[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

说明书

技术领域

本发明涉及一种面向微装配系统的多轴混合快速控制单元设计方法，属于机电一体化领域。

背景技术

多轴联动广泛应用于数控系统，即按照预先给定的路线加工出所需要的外形。在微装配系统中，使用多轴联动的控制方法是为了节约装配时间，提高装配效率。步进电机作为执行元件是机电一体化的关键部件之一，可以快速精确的定位，并且步距的误差不会无限积累，只会在一转的范围内存在一个最大的累计误差，其控制方法直接影响微装配系统的控制精度、输出转矩等性能指标。

步进电机可构成开环控制系统也可构成闭环或半闭环控制系统。开环控制的步进电机驱动系统，输入的脉冲不依赖与转子的位置，而是事先按一定的运动规律给定，其输出的转矩加速度在很大的程度上取决于驱动电源和控制方式。闭环和半闭环控制分别是间接检测和直接检测转子的位置，位置检测传感器将测得的工作台的实际位置信号或电机转子的位置信号与目标位置信号相比较，然后对两者的差值进行控制，因此闭环或半闭环控制能够获得更加精确的位置控制。在零件尺寸介于0.01mm～1mm之间的微装配领域中，为提高装配精度在控制单元中采用闭环或半闭环控制方法，为提高装配效率在精度要求不高的运动中采用开环控制。

现有的微装配系统中使用的微动平台大多是国外进口的，内部控制系统不开放，实现二次开发较为困难，并且维修费用高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种面向微装配系统的多轴混合快速控制单元设计方法，针对国内现有的微动平台，能够实现高精度、高效率的装配。

本发明是通过以下技术方案来解决上述问题的：微装配系统包括TMS320F2812芯片，12个电机驱动器，2个光栅尺，2个光电编码器，2个光耦隔离电路，2个信号调理电路，2个四倍频逻辑电路，12个步进电机；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；还包括微动平台和搬运机械手；其特征在于：每个步进电机均通过1个电机驱动器与PWM输出电路相连，每个步进电机分别通过1个光耦隔离电路与GPIO引脚相连，第1步进电机至第4步进电机分别与微动平台相连，第5步进电机至第12步进电机分别与搬运机械手相连，2个光栅尺分别通过1个信号调理电路与正交编码电路QEP相连，2个光电编码器分别安装在第3步进电机、第4步进电机的主轴上且分别通过1个四倍频逻辑电路与捕获单元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第1步进电机和第2步进电机的运动，第1步进电机和第2步进电机驱动微动平台在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第3步进电机和第4步进电机的运动，第3步进电机和第4步进电机驱动微动平台在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第5步进电机至第12步进电机的运动；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。

有益效果：

1、本发明的控制方法能够实现步进电机单轴或者多轴混合控制；通过TMS320F2812芯片同时产生多路PWM输出波形，实现多轴控制；并根据装配精度要求实现闭环、半闭环和开环的混合控制。