CN104552311A - 基于EtherCAT的智能工业机器人总线模块及其操作方法 - Google Patents
基于EtherCAT的智能工业机器人总线模块及其操作方法 Download PDFInfo
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Abstract
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。EtherCAT总线与嵌入式微处理器相连接,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;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。按以下步骤进行:软件与硬件的选择→嵌入式微处理器为EtherCAT主站→采用ESC实现EtherCAT从站控制→机器人运动模块控制→I/O模块控制→视觉模块控制→力觉模块控制→增添模块。基于EtherCAT的智能工业机器人总线模块及其操作方法,使工业机器人更加智能化。
Description
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***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***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***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。
智能传感器的运用,将大力推进机器人智能化的发展,比如智能相机,更快速高效的检测环境;多维度力传感器,感知各方向力和力矩;距离传感器等等。随之而来的问题是,如何快速的将传感信息传输至机器人控制柜,实现机器人实时变化。使用EtherCAT的技术,这些将不再是难题。因此EtherCAT技术在现代机器人领域有相当开阔的应用前景。
整个机器人控制***采用EtherCAT协议实现控制器与各模块间的通讯。***可以根据需求任意增减硬件模块,可拓展多个控制器实现多机器人作业***,添加更智能的传感器,以及机器人外部轴等。
运动模块包括两种方式,其中一种是伺服驱动器集成了EtherCAT从站功能,另一种是从站由ESC+微处理器组成,实现与一般伺服驱动器数据交换。所述的交流伺服驱动器通过相对应的从站接口与控制器连接通信。
力觉模块和视觉模块,感知机器人自身及周围状态的变化,通过EtherCAT及时将信息传送至控制器中,控制器通过优化算法实时控制各运动关节变化。
有益效果:
1、主站控制器采用实时操作***RT-Linux,极大的提高了***响应能力。
2、采用EtherCAT工业以太网技术,具备Processing on the fly、分布时钟同步等技术,各关节同步性高,响应速度快,实现工业机器人高速、准确运动。
3、EtherCAT现场总线传输速度高,拓扑结构灵活,使得感知模块的添加更加容易,同时不担心传输效率问题,从而使得机器人更智能,运用领域更广泛。
通过EtherCAT总线,能将外部感知信息及时传送至主站中,控制器能快速对这些反馈数据进行处理,作出相应的调整,机器人各关节能在第一时间对控制器发出的调整进行运动。总的来说,工业机器人能对外界的变化有更快的响应,即更智能化,同时多种感知模块的运用拓宽了其工作领域。
本发明提供基于EtherCAT的智能工业机器人总线模块及其操作方法,使工业机器人更加智能化,同时具备多种感知模块的运用。
附图说明
图1是本发明的***结构示意图。
具体实施方式
下面通过实施例,并结合附图,对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例1:如图1所示,一种基于EtherCAT的智能工业机器人总线模块,包括EtherCAT总线1,EtherCAT总线1与嵌入式微处理器2相连接,嵌入式微处理器2中设有以太网控制器3,嵌入式微处理器2的两端分别与DSP运算部件4和示教盒5相互连;EtherCAT总线1分别与机器人运动模块6、I/O模块7、力觉模块8、视觉模块9相互连;机器人运动模块6、I/O模块7、力觉模块8、视觉模块9、EtherCAT总线1组成拓扑结构;
机器人运动模块包括至少一个ESC运动模块10、至少一个伺服驱动器11和至少一个交流伺服电机12,ESC运动模块10与伺服驱动器11相互连,伺服驱动器11与交流伺服电机12相互连;
I/O模块包括ESC控制模块13,ESC控制模块13至多与32路信号相连;
力觉模块包括ESC力觉模块14、力觉控制器15和力觉传感器16,ESC力觉模块14分别与力觉控制器15和力觉传感器16相互连;
视觉模块包括ESC视觉模块17、视觉控制器18和视觉传感器19,ESC视觉模块17分别与视觉控制器18和视觉传感器19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***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***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***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。
Claims (2)
1.一种基于EtherCAT的智能工业机器人总线模块,其特征在于:包括EtherCAT总线(1),EtherCAT总线(1)与嵌入式微处理器(2)相连接,嵌入式微处理器(2)中设有以太网控制器(3),嵌入式微处理器(2)的两端分别与DSP运算部件(4)和示教盒(5)相互连;EtherCAT总线(1)分别与机器人运动模块(6)、I/O模块(7)、力觉模块(8)、视觉模块(9)相互连;机器人运动模块(6)、I/O模块(7)、力觉模块(8)、视觉模块(9)、EtherCAT总线(1)组成拓扑结构;
机器人运动模块包括至少一个ESC运动模块(10)、至少一个伺服驱动器(11)和至少一个交流伺服电机(12),ESC运动模块(10)与伺服驱动器(11)相互连,伺服驱动器(11)与交流伺服电机(12)相互连;
I/O模块包括ESC控制模块(13),ESC控制模块(13)至多与32路信号相连;
力觉模块包括ESC力觉模块(14)、力觉控制器(15)和力觉传感器(16),ESC力觉模块(14)分别与力觉控制器(15)和力觉传感器(16)相互连;
视觉模块包括ESC视觉模块(17)、视觉控制器(18)和视觉传感器(19),ESC视觉模块(17)分别与视觉控制器(18)和视觉传感器(19)相互连。
2.根据权利要求1所述的基于EtherCAT的智能工业机器人总线模块的操作方法,其特征在于按以下步骤进行:
(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***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***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***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。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |