[发明专利]一种基于EtherCAT总线的8轴机器人控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及工业自动化控制领域，特别涉及一种基于EtherCAT总线的8轴机器人控制系统。

背景技术

随着工业自动化水平提高，更多的机器人投入生产线，机器人的功能也越发的完善和强大，8轴机器人受到人们的关注，其包括2轴的平面运动和6轴的机械臂运动。机器人的控制对速度、精度提出越来越高的要求，对用于伺服运动控制的现场总线的传输速度和总线接口的实时性能提出了很高的要求。为保证机器人精确完成动作和作业，其相应的控制系统显得尤为重要。

EtherCAT总线一种实时以太网技术，支持多种设备连接拓扑结构，具有高速、高数据有效率的特点，兼容标准以太网。拥有最优的硬实时性能，相对于传统的现场总线系统，底层I/O的响应时间大大缩减。总线上的设备均可实现EtherCAT通讯，无需协议转换，能满足各种通讯需求。

伺服单元是工业控制中一种常用的控制器，广泛运用于数控机床等高精度设备。传统采用PC驱动控制卡的方式中，通讯影响了系统性能的提升，不能满足8轴机器人的控制。采用支持EtherCAT总线协议的伺服器能解决通讯问题，但这种方案价格高，货期长，不利于对已有系统的兼容和集成，难以面向中低端的应用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种基于EtherCAT总线的8轴机器人控制系统。

本发明的目的通过以下的技术方案实现：

一种基于EtherCAT总线的8轴机器人控制系统，包括PC机Linux主站、6轴机械臂控制卡、2轴运动平台控制卡、机器人示教盒，还包括EtherCAT从站控制器，所述6轴机械臂控制卡、2轴运动平台控制卡、机器人示教盒分别通过EtherCAT从站控制器与PC机Linux主站相连。

所述PC机Linux主站包括LinuxCNC以及与LinuxCNC相连的以太网卡，其基于带通用网卡的硬件平台，用于处理机器人数据并将相关控制指令发送给EtherCAT主站协议栈，该协议栈按通信协议编码成报文后通过以太网卡发出；LinuxCNC开源运动控制软件用于机器人的算法计算和轨迹规划，并实时以3维模型反映当前机器人的动作姿态。

所述EtherCAT从站控制器包括EtherCAT从站控制器Ⅰ、EtherCAT从站控制器Ⅱ、EtherCAT从站控制器Ⅲ，其中EtherCAT从站控制器Ⅰ分别与PC机Linux主站、6轴机械臂控制卡、EtherCAT从站控制器Ⅱ连接，EtherCAT从站控制器Ⅱ分别与2轴运动平台控制卡、EtherCAT从站控制器Ⅰ、EtherCAT从站控制器Ⅲ连接，EtherCAT从站控制器Ⅲ分别与EtherCAT从站控制器Ⅱ、机器人示教盒连接。

所述EtherCAT从站控制器Ⅰ、EtherCAT从站控制器Ⅱ之间的接口方式是EBUS，EtherCAT从站控制器Ⅱ、EtherCAT从站控制器Ⅲ之间的接口方式是EBUS，EtherCAT从站控制器Ⅰ与PC机Linux主站之间的接口方式是MII，EBUS、MII两种接口方式都建立在相同的以RJ45接头的网线物理层上，实现EtherCAT报文的传送。

所述6轴机械臂控制卡用于控制机械臂动作，包括CPU处理器Ⅰ，以及分别与CPU处理器Ⅰ相连的数字/模拟接口Ⅰ、ABCDEF对应的6轴伺服接口，CPU处理器Ⅰ通过PDI接口与EtherCAT从站控制器Ⅰ相连通信。

所述ABCDEF对应的6轴伺服接口由电平转换电路组成，将CPU处理器Ⅰ的信号转换成电机伺服器能接收的信号并将信号输出到伺服器，同时将伺服器返回的脉冲转换成CPU处理器Ⅰ能接收的电平送到CPU处理器Ⅰ。

所述数字/模拟接口Ⅰ包括AD/DA转换器件和数字器件，通过这个接口将外部传感器和CPU处理器Ⅰ相连。

所述2轴运动平台控制卡用于控制机械臂的运动平台，使机械臂能在设定范围内移动，其包括CPU处理器Ⅱ，以及分别与CPU处理器Ⅱ相连的数字/模拟接口Ⅱ、XY对应的2轴伺服接口，CPU处理器Ⅱ通过PDI接口与EtherCAT从站控制器Ⅱ通讯。

所述XY对应的2轴伺服接口由电平转换电路组成，将CPU处理器Ⅱ的信号转换成电机伺服器能接收的信号并将信号输出到伺服器，同时将伺服器返回的脉冲转换成CPU处理器Ⅱ能接收的电平送到CPU处理器Ⅱ。

所述数字/模拟接口Ⅱ包括AD/DA转换器件和数字器件，通过这个接口将外部传感器和CPU处理器Ⅱ相连。