CN111015663A - 一种基于powerlink的工业机器人运动控制*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于POWERLINK的工业机器人运动控制***，包括硬件层，所述硬件层包括CAN控制器和以太网控制器，所述硬件层连接端设有软件层，所述软件层包括驱动层、传输层和应用层，所述驱动层连接端设有传输层，所述传输层连接端设有应用层，所述驱动层包括CAN驱动程序和以太网驱动程序，所述传输层包括CANopen传输层和POWERLINK传输层。本发明通过设有POWERLINK驱动程序，将以太网控制器发出信号由POWERLINK驱动程序通过POWERLINK传输层，实现了以太网介质上用于解决工业控制及数据采集领域数据传输的实时性，传输速度快且稳定，而应用层则保留了原有的SDO和PDO对象字典的结构，POWERLINK无需做较多的改动即可实现，具有开放性的接口，达到保护原有投资的利益。
Description
技术领域
本发明涉及控制***领域，特别涉及一种基于POWERLINK的工业机器人运动控制***。
背景技术
以太网中存在的用于解决数据碰撞的机制带来了数据传输的延迟，为了达到实时性能，工业以太网协议采用了不同的方法去避免这种碰撞，对于硬实时，信号传输时间必须精确的按照时间帧来进行，或者他们可以触发一个错误机制。循环时间在数百个毫秒的***应用对于软件实时是足够的，例如温度控制，而对于数字控制或运动控制应用经常需要其循环周期小于1ms，其中一个关键的区别在于不同的工业以太网如何调度并管理数据传输使得网络可以提供实时性，因此，发明一种基于POWERLINK的工业机器人运动控制***来解决上述问题很有必要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于POWERLINK的工业机器人运动控制***，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于POWERLINK的工业机器人运动控制***，包括硬件层，所述硬件层包括CAN控制器和以太网控制器，所述硬件层连接端设有软件层，所述软件层包括驱动层、传输层和应用层，所述驱动层连接端设有传输层，所述传输层连接端设有应用层，所述驱动层包括CAN驱动程序和以太网驱动程序，所述传输层包括CANopen传输层和POWERLINK传输层，所述应用层包括SDO和PDO，所述软件层连接端设有设备层，所述设备层包括I/O、编码器和驱动器，所述设备层连接端设有工业机器人。
优选的，所述CAN控制器硬件采用ARM MCU+FPGA，FPGA负责硬实时的实时通信和网络同步，通信周期为微秒级，抖动为纳秒级，ARM MCU设置为双核1Ghz的A9处理器，负责控制，具备PLC功能，运动控制功能，机器人控制功能。
优选的，所述以太网控制器设置为千兆以太网，集成以太网通信协议TCP/IP，集成运动控制算法和机器人算法，支持多主站冗余，环网冗余，双网冗余。
优选的，所述以太网驱动程序与传输层之间设有POWERLINK驱动程序和UDP/IP，所述POWERLINK驱动程序与以太网驱动程序电性连接，POWERLINK实时以太网，最短通信周期为50us。
优选的，所述软件层开发环境设置为Eclipse和openPCS.Eclipse，支持C/C++语言的开发，openPCS支持FBD，IL，LD，SFC，ST以及CFC语言的开发，Eclipse和openPCS两个开发环境可以分别单独使用，也可以一起并行工作，两个开发环境开发出的应用程序可以通过共享内存进行通信。
优选的，所述设备层支持多种工业机器人机械结构，可用于各种领域，如搬运、焊接、喷涂和码垛，它是一个跨平台的机器人控制软件，可以运行于多种的硬件平台，以及多种不同的软件平台，如Linux、VxWorks和FreeRTOS。
优选的，所述工业机器人包括轴直角坐标机械手、轴SCARA机械手、轴Delta机械手和轴串联机械手。
