基于CANopen的工业机器人控制系统设计
基于CANopen协议的工业机器人用轴伺服驱动系统的控制实现
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＣＡＮｏｐｅｎ；ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ ｒｏｂｏｔｓ；ｓｅｒｖｏ ｄｒｉｖｅ ｓｙｓｔｅｍ；ＤＳＰ４０２
０引言
ＣＡＮｏｐｅｎ是一种开放的现场总线协议，已在欧洲 和美国获得广泛的认可和大量的应用。由于ＣＡＮ （Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）只定义了物理层和数据链路 层，没有规定应用层，导致不同厂商开发的ＣＡＮ总线 设备存在不兼容和缺乏互操作性等问题。基于应用层 无规范问题，在１９９５年ＣｉＡ（ＣＡＮ ｉｎ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ）颁布 了完整的ＣＡＮｏｐｅｎ协议，该协议是建立在ＣＡＮ总线 之上的应用层协议，它包括了应用层规范、通信协议和 设备协议。其中，实时伺服驱动和运动控制子协议 （ＣＡＮｏｐｅｎ Ｄｅｖｉｃｅ Ｐｒｏｆｉｌｅ ｆｏｒ Ｄｅｖｉｃｅｓ ａｎｄ Ｍｏｔｉｏｎ Ｃｏｎ－ ｔｒｏｌ，简称ＤＳＰ４０２）主要用于实时伺服驱动系统和运动 控制。
２．Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｐｈｙｓｉｃｓ ａｎｄ Ｐｈｏｔｏｅｌｅｅｔｒｏｎｉｃ，Ｔａｉｙｕａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｔａｉｙｕａｎ ０３００２４，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＣＡＮｏｐｅｎ ｉｓ ａｎ ｏｐｅｎ ｆｉｅｌｄ ｂｕｓ ｐｒｏｔｏｃｏｌ，ｗｈｉｃｈ ｈａｓ ａｐｐｌｉｅｄ ｉｎ ｅｍｂｅｄｄｅｄ ｎｅｔｗｏｒｋｓ ｆｏｒ ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ ａｕｔｏｍａ— ｔｉｏｎ ｉｎ Ｅｕｒｏｐｅ．Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ｔｈｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｏｆ ＣＡＮｏｐｅｎ ｆｉｅｌｄｂｕｓ ｉｎ ｓｅｒｖｏ ｓｙｓｔｅｍ ｗａｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ，ｔａｋｉｎｇ Ｓａｎｙｏ Ｒ Ｓｅｒｉｅｓ ｓｉｎｇｌｅ－ａｘｉｓ ｓｅｒｖｏ ｄｒｉｖｅ ｓｙｓｔｅｍ ａｓ ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｂｊｅｃｔ ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｕｓｅｄ ｉｎ ｔｈｅ Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｒｏｂｏｔｓ．Ｂｙ ｉｎｔｒｏｄｕ— ｃｉｎｇ Ｐｒｏｆｉｌｅ Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｍｏｄｅ，ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｓｔｕｄｉｅｓ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｓｌａｖｅ ｄｒｉｖｅ ｐｒｏｇｒａｍ ｏｆ ＣＡＮｏｐｅｎ Ｄｅｖｉｃｅ Ｐｒｏｆｉｌｅ ＤＳＰ４０２ ｆｏｒ ｒｅａｌ．ｔｉｍｅ ｓｅｒｖｏ ｄｒｉｖｅ ａｎｄ ｍｏｔｉｏｎ ｃｏｎｔｒ０１．
基于CANopen协议的轮式机器人控制系统实现
