基于EtherCAT的智能工業(yè)機(jī)器人總線模塊及其操作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種總線模塊，尤其涉及一種基于EtherCAT的智能工業(yè)機(jī)器人總線模塊及其操作方法，用于智能工業(yè)機(jī)器人。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著技術(shù)發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)用在現(xiàn)代工廠中越來越廣泛。機(jī)器人的發(fā)展正朝向控制精度高，運(yùn)動速度快，安全性更好等方向前進(jìn)。
[0003]傳統(tǒng)的控制總線方式將無法支撐這一技術(shù)轉(zhuǎn)變，必須采用新的總線方式，實(shí)現(xiàn)信息的高速化傳輸。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明主要是解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種EtherCAT是在傳統(tǒng)以太網(wǎng)基礎(chǔ)上改進(jìn)，具有網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)靈活，配置方便，實(shí)時性好，有效數(shù)據(jù)率高的基于EtherCAT的智能工業(yè)機(jī)器人總線模塊及其操作方法。
[0005]本發(fā)明的上述技術(shù)問題主要是通過下述技術(shù)方案得以解決的:
一種基于EtherCAT的智能工業(yè)機(jī)器人總線模塊，包括EtherCAT總線，EtherCAT總線與嵌入式微處理器相連接，嵌入式微處理器中設(shè)有以太網(wǎng)控制器，嵌入式微處理器的兩端分別與DSP運(yùn)算部件和示教盒相互連；EtherCAT總線分別與機(jī)器人運(yùn)動模塊、I/O模塊、力覺模塊、視覺模塊相互連；機(jī)器人運(yùn)動模塊、I/O模塊、力覺模塊、視覺模塊、EtherCAT總線組成拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；
機(jī)器人運(yùn)動模塊包括至少一個ESC運(yùn)動模塊、至少一個伺服驅(qū)動器和至少一個交流伺服電機(jī)，ESC運(yùn)動模塊與伺服驅(qū)動器相互連，伺服驅(qū)動器與交流伺服電機(jī)相互連；
I/O模塊包括ESC控制模塊，ESC控制模塊至多與32路信號相連；
力覺模塊包括ESC力覺模塊、力覺控制器和力覺傳感器，ESC力覺模塊分別與力覺控制器和力覺傳感器相互連；
視覺模塊包括ESC視覺模塊、視覺控制器和視覺傳感器，ESC視覺模塊分別與視覺控制器和視覺傳感器相互連。
[0006]基于EtherCAT的智能工業(yè)機(jī)器人總線模塊的操作方法，按以下步驟進(jìn)行:
(1)、軟件與硬件的選擇:
一種在嵌入式微處理器ARM和嵌入式實(shí)時操作系統(tǒng)RT-Linux基礎(chǔ)之上的應(yīng)用實(shí)時工業(yè)以太網(wǎng)EtherCAT的機(jī)器人控制器，控制器采用嵌入式微處理器ARM作為硬件核心，在保證系統(tǒng)的可靠性和實(shí)用性的同時，降低了成本，方便使用；強(qiáng)實(shí)時性內(nèi)核RT-Linux提供實(shí)時操作系統(tǒng)支持，能實(shí)現(xiàn)多任務(wù)的優(yōu)先級調(diào)用；
(2)、嵌入式微處理器為EtherCAT主站:
嵌入式微處理器ARM作為EtherCAT主站，實(shí)現(xiàn)任務(wù)分配和運(yùn)動控制，DSP運(yùn)算部件實(shí)現(xiàn)軌跡插補(bǔ)運(yùn)算，示教盒起離線路徑規(guī)劃及示教作用； (3)、采用ESC實(shí)現(xiàn)EtherCAT從站控制:
EtherCAT從站由從站控制器ESC實(shí)現(xiàn)；
在ESC中共有3種PDI接口:SPI接口，I/O接口，微處理器接口 ；
ESC采用ASIC或FPGA實(shí)現(xiàn)的；
機(jī)器人運(yùn)動模塊、I/O模塊、力覺模塊、視覺模塊分別為EtherCAT從站；
(4)、機(jī)器人運(yùn)動模塊控制:
機(jī)器人運(yùn)動模塊的伺服驅(qū)動器是具備EtherCAT通信從站功能的，能快速實(shí)現(xiàn)信息的交換、傳輸；機(jī)器人運(yùn)動模塊通過ESC運(yùn)動模塊控制；
對每個伺服驅(qū)動器配置一個ESC運(yùn)動模塊控制；
(5)、I/O模塊控制:
直接由ESC控制模塊自身的I/O資源實(shí)現(xiàn)輸入輸出控制，一個I/O從站最多支持32路I/O信號；
(6)、視覺模塊控制:
視覺模塊智能相機(jī)識別物體信息，視覺模塊采用智能相機(jī)，一部智能相機(jī)能實(shí)現(xiàn)平面圖像的處理，兩部智能相機(jī)則可以實(shí)現(xiàn)三維圖像的處理；
智能相機(jī)的圖像信息可通過EtherCAT從站傳送到主站中進(jìn)行算法處理，實(shí)現(xiàn)空間三維物體的識別；
(7)、力覺模塊控制:
