[实用新型]一种基于EtherCAT的多轴同步控制装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及工业以太网及运动控制领域，特别涉及一种基于EtherCAT的多轴同步控制装置。

背景技术

传统的现场总线曾被广泛应用到控制领域中，然而这种特定协议设计的模式带来了控制系统的兼容性和速度问题。目前，现场总线的速率较低，最快的 profibus 总线速率只能达到 12Mb/s。此外，现场总线技术没有一个统一的国际标准，虽然协议开放，但不同协议的控制系统由于帧格式以及周期时间的差异不易兼容，不利于控制系统的开放性、分散性和可操作性。因此，具有高速率、高可靠性并且制定了通用国际标准的以太网被引入到工业自动化控制领域。工业以太网已经成为当前自动化控制研究的热点对象，并将逐渐取代传统的现场总线技术。

EtherCAT是一种流行的实时工业以太网协议，其具有高速和传输数据量大、效率高等特点，是目前传输速度最快的工业以太网协议，可以达到小于100us的数据刷新周期，可以用于伺服技术中底层的闭环控制。单个以太网帧最多可容纳1486个字节，整个网络最多可以连接65535个设备。EtherCAT协议的时钟同步技术基于IEEE1588精确时钟协议，其从站时钟同步性能可以达到ns级，以工业PC作为主站的主从站同步可以达到us级。EtherCAT网络从站节点使用专用的控制芯片，主站使用标准的以太网控制器。

EtherCAT技术使得开发基于PC的多轴同步控制成为可能，可以应用于多机器人协同工作等领域。但目前国内的EtherCAT设备主要依赖进口，价格昂贵，且开放性低。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，研制一套基于工业以太网EtherCAT协议的多轴同步控制装置。采用此装置可以进行多轴同步算法的研究，如机器人运动控制算法的研究。

为达到上述目的,本实用新型采用如下的技术方案:

一种基于EtherCAT的多轴同步控制装置，包括机械本体部分，交流伺服驱动部分和控制部分：

所述机械本体部分包括：

支撑台架和若干安装在所述支撑台架上的交流伺服电机；

所述交流伺服驱动部分包括：

若干与交流伺服电机一一对应连接的交流伺服驱动器从站，所述交流伺服驱动器从站工作在同步位置模式下，用于按照获得的脉冲信号输出位置，并分别输出对应交流伺服驱动器的光电编码器值、角速度值、力矩值；

所述控制部分包括：

PC主站，通过网线与交流伺服驱动器从站连接，用于初始化EtherCAT网络、实现PC主站与交流伺服驱动器从站的主从站时钟同步、各交流伺服驱动器从站之间时钟同步、发送位置信号到各交流伺服驱动器从站、接收各交流伺服驱动器从站输出的各交流伺服电机的光电编码器值、角速度值、力矩值。

进一步地，所述支撑台架采用框架结构，该框架结构包括四条竖向支架、一上一下地水平设置在所述竖向支架上顶部平台和中部平台。

进一步地，所述支撑台架底部设置有四个使所述支撑台架移动的万向轮。

进一步地，所述交流伺服电机采用螺栓与所述支撑台架固定连接，所述交流伺服驱动器采用螺栓与所述支撑台架固定连接，交流伺服电机固定安装在所述支撑台架的顶部平面上，所述交流伺服驱动器从站固定安装在所述支撑台架的中部平面。

进一步地，所述交流伺服驱动器从站具有EtherCAT通信功能以及支持分布式时钟，每个交流伺服驱动器从站分别具有两个以太网端口：为端口0和端口1，所述端口0为数据输入端口，所述端口1为数据输出端口；每个交流伺服驱动器从站都为一个EtherCAT网络从站，所述 PC主站仅与第一个交流伺服驱动器从站通过网线连接，其余交流伺服驱动器从站之间通过网线串联连接，所述交流伺服驱动器从站直接处理由端口0接收的数据帧，并从数据帧中提取或插入相关的数据，然后将该数据帧传输到下一个交流伺服驱动器从站，最后一个交流伺服驱动器从站发回经过完全处理的数据帧，并由所连接的第一个交流伺服驱动器从站作为响应数据帧将其发送给PC主站，每个数据帧都可包含多个子数据帧，可对交流伺服驱动器从站的多个寄存器同时进行操作。

进一步地，所述的PC主站包括：

交流伺服电机转动位置控制模块，用于输出位置控制信号，控制各交流伺服电机转至相应的位置；

绝对式编码器信号读取模块，用于通过标准以太网线，对交流伺服驱动器从站处理过的各交流伺服电机的绝对式编码器信号进行读取；

角速度信号读取模块，用于通过标准以太网线，对交流伺服驱动器从站处理过的各交流伺服电机的角速度信号进行读取；