2.3 软件设计 电机控制的通信流程。首先，通过ELMO自带的配置软件将各个电机驱动器的节点配置完成并检查电路无误后上电，DSP经过相关初始化后等待各个节点返回的boot-up信息，等待完毕后通过SDO写入各个节点的参数配置并将各节点的状态转变为操作状态，之后通过PDO获取相应信息或者发送控制命令。2.4 实验验证 首先验证电机的同步启动问题。为了能更加清晰地观察多电机控制效果，在给每个电机发送控制命令之间引入较大的时间间隔，如5 s。当用串口控制时，可以清楚地观察到一个电机是在另一个电机启动后5 s才启动的，而用CAN总线和CANopen协议控制时，虽然每个电机接收到启动命令具有5 s的间隔，但是在SYNC同步命令发送到总线之前，各个电机均不会启动，只会保存接收到的信息，等待DSP（即主站）发送统一的同步命令或其他更新信息。当每个电机的驱动器接收到SYNC同步命令后，所有电机同时启动。从这点上可以看出，基于CAN总线和CANopen协议的电机控制系统具有串口控制无法比拟的同步优势，这在机器人控制中是十分重要的，虽然在实际情况中，每个电机控制命令之间的间隔较短，但是具有同步控制的电机控制系统显然将会具有更高的控制精度。 再验证控制算法以及整个系统的可行性。将机器人置于坐标零点，角度偏差为0°，然后启动它追踪一条预定义的路径，该路径由两条直线和3个半圆构成，。该图中设定路径以实线表示，实际运动路径以点线表示，在最大速度为1 m/s的实验中，机器人对路径的跟踪效果良好，只是在路径的曲率变化处有一定的偏移，全局过程中偏移最大量仅12 cm，且最终的定位精度可以达到1 cm以内。
2.1.2 CANopen通信机制 CANopen通信模型定义了4种报文（通信对象）：管理报文NMT、服务数据对象SDO、过程数据对象PDO以及特殊功能对象。NMT用来传递主节点对整个网络系统的管理信息。每个CANopen从节点都有初始化、预操作、操作和停止4个状态。NMT负责由组节点控制从节点在各个状态间的转换，。SDO用来传递网络系统中的配置信息。PDO用来实施传送过程数据信息。特殊功能对象用于同步、应急指示和时间标记对象。
基于canopen协议的移动机器人多电机控制系统
图
基于 CANopen 协议的设备模型组成图
2009 年第 10 期
马宏伟等: 基于 CANopen 协议的移动机器人多电机控制系统
# 47 #
通信协定用于提供在总线上收发通信对象的服 务, 不同 CANopen 设备间的通 信是通过交换 通信 对象来完成的 , 这一部分直接面向 CAN 控 制器进 行操作。对象字典描述了 CANopen 设备使用的所 有数据类型、 通信对象和应用对象 , 对象字典位于通 信协定和应用程序之间, 用于向应用程序提供接口。 应用程序对对象字典进行操作 , 它包括功能部分和 通 信 部 分, 通 信 部 分 通 过 操 作 对 象 字 典 实 现 CAN open 通信, 而功能部分则根据具体的应用要求 来实现 。 CAN open 通过不同的通信对象来完成网络的 通信和管理 , 并通过 PDO、 SDO 及 NMT 等对象来 实现通信、 网络管理及紧急情况处理等功能。其中 , SDO 为 服 务 数 据 对 象 , 该 对 象 可 以 传 输 大 于 8 B 的数据信息 , 即 SDO 传送协议允许传送任意长 度的对象。在传送时, 发送和接收者间将建立点对 点的通信, 称之为客户机/ 服务器模式 , 发送者为客 户机 , 接收者为服务器。接收者每收到 1 个信息, 要 向发送者确认收到该信息。例如, 当写数据时 , 客户 端先发送一个标示被写对象的请求 , 服务器收到请 求后返回一个确认信息; 当要读数据时 , 客户端先发 送一个标示被读对象的请求, 服务器收到请求后返 回被读对象的数据, 如图 2 所示。
图2
SDO 通 信模型图
图 4 基于 CANopen 协议的多电机控制系统结构图
在通信 时, CANopen 的物理层 CANbus 每 次 传送的数据量不大, 其中包括 11 位元的 ID 、 远端传 输请求( RT R) 位元及大小不超过 8 位元的数据, 如 图 3 所示。 CANopen 将 CAN bus 11 位元的 ID 分 为 4 位元的功能码及 7 位元的 CANopen 节点 ID。 7 位元的 ID 共有 128 种不同的组合, 其中 ID 0 不使 用, 因此, 1 个 CANopen 网络上最多允许 127 台设 备。 CAN open 将 CANbus 的 11 位元 ID 称为通信 对象 ID ( COB- ID) 。当 传 输 数 据 出 现 冲突 时 , CAN bus 的仲裁机制会使 COS - ID 最小的信息继 续传送, 不用等待或重传。COB- ID 的前 4 个位元 是 CA Nopen 的功能码 , 因此 , 数值小的功能码表示 对应的功能重要 , 允许的延迟时间较短。
