基于EtherCAT總線伺服在機(jī)器人上的應(yīng)用研究

陳永生 王靜 高茜

摘? 要：文章就歐瑞傳動的EtherCAT總線伺服在六關(guān)節(jié)機(jī)器人上的使用進(jìn)行了探討及分析，與脈沖式伺服驅(qū)動器相比，總線伺服應(yīng)用于六關(guān)節(jié)機(jī)器人上接線簡單、抗干擾能力更強(qiáng)、調(diào)試方便、具備高速數(shù)據(jù)采集等優(yōu)點(diǎn)，并簡化了操作，提高可行性和易用性，實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人上更優(yōu)化解決方案，使機(jī)器人控制性能進(jìn)一步得到提高。

關(guān)鍵詞：歐瑞傳動;EtherCAT總線;伺服驅(qū)動器;機(jī)器人

中圖分類號：TP242? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2019）11-0167-02

Abstract： In this paper， the application of EtherCAT bus servo driven by Ori in six-joint robot is discussed and analyzed. Compared with pulse servo driver， the bus servo being applied to the six-joint robot has the advantages of simple connection， stronger anti-interference ability， convenient debugging， high-speed data acquisition， etc.， and simplifies the operation， improves the feasibility and ease of use， and realizes the more optimized solution on the robot. The control performance of the robot is further improved.

Keywords： Ori drive; EtherCAT bus; servo driver; robot

前言

焊接隨著工業(yè)4.0的到來以及機(jī)器人行業(yè)的發(fā)展，傳統(tǒng)的脈沖模式控制存在著很大程度上對機(jī)器人性能的制約，高速工業(yè)現(xiàn)場總線成為機(jī)器人主力發(fā)展方向，無論作為機(jī)器人三大核心部件的伺服或是控制系統(tǒng)都提供了更加可靠、高效的總線解決方案，且易于與現(xiàn)場其它設(shè)備組網(wǎng)，為實(shí)現(xiàn)自動化流水線及建立智能工廠提供了基礎(chǔ)。

EtherCAT（Ethernet for Control Automation Technology）是一種基于以太網(wǎng)開發(fā)的構(gòu)架的實(shí)時(shí)工業(yè)現(xiàn)場總線通訊協(xié)議， EtherCAT的出現(xiàn)為系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性能和拓?fù)涞撵`活性樹立了新的標(biāo)準(zhǔn)。

1 系統(tǒng)方案

1.1 產(chǎn)品簡介

SD20-E系列產(chǎn)品，是當(dāng)今性能較高的伺服驅(qū)動裝置，它屬于典型的總線型，從目前來看，基本上在諸多領(lǐng)域都可以得到影響，而且它擁有豐富的功能，譬如多段位、全閉環(huán)、中斷定長等。正是其具有豐富之功能，使之可以很好的滿足用戶的多元化需求。在某些專用場合，此系列產(chǎn)品，基本上集成了相應(yīng)的PLC功能，相關(guān)客戶，借助于代碼，可以對其進(jìn)行簡單的編程，這樣就能更好的實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場管控。它內(nèi)置兩種總線，如EtherCAT與CANopen，這使之可以更好的應(yīng)用諸多工業(yè)領(lǐng)域 [1]。具有如下特點(diǎn)：

第一，采用了內(nèi)置總線技術(shù)，使之應(yīng)用更為便捷。

第二，運(yùn)行速度更快。該裝置以轉(zhuǎn)矩前饋?zhàn)鳛榛A(chǔ)，來實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的高響應(yīng)控制。

第三，便捷特性。相關(guān)的操作十分簡單，而且焊接線也頗為簡單，使用快捷的DB系列插頭。

第四，智能化。使用簡單，可以支持慣量學(xué)習(xí)，再結(jié)合相關(guān)的濾波裝置，可以使得性能變得更為優(yōu)秀，而且還能結(jié)合差異性的場合，借助于更改指令來源，來對用戶進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)試。

第五，豐富的功能。配置專用上位機(jī)系統(tǒng)，同時(shí)還集成了建議的PLC裝置，這些都使得操作與調(diào)試變得更為快捷，而它的指令頻率可以達(dá)到4兆赫，同時(shí)還配置了高速DI通道，支持上述提出的兩種總線，另外還可以使用多種類型的編碼裝置。

第六，實(shí)用性。該裝置可以提供全閉環(huán)管控，驅(qū)動裝置合適的環(huán)境更為廣泛，能夠支持多段位控制，在線轉(zhuǎn)動慣量識別、振動控制，電池欠壓保護(hù)、機(jī)械原點(diǎn)檢測等等。

