基于ethercat的机器人控制总线方案研究new

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1、万方数据2013年4月计算机工程与设计Apr．2013第34卷第4期COM【PUTERENGINEERINGANDDESIGNV01．34No．4基于EtherCAT的机器人控制总线方案研究刘冬，闵华松，杨杰(武汉科技大学冶金自动化及检测技术教育部工程研究中心，湖北武汉430081)摘要：针对当前机器人网络化控制对通信带宽、响应速度、实时性等方面的更高要求，提出了基于Ethe疋AT的机器人控制总线解决方案。通过分析机器人控制的需求和Ethe庀AT的特点，采用线性拓扑结构来构建研究平台。从站采用sTM32和COMX模块设计伺服控制器；主站采用L

2、inux系统和RTAI模块构建支撑平台，并移植Ethe疋AT协议栈SO—EM，结合网络控制模型来实现机器人伺服节点的分布式控制。通过实验验证了方案的可行性，并分析了总线的延时组成。关键词：机器人；控制总线；实时以太网；嵌入式从站；数据周期中图法分类号：TP273文献标识号：A文章编号：1000一7024(2013)04—1238—06Researchofrobotcontr01busschemebasedonEtherCATLIUDong，MINHua—song，YANGJie(EngineeringResearchCenterofMetal

3、lurgicalAuto瑚tionandMeasurementTechnologyofMiniStryofEducation，WuhanUniversityofScienceandTechnology，Wuhan430081，China)AbstI‘act：Inviewofthehigherdemandofcommunicationbandwidth，responsespeed，realtimeandotheraspectsincurrentro—botnet、vorkcontr01，arobotcontrolbuss01utionbased

4、onEtherCATisproposed．Intheanalysisoftherobotcontr01require—mentsandthecharacteristicsofEtherCAT，aresearchplatfo咖isbu订tusingalineartopologicalstructure．IntheslaveSTM32andC()MXmoduleareusedtodesignservocontroller，whileinthemasterLinuxsystemandRTAImoduletoareusedconstructsuppo

5、rtingplatf6nn，andEtherCATprotocolstackSOEMistranspIanted，thencombinedwiththenetworkcontrolnlodeI，thedistributedcontroloftherobotseⅣonodesisrealized．Throughtheexperimentthefeasibilityofthissystemisverified，andthecompositionofbusdelayisanalyzed．1(eywords：robot；controlbus；real

6、一timeethemet；embeddedslave；datacycleO引言机器人控制系统是机器人信息处理和控制的主体，随着复杂机器人、模块化机器人、多机器人系统的出现，机器人控制系统的体系结构出现了新的发展方向，对控制系统的网络化、通信带宽、响应速度、实时性方面提出了更高要求[】]。传统的机器人控制系统(集中控制方式、主从控制方式、串行总线控制方式)显然无法满足这些需求，尤其是在控制多个轴，多个关节运动时，实时性与协调性的问题显得尤为突出。这就需要针对复杂机器人系统设计一种高带宽、高实时性的伺服通信总线来解决此问题[2]。随着计算机、通信

7、及控制技术的不断发展，控制设备逐渐形成以网络的形式来连接的趋势，其具备的通信功能可以实现远距离的调速和参数的设定等。在机器人控制系统中采用实时以太网架构，利用嵌入式系统的软硬件技术设计复杂机器人的伺服通信总线，具有很强的可行性和很高的研究价值。目前国际上有多种实时以太网，Ethe疋AT是德国Beckhoff公司提出的一种实时以太网的解决方案，它采用主从站构建模式，主站使用常规的以太网卡，从站使用专用的从站控制器芯片。Ethe疋AT在拓扑结构、时钟同步、数据传输速度和构建成本方面有很大的优势[3]，同时它支持线性节点和冗余电缆。综合比较各种实时

8、以太网的特点及性能，根据机器人伺服通信的需求，本课题选择了Eth—e疋AT协议为基础来构建机器人的伺服通信系统，并给出了从站的硬件结构，和主站的设计方案。收稿日期：