基于CANopen协议的机械手的实现
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｃ ＡＮ ｏ ｐ ｅ ｎ ｐ ｒ ｏ ｔ ｏ ｃ ｏ ｌ ｉ ｓ ａ ｓ ｔ ａ ｎ ｄ ａ ｒ ｄ ｄ ｅ ｉ ｆ ｎ ｅ ｄ ｂ ｙ Ｃ ＡＮ － ｉ ｎ － Ａ ｕ ｔ ｏ ｍ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ （ Ｃ ｉ Ａ） ，ａ ｎ ｄ ｏ ｃ ｃ ｕ ｐ ｉ ｅ ｓ ａ ｌ ｅ ａ ｄ ｉ ｎ ｇ ｐ ｏ ｓ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ Ｃ Ａ Ｎ －
ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｉ ｎ ｄ ｕ ｓ ｔ ｒ ｉ ａ ｌ ｓ ｅ ｃ ｔ ｏ ｒ ．Ｉ ｎ ｔ ｈ ｉ ｓ ｐ ａ ｐ ｅ ｒ ，ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ａ ｎ ｄ ｉ ｍｐ ｌ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｉ ｆ ｖ ｅ － ａ ｘ ｉ ｓ ｒ ｏ ｂ ｏ ｔ ，ｃ ｏ ｍｂ ｉ ｎ ｅ ｄ ｗ ｉ ｔ ｈ ｔ ｈ ｅ ｗｉ ｄ ｅ ｌ ｙ ａ ｐ ｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｏ ｆ Ｃ ＡＮｏ ｐ ｅ ｎ ｐ ｒ ｏ ｔ ｏ ｃ ｏ ｌ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｆ ｉｅ ｌ ｄ ｏ ｆ ａ ｕ ｔ ｏ ｍｏ ｔ ｉ ｖ ｅ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｉ ｃ ｓ ａ ｎ ｄ ｉ ｎ ｄ ｕ ｓ ｔ ｒ ｉ ａ ｌ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ，ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｌ－ ａ ｔ ｉ ｍｅ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｏ ｆ ｍｕ ｌ ｉ－ ｔ ｍｏ ｔ ｏ ｒ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｉ ｓ ａ ｃ ｈ ｉ ｅ ｖ ｅ ｄ ．Ｃ ＡＮ ｂ ｕ ｓ ｄ ｅ ｓ ｉ ｎ ｍｅ ｇ ｔ ｈ ｏ ｄ ｐ ｒ ｏ ｖ ｉ ｄ ｅ ｄ ｈ ｅ ｒ ｅ ｉ ｎ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｌ ｉ ｎ ｇ ｍｕ ｌ ｔ ｉ ｐ ｌ ｅ ｓ ｅ ｒ ｖ ｏ ｍｏ ｔ ｏ ｒ ｓ ， ｍａ ｋ ｉ ｎ ｇ ｔ ｈｅ ｈ ａ ｒ ｄ ｗａ ｒ ｅ ｄ ｅ ｓ ｉ ｎ ｉ ｇ ｓ ｇ ｒ ｅ ａ ｌ ｔ ｙ
工程机械控制技术专业毕业设计论文：基于CANopen协议的工程机械控制系统设计
工程机械控制技术专业毕业设计论文：基于CANopen协议的工程机械控制系统设计摘要本文基于CANopen协议，对工程机械控制系统进行了设计。
首先介绍了研究背景和意义，接着阐述了研究的目的和方法。
在方法部分，详细介绍了CANopen协议的特点和优点，以及系统的总体设计和详细设计。
然后在实验部分，对所设计的控制系统进行了仿真实验和分析。
最后，对研究的结果和结论进行了总结，并指出了研究的局限性和未来发展方向。
一、研究背景和意义工程机械在建筑、交通运输、矿山、农业等领域中具有重要作用。
随着科技的发展，现代工程机械逐渐向智能化、高效化、可靠化和安全化方向发展。
控制系统作为工程机械的核心部分，对于整个系统的性能和稳定性具有决定性作用。
