CN210895108U - 一种EtherCAT总线四轴并联机械臂控制系统 - Google Patents
一种EtherCAT总线四轴并联机械臂控制系统 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型公开了一种EtherCAT总线四轴并联机械臂控制系统，包括PC机linux主站、人机交互界面、EtherCAT控制器Ⅰ、EtherCAT控制器Ⅱ、输入模块、储存模块、生成模块、运动控制器模块、四轴并联机械臂控制卡模块及视觉检测模块；其中，PC机linux主站包括以太网，以太网分别与EtherCAT控制器Ⅱ及人机交互界面相连接，四轴并联机械臂控制卡模块包括CPU模块、x轴伺服接口模块、y轴伺服接口模块与a轴伺服接口模块及b轴伺服接口模块。有益效果：优化了四轴并联机械臂的控制系统，能够有效保证四轴机械臂控制的实时性和稳定性，同时增加了机械臂的灵活性与可操控性。
Description
技术领域
本实用新型涉及机械臂控制技术领域，具体来说，涉及一种EtherCAT总线四轴并联机械臂控制系统。
背景技术
随着工业技术的发展，机械臂的控制对速度、精度提出越来越高的要求，对用于伺服运动控制的现场总线的传输速度和总线接口的实时性能提出了很高的要求。为保证机器人精确完成动作和作业，其相应的控制系统显得尤为重要。EtherCAT总线是一种实时以太网技术，具有高速简单、易于实现等优点，广泛地应用于数控机床等高精度设备。传统采用PC驱动控制卡的方式，通讯是设备性能提升的主要瓶颈，已不能满足四轴并联机械臂的控制，加之传统的两轴或三轴联动机械臂运动单一灵活性差，在运动过程中拥有的自由度少。
针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
针对相关技术中的问题，本实用新型提出一种EtherCAT总线四轴并联机械臂控制系统，以克服现有相关技术所存在的上述技术问题。
为此，本实用新型采用的具体技术方案如下：
一种EtherCAT总线四轴并联机械臂控制系统，包括PC机linux主站、人机交互界面、EtherCAT控制器Ⅰ、EtherCAT控制器Ⅱ、输入模块、储存模块、生成模块、运动控制器模块、四轴并联机械臂控制卡模块及视觉检测模块；其中，所述PC机linux主站包括以太网，所述以太网分别与所述EtherCAT控制器Ⅱ及所述人机交互界面相连接，所述EtherCAT控制器Ⅱ通过所述运动控制器模块与所述四轴并联机械臂控制卡模块相连接，所述人机交互界面分别与所述输入模块及所述EtherCAT控制器Ⅰ相连接，所述EtherCAT控制器Ⅰ通过所述生成模块与所述运动控制器模块相连接，所述输入模块通过所述储存模块与所述生成模块相连接，所述视觉检测模块分别与所述四轴并联机械臂控制卡模块及所述生成模块相连接；其中，所述四轴并联机械臂控制卡模块包括CPU模块、x轴伺服接口模块、y轴伺服接口模块、a轴伺服接口模块及b轴伺服接口模块。
进一步的，为了使用户可以通过所述输入模块根据自己实际生产需要输入四轴并联机械臂的运动轨迹，并列入通过所述仿真模块进行仿真试验，以避免错误指令的执行造成损失，所述输入模块包括编辑模块、仿真模块及调试模块。
进一步的，为了使所述视觉检测模块可以实时监测四轴并联机械臂的运动轨迹与运动状态，并通过所述补偿模块即时的补偿数据并通过所述反馈模块反馈给所述生成模块，以即时更正四轴并联机械臂的运动轨迹，保证其位移精度，所述视觉检测模块包括工业相机模块、检测模块、补偿模块及反馈模块。
进一步的，为了使所述编译模块可以将输入的数据编译成所述运动控制器模块所能识别的电信号，并通过所述换算坐标模块换算成坐标点，以方便四轴并联机械臂的移动，所述生成模块包括编译模块及换算坐标模块。
