一種基于DSP寶石加工機械手控制系統的制作方法

本發明涉及一種基于DSP寶石加工機械手控制系統，適用于機械加工領域。

背景技術：

以立方氧化鋯為原料的人造寶石產業多年來一直主要停留在手工加工為主階段，自動化程度低，加工精度受限。以加工中心居多的廣西梧州市為例，近兩年出現了以普通單片機為代表的自動化加工設備，但多為控制5個以下自由度，缺少控制界面，加工品種單一，性能不夠穩定。而且精密寶石設計需要輸入和處理參數量較大，受普通單片機硬件資源的限制，只能實現簡單控制算法，很難滿足精密寶石的加工設計需求。另一類是基于微機PCI總線多軸運動控制的高端自動加工機器，技術含量高，大多為開放式的多軸控制系統，系統成本高，不太適合以小型加工作坊為主的人工寶石加工產業。

技術實現要素：

本發明提出了一種基于DSP寶石加工機械手控制系統，系統以DSP為核心處理器，輔以專用步進電機驅動芯片，配合傳感器，液晶顯示和遙控技術，可以遠距輸入寶石設計參數，控制機械手進行寶石研磨和拋光動作。

本發明所采用的技術方案是：

所述寶石機械手系統結構共有5個自由度，由5個不同力矩步進電機和對應的5個限位開關組成。

所述機械手控制系統DSP控制板主控芯片采用DSP系列中的TMS320LF2407A，芯片采用哈佛結構，最高倍頻40MHZ。片內有32k字FLASH程序存儲器，并帶有片內DRAM和SARAM。擁有40個可編程復用I/O引腳，硬件資源十分豐富。DSP芯片完成對遙控器輸人參數采集，并通過LCD對參數顯示后，按控制算法輸出各個電機的控制命令，同時對機械手各個限位開關復位點信號進行監控”J。限位開關采用霍爾傳感器3144AO芯片，通過自由移動直徑僅2ram微小磁片，對電機的復位點手動粗調，再用遙控器修改參數細調。設計出滿意寶石后，EEPROM存入寶石機復位點參數。寶石機是在脫PC機下獨立運行的．遙控器輸入的參數可以補償機械誤差，EEPROM存儲補償后的參數。不同型號的寶石設計參數完全不同且數據并不通過LCD顯示，不在用戶可讀可調層，采用兼容性良好的u盤驅動接口芯片CH375，不同型號的寶石底層參數，只需正確連接u盤，通過DSP讀取u盤對應扇區的數據，然后映射到對應控制算法的變量中，其中u盤對應扇區的數據是由程序員預先在CCS平臺下通過DSP調用CH375庫文件進行寫入的。u盤接口提供了批量寶石機售后便攜式升級的服務。

根據不同部位步進電機力矩需求，M2，M3，M4選擇額定電流為IA的42ram口徑步進電機，其中雙工位的另一伸縮臂電機與M4并聯在同一個驅動芯片端；M1，M5額定電流為3A的57mm口徑步進電機。

所述系統的TB6560為兩相混口式步進電機專用驅動芯片，采用雙全橋MOSFET結構，具有過熱和過流保護。通過TB6560，步進電機只需3個控制信號(CLK，CW，ENABLE)．CLK可控制步進轉角(脈沖數)和速度，CW為正反向，ENABLE為使能。5軸電機需共用一個外部中斷I/O口作為總使能端XINTl/IOPA2，電機使能但又沒有脈沖輸人時，電機即進入鎖死的狀態，鎖死是步進電機轉子禁止自由走步的狀態，可以免去外界振動和研磨時摩擦力導致的電機無脈沖輸入時自由走步現象。在電機運動靜止脈沖停止輸入時，相應的電機都必須進入鎖死狀態來保障無走步誤差。由于兩種力矩步進電機的正常工作電流輸出分別為1A和3A，對1A的軸(M2，M3)驅動芯片上的采樣電阻選R2=R3=0.5/1A=0.5歐；對3A的軸(M1，M5)采樣電阻選R2=R3=0.5/3歐，兩臺M4電機驅動輸出電流為2A。TQ2，rQl可以通過2位撥碼開關調節電流衰減。M2電機轉動改變寶石圓周角，每改變一次，寶石換一個切面打磨。有的寶石某一層圓周要形成32個切面，1．80步進電機200個脈沖一周無法均勻等份，TB6560具有整步，1/2，1/8，1/16四檔位細分功能，當設置第2軸步進電機M2為16細分時，3200個脈沖M2轉一周，給予100個脈沖M2，就是轉動寶石一個圓周的1／32切面。

所述系統軟件實現主要包括紅外遙控的解碼、LCD串行顯示實現、傳感器信號反饋、步進電機控制、EE·PROM存儲。核心控制芯片2407A DSP綜合處理6個部分控制信號。

本發明的有益效果是：系統可用遙控器輸入調整寶石研磨的設計參數，存儲和調用設計好的參數，是為人工寶石產業研發的新一代智能加工產品，具有遠距控制，界面清晰，操作方便，效率高等特點。

