一種基于EtherCAT總線的8軸機(jī)器人控制系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及工業(yè)自動化控制領(lǐng)域，特別涉及一種基于EtherCAT總線的8軸機(jī)器人控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著工業(yè)自動化水平提高，更多的機(jī)器人投入生產(chǎn)線，機(jī)器人的功能也越發(fā)的完善和強(qiáng)大，8軸機(jī)器人受到人們的關(guān)注，其包括2軸的平面運動和6軸的機(jī)械臂運動。機(jī)器人的控制對速度、精度提出越來越高的要求，對用于伺服運動控制的現(xiàn)場總線的傳輸速度和總線接口的實時性能提出了很高的要求。為保證機(jī)器人精確完成動作和作業(yè)，其相應(yīng)的控制系統(tǒng)顯得尤為重要。
[0003]EtherCAT總線一種實時以太網(wǎng)技術(shù)，支持多種設(shè)備連接拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，具有高速、高數(shù)據(jù)有效率的特點，兼容標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)。擁有最優(yōu)的硬實時性能，相對于傳統(tǒng)的現(xiàn)場總線系統(tǒng)，底層I/o的響應(yīng)時間大大縮減。總線上的設(shè)備均可實現(xiàn)EtherCAT通訊，無需協(xié)議轉(zhuǎn)換，能滿足各種通訊需求。
[0004]伺服單元是工業(yè)控制中一種常用的控制器，廣泛運用于數(shù)控機(jī)床等高精度設(shè)備。傳統(tǒng)采用PC驅(qū)動控制卡的方式中，通訊影響了系統(tǒng)性能的提升，不能滿足8軸機(jī)器人的控制。采用支持EtherCAT總線協(xié)議的伺服器能解決通訊問題，但這種方案價格高，貨期長，不利于對已有系統(tǒng)的兼容和集成，難以面向中低端的應(yīng)用。
【實用新型內(nèi)容】
[0005]本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點與不足，提供一種基于EtherCAT總線的8軸機(jī)器人控制系統(tǒng)。
[0006]本實用新型的目的通過以下的技術(shù)方案實現(xiàn):
[0007]一種基于EtherCAT總線的8軸機(jī)器人控制系統(tǒng)，包括PC機(jī)Linux主站、6軸機(jī)械臂控制卡、2軸運動平臺控制卡、機(jī)器人示教盒，還包括EtherCAT從站控制器，所述6軸機(jī)械臂控制卡、2軸運動平臺控制卡、機(jī)器人示教盒分別通過EtherCAT從站控制器與PC機(jī)Linux主站相連。
[0008]所述PC機(jī)Linux主站包括LinuxCNC以及與LinuxCNC相連的以太網(wǎng)卡，其基于帶通用網(wǎng)卡的硬件平臺，用于處理機(jī)器人數(shù)據(jù)并將相關(guān)控制指令發(fā)送給EtherCAT主站協(xié)議棧，該協(xié)議棧按通信協(xié)議編碼成報文后通過以太網(wǎng)卡發(fā)出；LinuxCNC開源運動控制軟件用于機(jī)器人的算法計算和軌跡規(guī)劃，并實時以3維模型反映當(dāng)前機(jī)器人的動作姿態(tài)。
[0009]所述EtherCAT從站控制器包括EtherCAT從站控制器1、EtherCAT從站控制器I1、EtherCAT從站控制器III，其中EtherCAT從站控制器I分別與PC機(jī)Linux主站、6軸機(jī)械臂控制卡、EtherCAT從站控制器II連接，EtherCAT從站控制器II分別與2軸運動平臺控制卡、EtherCAT從站控制器1、EtherCAT從站控制器III連接，EtherCAT從站控制器III分別與EtherCAT從站控制器I1、機(jī)器人示教盒連接。
[0010]所述EtherCAT從站控制器1、EtherCAT從站控制器II之間的接口方式是EBUS，EtherCAT從站控制器I1、EtherCAT從站控制器III之間的接口方式是EBUS，EtherCAT從站控制器I與PC機(jī)Linux主站之間的接口方式是MII，EBUS、MII兩種接口方式都建立在相同的以RJ45接頭的網(wǎng)線物理層上，實現(xiàn)EtherCAT報文的傳送。
[0011]所述6軸機(jī)械臂控制卡用于控制機(jī)械臂動作，包括CPU處理器I，以及分別與CPU處理器I相連的數(shù)字/模擬接口 1、AB⑶EF對應(yīng)的6軸伺服接口，CPU處理器I通過PDI接口與EtherCAT從站控制器I相連通信。
