基于EtherCAT實(shí)時(shí)工業(yè)以太網(wǎng)的視覺機(jī)器人從站控制系統(tǒng)的研究.pdf

1、光電視覺機(jī)器人是機(jī)器人領(lǐng)域的一個(gè)重要分支,廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)和制造領(lǐng)域,其研究水平高低可以作為衡量國家工業(yè)自動化水平的重要標(biāo)準(zhǔn)。至今,ABB、KUKA、安川等國外研究團(tuán)隊(duì)技術(shù)較成熟。中國國內(nèi)機(jī)器人市場主要還是被國外所壟斷,一些機(jī)器人應(yīng)用場合大都進(jìn)口國外的整套機(jī)器,國外機(jī)器人控制精度和穩(wěn)定性比較高,但是成本非常高。光電視覺機(jī)器人的核心技術(shù)在于:快速精確識別物體,最優(yōu)運(yùn)動路徑規(guī)劃,實(shí)時(shí)高精度控制。目前,國內(nèi)的機(jī)器人大都是基于MCU(Micr

2、o Controller Unit)的無視覺識別的系統(tǒng),缺少視覺模塊在很大的程度上限制了機(jī)器人的使用場合,而且現(xiàn)有的成熟通信接口模塊如 CAN(Controller Area Network)總線、串口、USB(Universal Serial Bus)等在實(shí)時(shí)性能上的限制都不能滿足機(jī)器人的要求。
　　本文中所研究的光電視覺機(jī)器人采用PC作為控制系統(tǒng)的上位機(jī),負(fù)責(zé)發(fā)送運(yùn)動控制指令,顯示人機(jī)交互界面等。下位機(jī)采用高并行執(zhí)行能力的 F

3、PGA(Field-Programmable GateArray)執(zhí)行上位機(jī)指令,同時(shí)集成刷新周期小于100 us的EtherCAT實(shí)時(shí)以太網(wǎng)作為上、下位機(jī)的通信接口模塊。該下位機(jī)模式可以很大程度上提高控制精度,在數(shù)據(jù)傳輸實(shí)時(shí)性和執(zhí)行指令并行性得到保證的前提下,機(jī)械的位置刷新效率就更高,上位機(jī)對位置的規(guī)劃也就越精確。
　　本論文中設(shè)計(jì)并制作了FPGA核心板、EtherCAT實(shí)時(shí)通信模塊、伺服驅(qū)動接口、光電傳感器接口等硬件電路。同時(shí)

4、編寫下位機(jī)軟件代碼,主要分為兩個(gè)部分,且均是在FPGA上完成。FPGA分配一部分資源用來實(shí)現(xiàn)控制,在Quartus II編輯器中完成verilog硬件控制代碼,另外一部分資源用來構(gòu)建NIOS II軟核,NIOS II中實(shí)現(xiàn)EtherCAT實(shí)時(shí)以太網(wǎng)傳輸協(xié)議。在機(jī)器人系統(tǒng)中成功移植EtherCAT實(shí)時(shí)以太網(wǎng),這對機(jī)器人控制有著非常重要的意義,其大幅縮短了傳輸和反饋周期。
　　通過本文中設(shè)計(jì)的基于EtherCAT從站控制系統(tǒng)對機(jī)器人的