CAN （Controller Area Network）是一种用于汽车、工业自动化等领域的高性能网络系统，具有传输速度快、可靠性高、灵活性好等优点。
CANopen协议是CAN总线的一种高层协议，能够提供较高的网络管理和诊断功能。
在工程机械控制系统中，基于CANopen协议的设计具有广泛的应用前景。
本文的研究旨在基于CANopen协议，设计一种高效、稳定、可靠的工程机械控制系统。
通过研究，可以提高工程机械的自动化水平、降低故障率、提高工作效率和安全性。
二、研究目的和方法本研究的主要目的是基于CANopen协议，设计一种适用于工程机械控制系统的网络架构和控制系统。
具体而言，研究内容包括：1. CANopen协议的特点和优点：深入研究CANopen协议的原理和应用，了解其特点和优点，为系统设计提供理论支持。
2. 控制系统总体设计：根据工程机械的实际情况，设计基于CANopen协议的控制系统总体结构，包括网络拓扑结构、设备节点、通信配置等。
3. 控制系统详细设计：根据总体设计，进行控制系统的详细设计，包括硬件设计、软件设计和系统调试等。
本研究采用的方法主要包括网络通信理论、控制理论和系统设计等。
基于Canopen协议的运动控制系统设计
决方 案 的工 业控 制 模 型 的 软件 实 现 。
收 稿 日 期 ：０ ０ １ － １ ２ １ ． ２０
（ 第１ 期 总 ９ ）＠ ３
Ｉ 制造 与 设 备 Ｃ
电 子 工 业 专 用 设 备
－
的技 术 ， 广泛 应 用 于 自动 化 各个 领 域 。 目前广 泛 正
使 用 的 其 它 现 场 总 线 还 有 Ｐｏ ｂ ｓ Ｄ ｖｃＮ ｔ ｒｆ ｕ 、 ｅ ｉ ｅ、 ｉ ｅ
Ｃ ｎｒｌ ｔＨ Ｔ Ｆ ｏ ｔ Ｎｅ、 ＡＲ 、 Ｆ等 等 ， 是 Ｃ Ｎ 总 线也 是 所 ｏ 但 Ａ
有现 场 纵 向中最 早 出现 的 ， 也是 最适 合 机 器 自动 化
领 域 的现 场 总线 。
Ｃ Ｎ Ａ 总 线 除 了 具 有 一 般 总 线 所 具 有 的 优 点
外 ， 根 据机 械 自动 化 的特 点 ， 供 了 一些 非 常 有 还 提
了 Ｃ Ｎ ＋ Ｃ ｎ ｐ ｎ工 业 控 制 总 线 解 决 方 案 ，重 点 阐 述 了这 种 解 决 方 案 在 一 种 工 业 控 制 模 型 中 的 Ａ ａｏ ｅ
实现 。 同时对 软件 设 计 、 设备 调 试 中的 问题 提 出解 决方 案 ， 系统 效 率 、 靠性进 行 测试 优 化 。 对 可
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基 于 Ｃ ｏ ａ ｅ ｎ 议 的 运 动 ｐ ｎ协 控 制 系统 设 计
刘 玉倩 ， 文 ， 卫 国 ， 慧 张 靳 王
（ 国 电子科 技 集 团公 司第 四十五研 究所 ， 京 １ １０ ） 中 北 ０６ １
摘 要 ：描 述 了一 种 最 广 泛 应 用 的 现 场 总 线 ＣＡＮ 和 最 为 成 功 的 ＣＡＮ 应 用 层 协 议 Ｃａ ｏ ｅ ， 绍 ｎ ｐ ｎ介
stm32 canopen 例子
stm32 canopen 例子摘要：1.STM32 和CANopen 简介2.STM32 CANopen 的优点3.STM32 CANopen 的实现方法4.STM32 CANopen 的例子5.总结正文：1.STM32 和CANopen 简介STM32 是一种基于ARM Cortex-M 内核的微控制器，广泛应用于各种嵌入式系统中，如机器人、智能家居和自动控制等领域。
CANopen 是一种用于实时控制的通信协议，特别适用于工业自动化领域。
2.STM32 CANopen 的优点STM32 CANopen 具有许多优点，如高可靠性、实时性和灵活性。
CANopen 协议可以实现多主控制器的通信，使得系统更加稳定。
此外，CANopen 还具有丰富的错误处理机制，可以保证通信的可靠性。
3.STM32 CANopen 的实现方法要实现STM32 CANopen，需要先配置STM32 的CAN 控制器，包括设置工作模式、时钟源和滤波器等参数。
然后，需要编写CANopen 协议的报文，包括标识符、数据长度和校验码等。
最后，通过CAN 控制器发送和接收报文，实现实时控制。
4.STM32 CANopen 的例子以下是一个简单的STM32 CANopen 例子：假设有一个机器人系统，由一个主控制器和两个从控制器组成。
