机器人与运动控制

运动控制卡、EtherCAT 主站与视觉引导结合,服务多轴专机、机械手与协作机器人工作站的上位控制。
机器人与运动控制覆盖点胶、贴合、搬运、装配、激光加工等多轴设备,以及工业机器人与协作机器人工作站。工控机在其中有两种角色:作为运动控制器本体,通过运动控制卡或 EtherCAT 主站直接驱动伺服;或作为上位机,负责视觉引导、轨迹与工艺规划、人机界面,并与机器人控制器和 PLC 交换数据。
运动控制系统由上位机、控制器、伺服驱动与电机、编码器和机械本体组成。控制器按固定周期计算各轴目标位置,以脉冲、模拟量或总线指令发给驱动器,并读回编码器反馈形成闭环。传统方案用 PCI/PCIe 运动控制卡输出脉冲;新设备越来越多采用 EtherCAT 总线型伺服驱动器,一根网线串联所有轴,布线少,还能读取驱动器的全部参数与报警。
PC-Based 方案把运动控制、视觉与人机界面放在同一台工控机:运动控制卡自带实时处理,或在 Windows 实时扩展、PREEMPT_RT 等实时系统上运行 EtherCAT 主站。在机器人工作站中,工控机更多扮演上位机,完成相机拍照与手眼标定,把目标坐标发给机器人控制器,并协调多台机器人与周边设备的节拍。
挑战与解决方案
- 控制不稳定影响加工精度:多轴设备对控制的连续性要求很高,系统偶尔的卡顿就会造成速度波动、轨迹偏差,甚至触发设备报警停机。 研肯工控机可通过独立网口运行 EtherCAT 主站,以总线方式控制伺服与 IO,同时保留多槽机型安装脉冲卡,改造设备与新设备使用同一平台。
- 视觉与运动配合不到位:飞拍、跟随抓取这类工艺需要相机和机械动作精确配合,两套系统各自运行时,时间对不齐就会抓偏、放偏。 研肯工控机可在一台主机内同时完成运动控制、相机采集与 HMI,减少控制器之间的通信环节与接线。
- 线束多、维护难:轴数越多,信号线越多,柜内线束庞大,既容易受动力线干扰,出了故障也难以排查。 采用 EtherCAT 总线后,一根网线即可串联伺服与 IO,替代每轴多根信号线;PC 平台还可直接运行视觉库、数据库与 MES 接口,工艺功能按需扩展。
机器人与运动控制应用
- 多轴设备运动控制主机:点胶、贴合、锁付等多轴专机:2U 或 4U 工控机、PCIe 运动控制卡扩展、隔离 DIO 接入限位与气缸信号、酷睿平台、SSD 系统盘
- EtherCAT 软运动控制器:总线型伺服驱动器与远程 IO 的 PC-Based 控制:高主频多核处理器、独立网络控制器网口作 EtherCAT 主站、实时操作系统或实时扩展、BIOS 关闭深度 C-State
- 视觉引导机器人上位机:协作机器人或工业机器人的抓取、装配工作站:1U 机器视觉工控机、4×PoE+ 网口接定位相机、独立网口连接机器人控制器、深度学习定位时改选带 PCIe x16 的机型