进一步的，为了使所述CPU模块可以根据所述换算坐标模块得到的坐标点分别控制所述x轴伺服接口模块与所述y轴伺服接口模块与所述a轴伺服接口模块及所述b轴伺服接口模块以实现四轴联动，增加了机械臂的灵活性，使机械臂可以完成复杂的动作，所述CPU模块分别与所述x轴伺服接口模块、所述y轴伺服接口模块及所述a轴伺服接口模块及所述b轴伺服接口模块相连接。
进一步的，为了通过EBUS接口RJ45接口的使用实现相同的网线进行通信，进而节省以太网控制器和网络变压器的电路，同时能实现EtherCAT报文的传送，所述EtherCAT控制器Ⅱ与所述PC机linux主站之间的接口方式是EBUS，所述人机交互界面与所述EtherCAT控制器Ⅰ之间的接口方式是RJ45网线连接。
本实用新型的有益效果为：
（1）、本实用新型优化了四轴并联机械臂的控制系统，能够有效保证四轴机械臂控制的实时性和稳定性，同时增加了机械臂的灵活性与可操控性，并可实现四轴并联机械臂运动轨迹的实时监测与修正，进而保证了其运动的精度。
（2）、通过设置x轴伺服接口模块与y轴伺服接口模块与a轴伺服接口模块及b轴伺服接口模块相配合，从而实现了四轴联动，增加了机械臂的灵活性与可操控性，使机械臂可以完成复杂的动作。
（3）、通过设置视觉检测模块，从而可以实时监测四轴并联机械臂的运动轨迹与运动状态，并通过补偿模块即时的补偿数据并通过反馈模块反馈给生成模块，以即时更正四轴并联机械臂的运动轨迹，保证其位移精度。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是根据本实用新型实施例的一种EtherCAT总线四轴并联机械臂控制系统的结构示意图；
图2是根据本实用新型实施例的一种EtherCAT总线四轴并联机械臂控制系统的输入模块的结构示意图；
图3是根据本实用新型实施例的一种EtherCAT总线四轴并联机械臂控制系统的生成模块的结构示意图；
图4是根据本实用新型实施例的一种EtherCAT总线四轴并联机械臂控制系统的四轴并联机械臂运动模块的结构示意图；
图5是根据本实用新型实施例的一种EtherCAT总线四轴并联机械臂控制系统的视觉检测系统模块的结构示意图。
图中：
1、PC机linux主站；2、人机交互界面；3、EtherCAT控制器Ⅰ；4、EtherCAT控制器Ⅱ；5、输入模块；501、编辑模块；502、仿真模块；503、调试模块；6、储存模块；7、生成模块；701、编译模块；702、换算坐标模块；8、运动控制器模块；9、四轴并联机械臂控制卡模块；901、CPU模块；902、x轴伺服接口模块；903、y轴伺服接口模块；904、a轴伺服接口模块；905、b轴伺服接口模块；10、视觉检测模块；1001、工业相机模块；1002、检测模块；1003、补偿模块；1004、反馈模块；11、以太网。
具体实施方式
为进一步说明各实施例，本实用新型提供有附图，这些附图为本实用新型揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理，配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本实用新型的优点，图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。
根据本实用新型的实施例，提供了一种EtherCAT总线四轴并联机械臂控制系统。