主控制器通过CANopen 协议发送控制命令，如移动和旋转等，从控制器接收命令并执行相应的动作。
通过这种方式，可以实现对机器人系统的实时控制。
5.总结STM32 CANopen 是一种强大的实时控制方案，可以应用于各种嵌入式系统中。
通过配置STM32 的CAN 控制器和编写CANopen 协议的报文，可以实现实时控制和通信。
基于CANopen的Delta机器人控制研究
第18卷第4期2020年12月南京工程学院学报（自然科学版）Journal of Nanjing Institute of Technology!Natural Science Edition）Vol.18,No.4Dec.,2020doi：10.13960/j.issn.1672-2558.2020.04.006投稿网址： I智能控制研究与应用专题以人工智能为基础的智能控制技术正成为科学技术和产业发展的重要推动力•本专题中，《基于CANopen的Delta机器人控制研究》利用CANopen对并联机器人控制系统进行模块化设计和开放式研发,实现了对三个电机的同步控制以及Delta机器人的协调、平稳运行;《基于模糊控制的风光互补系统协同控制研究》采用经典智能模糊控制方法对风能、太阳能和蓄电池三种能源供给单元进行协调控制,实现多变量的最大功率跟踪、过载运行保护控制、欠功率运行效率控制等多种策略的协同运行;《智能物联网售卖系统设计与实现》基于智慧校园背景，设计并完成了一套基于智能物联网的食堂智能售卖管理系统，着重研究了智能控制技术在物联网售卖系统中的应用•文章中的创新观点为智能控制技术的深入研究与广泛应用提供了可借鉴的思路和有益的参考.基于CANopen的Delta机器人控制研究殷u生，包光旋，李耀,黄家才（南京工程学院工业中心、创新创业学院，江苏南京211167）摘要:针对传统的机器人控制系统通讯实时性差、扩展性能差等缺点，以CAN作为低层通信总线、以CANopen作为高层通信协议，设计了一种基于CANopen的Delta机器人控制系统.CAN总线通信速率高并且可容纳的节点数目多，使得控制系统中各个模块之间的数据传输和指令共享的性能大大提高.在自主设计的上位机软件中，可完成对Delta机器人的上电、点动、急停、回零等基本控制，利用改进型梯形轨迹规划结合CANopen协议下的同步插补模式实现Delta机器人运动过程的平稳与协调.关键词：Delta机器人；CAN总线；CANopen协议中图分类号:TP391.8CANopen是一种基于CAN总线的应用层协议，采用面向对象的设计思想，具有很好的模块化特性和很高的适应性,但相关的应用普遍都还停留在利用已经封装好的测试软件进行开发的层次,这种开发效率低且内部代码不开放•针对这些问题,本文提出了一种基于CANopen二次开发的Delta 机器人控制系统，利用CANopen二次开发函数库,采用面向对象的设计思想［1］，将并联机器人控制系统进行模块化设计、开放式研发，利用自主设计的上位机软件设计Delta机器人的起停、设置零点等基本功能，同时为达到整体性能的优化和系统的稳定性，利用CANopen的同步模式解决三电机的同步运行问题，结合修正圆角梯形轨迹规划实现并联机器人的协调、平稳运行.1机器人控制系统的体系结构1.1模块化控制系统的硬件结构在机器人控制系统中，需要控制的参数有机器人各关节轴的位移、速度、转矩和加速度［2］•基于CANopen的Deta器系统 1.上位机主要负责机器人的轨迹规划和人机交互等任'，并且实现与主站卡之间的通信，通过主站卡发送指令控制机器人运行并实现数据交互；主站卡将位置指令发送给驱动器来驱动电机运行,并收稿日期：2020-08-30；修回日期：2020-10-23作者简介：殷堆生，硕士，高级工程师,研究方向为控制理论与控制工程、机器人控制与系统集成、运动控制.E-mail:yinns@引文格式：殷堆生，包光旋，李耀，等•基于CANopen的Delta机器人控制研究'0（•南京工程学院学报（自然科学版），2020,18（4）：27-31.28南京工程学院学报（自然科学版）2020年12月通过上位机读取驱动器反馈的位置以及速度等数据进行实时监测;伺服驱动器主要用于将接收到的指令信号放大为高功率的电压和电流以满足驱动电机工作的需要;伺服电机主要为驱动负载提供能量.本系统通过位置插补模式控制伺服电机，并且选择半闭环控制方式，精度高于一般的开环控制系统.