[发明专利]一种基于以太网的机械手运动控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及机械手运动控制领域，具体涉及一种机械手运动控制系统。

背景技术

目前，国内机械手行业发展迅速，随着生产力的发展和装备技术的进步，对机械手控制技术的要求越来越高，传统结构的机械手控制系统已不能满足对机械手实施高性能控制的要求。高性能的运动控制系统需实时的通过运动规划和插补，将理想的运动曲线转变为电机的运动。控制单元与伺服驱动单元之间需要传输大量的数据，但是目前的机械手控制系统大多采用串口、运动轴卡的方式来连接，这种连接方式存在传输距离有限、数据交换速率低、存在信息交换瓶颈等缺点，所以插补数据一般只能通过离线方式发送给运动控制器，大大影响了机械手控制系统精度和性能的提升。近年来，网络技术发展迅速，商用以太网以其高速度、低成本、技术成熟等特点也慢慢走向了运动控制领域，运动控制技术与网络技术的相结合代表着未来运动控制的发展方向。

发明内容

为了克服目前机械手控制系统的传输速率低，不能满足高速高精度运动控制的需求等问题，本发明提出了一种实时性良好、高性能高精度的基于以太网的机械手运动控制系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于以太网的机械手运动控制系统，包括基于工控机的上层模块和以ARM处理器为核心的下层运动控制器模块，所述上层模块与所述下层运动控制器模块之间通过以太网方式进行通信连接；

所述上层模块包括工控机，所述工控机用以完成人机交互、输入数据处理和与下位机通信，所述下层运动控制器模块负责与上位机进行通讯、进一步处理加工数据、伺进行服控制、I/O模块输入输出等；

所述下层运动控制器模块包括ARM处理器、以太网通信接口、I/O口、外部存储器、驱动模块和步进电机，所述ARM处理器与以太网通信接口、I/O口、外部存储器、驱动模块连接，所述以太网通信接口与所述以太网连接，所述驱动模块与电机连接。

进一步，所述工控机中，对输入的数据进行运动轨迹规划，将复杂的运动曲线分为直线段和曲线段，实现粗插补运算，并通过实时高速以太网将粗插补数据发送给层运动控制器模块，在所述ARM处理器中进行精插补运算，实现微小直线和圆弧的插补，然后输出数据到驱动模块，从而控制机械手运动。

再进一步，所述下层运动控制器模块还包括编码器输入接口和编码器模块，所述ARM处理器与编码器输入接口、编码器模块连接，所述编码器输入接口与所述编码器模块连接，所述电机与所述编码器模块连接。

更进一步，通过所述编码器模块，对机械手实际运动位置和速度进行采集，机械手的位置、速度信息通过以太网实时的传回工控机，实时调整控制参数，实现机械手闭环控制。

在ARM处理器上搭载嵌入式实时操作系统μC/OS-II，并通过在μC/OS-II上移植开源的TCP/IP协议栈LwIP来实现。

在以太网MAC层上增加一个用以按报文紧急程度建立调度表的实时调度层。

本发明的有益效果主要表现在：将系统插补需要的大量运算一部分交给了上位机处理，精插补和最终插补命令的执行交给底层ARM实现，充分利用实时以太网高速实时大容量的数据传输能力，将上层位计算机强大的处理能力和下层ARM微处理器精确的强实时控制能力相结合，大大提高了机械手运动控制系统的速度和精度。此外，本发明可以很好的实现远程控制，使工控机远离恶劣的工业生产环境，提高系统可靠性，为生产操作人员提供良好的工作环境。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图。

图2是本发明控制系统软件结构示意图。

图3是本发明两级插补原理框图。

图4是本发明以太网通信模型。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

参照图1～图4，一种基于以太网的机械手运动控制系统，包括基于工控机的上层模块和以ARM处理器为核心的下层运动控制器模块，所述上层模块与所述下层运动控制器模块之间通过以太网方式进行通信连接。

所述上层模块包括工控机，所述工控机用以完成人机交互、输入数据处理和与下位机通信，所述下层运动控制器模块负责与上位机进行通讯、进一步处理加工数据、伺进行服控制、I/O模块输入输出等；

所述下层运动控制器模块包括ARM处理器、以太网通信接口、I/O口、外部存储器、驱动模块和步进电机，所述ARM处理器与以太网通信接口、I/O口、外部存储器、驱动模块连接，所述以太网通信接口与所述以太网连接，所述驱动模块与电机连接。