芯片包括PWM输出电路、捕获单元CAP、正交编码电路QEP和GPIO引脚；微装配系统包括微动平台和搬运机械手；其特征在于：步进电机（1）至（12）分别通过电机驱动器（1）至（12）与PWM输出电路相连，步进电机（1）至（12）分别通过光耦隔离电路（1）至(12)与GPIO引脚相连，步进电机(1)至(4)分别与微动平台相连，步进电机(5)至(12)与搬运机械手相连，光栅尺(1)、(2)分别通过信号调理电路(1)、(2)与正交编码电路QEP相连，光电编码器(1)、(2)分别安装在步进电机(3)、(4)的主轴上且分别通过四倍频逻辑电路(1)、(2)与捕获单元CAP相连；

面向微装配系统的多轴混合快速控制单元包括闭环、半闭环和开环三种控制方法：

在闭环系统中，首先设定好微动平台X、Y方向的目标距离，TMS320F2812芯片通过PWM输出电路产生PWM输出波形，输出占空比脉冲信号将其接入电机驱动器中控制步进电机(1)和(2)的运动，步进电机(1)和(2)驱动微动平台在X、Y方向的移动；两个光栅尺分别采集微动平台在X、Y方向的位移量，将其转换为脉冲信号的个数，通过对应的信号调理电路将脉冲信号的幅值稳定在3V后接入到TMS320F2812芯片的正交编码电路QEP中，不断比较光栅尺采集的信号与目标距离的信号实现闭环控制；微动平台的极限位置开关信号通过对应的光耦隔离电路(1)和(2)接入TMS320F2812芯片的GPIO引脚，控制微动平台在设定的行程内运动；

在半闭环控制系统中，首先设定好微动平台X、Z方向的旋转角度，TMS320F2812芯片通过PWM输出电路产生PWM输出波形，输出占空比一定的脉冲信号将其接入电机驱动器中控制步进电机(3)和(4)的运动，步进电机(3)和(4)驱动微动平台在Z方向的移动和转动；两个光电编码器分别采集电机转子的位置,将其转换为脉冲信号的个数，通过对应的四倍频逻辑电路实现脉冲信号的四倍频接入捕获单元CAP中，通过不断比较光电编码器采集的信号与目标位置的信号实现半闭环控制；微动平台的极限位置开关信号通过对应的光耦隔离电路(3)和(4)接入TMS320F2812芯片的GPIO引脚，控制微动平台在设定的行程内运动；

在开环系统中，首先设定搬运机械手的目标距离，TMS320F2812芯片通过PWM输出电路产生PWM输出波形，输出占空比一定的脉冲信号将其接入电机驱动器中控制步进电机(5)至(12)的运动；将搬运机械手的极限位置开关信号通过对应的光耦隔离电路(5)至(12)接入TMS320F2812芯片的GPIO引脚，控制搬运机械手在设定的行程内运动。

2.如权利要求1所述的一种面向微装配系统的多轴混合快速控制单元设计方法,其特征在于：所述编码器为增量式光电编码器。

3.如权利要求1或2所述的一种面向微装配系统的多轴混合快速控制单元设计方法,其特征在于：所述闭环控制的具体流程为：

步骤S302，根据设定好的微动平台X、Y方向的目标距离，电机的运动方向分为正转和反转，当目标距离与电机正转方向相同时为正值，与电机反转方向相同时为负值；

步骤S303，将目标距离换算为电脉冲个数；

步骤S304，统计QEP捕获的脉冲个数，假定电机正转的脉冲计数值为正，反转的脉冲计数值为负；

步骤S305，当电机正转时，QEP捕获的脉冲个数加1，当电机反转时，QEP捕获的脉冲个数减1；

步骤S306，将步骤S303计算得出的电脉冲个数与QEP捕获的脉冲个数作差，当差值的绝对值小于电脉冲个数的绝对值时，电机按原转动方向运动，执行步骤308，否则电执行步骤S307；

步骤S307，将电机的旋转方向与原运动方向反向；

步骤S308，等待步骤S303计算得出的电脉冲个数与QEP捕获的脉冲个数差值的绝对值等于0，条件满足时电机停止运动，否则，继续等待直到满足条件电机停止运动；

步骤S309，完成闭环控制，结束本流程。