图1控制系统架构图1.2基于CANopen的网络通信协议CANopen协议定义了4种通信报文'3（,分别是管理报文（NMT）、服务数据对象（SDO）、过程数据对象（PDO）和预定义报文或特殊功能对象基于CANopen的Delta机器人控制系统利用这4种报文做如下工作：1）通过NMT报文进行网络管理'4（.在机器人控制系统中，将主控计算机作为主节点,Delta并联机器人的三个伺服驱动器作为从节点；系统上电后,要对各个从节点进行初始化，主节点通过NMT 报文使从节点进入准备状态，此后从节点才可接收SDO和PDO等消息.2）通过SDO完成对对象字典中操作对象的PDO映射.从节点初始化完成之后，需要电机轴的伺服驱动器能够根据接收到的报文内容对电机按照插补、速度、位置等模式进行控制•根据对象索引，对相应的对象进行读写操作即可实现需要的功能•在发送PDO报文之前要先将应用对象映射到PDO中，这可以通过发送SDO报文配置PDO映射参数.3）通过PDO发送和接收实时数据.在通过SDO完成对PDO的映射后,就可以通过PDO实时向伺服驱动器传送位置、速度信息并接收伺服驱动器上传上来的实际位置信息.PDO有多种传送方式，本文采用通过发送SYNC信号的方式,保证各节点运行的同步性.4）通过接收EMCY报文对应急状况进行处理.对驱动器的异常状况做出及时处理，防止发生意外.2基于CANopen的系统软件设计2.1模块化软件结构机器人控制软件既有轨迹规划算法,又包含界面操作、状态监控等交互功能.根据机器人控制系统的硬件结构和CANopen协议的特点,设计了模块化的软件结构,既保证二次开发的开放性和可拓展性⑸，又保证了界面程序开发的简易性，软件由PC上位机界面设计、CANopen协议配置和轨迹规划及正逆解三部分组成•机器人软件整体架构如图2所示.PC上位机初始化设置插补模式回零模式机器人点动机器人回零监控界面M CAN总线CANopen标议（|设备子协议||通信子协议|二二二⑩二二二/I轨迹规划I I正逆解II______________________________________7图2软件整体架构图3系统的位面,要完成交互,包括对Delta机器人的各种操作以及对运行的监.位面基于CANopen次开发完成，可根据使用者需要和现场环境增加或更改控制效果，因此具有很强的开放性，便于用户操和展能.图3基于CANopen的Delta机器人上位机界面开灯设备电机：电机3S人“容兴闭设备电watt i S a S w目标工件堆押◎正方影OH»O三角彫班”点动靱1设点角泅j轴"时—畫:NANj m c W SHTVTE O FTECHNOLOGY机窈人示敦实絵一运动夕止解电机伽S J11*d<B32»<UgJ3轴*g和斛7A X轴mm丫轴「mm7Wi mm机器人水敏实繼一址动宁地解a位覽xm m m Y»m n ZM n»if优解31*d<f32・[di g d w SI斑J3点动豳腥如‘人零成机18人示敦实划wKL2=791Wmm般|则粗香II—a——b—X初如翊:昨対“g dag 工件实际位***i—』—4霜开]同目标点|Y坐标丫坐标z|辞标aiSA认冋日标曲轨迹心动渝CZZh CZJ mm/s抽耐*H1映聲丁'强日5却_丨s第18卷第4期殷塢生，等:基于CANopen的Delta机器人控制研究29基于CAN总线的通讯网络负责指令和参数的传输，通信速率高并且可容纳的节点数目多，使得控制系统中各个模块之间的数据传输和指令共享的性能大大提高，只要符合CAN总线接口协议和软件信息接口协议，任何生产厂家开发的模块均可挂接在CAN总线上.系统中各伺服驱动器均以节点的形式挂接在CAN总线上并通过总线交换信息，由此形成了一种网络式的构架，进一步扩展后可以很方便地与其他网络上的设备进行通信.因此Delta机器人控制系统具有良好的可拓展性和开放性.为保证Delta机器人示教模块和工件分拣模块抓放操作快速、平稳、没有刚性冲击，采用正弦修正梯形加速度曲线函数'6_7（，其函数表达式为：；max _；maxT3T ¥"＜瓦3T5T占[1]84瞬f7T瓦"(1)基于Matb与ADAMS软件对本系统的Delta 机器人轨迹规划部分进行仿真试验•设机器人的起始位置为（-200，0，-650）、终点位置为（200，0，-650）、机器人下抓和下放的距离均为150mm、机器人的运行周期为6s.