1.2 SD20-E系列伺服驅(qū)動器使用優(yōu)勢

SD20-E系列伺服驅(qū)動器支持EtherCAT通訊和串口通訊，其中EtherCAT支持CoE協(xié)議，CoE是基于EtherCAT 的CAN應(yīng)用協(xié)議。

該裝置EtherCAT總線主要特點(diǎn)為：

（1）適用性，只要配置了以太網(wǎng)控制裝置，那么相應(yīng)的控制單元，就能夠充當(dāng)該總線的主站。

（2）符合以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，分析該總線的幀結(jié)構(gòu)，可以得知它運(yùn)用的是以太網(wǎng)幀，也就是IEEE802.3，傳輸速率可達(dá) 2×100M bit/s。

（3）可以提供多種的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，譬如星型、線型等。

（4）整體效率頗高，能夠?qū)σ蕴W(wǎng)帶寬進(jìn)行很好利用，并有助于數(shù)據(jù)傳輸，提高工作效率。

（5）具有較佳的性能，而且整體的同步時(shí)鐘，得到很好的校準(zhǔn)，因此能夠?qū)崿F(xiàn)諸多從站，低于1微秒差異的同步。

1.3 系統(tǒng)連接流程

歐瑞EtherCAT總線伺服配置文件和上位機(jī)系統(tǒng)做匹配，該控制裝置，在機(jī)器人領(lǐng)域應(yīng)用頗廣，譬如節(jié)點(diǎn)通訊、關(guān)節(jié)電機(jī)管控、傳感裝置信息采集等。而該裝置的通信功能，主要是借助于EtherCAT協(xié)議來實(shí)現(xiàn)，從而使得諸多模塊實(shí)現(xiàn)通訊與信息交互，這樣，就有助于伺服節(jié)點(diǎn)的拓展，同時(shí)也方便硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。具體參考圖1配置流程。

1.4 系統(tǒng)調(diào)試流程

（1）總線與上位機(jī)匹配通過以太網(wǎng)控制器主站設(shè)置與SD20-E系列驅(qū)動器從站建立系統(tǒng)匹配。

（2）連接主電源線、通訊線纜，伺服編碼器線、電機(jī)線

給SD20-E伺服驅(qū)動器L1、L2、L3、電源接線端子接入電源，通過以太網(wǎng)通訊線纜給以太網(wǎng)控制器主站和SD20-E伺服驅(qū)動器從站連線，通過編碼器線纜和電機(jī)動力線給SD20-E伺服驅(qū)動器和伺服電機(jī)連線。務(wù)必保證控制系統(tǒng)、電機(jī)等的抱閘接線與伺服驅(qū)動器連接正確[2]。

（3）設(shè)置伺服控制模式為總線控制模式及通訊讀寫運(yùn)行參數(shù)等設(shè)置SD20-E伺服驅(qū)動器控制模式為總線模式建立通訊，主要參數(shù)Po001： d? 1? 21;Po423：d? 1。

（4）學(xué)習(xí)慣量，調(diào)整剛性等優(yōu)化伺服對機(jī)器人的控制性能減速時(shí)間，避免過短的加速時(shí)間引起的機(jī)械沖擊和抖動，根據(jù)機(jī)器人系統(tǒng)的需要正確選擇脈沖當(dāng)量，設(shè)定驅(qū)動器的電子齒輪比，電子齒輪的設(shè)定應(yīng)滿足加工精度的要求。

2 伺服接線系統(tǒng)

2.1 伺服主電源接線圖

對于該伺服控制裝置而言，它是機(jī)器人控制總線的重要構(gòu)成，以EtherCAT為基礎(chǔ)的機(jī)器人總線，需要相應(yīng)的伺服系統(tǒng)，也要與該總線協(xié)議進(jìn)行兼容。為了解決這個(gè)問題，歐瑞成功以EtherCAT總線為基礎(chǔ)，開發(fā)了相應(yīng)的伺服系統(tǒng)，可用于機(jī)器人關(guān)節(jié)控制和傳感器控制。如圖2所示，展示了相關(guān)伺服驅(qū)動裝置的接線電路。

2.2 參數(shù)設(shè)定

3 結(jié)束語

歐瑞SD20-E伺服是基于脈沖型伺服基礎(chǔ)上研發(fā)的支持工業(yè)現(xiàn)場總線的高性能產(chǎn)品，秉承了歐瑞對產(chǎn)品高質(zhì)量、嚴(yán)苛的品質(zhì)要求，為迎接工業(yè)4.0智能制造時(shí)代的到來提供了強(qiáng)大的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]謝香林.EtherCAT網(wǎng)絡(luò)及其伺服運(yùn)動控制系統(tǒng)研究[D].大連理工大學(xué)，2008：22-23.

[2]楊斌，蘇劍波.仿人機(jī)器人的分布式控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].控制工程，2010（18）：38-39.