CN103425112A - 一种基于Ethercat的机器人控制方法 - Google Patents

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张峰
郭涛
陈伟
陈镇龙
罗颖
宋昀岑
刘娟秀
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Abstract

本发明公开了一种基于Ethercat的机器人控制方法，包括采用实时linux系统的主站以及FPGA从站，所述FPGA从站包括软核NIOS II处理器、两个并行的高速FIFIO缓存器和控制模块，所述FPGA从站包括软核NIOS II处理器通过高速FIFIO缓存器与控制模块电连接。与现有控制接口相比较，本发明100M全双工，解决串口速度慢的问题。差分传输，传输距离长，抗干扰能力远强于USB。采用专用芯片，硬件来保证最好的实时性能。主站使用linux实时系统，达到1ms实时性能。

Description

一种基于Ethercat的机器人控制方法
技术领域
本发明涉及一种工业以太网应用领域，尤其涉及一种基于Ethercat的机器人控制方法。
背景技术
Ethercat为实时工业以太网简称。随着工业自动化的不断提高，机器人的使用也越来越广泛。但是机器人技术的高速发展也遇到很多瓶颈，其中对机器人的性能影响最大的因素之一是机器人的控制接口。要理解接口的重要性，首先要确定机器人的控制结构。机器人之所以可以按照我们的意图运动，是因为接收到了控制命令，首先控制者在PC或者工控机上编写好控制指令，再发送给下位机控制器由其控制各个关节运动，在运动的同时下位机会反馈机器人的运动位置和速度等相关信息，以及各种传感器的信号。由以上的分析可以看出上位机在发送控制命令的同时也需要接收下位机的返回的各种信息，所以接口作为数据交互的纽带，其能达到的性能直接影响着机器人的指标。
目前的常用数据接口有以下几种：
串口232/485，串口虽然引脚简单但是只适合低速简单的场合，缺点：1.速度慢，不适合高速场合；2.非差分传输，抗干扰弱；3.非全双工，实时性差。
USB接口2.0/3.0，USB适合整块大量数据搬运，不适合高频数据交互，缺点：1.数据误码率高；2.传输距离短，不适合工业场合；3.非全双工，实时性差。
TCP/IP以太网，普通以太网，缺点：1.过于冗余的冲突碰撞校验，实时性差，不适合工业使用；2.适合点对点传输，扩展性差；3.虽然也有100M带宽，数据效率低，不适合控制使用。
发明内容
本发明的目的就在于提供一种解决了上述问题且基于Ethercat的机器人控制方法。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方法是：一种基于Ethercat的机器人控制方法，包括采用实时linux系统的主站以及FPGA从站，所述FPGA从站包括软核NIOS II处理器、两个并行的高速FIFIO缓存器和控制模块，所述FPGA从站包括软核NIOS II处理器通过高速FIFIO缓存器与控制模块电连接；
作为优选，所述主站采用实时linux系统，在实时操作系统下完成主站协议栈，且其从站采用ET1100专用芯片，所述主站通过ET1100专用芯片与FPGA从站的软核NIOS II处理器双向连通；
作为优选，所述控制模块上设有信息反馈电路，用于接收机器人的控制信息和反馈信息；
作为优选，所述控制模块读取FPGA从站的软核NIOS II处理器传输过来相应的指令数据，并对机器人的关节产生控制。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
（1）100M全双工，解决串口速度慢的问题。
（2）差分传输，传输距离长，抗干扰能力远强于USB。
（3）采用专用芯片，完成主站和从站之间的数据传输，来保证最好的实时性能。
（4）主站使用linux实时系统，达到1ms实时性能。
附图说明
图1为本发明的系统结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步说明。
实施例1：参见图1，一种基于Ethercat的机器人控制方法，包括采用实时linux系统的主站以及FPGA从站，所述FPGA从站包括软核NIOS II处理器、两个并行的高速FIFIO缓存器和控制模块，所述主站采用实时linux系统，在实时操作系统下完成主站协议栈，且其从站采用ET1100专用芯片，专用芯片用来完成主站和从站之间的数据传输，让使用硬件的方式能够保证最好的实时性，所述主站通过ET1100专用芯片与FPGA从站的软核NIOS II处理器双向连通，系统采用FPGA从站软核NIOS II处理器实现从站的Ethercat以太网的协议栈，所述FPGA从站包括软核NIOS II处理器通过高速FIFIO缓存器与控制模块电连接，同时根据FPGA从站在并行控制方面的优势，后面的控制模块采用硬件资源来实现，这样将达到最好的并行处理。同时使用两个并行的高速FIFIO缓存器作为以太网协议栈和后面控制部分的数据缓存，达到最好的流水线操作，所述控制模块上设有信息反馈电路，用于接收机器人的控制信息和传感器等反馈信息，所述控制模块读取FPGA从站的软核NIOS II处理器传输过来相应的指令数据，并对机器人的关节产生控制。
本发明的优点具体体现在，100M全双工，解决串口速度慢的问题；差分传输，传输距离长，抗干扰能力远强于USB；采用专用芯片，硬件来保证最好的实时性能；主站使用linux实时系统，达到1ms实时性能。
以上对本发明所提供的一种基于Ethercat的机器人控制方法进行了详尽介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，对本发明的变更和改进将是可能的，而不会超出附加权利要求所规定的构思和范围，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (4)

1.一种基于Ethercat的机器人控制方法，其特征在于：包括采用实时linux系统的主站以及FPGA从站，其特征在于：所述FPGA从站包括软核NIOSII处理器、两个并行的高速FIFIO缓存器和控制模块，所述FPGA从站包括软核NIOS II处理器通过高速FIFIO缓存器与控制模块电连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于Ethercat的机器人控制方法，其特征在于：所述主站采用实时linux系统，在实时操作系统下完成主站协议栈，且其从站采用ET1100专用芯片，所述主站通过ET1100专用芯片与FPGA从站的软核NIOS II处理器双向连通。
3.根据权利要求1所述的一种基于Ethercat的机器人控制方法，其特征在于：所述控制模块上设有信息反馈电路，用于接收机器人的控制信息和反馈信息。
4.根据权利要求3所述的一种基于Ethercat的机器人控制方法，其特征在于：所述控制模块读取FPGA从站的软核NIOS II处理器传输过来相应的指令数据，并对机器人的关节产生控制。
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