基于EtherCAT和TwinCAT3的协作机器人控制系统设计

袁俊杰, 刘海涛, 潘国庆， 王红伟

(1.北方工业大学机械与材料工程学院， 北京 100043； 2.北京航天测控技术有限公司研发中心， 北京 100041)

中国确定通过“三步走”实现制造强国的战略目标，第一步是到2025年迈入制造强国的行列。但是目前中国作为制造大国，仍有很多劳动密集型产业，这些产业迫切需要产业升级，而机器人作为产业升级的重要推动力量，受到越来越多的关注。传统工业机器人节约了成本，提高生产效率，但也存在缺点，工业机器人缺乏与人之间的协作、交互[1]。而协作机器人体积小巧，可以协助人完成一些任务，比工业机器人更便捷、更智能。机器人的核心是控制系统，控制系统包括硬件和软件两部分。

国际上，机器人公司所配备的控制系统大多是封闭式结构[2]，“四大家族”的机器人都有自己的控制系统，不适合二次开发维护。所以开放式的控制系统对于二次开发十分重要[3-4]，开放式机器人运动控制系统的硬件系统主要分为基于VME(versa module eurocard)总线的机器人控制系统和基于PC(programmable controller)总线的机器人控制系统两大类[5]。按控制系统架构，一般可以分为基于PLC(programmable logic controller)的控制系统、基于嵌入式的控制系统[6]、软件型控制系统[7]、基于PC总线的控制系统[8]。

在中国，协作机器人的控制系统有一些基于机器操作系统(ROS)[9]，但存在开发难度大等问题。有学者尝试使用EtherCAT(Ethernet for control automation technology)总线开发机器人，如王力宇等[10]提出了一种基于x86平台和EtherCAT总线的运动控制器设计，史步海等[11]提出一种基于实时Linux平台下的采用EtherCAT总线的六轴关节型机械手实现方案。……