[发明专利]一种基于EtherCAT总线的8轴机器人控制系统

权利要求书

1.一种基于EtherCAT总线的8轴机器人控制系统，其特征在于：包括PC机Linux主站、6轴机械臂控制卡、2轴运动平台控制卡、机器人示教盒、EtherCAT从站控制器，所述6轴机械臂控制卡、2轴运动平台控制卡、机器人示教盒分别通过EtherCAT从站控制器与PC机Linux主站相连；

所述PC机Linux主站包括LinuxCNC以及与LinuxCNC相连的以太网卡，其基于带通用网卡的硬件平台，用于处理机器人数据并将相关控制指令发送给EtherCAT主站协议栈，该协议栈按通信协议编码成报文后通过以太网卡发出；LinuxCNC开源运动控制软件用于机器人的算法计算和轨迹规划，并实时以3维模型反映当前机器人的动作姿态；

所述EtherCAT从站控制器包括EtherCAT从站控制器Ⅰ、EtherCAT从站控制器Ⅱ、EtherCAT从站控制器Ⅲ，其中EtherCAT从站控制器Ⅰ分别与PC机Linux主站、6轴机械臂控制卡、EtherCAT从站控制器Ⅱ连接，EtherCAT从站控制器Ⅱ分别与2轴运动平台控制卡、EtherCAT从站控制器Ⅰ、EtherCAT从站控制器Ⅲ连接，EtherCAT从站控制器Ⅲ分别与EtherCAT从站控制器Ⅱ、机器人示教盒连接；

所述6轴机械臂控制卡用于控制机械臂动作，包括CPU处理器Ⅰ，以及分别与CPU处理器Ⅰ相连的数字/模拟接口Ⅰ、ABCDEF对应的6轴伺服接口，CPU处理器Ⅰ通过PDI接口与EtherCAT从站控制器Ⅰ相连通信；

所述ABCDEF对应的6轴伺服接口由电平转换电路组成，将CPU处理器Ⅰ的信号转换成电机伺服器能接收的信号并将信号输出到伺服器，同时将伺服器返回的脉冲转换成CPU处理器Ⅰ能接收的电平送到CPU处理器Ⅰ；

所述2轴运动平台控制卡用于控制机械臂的运动平台，使机械臂能在设定范围内移动，其包括CPU处理器Ⅱ，以及分别与CPU处理器Ⅱ相连的数字/模拟接口Ⅱ、XY对应的2轴伺服接口，CPU处理器Ⅱ通过PDI接口与EtherCAT从站控制器Ⅱ通讯；

所述XY对应的2轴伺服接口由电平转换电路组成，将CPU处理器Ⅱ的信号转换成电机伺服器能接收的信号并将信号输出到伺服器，同时将伺服器返回的脉冲转换成CPU处理器Ⅱ能接收的电平送到CPU处理器Ⅱ；

LinuxCNC开源运动控制软件计算得到的结果发送Linux主站协议栈，该协议栈将内容封装成EtherCAT报文发送到以太网卡，以太网卡将数据帧通过网线发到各个EtherCAT从站控制器； EtherCAT从站控制器Ⅰ从报文中将目的地为机械臂控制卡的数据取出，并将机械臂控制卡要返回的数据转载到报文中，然后将报文通过EBUS接口发到EtherCAT从站控制器Ⅱ，以此类推报文最后从EtherCAT从站控制器Ⅲ发回主站，此时主站完成了命令的发送和反馈数据的接收过程。

2.根据权利要求1所述的基于EtherCAT总线的8轴机器人控制系统，其特征在于：所述EtherCAT从站控制器Ⅰ、EtherCAT从站控制器Ⅱ之间的接口方式是EBUS，EtherCAT从站控制器Ⅱ、EtherCAT从站控制器Ⅲ之间的接口方式是EBUS，EtherCAT从站控制器Ⅰ与PC机Linux主站之间的接口方式是MII，EBUS、MII两种接口方式都建立在相同的以RJ45接头的网线物理层上，实现EtherCAT报文的传送。

3.根据权利要求1所述的基于EtherCAT总线的8轴机器人控制系统，其特征在于：所述数字/模拟接口Ⅰ包括AD/DA转换器件和数字器件，通过这个接口将外部传感器和CPU处理器Ⅰ相连。

4.根据权利要求1所述的基于EtherCAT总线的8轴机器人控制系统，其特征在于：所述数字/模拟接口Ⅱ包括AD/DA转换器件和数字器件，通过这个接口将外部传感器和CPU处理器Ⅱ相连。

5.根据权利要求1所述的基于EtherCAT总线的8轴机器人控制系统，其特征在于：所述机器人示教盒作用是对机器人进行调试和示教，其包括CPU处理器Ⅲ、与CPU处理器Ⅲ相连的人机交互设备，CPU处理器Ⅲ通过PDI接口与EtherCAT从站控制器Ⅲ通讯，人机交互设备由CPU处理器Ⅲ控制。