本发明的技术效果和优点：通过设有POWERLINK驱动程序，将以太网控制器发出信号由POWERLINK驱动程序通过POWERLINK传输层，实现了以太网介质上用于解决工业控制及数据采集领域数据传输的实时性，传输速度快且稳定，而应用层则保留了原有的SDO和PDO对象字典的结构，POWERLINK无需做较多的改动即可实现，具有开放性的接口，达到保护原有投资的利益，POWERLINK状态包括启动、运行、停止、等待多个状态，SDO和PDO分别作为网络配置与实时数据的接口，由应用软件提供与之匹配的数据接口，并且POWERLINK适用于PLC，传感器，I/O、运动控制、安全控制、安全传感器、执行机构以及HMI***，适应于市场的需求和推广。
附图说明
图1为本发明的原理图；
图中：1硬件层、11 CAN控制器、12以太网控制器、2软件层、21 POWERLINK驱动程序、22 UDP/IP、3驱动层、31 CAN驱动程序、32以太网驱动程序、4传输层、41 CANopen传输层、42 POWERLINK传输层、5应用层、51 SDO、52 PDO、6设备层、61 I/O、62编码器、63驱动器、7工业机器人。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了如图1所示的一种基于POWERLINK的工业机器人运动控制***，包括硬件层1，所述硬件层1包括CAN控制器11和以太网控制器12，所述硬件层1连接端设有软件层2，所述软件层2包括驱动层3、传输层4和应用层5，所述驱动层3连接端设有传输层4，所述传输层4连接端设有应用层5，所述驱动层3包括CAN驱动程序31和以太网驱动程序32，所述传输层4包括CANopen传输层41和POWERLINK传输层42，所述应用层5包括SDO51和PDO52，所述软件层2连接端设有设备层6，所述设备层6包括I/O61、编码器62和驱动器63，所述设备层6连接端设有工业机器人7。
所述CAN控制器11硬件采用ARM MCU+FPGA，FPGA负责硬实时的实时通信和网络同步，通信周期为微秒级，抖动为纳秒级，ARM MCU设置为双核1Ghz的A9处理器，负责控制，具备PLC功能，运动控制功能，机器人控制功能。
所述以太网控制器12设置为千兆以太网，集成以太网通信协议TCP/IP，集成运动控制算法和机器人算法，支持多主站冗余，环网冗余，双网冗余，集成运动控制算法和机器人算法，用于过程控制、机器控制和机器人控制。
所述以太网驱动程序32与传输层4之间设有POWERLINK驱动程序21和UDP/IP22，所述POWERLINK驱动程序21与以太网驱动程序32电性连接，POWERLINK实时以太网，最短通信周期为50us。
所述软件层2开发环境设置为Eclipse和openPCS.Eclipse，支持C/C++语言的开发，openPCS支持FBD，IL，LD，SFC，ST以及CFC语言的开发，Eclipse和openPCS两个开发环境可以分别单独使用，也可以一起并行工作，两个开发环境开发出的应用程序可以通过共享内存进行通信，可以实现多任务并发执行、功能块自由改变执行顺序，以及支持多CPU多线程执行。
所述设备层6支持多种工业机器人机械结构，可用于各种领域，如搬运、焊接、喷涂和码垛，它是一个跨平台的机器人控制软件，可以运行于多种的硬件平台，以及多种不同的软件平台，如Linux、VxWorks和FreeRTOS，支持多种不同控制方式，如脉冲控制方式，模拟量控制方式，支持传送带同步，通信控制方式，同时控制多个机器人***工作，可控制各种执行单元，具备CNC功能。
所述工业机器人7包括轴直角坐标机械手、轴SCARA机械手、轴Delta机械手和轴串联机械手，可用于各种领域，如搬运，焊接，喷涂，码垛等。
本发明工作原理：建设软件层2时，软件层2开发环境为Eclipse和openPCS.Eclipse，两个开发环境开发出的应用程序可以通过共享内存进行通信，可以实现多任务并发执行、功能块自由改变执行顺序，以及支持多CPU多线程执行，将软件层2通过信号传输线缆分别与硬件层1和设备层6连通后，设备层6连通所需控制的工业机器人7，工业机器人7包括轴直角坐标机械手、轴SCARA机械手、轴Delta机械手和轴串联机械手，可用于各种领域，如搬运，焊接，喷涂，码垛等，工作人员通过操作CAN控制器发出控制信号，由以太网控制器12传输至软件层，CAN驱动程序31和以太网驱动程序32将控制信号传输至传输层4，POWERLINK驱动程序21将以太网控制器12发出信号由POWERLINK驱动程序22通过POWERLINK传输层42，实现了以太网介质上用于解决工业控制及数据采集领域数据传输的实时性，传输速度快且稳定，而应用层则保留了原有的SDO 