本實用新型涉及一種機器人控制系統(tǒng)，尤其是一種一種采用EtherCAT協(xié)議的實時同步機器人扭矩扭力控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

在數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域中，傳統(tǒng)的交流伺服控制系統(tǒng)一般有多個交流伺服電機，與伺服電機一一對應的伺服驅(qū)動器以及現(xiàn)場總線組成，傳統(tǒng)的工業(yè)現(xiàn)場總線，如485、CAN總線，速率低，數(shù)據(jù)傳輸量小，在遠距離傳輸需要額外增加中繼器減小信號衰減，同時增加布線難度，傳統(tǒng)的工業(yè)實時以太網(wǎng)協(xié)議Modbus/TCP、EtherNet/IP等，由于未修改以太網(wǎng)協(xié)議并通過軟件協(xié)議棧來實現(xiàn)通信，數(shù)據(jù)包的打包和解析導致一定延時，并未達到真正的實時性，精準同步對于同時動作的分布式過程十分重要，特別是在幾個伺服軸同時執(zhí)行協(xié)調(diào)運動的情況下，EtherCAT建立了新的技術(shù)標準，具有靈活的線性拓撲結(jié)構(gòu)，完全兼容以太網(wǎng)，可以最大化利用以太網(wǎng)提供的寬帶，是一種具有出色的實時性能且成本低廉的網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)，目前國外生產(chǎn)的集成倍福芯片的伺服電機控制器價格昂貴，增加企業(yè)成本。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的是提供一種采用EtherCAT協(xié)議的實時同步機器人扭矩扭力控制系統(tǒng)，擴展方便，實時性好，有效數(shù)據(jù)高。

為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用下述技術(shù)方案：

一種采用EtherCAT協(xié)議的實時同步機器人扭矩扭力控制系統(tǒng)，包括管理主從站之間的數(shù)據(jù)通信的EtherCAT主站控制器，接收EtherCAT主站控制器發(fā)送的報文進行識別且發(fā)送至微處理器、接收微處理器發(fā)送信息發(fā)送報文至EtherCAT主站控制器的EtherCAT從站控制器，微控制器和扭矩扭力控制模塊；EtherCAT主站控制器與EtherCAT從站控制器通過網(wǎng)線連接，EtherCAT從站控制器與微控制器通過串口/并口連接，

EtherCAT主站控制器采用搭載有倍福公司的TwinCAT開發(fā)平臺的PC機；

EtherCAT從站控制器采用從站控制芯片ET1100；

扭矩扭力控制模塊包括扭矩扭力輸出單元和扭矩扭力輸入單元，扭矩扭力輸出端元包括DA轉(zhuǎn)換單元和輸出信號放大單元，扭矩扭力輸入單元包括輸入信號放大單元和AD轉(zhuǎn)換單元；DA轉(zhuǎn)換單元的輸入端與微處理器的扭矩扭力數(shù)據(jù)輸出端連接，DA轉(zhuǎn)換單元的輸出端與輸出信號放大單元的數(shù)據(jù)輸入端連接，輸出信號放大單元的數(shù)據(jù)輸出端與機器人處的伺服驅(qū)動器連接；輸入信號放大單元的數(shù)據(jù)輸入端與機器人處的伺服驅(qū)動器連接，輸入信號放大單元的數(shù)據(jù)輸出端與AD轉(zhuǎn)換單元的輸入端連接，AD轉(zhuǎn)換單元的輸出端與微處理器的扭矩扭力數(shù)據(jù)輸入端連接。

進一步地，微處理器采用單片機芯片STM32F407ZET6，單片機芯片STM32F407ZET6外接時鐘電路、復位電路、電源電路，所述電源電路包括24V轉(zhuǎn)正負12V電源電路、24V轉(zhuǎn)5V電源電路、5V轉(zhuǎn)3.3V電源電路、5V轉(zhuǎn)2.5V電源電路，24V轉(zhuǎn)正負12V電源電路包括芯片U3，外部輸入INPUT+24V經(jīng)二極管D3后與芯片U3的引腳1連接，芯片U3的引腳3輸出電壓VCC-12V，芯片U3的引腳5輸出電壓VCC+12V；

24V轉(zhuǎn)5V電源電路包括芯片U4，外部輸入INPUT+24V與芯片U4的引腳1連接，芯片U4的引腳4輸出電壓VCC+5V；

5V轉(zhuǎn)3.3V電源電路包括芯片U6，芯片U6的引腳1外接電壓VCC+5V，芯片U6的引腳2與引腳4連接后輸出電壓V3.3V；

5V轉(zhuǎn)2.5V電源電路包括芯片U5，芯片U5的引腳2輸入電壓VCC+5V，芯片U5的引腳6輸出電壓VCC jizhuan+2.5V。

進一步地，DA轉(zhuǎn)換單元包括DA轉(zhuǎn)換芯片U12、DA轉(zhuǎn)換芯片U20，輸出信號放大單元包括運放芯片U10、運放芯片U14、運放芯片U16、運放芯片U18、運放芯片U22、運放芯片U24；