现结合附图和具体实施方式对本实用新型进一步说明，如图1-5所示，根据本实用新型实施例的EtherCAT总线四轴并联机械臂控制系统，包括包括PC机linux主站1、人机交互界面2、EtherCAT控制器Ⅰ3、EtherCAT控制器Ⅱ4、输入模块5、储存模块6、生成模块7、运动控制器模块8、四轴并联机械臂控制卡模块9及视觉检测模块10；其中，所述PC机linux主站1包括以太网11，所述以太网11分别与所述EtherCAT控制器Ⅱ4及所述人机交互界面2相连接，所述EtherCAT控制器Ⅱ4通过所述运动控制器模块8与所述四轴并联机械臂控制卡模块9相连接，所述人机交互界面2分别与所述输入模块5及所述EtherCAT控制器Ⅰ3相连接，所述EtherCAT控制器Ⅰ3通过所述生成模块7与所述运动控制器模块8相连接，所述输入模块5通过所述储存模块6与所述生成模块7相连接，所述视觉检测模块10分别与所述四轴并联机械臂控制卡模块9及所述生成模块7相连接；其中，所述四轴并联机械臂控制卡模块9包括CPU模块901、x轴伺服接口模块902、y轴伺服接口模块903、a轴伺服接口模块904及b轴伺服接口模块905。
借助于上述方案，从而优化了四轴并联机械臂的控制系统，能够有效保证四轴机械臂控制的实时性和稳定性，同时增加了机械臂的灵活性与可操控性，并可实现四轴并联机械臂运动轨迹的实时监测与修正，进而保证了其运动的精度。
在一个实施例中，所述输入模块5包括编辑模块501、仿真模块502及调试模块503，从而使用户可以通过所述输入模块5根据自己实际生产需要输入四轴并联机械臂的运动轨迹，并列入通过所述仿真模块502进行仿真试验，以避免错误指令的执行造成损失。
在一个实施例中，所述视觉检测模块10包括工业相机模块1001、检测模块1002、补偿模块1003及反馈模块1004，从而使所述视觉检测模块10可以实时监测四轴并联机械臂的运动轨迹与运动状态，并通过所述补偿模块1003即时的补偿数据并通过所述反馈模块1004反馈给所述生成模块7，以即时更正四轴并联机械臂的运动轨迹，保证其位移精度。
在一个实施例中，所述生成模块7包括编译模块701及换算坐标模块702，从而使所述编译模块701可以将输入的数据编译成所述运动控制器模块所能识别的电信号，并通过所述换算坐标模块702换算成坐标点，以方便四轴并联机械臂的移动。
在一个实施例中，所述CPU模块901分别与所述x轴伺服接口模块902、所述y轴伺服接口模块903及所述a轴伺服接口模块904及所述b轴伺服接口模块905相连接，从而使所述CPU模块901可以根据所述换算坐标模块702得到的坐标点分别控制所述x轴伺服接口模块902与所述y轴伺服接口模块903与所述a轴伺服接口模块904及所述b轴伺服接口模块905以实现四轴联动，增加了机械臂的灵活性，使机械臂可以完成复杂的动作。
在一个实施例中，所述EtherCAT控制器Ⅱ4与所述PC机linux主站1之间的接口方式是EBUS，所述人机交互界面2与所述EtherCAT控制器Ⅰ3之间的接口方式是RJ45网线连接，从而通过EBUS接口RJ45接口的使用可实现相同的网线进行通信，进而节省了以太网控制器和网络变压器的电路，同时能实现EtherCAT报文的传送。
为了方便理解本实用新型的上述技术方案，以下就本实用新型在实际过程中的工作原理或者操作方式进行详细说明。
在实际应用时，首先用户通过人机交互界面2将数据由编辑模块501输入，此时仿真模块502将数据进行仿真模拟并通过调试模块503不断调整数据，使之匹配四轴并联机械臂的运通轨迹，然后储存模块6将数据储存的同时传输给生成模块7，届时编译模块701将输入的数据编译成所述运动控制器模块所能识别的电信号，并通过所述换算坐标模块702换算成坐标点，通过四轴并联机械臂控制卡模块9实现四轴并联机械臂的运动，此时，CPU模块901分别控制x轴伺服接口模块902、y轴伺服接口模块903及a轴伺服接口模块904及b轴伺服接口模块905以实现四轴联动，使机械臂在x轴方向与y轴方向及a轴方向与b轴方向同时运动，同时视觉检测模块10通过工业相机模块1001实时拍摄机械臂运动状态并通过检测模块1002检测机械臂运动轨迹是否符合其输入数据，如不符合补偿模块1003即时给出修正值并由反馈模块1004反馈生成模块7，以保证四轴并联机械臂的运动轨迹的精确性。