机器人动平台中心点在笛卡尔空间的运行曲线如图4所示.图4机器人末端动平台中心点在笛卡尔空间的运行路径在关节空间中监测机器人虚拟样机的轨数，可获得机器人各关节位移、角速度、角加速度随时间变化的曲线，如图5所示.555552211一-1-1-27S•UIUI)碰同<（J）角速度7S•UIUI)悝同吕<（8角加速度O图5机器人主动臂各关节变化曲线由图5可知，机器人各关节角速度与角加速度在起点和终点处均为0，整体的变化呈现平滑连续趋势，在两处直角拐点处不存在急剧突变现象，说明路径运动过程中的刚性与柔性冲击及振动均得到了一定程度的抑制'8（,在保证机器人平稳运行的同时提高了机器人的整体工作性能.2.2控制程序流程实时控制程序是机器人控制软件的核心部分,主要完成机器人控制指令的获取、控制算法、CAN 数据发送与接收.程序的流程如图6所示.初始化CAN时，调用ZCOMA_Init函数将主站设备信息参数传递到函数中，实现主站通道的初始化，然后将从站设备添加到CAN网络中.本系统是30南京工程学院学报！自然科学版）2020年12月图6控制程序流程图三台伺服驱动器，调用ZCOMA_AddNode函数实现添加从站功能•参数配置包含PDO映射配置、控制模式选择等•以将RPDO1配置为伺服驱动器的控制字为例,6040h代表电机控制字，可以理解为对电机状态的控制，如电机的上电、消磁、急停等, RPDO1发送不同的值到6040h,那么电机就处于不同的状态•本系统所有映射情况如表1所示.表1PDO映射表PDO.COB-ID射射对象RPDO1200h+NodelD6040—00h字RPDO2300h+NodelD6081—00h运行速度RPDO2300h+NodellD607A-00h位置RPDO3400h+NodelD6060—00h模RPDO4500h+NodelD60C1-01h插补位置数据TPDO1180h+NodelD6041—00h字TPDO1180h+NodelD6064—00h位置实际值TPDO2280h+NodelD6061—00h模输入起始坐标后,需要完成正逆解、轨迹规划,才可以将PDO发送至从节点，使Delta机器人运行正确•插补模式下控制流程如图7所示.离散化运动时间，得到N+1个时间点由时间点得到N+1个点坐标运动学逆解各个坐标，得到转角|将单位转换后阿图7轨迹规划部分流程图根据图7的轨迹规划,得到的4+1个坐标点为Delta机器人所要经过的坐标.通过逆解将坐标转换为电机转动角度，利用PDO给三个从站设置控制模式,使三个伺服驱动器运行在插补控制模式,插补位置数据（电机转动角度）已经得到，因此只需要通过PDO给三个从站发送插补位置数据,之后发送同步帧，使从站更新插补位置数据.通过PDO发送控制字6040h=0x1F给三个从站，使三个伺服驱动器激活插补模式，按照插补周期定时发送预先规划好的插补位置数据给三个从站，再发送一个同步帧，使三个伺服驱动器同步更新插补位置数据，实现三个电机插补运行.3试验研究与结果分析采用本系统控制Delta并联机器人，在控制周期为10ms的条件下进行Delta机器人圆角梯形轨迹运动试验,Delta机器人运动过程平稳，三个电机轴都能根据预规划的轨迹同步运动.对单个关节的运行轨迹进行跟踪,得到图8所示曲线.由图8可见，采用本控制体系结构的并联机器人每个电机轴的实际运行轨迹与控制算法规划出的轨迹基本重合.图9为运动过程局部放大图，从图9中起步阶段的放大曲线可以看出，由于网络传输和电机机械特性等因素,实际曲线约有10ms左右的滞后，保证了机器人运动过程中的稳定性.基于CAN总线的分布式模块化系统结构便于Delta 机器人开发过程中的设计分工与故障排查，使得整个系统简单可靠、层次分明，更加易于扩展.采用CANopen通讯协议进行二次开发，其同步插补模保证了器电的步运行和系统的定性，且CANopen通讯协议的开放性和可靠性保证了系统易于拓展，便于增加系统功能.利用改进型第18卷第4期殷塢生，等:基于CANopen 的Delta 机器人控制研究31的圆角梯形轨迹规划方案不仅使得Delta 机器人运行稳定,且能够减少运行时间，保证了运动过程的稳定、迅速.时间/s 图9运动过程局部放大图4结语结合Delta 机器人控制的特点和性能要求，设计了控制系统的软件、硬件，建立了基于CANopen 协议的Delta 机器人控制系统，系统采用分布式控制，易于扩展,模块条理清晰.