基于EtherCAT的工业机器人通信技术研究

发布时间：2017-07-27 15:05

  本文关键词：基于EtherCAT的工业机器人通信技术研究

  更多相关文章： 工业以太网 Ether CAT μC/OS-III 实时性

【摘要】：随着工业4.0时代的到来和智能工厂的发展方向,工业机器人控制系统已经朝着开放式、嵌入式、低成本、高速率、重载的方向发展,而工业以太网因其速度快、数据容量大、实时性强和可靠性高、成本低等优点己成为当前工业机器人技术的一个重要发展方向。其中Ether CAT(Ethernet for Control Automation Technoloy)是于2003年由德国BECKHOFF自动化公司提出,具有高速和高数据有效率、支持多种物理拓扑结构、组网简便等特点,主要应用于高速印刷、注塑、包装、机床、焊锡等高速应用场合,以及物流、数据采集、物料等分布范围广的场合。本文以工业机器人的通信技术为出发点,在全面系统研究工业以太网技术的基础上,将Ether CAT总线技术与嵌入式系统μC/OS-III结合,探讨Ether CAT通信体系结构,设计开发了低成本、高效率的Ether CAT嵌入式主站控制器,用于实现对Ether CAT从站设备的控制。本文重点对Ether CAT嵌入式主站控制器进行研究与设计。在主站硬件方面使用意法半导体(ST)公司的ARM芯片STM32F407作为核心处理器,采用以太网MAC控制器芯片DM9000作为网卡芯片,以及其他外部资源组成。在主站软件方面,采用实时嵌入式操作系统μC/OS-III作为底层系统,主要实现Ether CAT主站协议,包括多任务调度μC/OS-III操作系统的移植、衔接硬件与外设通信的以太网驱动设计、主站非周期和周期性数据通信的实现、分布时钟机制的实现。最后,在实现嵌入式主站的基础上,搭建实验平台,对Ether CAT网络通信、稳定性、实时性、同步性进行测试。结果满足工业机器人高速高精运动控制的需求,为工业机器人通信技术的进一步研究奠定了基础。
【关键词】：工业以太网 Ether CAT μC/OS-III 实时性
【学位授予单位】：西南科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP242.2
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-17
• 1.1 课题来源9
• 1.2 课题研究背景及意义9-10
• 1.3 国内外研究现状10-16
• 1.3.1 工业机器人通信技术研究现状和发展趋势10-12
• 1.3.2 工业以太网技术简述12-14
• 1.3.3 Ether CAT研究现状14-16
• 1.4 论文的研究内容及结构16-17
• 2 Ether CAT总线技术17-32
• 2.1 Ether CAT技术简介17-18
• 2.2 通信原理18-23
• 2.2.1 运行原理18-19
• 2.2.2 数据帧19-20
• 2.2.3 网络寻址20-23
• 2.3 通信方式23-27
• 2.3.1 过程数据通信23-26
• 2.3.2 邮箱数据通信26-27
• 2.4 分布时钟27-30
• 2.4.1 测量参数27-29
• 2.4.2 同步时钟29-30
• 2.5 控制应用协议30-31
• 2.6 本章小结31-32
• 3 基于Ether CAT的工业机器人通信体系总体方案32-38
• 3.1 通信体系结构32
• 3.2 主站设计32-37
• 3.2.1 主站功能32-33
• 3.2.2 主站方案设计33-35
• 3.2.3 主站硬件组成35-36
• 3.2.4 主站软件设计36-37
• 3.3 从站介绍37
• 3.4 本章小结37-38
• 4 基于Ether CAT的工业机器人通信主站的实现38-60
• 4.1 实时内核 μC/OS-III的移植38-40
• 4.1.1 相关文件移植39-40
• 4.1.2 系统任务创建40
• 4.2 以太网驱动设计40-44
• 4.2.1 初始化模块41-43
• 4.2.2 用户调用接口43-44
• 4.3 Ether CAT主站的实现44-56
• 4.3.1 非周期性数据通信44-51
• 4.3.2 周期性数据通信51-56
• 4.4 分布时钟的实现56-58
• 4.5 本章小结58-60
• 5 测试与分析60-68
• 5.1 搭建测试平台60-61
• 5.2 系统的稳定性测试61-62
• 5.3 系统的实时性测试62-64
• 5.4 系统的同步性测试64-67
• 5.5 本章小结67-68
• 总结与展望68-69
• 致谢69-70
• 参考文献70-75
• 攻读学位期间发表的学术论文及研究成果75

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本文编号：581990