DA轉(zhuǎn)換芯片U12的輸入端、DA轉(zhuǎn)換芯片U20的輸入端分別與單片機芯片STM32F407ZET6的扭矩扭力數(shù)據(jù)輸出端連接，DA轉(zhuǎn)換芯片U12的輸出端分別與運放芯片U10、運放芯片U14、運放芯片U16、運放芯片U18的正輸入端連接；DA轉(zhuǎn)換芯片U20的輸出端分別與運放芯片U22、運放芯片U24的正輸入端連接；

AD轉(zhuǎn)換單元包括AD轉(zhuǎn)換芯片U13和AD轉(zhuǎn)換芯片U21，輸入信號放大單元包括運放芯片U11、運放芯片U15、運放芯片U17、運放芯片U19、運放芯片U23和運放芯片U25；

運放芯片U11、運放芯片U15、運放芯片U17、運放芯片U19的輸出端分別與AD轉(zhuǎn)換芯片U13的輸入端連接，AD轉(zhuǎn)換芯片U13的輸出端與單片機芯片STM32F407ZET6的扭矩扭力數(shù)據(jù)輸入端連接；運放芯片U23和運放芯片U25的輸出端分別與AD轉(zhuǎn)換芯片U21的輸入端連接，AD轉(zhuǎn)換芯片U21的輸出端與單片機芯片STM32F407ZET6的扭矩扭力數(shù)據(jù)輸入端連接。

本實用新型的有益效果是，

本實用新型提供一種扭矩扭力控制系統(tǒng)，實現(xiàn)對機器人動作進行控制的六個伺服電機的扭矩扭力控制，搭載有倍福公司的TwinCAT開發(fā)平臺的PC機作為EtherCAT主站，發(fā)送含有伺服電機位置扭矩、力度信息的報文至從站控制芯片ET1100，從站控制芯片ET1100對接收到的報文進行解析，發(fā)送控制信息到單片機芯片STM32F407ZET6，單片機芯片STM32F407ZET6的扭矩扭力數(shù)據(jù)輸出端將扭矩扭力控制信息發(fā)送給扭矩扭力輸出單元輸入端，扭矩扭力輸出單元的輸出端與機器人處的伺服電機驅(qū)動器連接，伺服電機驅(qū)動器與扭矩扭力輸入單元的輸入端連接，扭矩扭力輸入單元與單片機芯片的扭矩扭力輸入端連接，閉環(huán)實現(xiàn)對伺服電機的扭矩和力度控制，具有較高實時性，且擴展方便，對于多個機器人的扭矩和力度控制，只需將多個從站控制芯片ET1100進行串聯(lián)，主站發(fā)出下行電報，數(shù)據(jù)幀遍訪所有從站，在數(shù)據(jù)幀到達每個從站時，從站解析出本機報文，并對報文數(shù)據(jù)進行處理，然后將該數(shù)據(jù)幀傳輸?shù)较乱粋€從站，從站再進行類似的處理，直至傳輸完整個回路，實現(xiàn)對多個機器人的扭矩和力度控制，滿足工業(yè)需求，具有較強的通用性。

附圖說明

圖1是扭矩扭力控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是單片機芯片STM32F407ZET6的引腳資源分配圖；

圖3是時鐘電路圖；

圖4是24V轉(zhuǎn)正負12V電源電路圖；

圖5是24V轉(zhuǎn)5V電源電路圖；

圖6是5V轉(zhuǎn)2.5V電源電路圖；

圖7是5V轉(zhuǎn)3.3V電源電路圖；

圖8是DA轉(zhuǎn)換芯片U12電路圖；

圖9是DA轉(zhuǎn)換芯片U20電路圖；

圖10是運放芯片U10電路圖；

圖11是運放芯片U14電路圖；

圖12是運放芯片U16電路圖；

圖13是運放芯片U18電路圖；

圖14是運放芯片U22電路圖；

圖15是運放芯片U24電路圖；

圖16是AD轉(zhuǎn)換芯片U13電路圖；

圖17是AD轉(zhuǎn)換芯片U21電路圖；

圖18是運放芯片U11電路圖；

圖19是運放芯片U15電路圖；

圖20是運放芯片U17電路圖；

圖21是運放芯片U19電路圖；

圖22是運放芯片U23電路圖；

圖23是運放芯片U25電路圖。

具體實施方式

如圖1所示，一種采用EtherCAT協(xié)議的實時同步機器人扭矩扭力控制系統(tǒng)，包括管理主從站之間的數(shù)據(jù)通信的EtherCAT主站控制器，接收EtherCAT主站控制器發(fā)送的報文進行識別且發(fā)送至微處理器、接收微處理器發(fā)送信息發(fā)送報文至EtherCAT主站控制器的EtherCAT從站控制器，微控制器和扭矩扭力控制模塊；EtherCAT主站控制器與EtherCAT從站控制器通過網(wǎng)線連接，EtherCAT從站控制器與微控制器通過串口/并口連接，EtherCAT主站控制器采用搭載有倍福公司的TwinCAT開發(fā)平臺的PC機；EtherCAT從站控制器采用從站控制芯片ET1100；扭矩扭力控制模塊包括扭矩扭力輸出單元和扭矩扭力輸入單元，扭矩扭力輸出單元包括DA轉(zhuǎn)換單元和輸出信號放大單元，扭矩扭力輸入單元包括輸入信號放大單元和AD轉(zhuǎn)換單元；DA轉(zhuǎn)換單元的輸入端與微處理器的扭矩扭力數(shù)據(jù)輸出端連接，DA轉(zhuǎn)換單元的輸出端與輸出信號放大單元的數(shù)據(jù)輸入端連接，輸出信號放大單元的數(shù)據(jù)輸出端與機器人處的伺服驅(qū)動器連接；輸入信號放大單元的數(shù)據(jù)輸入端與機器人處的伺服驅(qū)動器連接，輸入信號放大單元的數(shù)據(jù)輸出端與AD轉(zhuǎn)換單元的輸入端連接，AD轉(zhuǎn)換單元的輸出端與微處理器的扭矩扭力數(shù)據(jù)輸入端連接。

如圖2至圖7所示，微處理器采用單片機芯片STM32F407ZET6，單片機芯片STM32F407ZET6外接時鐘電路、復位電路、電源電路，所述電源電路包括24V轉(zhuǎn)正負12V電源電路、24V轉(zhuǎn)5V電源電路、5V轉(zhuǎn)3.3V電源電路、5V轉(zhuǎn)2.5V電源電路，24V轉(zhuǎn)正負12V電源電路包括芯片U3，外部輸入INPUT+24V經(jīng)二極管D3后與芯片U3的引腳1連接，芯片U3的引腳3輸出電壓VCC-12V，芯片U3的引腳5輸出電壓VCC+12V。

24V轉(zhuǎn)5V電源電路包括芯片U4，外部輸入INPUT+24V與芯片U4的引腳1連接，芯片U4的引腳4輸出電壓VCC+5V。

5V轉(zhuǎn)3.3V電源電路包括芯片U6，芯片U6的引腳1外接電壓VCC+5V，芯片U6的引腳2與引腳4連接后輸出電壓V3.3V。

5V轉(zhuǎn)2.5V電源電路包括芯片U5，芯片U5的引腳2輸入電壓VCC+5V，芯片U5的引腳6輸出電壓VCC jizhuan+2.5V。

如圖8至圖23所示，DA轉(zhuǎn)換單元包括DA轉(zhuǎn)換芯片U12、DA轉(zhuǎn)換芯片U20，輸出信號放大單元包括運放芯片U10、運放芯片U14、運放芯片U16、運放芯片U18、運放芯片U22、運放芯片U24。

DA轉(zhuǎn)換芯片U12的輸入端、DA轉(zhuǎn)換芯片U20的輸入端分別與單片機芯片STM32F407ZET6的扭矩扭力數(shù)據(jù)輸出端連接，DA轉(zhuǎn)換芯片U12的輸出端分別與運放芯片U10、運放芯片U14、運放芯片U16、運放芯片U18的正輸入端連接；DA轉(zhuǎn)換芯片U20的輸出端分別與運放芯片U22、運放芯片U24的正輸入端連接。

AD轉(zhuǎn)換單元包括AD轉(zhuǎn)換芯片U13和AD轉(zhuǎn)換芯片U21，輸入信號放大單元包括運放芯片U11、運放芯片U15、運放芯片U17、運放芯片U19、運放芯片U23和運放芯片U25。

運放芯片U11、運放芯片U15、運放芯片U17、運放芯片U19的輸出端分別與AD轉(zhuǎn)換芯片U13的輸入端連接，AD轉(zhuǎn)換芯片U13的輸出端與單片機芯片STM32F407ZET6的扭矩扭力數(shù)據(jù)輸入端連接；運放芯片U23和運放芯片U25的輸出端分別與AD轉(zhuǎn)換芯片U21的輸入端連接，AD轉(zhuǎn)換芯片U21的輸出端與單片機芯片STM32F407ZET6的扭矩扭力數(shù)據(jù)輸入端連接。

上述雖然結(jié)合附圖對本實用新型的具體實施方式進行了描述，但并非對本實用新型保護范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應該明白，在本實用新型的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本實用新型的保護范圍以內(nèi)。