一种基于机器人实时操作系统的EtherCATIgh主站运行方法技术方案

本发明专利技术涉及控制通信技术领域，具体为一种基于机器人实时操作系统的EtherCATIgh主站运行方法，包括步骤如下：在EtherCATIgh主站架构中的上层用户单元内，设计提供应用程序接口，实现请求主站及配置应用逻辑，同时在上层用户单元中完成运行循环代码和交换过程数据；在EtherCATIgh主站架构中的内核单元内，在机器人实时操作系统中适配EtherCATIgh主站，通过对其相应的网络驱动程序以及网络协议进行兼容性的修改优化；在EtherCATIgh主站架构中的下层硬件单元内，由内核单元中设计提供总线位置及相应的从站配置接口，通过绝对总线位置或通过保存的“别名”的标识符或两者的混合来对从站寻址。本发明专利技术解决了兼容性差、通信速率低等问题，减轻了操作系统的分担，提高了系统资源利用率。源利用率。源利用率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于机器人实时操作系统的EtherCAT Igh主站运行方法


[0001]本专利技术涉及控制通信
，具体为一种基于机器人实时操作系统的 EtherCAT Igh主站运行方法。

技术介绍

[0002]随着工业、人工智能技术的飞速发展，大量的传统制造行业逐渐向智能制 造方向转型。尤其是工业控制领域，国家对高新技术企业的大力发展和关注， 控制设备与被控设备之间的通信要求也是日渐提高。在通信方面，由于不同的 控制系统的发展和通信规范不尽相同，很难达到一致。如果将其应用于现代化 的工业机器人通信系统，满足不了高带宽、低延时和高同步的要求，且其成本 相对昂贵，功能单一兼容性差的传统现场总线严重约束其发展，对整个工业机 器人控制系统的性能影响严重。
[0003]在工业控制领域中，控制设备的稳定性，控制设备间的及时性在整个控制 系统中起着十分重要的作用。为实现控制系统的正常运行，控制设备和被控设 备之间的通信问题十分突出。然而实际情况下，通信时可能会因为硬件的时钟 不同步而造成时间抖动现象，外部环境的影响也会造成数据传输的丢失和延时， 在这种情况下控制系统的性能就会受到一定程度的影响。因此控制系统之间的 时钟精确同步问题在工业控制领域非常重要。科技发展过程中，符合工业控制 的通信协议层出不穷，如Modbus TCP/IP、ProfINet、Ethernet/IP等受到广泛 支持。其中，EtherCAT现场总线协议是德国倍福(Beckhoff)公司在2003年提 出的一种开放实时以太网协议。EtherCAT现场总线协议因其实时性高、确定性 高、响应速度快、同步性能高等特点，在工业控制领域得到广泛应用。
[0004]现代化工业机器人的发展主要集中在生产线制造，而工业机器人生产线制 造的发展主要集中在将人工智能、新能源、数字赋能、物联网等新型科技集成 方向。为了进一步提升近代工业领域水平，以及提高工业机器人的柔性化运动， 让以太网技术运用在自动化应用中，大量企业和科研人员对EtherCAT通信技术 进行了优化和改进。在这个数据爆炸的年代，当越来越多的传感器设备被安装 到实体工业机器人上时，工业的数据传输量会发生“指数式”的增长。面对数 据的急剧增长，EtherCAT通信协议的优化和改善是目前急需解决的问题，如何 提高通信过程中的实时性和同步性是目前工业控制领域的一个必然趋势。
[0005]现有技术主要是在Linux或者Windows操作系统下融合EtherCAT主站 通信协议模块，再通过EtherCAT协议与从站通信，进而控制工业机器人的运作， 如图1所示。该种方案中，在Linux系统上部署EtherCAT主站，实现与工业 机器人本体之间的数据传输，与此同时在Linux上编写相应的工业机器人算 法，实现对工业机器人的运动控制。该方法中实时、非实时任务都由Linux运 行相应的处理，实时性能较差，无法满足工业机器人高速响应的要求；所有任 务都在一个系统中，无法保证工业机器人运行的稳定性；同时，外部环境因素 的问题也会引起通信延时、数据丢失等问题，不利于工业机器人运动的发展。
[0006]申请号为CN202111534975.9“一种基于EtherCAT总线的机器人控制系统 及方法”，该专利提供一种基于EtherCAT总线的机器人控制系统及方法，采用 硬件EtherCAT主
站方案，保证通信总线的实时性和稳定性；该专利从硬件的角 度进行通信系统的实时性优化，依赖于外部硬件，不利于进一步的开发。
[0007]申请号为CN202210092816.6，名称为“一种Ethercat总线主站和从站实 时同步方法”，该专利提供一种Ethercat总线主站和从站实时同步方法，应用 于伺服系统，不利于其他场景的移植应用。
[0008]申请号为202010220622.0“一种基于非实时系统的Ethercat主站同步方 法”，该专利提供一种基于非实时系统的EtherCAT主站同步方法，该专利采用 非实时系统和普通网卡的软主站方式由于非实时系统的定时精度很差，通讯不 稳定性，容易产生各种连接或超时错误。

