基于EtherCAT总线的工业机器人运动控制系统技术方案

公开了一种基于EtherCAT总线的工业机器人运动控制系统。本实用新型专利技术通过采用EtherCAT总线进行数据同步传输，无需额外的运动控制卡，简化了系统硬件设计；通过在第一缓冲子单元未接收第一编码器数据时将第二缓冲子单元最后一次接收到的编码器数据作为第一编码器数据发送至数据处理单元，能够提高工业机器人运动的连续性；通过比较数据处理周期和数据通信周期、且当寄存器数值大于预设的阈值次数时，延长数据通信周期，能够提高机器人运动过程中数据传输的有效性。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及工业机器人的多轴运动控制
，具体涉及一种基于EtherCAT总线的工业机器人运动控制方法和系统。
技术介绍
以下对本技术的相关技术背景进行说明，但这些说明并不一定构成本技术的现有技术。目前，工业机器人的多轴运动控制方法多采用“计算机+运动控制卡”的架构。计算机进行工业机器人运动学算法运算，运动控制卡解算工业机器人的各轴数据，通过硬件定时方式同时发送给工业机器人各伺服轴，控制工业机器人各轴同时运动。这种控制方式需要增加额外的运动控制卡，而且不易于进行系统扩展。
技术实现思路
本技术的目的在于提出一种基于EtherCAT总线的工业机器人运动控制方法和系统，工业机器人各轴运动的同步性和连续性好，系统硬件设计简单、可扩展性好。根据本技术的一个方面，提供了一种基于EtherCAT总线的工业机器人运动控制方法，包括：S1、判断接收缓冲单元的第一缓冲子单元是否接收到驱动器通过EtherCAT总线发送的工业机器人各轴在当前位置的第一编码器数据；若第一缓冲子单元接收到第一编码器数据，则将第一编码器数发送至EtherCAT总站的数据处理单元；若第一缓冲子单元未接收第一编码器数据，则将接收缓冲单元的第二缓冲子单元最后一次接收到的编码器数据作为第一编码器数据发送至所述数据处理单元；记录当前时刻t1；S2、根据用户指令确定运动学算法，基于第一编码器数据和所述运动学算法确定工业机器人各轴在下一个运动位置的第二编码器数据；S3、通过EtherCAT总线将第二编码器数据发送至第二缓冲子单元和发送缓冲单元，并将发送缓冲单元中的第二编码器数据发送至驱动器；记录当前时刻t2；S4、若数据处理周期T1大于数据通信周期T2，将寄存器数值增加1；当寄存器数值大于预设的阈值次数时，延长数据通信周期T2；其中，所述数据处理周期T1是指从数据处理单元接收第一编码器数据开始到将发送缓冲单元中的第二编码器数据发送至驱动器为止的时间，T1＝t2-t1；所述数据通信周期T2是指驱动器通过EtherCAT总线发送第一编码器数据的时间间隔。优选地，将第二编码器数据发送至第二缓冲子单元时，以第二编码器数据覆盖第二缓冲子单元中的数据。优选地，步骤S4包括：若T1＞T2，将寄存器数值增加1，并获取数据处理周期T1与数据通信周期T2的周期差；根据所述寄存器数值以及每次增加寄存器数值时获取的所述周期差的标准差查询预设的第一映射关系，确定数据通信周期的延长量；根据所述数据通信周期的延长量，延长数据通信周期T2。优选地，根据本技术的工业机器人运动控制方法进一步包括：当EtherCAT数据帧检测到有外部伺服轴或IO模块接入EtherCAT网络时，重新配置EtherCAT网络的协议栈。优选地，步骤S2包括：若所述用户指令为直线运动或圆弧运动，将所述运动学算法确定为机器人笛卡尔空间运动学算法；根据工业机器人各轴的减速比，将第一编码器数据转化为当前位置的关节空间角度；进行工业机器人正解运算，将所述当前位置的关节空间角度转化为当前位置的笛卡尔空间点坐标；根据工业机器人的运动参数判断工业机器人处于加速度段、匀速段还是减速段，通过插补运算确定下一个运动位置的空间点坐标；进行工业机器人逆解运算，将下一个运动位置的空间点坐标转化成下一个运动位置的关节空间角度；根据工业机器人各轴的减速比，将下一个运动位置的关节空间角度转化为第二编码器数据。优选地，步骤S2包括：若所述用户指令为点到点运动，将所述运动学算法确定为机器人关节空间运动学算法；根据工业机器人各轴的减速比，将第一编码器数据转化为当前位置的关节空间角度；根据工业机器人的运动参数判断判断工业机器人处于加速度段、匀速段还是减速段，通过插补运算确定下一个运动位置的的关节空间角度；根据工业机器人各轴的减速比，将下一个运动位置的关节空间角度转化为第二编码器数据。根据本技术的另一个方面，提供了一种基于EtherCAT总线的工业机器人运动控制系统，包括：控制单元、接收缓冲单元、数据处理单元、发送缓冲单元、寄存器单元、数据通信调整单元和数据存储单元；其中，接收缓冲单元包括：第一接收缓冲子单元和第二接收缓冲子单元；第一接收缓冲子单元用于接收和存储驱动器通过EtherCAT总线发送的工业机器人各轴在当前位置的第一编码器数据；第二接收缓冲子单元用于接收和存储数据处理单元通过EtherCAT总线发送的第二编码器数据；数据处理单元用于判断第一缓冲子单元是否接收到驱动器发送的第一编码器数据：若第一缓冲子单元接收到第一编码器数据，则通过EtherCAT总线从第一缓冲子单元获取第一编码器数，若第一缓冲子单元未接收第一编码器数据，则以第二缓冲子单元最后一次接收到的编码器数据作为第一编码器数据、并通过EtherCAT总线获取第一编码器数据；数据处理单元还用于根据用户指令确定运动学算法，基于第一编码器数据和所述运动学算法确定工业机器人各轴在下一个运动位置的第二编码器数据，通过EtherCAT总线将第二编码器数据发送至第二缓冲子单元和发送缓冲单元，并将发送缓冲单元中的第二编码器数据发送至驱动器；数据通信调整单元包括：计时器和寄存器；计时器用于记录数据处理单元接收第一编码器数据的时刻t1、将发送缓冲单元中的第二编码器数据发送至驱动器的时刻t2；控制单元用于判断数据处理周期T1是否大于数据通信周期T2：若T1＞T2，将寄存器数值增加1，当寄存器数值大于预设的阈值次数时，延长数据通信周期T2；其中，所述数据处理周期T1是指从数据处理单元接收第一编码器数据开始到将发送缓冲单元中的第二编码器数据发送至驱动器为止的时间，T1＝t2-t1；所述数据通信周期T2是指驱动器通过EtherCAT总线发送第一编码器数据的时间间隔；数据存储单元中存储EtherCAT网络的协议栈，所述EtherCAT网络的协议栈包括数据通信周期T2。优选地，将第二编码器数据发送至第二缓冲子单元时，以第二编码器数据覆盖第二缓冲子单元中的数据。优选地，所述控制单元还用于：若T1＞T2，获取数据处理周期T1与数据通信周期T2的周期差；确定每次增加寄存器数值时获取的所述周期差的标准差；根据所述寄存器数值以及所述周期差的标准差查询预设的第一映射关系，确定数据通信周期的延长量；根据本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于EtherCAT总线的工业机器人运动控制系统，其特征在于包括：控制单元、接收缓冲单元、数据处理单元、发送缓冲单元、寄存器单元、数据通信调整单元和数据存储单元；其中，接收缓冲单元包括：第一接收缓冲子单元和第二接收缓冲子单元；第一接收缓冲子单元用于接收和存储驱动器通过EtherCAT总线发送的工业机器人各轴在当前位置的第一编码器数据；第二接收缓冲子单元用于接收和存储数据处理单元通过EtherCAT总线发送的第二编码器数据；数据处理单元用于判断第一缓冲子单元是否接收到驱动器发送的第一编码器数据：若第一缓冲子单元接收到第一编码器数据，则通过EtherCAT总线从第一缓冲子单元获取第一编码器数，若第一缓冲子单元未接收第一编码器数据，则以第二缓冲子单元最后一次接收到的编码器数据作为第一编码器数据、并通过EtherCAT总线获取第一编码器数据；数据处理单元还用于根据用户指令确定运动学算法，基于第一编码器数据和所述运动学算法确定工业机器人各轴在下一个运动位置的第二编码器数据，通过EtherCAT总线将第二编码器数据发送至第二缓冲子单元和发送缓冲单元，并将发送缓冲单元中的第二编码器数据发送至驱动器；数据通信调整单元包括：计时器和寄存器；计时器用于记录数据处理单元接收第一编码器数据的时刻t1、将发送缓冲单元中的第二编码器数据发送至驱动器的时刻t2；控制单元用于判断数据处理周期T1是否大于数据通信周期T2：若T1＞T2，将寄存器数值增加1，当寄存器数值大于预设的阈值次数时，延长数据通信周期T2；其中，所述数据处理周期T1是指从数据处理单元接收第一编码器数据开始到将发送缓冲单元中的第二编码器数据发送至驱动器为止的时间，T1＝t2‑t1；所述数据通信周期T2是指驱动器通过EtherCAT总线发送第一编码器数据的时间间隔；数据存储单元中存储EtherCAT网络的协议栈，所述EtherCAT网络的协议栈包括数据通信周期T2。...

【技术特征摘要】
1.一种基于EtherCAT总线的工业机器人运动控制系统，其特征在于
包括：控制单元、接收缓冲单元、数据处理单元、发送缓冲单元、寄存器
单元、数据通信调整单元和数据存储单元；其中，
接收缓冲单元包括：第一接收缓冲子单元和第二接收缓冲子单元；第
一接收缓冲子单元用于接收和存储驱动器通过EtherCAT总线发送的工业
机器人各轴在当前位置的第一编码器数据；第二接收缓冲子单元用于接收
和存储数据处理单元通过EtherCAT总线发送的第二编码器数据；
数据处理单元用于判断第一缓冲子单元是否接收到驱动器发送的第
一编码器数据：若第一缓冲子单元接收到第一编码器数据，则通过
EtherCAT总线从第一缓冲子单元获取第一编码器数，若第一缓冲子单元
未接收第一编码器数据，则以第二缓冲子单元最后一次接收到的编码器数
据作为第一编码器数据、并通过EtherCAT总线获取第一编码器数据；数
据处理单元还用于根据用户指令确定运动学算法，基于第一编码器数据和
所述运动学算法确定工业机器人各轴在下一个运动位置的第二编码器数
据，通过EtherCAT总线将第二编码器数据发送至第二缓冲子单元和发送
缓冲单元，并将发送缓冲单元中的第二编码器数据发送至驱动器；
数据通信调整单元包括：计时器和寄存器；计时器用于记录数据处理
单元接收第一编码器数据的时刻t1、将发送缓冲单元中的第二编码器数据
发送至驱动器的时刻t2；
控制单元用于判断数据处理周期T1是否...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈卫彬，李帅，邹金欣，花磊，曹为理，孙宏伟，李景银，张允志，
申请(专利权)人：中国船舶重工集团公司第七一六研究所，江苏杰瑞科技集团有限责任公司，
类型：新型
国别省市：江苏;32