[发明专利]基于EtherCAT的智能工业机器人总线模块及其操作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种总线模块，尤其涉及一种基于EtherCAT的智能工业机器人总线模块及其操作方法，用于智能工业机器人。

背景技术

随着技术发展，工业机器人的运用在现代工厂中越来越广泛。机器人的发展正朝向控制精度高，运动速度快，安全性更好等方向前进。

传统的控制总线方式将无法支撑这一技术转变，必须采用新的总线方式，实现信息的高速化传输。

发明内容

本发明主要是解决现有技术中存在的不足，提供一种EtherCAT是在传统以太网基础上改进，具有网络拓扑结构灵活，配置方便，实时性好，有效数据率高的基于EtherCAT的智能工业机器人总线模块及其操作方法。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

一种基于EtherCAT的智能工业机器人总线模块，包括EtherCAT总线，EtherCAT总线与嵌入式微处理器相连接，嵌入式微处理器中设有以太网控制器，嵌入式微处理器的两端分别与DSP运算部件和示教盒相互连；EtherCAT总线分别与机器人运动模块、I/O模块、力觉模块、视觉模块相互连；机器人运动模块、I/O模块、力觉模块、视觉模块、EtherCAT总线组成拓扑结构；

机器人运动模块包括至少一个ESC运动模块、至少一个伺服驱动器和至少一个交流伺服电机，ESC运动模块与伺服驱动器相互连，伺服驱动器与交流伺服电机相互连；

I/O模块包括ESC控制模块，ESC控制模块至多与32路信号相连；

力觉模块包括ESC力觉模块、力觉控制器和力觉传感器，ESC力觉模块分别与力觉控制器和力觉传感器相互连；

视觉模块包括ESC视觉模块、视觉控制器和视觉传感器，ESC视觉模块分别与视觉控制器和视觉传感器相互连。

基于EtherCAT的智能工业机器人总线模块的操作方法，按以下步骤进行：

（1）、软件与硬件的选择：

一种在嵌入式微处理器ARM和嵌入式实时操作系统RT-Linux基础之上的应用实时工业以太网EtherCAT的机器人控制器，控制器采用嵌入式微处理器ARM作为硬件核心，在保证系统的可靠性和实用性的同时，降低了成本，方便使用；强实时性内核RT-Linux提供实时操作系统支持，能实现多任务的优先级调用；

（2）、嵌入式微处理器为EtherCAT主站：

嵌入式微处理器ARM作为EtherCAT主站，实现任务分配和运动控制，DSP运算部件实现轨迹插补运算，示教盒起离线路径规划及示教作用；

（3）、采用ESC实现EtherCAT从站控制：

EtherCAT从站由从站控制器ESC实现；

在ESC中共有3种PDI接口：SPI接口，I/O接口，微处理器接口；

ESC采用ASIC或FPGA实现的；

机器人运动模块、I/O模块、力觉模块、视觉模块分别为EtherCAT从站；

（4）、机器人运动模块控制：

机器人运动模块的伺服驱动器是具备EtherCAT通信从站功能的，能快速实现信息的交换、传输；机器人运动模块通过ESC运动模块控制；

对每个伺服驱动器配置一个ESC运动模块控制；

（5）、I/O模块控制：

直接由ESC控制模块自身的I/O资源实现输入输出控制，一个I/O从站最多支持32路I/O信号；

（6）、视觉模块控制：

视觉模块智能相机识别物体信息，视觉模块采用智能相机，一部智能相机能实现平面图像的处理，两部智能相机则可以实现三维图像的处理；

智能相机的图像信息可通过EtherCAT从站传送到主站中进行算法处理，实现空间三维物体的识别；

（7）、力觉模块控制：

力觉模块力传感器感知末端受力，力觉模块采用多维力传感器，可感知各方向的力和力矩，通过EtherCAT总线及时将信息反馈到主控制器中，工业机器人及时作出反应；

能实现可控碰撞力的末端运动；

（8）、增添模块：

EtherCAT网络具有灵活的网络拓扑结构，可根据实际需求添加其他感知模块，实现工业机器人的更智能化。