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CN103809590A - 一种搬运装置行走位置控制系统 - Google Patents

一种搬运装置行走位置控制系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及自动控制领域，提出了一种搬运装置行走位置控制系统，包括嵌入式PC、位控板、伺服驱动器、伺服电机和条码扫描器，其中嵌入式PC用于发送定位指令；位控板用于接收嵌入式PC发送的定位指令，并对所述定位指令进行处理和发送；伺服驱动器用于接收来自位控板的信号来驱动伺服电机；条码扫描器用于采集搬运装置在其行进轨道上所处的绝对位置；所述位控板、伺服驱动器和伺服电机构成闭环控制电路，所述闭环控制电路包括位置环控制电路、速度环控制电路和电流环控制电路，其中位置环控制电路位于所述位控板。通过本发明解决了目前两种定位方式中全闭环定位速度慢、半闭环定位不方便的问题。

Description

一种搬运装置行走位置控制系统
技术领域
本发明涉及自动控制领域，尤其涉及一种搬运装置行走位置控制系统。
背景技术
现有的晶圆工厂洁净空中搬运车系统的行走轴主要定位方式有两种：
一种是利用条码做全闭环控制，采用一维条码配合伺服驱动器做全闭环控制定位，其电流环、速度环、电机位置环和绝对位置环的控制都在伺服驱动器上完成。这对伺服驱动器的控制器的性能要求很高，所有的计算都需要在伺服驱动器上完成，对于行走轴电机的高速度和高精度要求有影响。这种方式的优点是对条码上的任意位置都可以进行定位。
另一种方法是利用条码标签进行伺服驱动器半闭环定位，该方法是利用伺服驱动器和伺服电机做位置半闭环控制，洁净空中搬运车到轨道定位点后通过条码扫描器扫描一维条码值进行辅助定位。这种定位方式的缺点是：只有具备一维条码标签的点才可以进行停止和定位，没有一维条码标签的地方无法停车，一旦搬运车出现故障停靠在无标签点，则现场调度系统无法得知该故障搬运车所处位置，无法让其他车辆改走其他路径，从而导致天轨上交通堵塞。此外，该种定位方式只能在预先设计好的布局中的工位的定位点贴一维条码标签进行标记，如果想增加工位会非常不方便，需要在天轨上对应位置增加一维条码标签，这给洁净环境下的现场施工带来极大的麻烦。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出了一种搬运装置行走位置控制系统，包括嵌入式PC、位控板、伺服驱动器、伺服电机和条码扫描器，其中
嵌入式PC，用于发送定位指令；
位控板，用于接收嵌入式PC发送的定位指令，并对所述定位指令进行处理和发送；
伺服驱动器，用于接收来自位控板的信号来驱动伺服电机；
条码扫描器，用于采集搬运装置在其行进轨道上所处的绝对位置；
所述嵌入式PC与位控板连接，所述位控板分别与伺服驱动器、伺服电机和条码扫描器连接，所述伺服驱动器分别与位控板和伺服电机连接，所述伺服电机分别与伺服驱动器和位控板连接，所述条码扫描器与位控板连接；
所述位控板、伺服驱动器和伺服电机构成闭环控制电路，所述闭环控制电路包括位置环控制电路、速度环控制电路和电流环控制电路，其中位置环控制电路位于所述位控板。
优选地，所述速度环控制电路和电流环控制电路位于所述伺服驱动器。
优选地，所述位控板与所述嵌入式PC之间通过CAN总线进行通信。
优选地，所述位控板与所述条码扫描器之间通过CAN-open协议进行通信。
优选地，通过对所述位控板控制器的地址总线扩展开发CAN-open主站功能，使所述位控板控制器具有2路CAN通信。
优选地，所述位控板控制器通过自带的编码器接口读取伺服驱动器反馈的伺服电机的码盘值进行位置闭环控制，所述位控板控制器通过CAN-open读取条码绝对位置进行双位置闭环控制。
优选地，所述位控板以DSP 2812作为控制器。
优选地，所述位控板控制器的程序扫描周期≤1毫秒。
优选地，所述条码扫描器为支持CAN-open协议通信的一维条码扫描器。
优选地，所述搬运装置为晶圆工厂搬运天车或者自动化物流仓储系统堆垛机。
本发明的有益效果是：把伺服驱动器的位置环控制电路放在位控板中，提高了伺服驱动器的响应速度；把条码扫描器读取的绝对位置放到位控板中参与全闭环控制，达到了非常准确的位置控制效果；通过条码带进行绝对位置定位，能实现行进轨道上任意点的定位。该控制系统使用条码带做全闭环位置控制，在提高运算速度的基础上，有效地减小了体积，解决了现有技术两种定位方式中全闭环定位速度慢、半闭环定位不方便的问题。
附图说明
图1为本发明实施例提供的洁净空中搬运车行走位置控制系统结构框图；
图2为本发明实施例提供的洁净空中搬运车行走位置控制系统在天车系统中的应用示意图。
附图中的标记说明：
1、EPC，
2、位控板，
3、伺服驱动器，
4、伺服电机，
5、条码扫描器。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例是在现有的晶圆工厂中的洁净空中搬运车及其行进轨道（以下简称天轨）的机械构型和功能需求的基础上设计的一款针对洁净空中搬运车的行走位置控制系统，针对本发明的搬运装置行走位置控制系统而言，本实施例中搬运装置为洁净空中搬运车（以下简称天车）。下面结合附图进行说明。