力覺模塊力傳感器感知末端受力，力覺模塊采用多維力傳感器，可感知各方向的力和力矩，通過EtherCAT總線及時將信息反饋到主控制器中，工業(yè)機(jī)器人及時作出反應(yīng)；
能實(shí)現(xiàn)可控碰撞力的末端運(yùn)動；
(8)、增添模塊:
EtherCAT網(wǎng)絡(luò)具有靈活的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，可根據(jù)實(shí)際需求添加其他感知模塊，實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人的更智能化。
[0007]智能傳感器的運(yùn)用，將大力推進(jìn)機(jī)器人智能化的發(fā)展，比如智能相機(jī)，更快速高效的檢測環(huán)境；多維度力傳感器，感知各方向力和力矩；距離傳感器等等。隨之而來的問題是，如何快速的將傳感信息傳輸至機(jī)器人控制柜，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人實(shí)時變化。使用EtherCAT的技術(shù)，這些將不再是難題。因此EtherCAT技術(shù)在現(xiàn)代機(jī)器人領(lǐng)域有相當(dāng)開闊的應(yīng)用前景。
[0008]整個機(jī)器人控制系統(tǒng)采用EtherCAT協(xié)議實(shí)現(xiàn)控制器與各模塊間的通訊。系統(tǒng)可以根據(jù)需求任意增減硬件模塊，可拓展多個控制器實(shí)現(xiàn)多機(jī)器人作業(yè)系統(tǒng)，添加更智能的傳感器，以及機(jī)器人外部軸等。
[0009]運(yùn)動模塊包括兩種方式，其中一種是伺服驅(qū)動器集成了 EtherCAT從站功能，另一種是從站由ESC+微處理器組成，實(shí)現(xiàn)與一般伺服驅(qū)動器數(shù)據(jù)交換。所述的交流伺服驅(qū)動器通過相對應(yīng)的從站接口與控制器連接通信。
[0010]力覺模塊和視覺模塊，感知機(jī)器人自身及周圍狀態(tài)的變化，通過EtherCAT及時將信息傳送至控制器中，控制器通過優(yōu)化算法實(shí)時控制各運(yùn)動關(guān)節(jié)變化。
[0011]有益效果:
1、主站控制器采用實(shí)時操作系統(tǒng)RT-Linux，極大的提高了系統(tǒng)響應(yīng)能力。
[0012]2、采用EtherCAT工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)，具備Processing on the fly、分布時鐘同步等技術(shù)，各關(guān)節(jié)同步性高，響應(yīng)速度快，實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人高速、準(zhǔn)確運(yùn)動。
[0013]3、EtherCAT現(xiàn)場總線傳輸速度高，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)靈活，使得感知模塊的添加更加容易，同時不擔(dān)心傳輸效率問題，從而使得機(jī)器人更智能，運(yùn)用領(lǐng)域更廣泛。
[0014]通過EtherCAT總線，能將外部感知信息及時傳送至主站中，控制器能快速對這些反饋數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，作出相應(yīng)的調(diào)整，機(jī)器人各關(guān)節(jié)能在第一時間對控制器發(fā)出的調(diào)整進(jìn)行運(yùn)動?？偟膩碚f，工業(yè)機(jī)器人能對外界的變化有更快的響應(yīng)，即更智能化，同時多種感知模塊的運(yùn)用拓寬了其工作領(lǐng)域。
[0015]本發(fā)明提供基于EtherCAT的智能工業(yè)機(jī)器人總線模塊及其操作方法，使工業(yè)機(jī)器人更加智能化，同時具備多種感知模塊的運(yùn)用。
【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面通過實(shí)施例，并結(jié)合附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步具體的說明。
[0018]實(shí)施例1:如圖1所示，一種基于EtherCAT的智能工業(yè)機(jī)器人總線模塊，包括EtherCAT總線1，EtherCAT總線I與嵌入式微處理器2相連接，嵌入式微處理器2中設(shè)有以太網(wǎng)控制器3，嵌入式微處理器2的兩端分別與DSP運(yùn)算部件4和示教盒5相互連；EtherCAT總線I分別與機(jī)器人運(yùn)動模塊6、I/O模塊7、力覺模塊8、視覺模塊9相互連；機(jī)器人運(yùn)動模塊6、I/O模塊7、力覺模塊8、視覺模塊9、EtherCAT總線I組成拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；
機(jī)器人運(yùn)動模塊包括至少一個ESC運(yùn)動模塊10、至少一個伺服驅(qū)動器11和至少一個交流伺服電機(jī)12，ESC運(yùn)動模塊10與伺服驅(qū)動器11相互連，伺服驅(qū)動器11與交流伺