附圖說明

下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。

圖1是本發明的寶石機械手結構主視圖。

圖2是本發明的寶石機械手結構俯視圖。

圖3是本發明的DSP控制板資源分配框圖。

圖4是本發明的單軸的TB65砷驅動電路。

圖5是本發明的軟件程序流程圖。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。

如圖1、圖2，寶石機械手系統結構共有5個自由度，由5個不同力矩步進電機和對應的5個限位開關組成。寶石粘在寶石桿最頂端與磨盤靠近。MI、M4、M5為帶絲桿的直線步進電機可做伸縮動作，M2、M3為普通的兩相步進電機。J1～J5分別對應M1一M5帶動機械手的5個自由度動作。例如M3帶動上轉盤做J3方向旋轉，從而帶動雙工位寶石桿進行研磨動作J3。每研磨一次，由M2帶動寶石換一個圓周角度切面J2。與此同步進行的是M4進行伸縮動作，保持換圓周角度切面時寶石離開盤面，研磨時寶石接觸盤面J4。當研磨完成規定次數時，MI升降J1和M4伸縮J4組合運動用于轉換下一個研磨水平角度，即寶石研磨與水平臺面的角度。完成規定所有水平角度的研磨后由M5通過連桿帶動下轉盤做轉動J5，此時下盤面從研磨盤轉換到拋光盤，最后做一整套類似的拋光動作。每次動作各個部位步進電機運動參數預先設置．實現靈活多樣化寶石加工動作。

如圖3，機械手控制系統DSP控制板主控芯片采用DSP系列中的TMS320LF2407A，芯片采用哈佛結構，最高倍頻40MHZ。片內有32k字FLASH程序存儲器，并帶有片內DRAM和SARAM。擁有40個可編程復用I/O引腳，硬件資源十分豐富。DSP芯片完成對遙控器輸人參數采集，并通過LCD對參數顯示后，按控制算法輸出各個電機的控制命令，同時對機械手各個限位開關復位點信號進行監控”J。限位開關采用霍爾傳感器3144AO芯片，通過自由移動直徑僅2ram微小磁片，對電機的復位點手動粗調，再用遙控器修改參數細調。設計出滿意寶石后，EEPROM存入寶石機復位點參數。寶石機是在脫PC機下獨立運行的．遙控器輸入的參數可以補償機械誤差，EEPROM存儲補償后的參數。不同型號的寶石設計參數完全不同且數據并不通過LCD顯示，不在用戶可讀可調層，采用兼容性良好的u盤驅動接口芯片CH375，不同型號的寶石底層參數，只需正確連接u盤，通過DSP讀取u盤對應扇區的數據，然后映射到對應控制算法的變量中，其中u盤對應扇區的數據是由程序員預先在CCS平臺下通過DSP調用CH375庫文件進行寫入的。u盤接口提供了批量寶石機售后便攜式升級的服務。

如圖4，根據不同部位步進電機力矩需求，M2，M3，M4選擇額定電流為IA的42ram口徑步進電機，其中雙工位的另一伸縮臂電機與M4并聯在同一個驅動芯片端；M1，M5額定電流為3A的57mm口徑步進電機。系統的TB6560為兩相混口式步進電機專用驅動芯片，采用雙全橋MOSFET結構，具有過熱和過流保護。通過TB6560，步進電機只需3個控制信號(CLK，CW，ENABLE)．CLK可控制步進轉角(脈沖數)和速度，CW為正反向，ENABLE為使能。5軸電機需共用一個外部中斷I/O口作為總使能端XINTl/IOPA2，電機使能但又沒有脈沖輸人時，電機即進入鎖死的狀態，鎖死是步進電機轉子禁止自由走步的狀態，可以免去外界振動和研磨時摩擦力導致的電機無脈沖輸入時自由走步現象。在電機運動靜止脈沖停止輸入時，相應的電機都必須進入鎖死狀態來保障無走步誤差。由于兩種力矩步進電機的正常工作電流輸出分別為1A和3A，對1A的軸(M2，M3)驅動芯片上的采樣電阻選R2=R3=0.5/1A=0.5歐；對3A的軸(M1，M5)采樣電阻選R2=R3=0.5/3歐，兩臺M4電機驅動輸出電流為2A。TQ2，TQl可以通過2位撥碼開關調節電流衰減。M2電機轉動改變寶石圓周角，每改變一次，寶石換一個切面打磨。有的寶石某一層圓周要形成32個切面，1.80步進電機200個脈沖一周無法均勻等份，TB6560具有整步，1/2，1/8，1/16四檔位細分功能，當設置第2軸步進電機M2為16細分時，3200個脈沖M2轉一周，給予100個脈沖M2，就是轉動寶石一個圓周的1/32切面。

如圖5，系統軟件實現主要包括紅外遙控的解碼、LCD串行顯示實現、傳感器信號反饋、步進電機控制、EE·PROM存儲。核心控制芯片2407A DSP綜合處理6個部分控制信號。遙控器解碼程序利用事件管理器B中的捕獲單元CAP4作為紅外信號的輸入。每按一次按鍵，發送一串碼元信號，按鍵不同，發送的一串碼元中每個碼元分布位置不同。由于接收端紅外中的單個碼元信號都是以下降沿開始和終結，即當捕獲輸入引腳上檢測下降沿跳變時進入捕捉中斷，所選的定時器3的計數值被捕獲并存入到一個2級深的FIFO堆棧中，下一個碼元到來時再次進入捕捉中斷，同理順次捕捉所有碼元的延時信息，即記錄每個按鍵完整的一串碼元信息。通過統計分析每個按鍵的碼元分布規律，可以解譯并提取每個按鍵的信息，利用DSP轉換的遙控器底層驅動程序，每個按鍵按下的次數和順序直接對應LCD界面層寶石設計參數的調節。