综上所述，借助于本实用新型的上述技术方案，通过设置所述x轴伺服接口模块902与所述y轴伺服接口模块903与所述a轴伺服接口模块904及所述b轴伺服接口模块905相配合，从而实现了四轴联动，增加了机械臂的灵活性与可操控性，使机械臂可以完成复杂的动作。通过设置所述视觉检测模块10，从而可以实时监测四轴并联机械臂的运动轨迹与运动状态，并通过所述补偿模块1003即时的补偿数据并通过所述反馈模块1004反馈给所述生成模块7，以即时更正四轴并联机械臂的运动轨迹，保证其位移精度。从而优化了四轴并联机械臂的控制系统，能够有效保证四轴机械臂控制的实时性和稳定性，同时增加了机械臂的灵活性与可操控性，并可实现四轴并联机械臂运动轨迹的实时监测与修正，进而保证了其运动的精度。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种EtherCAT总线四轴并联机械臂控制系统，其特征在于，包括PC机linux主站（1）、人机交互界面（2）、EtherCAT控制器Ⅰ（3）、EtherCAT控制器Ⅱ（4）、输入模块（5）、储存模块（6）、生成模块（7）、运动控制器模块（8）、四轴并联机械臂控制卡模块（9）及视觉检测模块（10）；
其中，所述PC机linux主站（1）包括以太网（11），所述以太网（11）分别与所述EtherCAT控制器Ⅱ（4）及所述人机交互界面（2）相连接，所述EtherCAT控制器Ⅱ（4）通过所述运动控制器模块（8）与所述四轴并联机械臂控制卡模块（9）相连接，所述人机交互界面（2）分别与所述输入模块（5）及所述EtherCAT控制器Ⅰ（3）相连接，所述EtherCAT控制器Ⅰ（3）通过所述生成模块（7）与所述运动控制器模块（8）相连接，所述输入模块（5）通过所述储存模块（6）与所述生成模块（7）相连接，所述视觉检测模块（10）分别与所述四轴并联机械臂控制卡模块（9）及所述生成模块（7）相连接；
其中，所述四轴并联机械臂控制卡模块（9）包括CPU模块（901）、x轴伺服接口模块（902）、y轴伺服接口模块（903）、a轴伺服接口模块（904）及b轴伺服接口模块（905）。
2.根据权利要求1所述的一种EtherCAT总线四轴并联机械臂控制系统，其特征在于，所述输入模块（5）包括编辑模块（501）、仿真模块（502）及调试模块（503）。
3.根据权利要求1所述的一种EtherCAT总线四轴并联机械臂控制系统，其特征在于，所述视觉检测模块（10）包括工业相机模块（1001）、检测模块（1002）、补偿模块（1003）及反馈模块（1004）。
4.根据权利要求1所述的一种EtherCAT总线四轴并联机械臂控制系统，其特征在于，所述生成模块（7）包括编译模块（701）及换算坐标模块（702）。
5.根据权利要求1所述的一种EtherCAT总线四轴并联机械臂控制系统，其特征在于，所述CPU模块（901）分别与所述x轴伺服接口模块（902）、所述y轴伺服接口模块（903）及所述a轴伺服接口模块（904）及所述b轴伺服接口模块（905）相连接。
6.根据权利要求1所述的一种EtherCAT总线四轴并联机械臂控制系统，其特征在于，所述EtherCAT控制器Ⅱ（4）与所述PC机linux主站（1）之间的接口方式是EBUS，所述人机交互界面（2）与所述EtherCAT控制器Ⅰ（3）之间的接口方式是RJ45网线连接。
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