技术实现思路

[0009]为了解决上述技术问题，本专利技术提出了一种基于机器人实时操作系统的 EtherCAT Igh主站运行方法。
[0010]本专利技术所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现：
[0011]一种基于机器人实时操作系统的EtherCAT Igh主站运行方法，包括步骤如 下：
[0012]步骤(一)利用分层架构策略思想，搭建适用且兼容于机器人实时操作系 统的实时通信协议的EtherCAT Igh主站架构；
[0013]步骤(二)在EtherCAT Igh主站架构中的上层用户单元内，设计提供应用 程序接口，实现请求主站及配置应用逻辑，同时在上层用户单元中完成运行循 环代码和交换过程数据；
[0014]步骤(三)在EtherCAT Igh主站架构中的内核单元内，在机器人实时操作 系统中适配EtherCAT Igh主站，通过对其相应的网络驱动程序以及网络协议进 行兼容性的修改优化；
[0015]步骤(四)在EtherCAT Igh主站架构中的下层硬件单元内，由内核单元中 设计提供总线位置及相应的从站配置接口，通过绝对总线位置或通过保存的“别 名”的标识符或两者的混合来对从站寻址。
[0016]优选地，步骤(一)中的主站代码架构为二次开发优化的EtherCAT Igh主 站架构，利用Linux+Rtems双内核的思路，对实时、非实时任务进行拆分执行。
[0017]优选地，二次开发优化的EtherCAT Igh主站架构通过锁定信号量实现多个 EtherCAT Igh主站实例并行运行的逻辑，具体为：
[0018]预定主站的应用程序必须具有完全控制锁定机制；如果另一个EtherCAT Igh 主站实例想要访问主站，则必须通过由应用程序提供的回调请求总线访问；如 果应用程序认为该EtherCAT Igh主站实例在当时是不合适的，则可以拒绝对主 机的访问。
[0019]优选地，二次开发优化的EtherCAT Igh主站架构引入允许对具有不同从组 和任务周期的过程数据传输进行分组的域，自动计算每个域内的过程数据映射， FMMU和同步管理器配置；支持分布式时钟，通过应用程序接口配置从站的DC参 数，同时提供漂移补偿。
[0020]优选地，步骤(一)中的EtherCAT Igh主站架构包括上层用户单元、内核 单元、下层硬件单元、以太网控制器Intel网卡和Realtek网卡改进的本地 EtherCAT加速网络驱动接口。
[0021]优选地，所述上层用户单元用于为用户提供相应的应用程序接口；所述内 核单元主要完成EtherCAT Igh主站相应的核心功能；所述下层硬件单元主要实 现对从站部分的设置和维护功能。
[0022]优选地，步骤(三)中的内核单元集成了EtherCAT Igh主站的相应功能， 包括：
[0023]读本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于机器人实时操作系统的EtherCAT Igh主站运行方法，其特征在于：包括步骤如下：步骤(一)利用分层架构策略思想，搭建适用且兼容于机器人实时操作系统的实时通信协议的EtherCAT Igh主站架构；步骤(二)在EtherCAT Igh主站架构中的上层用户单元内，设计提供应用程序接口，实现请求主站及配置应用逻辑，同时在上层用户单元中完成运行循环代码和交换过程数据；步骤(三)在EtherCAT Igh主站架构中的内核单元内，在机器人实时操作系统中适配EtherCAT Igh主站，通过对其相应的网络驱动程序以及网络协议进行兼容性的修改优化；步骤(四)在EtherCAT Igh主站架构中的下层硬件单元内，由内核单元中设计提供总线位置及相应的从站配置接口，通过绝对总线位置或通过保存的“别名”的标识符或两者的混合来对从站寻址。2.根据权利要求1所述的一种基于机器人实时操作系统的EtherCAT Igh主站运行方法，其特征在于：步骤(一)中的主站代码架构为二次开发优化的EtherCAT Igh主站架构，利用Linux+Rtems双内核的思路，对实时、非实时任务进行拆分执行。3.根据权利要求2所述的一种基于机器人实时操作系统的EtherCAT Igh主站运行方法，其特征在于：二次开发优化的EtherCAT Igh主站架构通过锁定信号量实现多个EtherCAT Igh主站实例并行运行的逻辑，具体为：预定主站的应用程序必须具有完全控制锁定机制；如果另一个EtherCAT Igh主站实例想要访问主站，则必须通过由应用程序提供的回调请求总线访问；如果应用程序认为该实例在当时是不合适的，则可以拒绝对主机的访问。4.根据权利要求1所述的一种基于机器人实时操作系统的EtherCAT Igh主站运行方法，其特征在于：二次开发优化的EtherCAT Igh主站架...

【专利技术属性】
技术研发人员：李浩来，唐栋，许礼进，汪彦，顾立雯，张浩，尤成，
申请(专利权)人：上海埃奇机器人技术有限公司，
类型：发明
国别省市：