如图1所示，本实施例为洁净空中搬运车行走位置控制系统，该控制系统包括EPC（也即嵌入式PC）1、位控板2、伺服驱动器3、伺服电机4和条码扫描器5，其中EPC1用于发送定位指令，位控板2用于接收EPC1发送的定位指令，并对定位指令进行处理和发送，伺服驱动器3用于接收来自位控板2的信号来驱动伺服电机4，该信号包括但不限于定位指令，条码扫描器5用于采集天车在其天轨上所处的绝对位置。EPC1与位控板2连接，位控板2分别与伺服驱动器3、伺服电机4和条码扫描器5连接，伺服驱动器3分别与位控板2和伺服电机4连接，伺服电机4分别与伺服驱动器3和位控板2连接，条码扫描器5与位控板2连接。位控板2、伺服驱动器3和伺服电机4构成闭环控制电路，该闭环控制电路包括位置环控制电路、速度环控制电路和电流环控制电路，其中位置环控制电路位于位控板2，而速度环控制电路和电流环控制电路位于伺服驱动器3。
如图1和图2所示，位控板2与EPC1之间通过CAN总线进行通信，位控板2通过CAN-open协议与条码扫描器5进行通信，采集天车在天轨上行走的绝对位置。本实施例中，条码扫描器5采用一维条码扫描器，例如SICK一维条码带扫描器。位控板2上的控制器21负责接受上位机EPC1发下来的定位指令，经过处理后把定位指令发给伺服驱动器3。本实施例中，位控板2的控制器采用DSP 2812。为保证伺服驱动器3对定位指令的响应足够快，使伺服驱动器3运行在速度模式下，把对伺服电机4的位置闭环放在位控板2上。这样，伺服驱动器3只负责处理速度环和电流环的控制，大大降低了现有技术中位置环、速度环和电流环都由伺服驱动器3来控制的任务量。为解决车轮在天轨上打滑造成的行走绝对位置不准的问题，本实施例利用支持CAN-open协议通信的一维条码扫描器对贴在天轨上的一维条码进行扫描定位。通过对DSP 2812的地址总线扩展开发CAN-open主站功能，从而使DSP 2812具有2路CAN通信，其程序扫描周期控制在1毫秒以内，本实施例中为1毫秒，可以满足定位要求。DSP 2812通过自带的编码器接口读取伺服驱动器3反馈的伺服电机4的码盘值，进行位置闭环控制；DSP 2812再通过CAN-open读取一维条码绝对位置进行双位置闭环控制。
本发明实施例由于把伺服驱动器3的位置环控制电路放在位控板2中，提高了伺服驱动器3的响应速度；把条码扫描器5读取的绝对位置放到位控板2中参与全闭环控制，达到了非常准确的位置控制效果；通过条码带进行绝对位置定位，能实现天轨上任意点的定位，在晶圆工厂中增加机台或调整机台位置时就可以方便的修改天车的定位点。该控制系统使用条码带做全闭环位置控制，在提高运算速度的基础上，有效地减小了体积，解决了现有技术两种定位方式中全闭环定位速度慢、半闭环定位不方便的问题。
本发明除可以用于晶圆工厂搬运天车外，还可用于自动化物流仓储系统堆垛机的行走轴定位。在不同行业的应用不同，只需要根据负载的大小选择相应的大功率伺服驱动器或者小功率伺服驱动器即可。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种搬运装置行走位置控制系统，包括嵌入式PC、位控板、伺服驱动器、伺服电机和条码扫描器，其中
嵌入式PC，用于发送定位指令；
位控板，用于接收嵌入式PC发送的定位指令，并对所述定位指令进行处理和发送；
伺服驱动器，用于接收来自位控板的信号来驱动伺服电机；
条码扫描器，用于采集搬运装置在其行进轨道上所处的绝对位置；
其特征在于：
所述嵌入式PC与位控板连接，所述位控板分别与伺服驱动器、伺服电机和条码扫描器连接，所述伺服驱动器分别与位控板和伺服电机连接，所述伺服电机分别与伺服驱动器和位控板连接，所述条码扫描器与位控板连接；
所述位控板、伺服驱动器和伺服电机构成闭环控制电路，所述闭环控制电路包括位置环控制电路、速度环控制电路和电流环控制电路，其中位置环控制电路位于所述位控板。
2.如权利要求1所述的搬运装置行走位置控制系统，其特征在于：所述速度环控制电路和电流环控制电路位于所述伺服驱动器。
3.如权利要求1所述的搬运装置行走位置控制系统，其特征在于：所述位控板与所述嵌入式PC之间通过CAN总线进行通信。
4.如权利要求1所述的搬运装置行走位置控制系统，其特征在于：所述位控板与所述条码扫描器之间通过CAN-open协议进行通信。
5.如权利要求5所述的搬运装置行走位置控制系统，其特征在于：通过对所述位控板控制器的地址总线扩展开发CAN-open主站功能，使所述位控板控制器具有2路CAN通信。
6.如权利要求5所述的搬运装置行走位置控制系统，其特征在于：所述位控板控制器通过自带的编码器接口读取伺服驱动器反馈的伺服电机的码盘值进行位置闭环控制，所述位控板控制器通过CAN-open读取条码绝对位置进行双位置闭环控制。
7.如权利要求5或6所述的搬运装置行走位置控制系统，其特征在于：所述位控板以DSP 2812作为控制器。
8.如权利要求5或6所述的搬运装置行走位置控制系统，其特征在于：所述位控板控制器的程序扫描周期≤1毫秒。
9.如权利要求1所述的搬运装置行走位置控制系统，其特征在于：所述条码扫描器为支持CAN-open协议通信的一维条码扫描器。
10.如权利要求1所述的搬运装置行走位置控制系统，其特征在于：所述搬运装置为晶圆工厂搬运天车或者自动化物流仓储系统堆垛机。
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