[0012]所述AB⑶EF對應(yīng)的6軸伺服接口由電平轉(zhuǎn)換電路組成，將CPU處理器I的信號轉(zhuǎn)換成電機(jī)伺服器能接收的信號并將信號輸出到伺服器，同時將伺服器返回的脈沖轉(zhuǎn)換成CPU處理器I能接收的電平送到CPU處理器I。
[0013]所述數(shù)字/模擬接口 I包括AD/DA轉(zhuǎn)換器件和數(shù)字器件，通過這個接口將外部傳感器和CPU處理器I相連。
[0014]所述2軸運動平臺控制卡用于控制機(jī)械臂的運動平臺，使機(jī)械臂能在設(shè)定范圍內(nèi)移動，其包括CPU處理器II，以及分別與CPU處理器II相連的數(shù)字/模擬接口 I1、XY對應(yīng)的2軸伺服接口，CPU處理器II通過PDI接口與EtherCAT從站控制器II通訊。
[0015]所述XY對應(yīng)的2軸伺服接口由電平轉(zhuǎn)換電路組成，將CPU處理器II的信號轉(zhuǎn)換成電機(jī)伺服器能接收的信號并將信號輸出到伺服器，同時將伺服器返回的脈沖轉(zhuǎn)換成CPU處理器II能接收的電平送到CPU處理器II。
[0016]所述數(shù)字/模擬接口 II包括AD/DA轉(zhuǎn)換器件和數(shù)字器件，通過這個接口將外部傳感器和CPU處理器II相連。
[0017]所述機(jī)器人示教盒作用是對機(jī)器人進(jìn)行調(diào)試和示教，其包括CPU處理器II1、與CPU處理器III相連的人機(jī)交互設(shè)備，CPU處理器III通過PDI接口與EtherCAT從站控制器III通訊，人機(jī)交互設(shè)備由CPU處理器III控制。
[0018]作為進(jìn)一步改進(jìn)，所述EtherCAT從站控制器I集成到CPU處理器I中，EtherCAT從站控制器II集成到CPU處理器II中，EtherCAT從站控制器III集成到CPU處理器III中。
[0019]作為進(jìn)一步改進(jìn)，所述CPU處理器1、ΙΙ、ΠΙ采用32位Cortex-m4內(nèi)核處理器或更高性能更多輸出管腳的處理器。
[0020]本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點和有益效果:
[0021]1、6軸機(jī)械臂控制卡、2軸運動平臺控制卡的伺服接口電路直接連接到CPU處理器，沒有中間模塊；CPU處理器的和外部電機(jī)伺服器之間只有用于電平轉(zhuǎn)換的各軸伺服接口，電路得以簡化。
[0022]2、采用本控制系統(tǒng)方案，不需購買高昂的支持EtherCAT的伺服設(shè)備，大大節(jié)約了機(jī)器人制造成本。
[0023]3、采用本控制系統(tǒng)方案，將機(jī)器人的主要運算任務(wù)交由PC機(jī)處理，提高了數(shù)據(jù)處理的速度和效率，使整個系統(tǒng)的性能得到極大提升。
[0024]4、采用本控制系統(tǒng)方案，提高數(shù)據(jù)傳輸速度和實時性，有效保證了 8軸機(jī)器人控制的精確性和穩(wěn)定性。
[0025]5、采用本控制系統(tǒng)方案，能靈活地調(diào)整網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，將更多的機(jī)器人連接在同一個總線上，實現(xiàn)機(jī)器人的協(xié)同工作。
【附圖說明】
[0026]圖1為本實用新型所述的基于EtherCAT總線的8軸機(jī)器人控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0027]下面結(jié)合實施例及附圖對本實用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本實用新型的實施方式不限于此。
[0028]如圖1所示，一種基于EtherCAT總線的8軸機(jī)器人控制系統(tǒng)包括PC機(jī)Linux主站、6軸機(jī)械臂控制卡、2軸運動平臺控制卡、機(jī)器人示教盒，各部分通過其相應(yīng)的EtherCAT從站控制器與PC機(jī)Linux主站連接，在RJ45網(wǎng)線的物理鏈路上通過EtherCAT總線協(xié)議進(jìn)行通訊，其中EtherCAT從站控制器I和以太網(wǎng)卡的接口方式是Mil，EtherCAT從站控制器I與EtherCAT從站控制器II以及EtherCAT從站控制器II與EtherCAT從站控制器III所用的接口方式是EBUS，兩種接口方式都建立在相同的物理層上，實現(xiàn)EtherCAT報文的傳送。6軸機(jī)械臂控制卡上CPU處理器I通過PDI接口與EtherCAT從站控制器I相連，同時與數(shù)字/模擬接口 1、AB⑶EF對應(yīng)的6軸伺服接口相連。2軸運動平臺控制卡上CPU處理器II通過PDI接口與EtherCAT從站控制器II相連，同時與數(shù)字/模擬接口 I1、XY對應(yīng)的2軸伺服接口相連。機(jī)器人示教盒上CPU處理器III通過PDI接口與Et