51和PDO 52对象字典的结构，POWERLINK无需做较多的改动即可实现，具有开放性的接口，达到保护原有投资的利益，POWERLINK状态包括启动、运行、停止、等待多个状态，SDO 51和PDO 52分别作为网络配置与实时数据的接口，由应用软件提供与之匹配的数据接口，并且POWERLINK适用于PLC，传感器，I/O、运动控制、安全控制、安全传感器、执行机构以及HMI***，设备层6可以运行于多种的硬件平台，以及多种不同的软件平台，如Linux，VxWorks，FreeRTOS等，支持多种不同控制方式，如脉冲控制方式，模拟量控制方式，支持传送带同步，通信控制方式，同时控制多个机器人***工作，可控制各种执行单元，具备CNC功能，实现了控制工业机器人7进行不同的工作，适应于市场的需求和推广。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种一种基于POWERLINK的工业机器人运动控制***，包括硬件层(1)，其特征在于：所述硬件层(1)包括CAN控制器(11)和以太网控制器(12)，所述硬件层(1)连接端设有软件层(2)，所述软件层(2)包括驱动层(3)、传输层(4)和应用层(5)，所述驱动层(3)连接端设有传输层(4)，所述传输层(4)连接端设有应用层(5)，所述驱动层(3)包括CAN驱动程序(31)和以太网驱动程序(32)，所述传输层(4)包括CANopen传输层(41)和POWERLINK传输层(42)，所述应用层(5)包括SDO(51)和PDO(52)，所述软件层(2)连接端设有设备层(6)，所述设备层(6)包括I/O(61)、编码器(62)和驱动器(63)，所述设备层(6)连接端设有工业机器人(7)。
2.根据权利要求1所述的一种基于POWERLINK的工业机器人运动控制***，其特征在于：所述CAN控制器(11)硬件采用ARM MCU+FPGA，FPGA负责硬实时的实时通信和网络同步，通信周期为微秒级，抖动为纳秒级，ARM MCU设置为双核1Ghz的A9处理器，负责控制，具备PLC功能，运动控制功能，机器人控制功能。
3.根据权利要求1所述的一种基于POWERLINK的工业机器人运动控制***，其特征在于：所述以太网控制器(12)设置为千兆以太网，集成以太网通信协议TCP/IP，集成运动控制算法和机器人算法，支持多主站冗余，环网冗余，双网冗余。
4.根据权利要求1所述的一种基于POWERLINK的工业机器人运动控制***，其特征在于：所述以太网驱动程序(32)与传输层(4)之间设有POWERLINK驱动程序(21)和UDP/IP(22)，所述POWERLINK驱动程序(21)与以太网驱动程序(32)电性连接，POWERLINK实时以太网，最短通信周期为50us。
5.根据权利要求1所述的一种基于POWERLINK的工业机器人运动控制***，其特征在于：所述软件层(2)开发环境设置为Eclipse和openPCS.Eclipse，支持C/C++语言的开发，openPCS支持FBD，IL，LD，SFC，ST以及CFC语言的开发，Eclipse和openPCS两个开发环境可以分别单独使用，也可以一起并行工作，两个开发环境开发出的应用程序可以通过共享内存进行通信。
6.根据权利要求1所述的一种基于POWERLINK的工业机器人运动控制***，其特征在于：所述设备层(6)支持多种工业机器人机械结构，可用于各种领域，如搬运、焊接、喷涂和码垛，它是一个跨平台的机器人控制软件，可以运行于多种的硬件平台，以及多种不同的软件平台，如Linux、VxWorks和FreeRTOS。
7.根据权利要求1所述的一种基于POWERLINK的工业机器人运动控制***，其特征在于：所述工业机器人(7)包括轴直角坐标机械手、轴SCARA机械手、轴Delta机械手和轴串联机械手。
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