采用CAN 总线作为通信标准,较传统通讯方式传输速率快、出错率低,且故障易于排查•在实测试验中验证了系统的可行性和稳定性，试验证明运动效果良好，达到了预期的设计要求，是一种非常适用的机器人控制系统设 计方案.参考文献：[1 ]周国栋，张墩利.基于CANopen 协议的智能永磁同步电机控制从站研制'J ] •湖南工业大学学报,2011,25 (1) &98 - 100.[2]朱嘉伟，胡凯，黄家才.CANopen 的六轴串联机器人控制系统设计[J ].单片机与嵌入式系统应用，2019,19 (11": 13-15.[3 ]郭晓彬.Delta 并联机器人运动规划与动力学控制'D ] •广州：广东工业大学,2015.[4 ]王斌，陈卫东，杨军.基于CANopen 和RTLinux 的机器人模块化控制系统设计[J ].电气自动化，2008,30 ( 1 ": 27 -29,56.[5 ]金洋，李硕,曾俊宝.基于CANopen 协议的水下机器人控制系统设计[J ].计算机测量与控制,2014,22(7) ：2076 -2079.[6] 黄海忠.DELTA 并联机器人结构参数优化与运动控制研究[D ] •哈尔滨：哈尔滨工业大学,2013.[7] LARIBI M A , ROMDHANE L , ZEGHLOUL S. Analysis anddimensionat synthesis of the DELTA robot for a prescribedworkspace [ J ]. Mechanism and Machine Theory , 2007 ( 42 ) : 859-870.[8 ]吴振宇，韩亚丽，沈培•基于Delta 机构的踝关节康复机器人研究[J ].南京工程学院学报！自然科学版),2017,15 (3 )：55-59.Delta Robot Control System Design Based on CANopenYIB Nian-sheng, BAO Guang-xuan, LI Yao, HUANG Jio-cei(Industrial Center/School of Innovation and Entrepreneurship,Nanjing Institute of Technology, Nanjing 211167, China)Abstract ： To remedy the defects of poor reat timeliness of communication and low expansion ability of controt systems oftraditionat robots, a Delta ebot controt system m designed based on CANopen with Can as the low-level communicationbus and CANopen the high-level communication protocot. Data transmission and command sharing among various modulesin the controt systems become much easier thanks t 。
基于CANopen协议的分布式控制系统的研究的开题报告
基于CANopen协议的分布式控制系统的研究的开题报告1.研究背景和意义CANopen作为一种现代化的分布式控制系统协议，已经成为了工业控制领域的重要组成部分。
该协议具有高速、高可靠性、简单灵活等特点，在各种工业自动化场合得到了广泛应用。
随着工业自动化技术的发展，分布式控制系统在模块化、智能化、网络化方面的应用需求越来越高，因此，在CANopen协议的基础上研究分布式控制系统的设计、开发和应用，具有非常重要的实际意义。
2.研究目标和内容研究目标：基于CANopen协议的分布式控制系统的设计、开发和应用，提高系统的稳定性和可靠性，为工业自动化提供高效的分布式控制系统解决方案。
研究内容：1）CANopen协议的分析和应用。
2）分布式控制系统的设计和开发。
3）系统软硬件设计，包括微处理器的选择、架构设计和相关软硬件接口设计等。
4）系统的实现和测试，包括系统的集成测试和性能测试等。
5）系统的应用和推广，为工业控制系统提供高效、稳定的控制方案。
3.研究方法和步骤研究方法：文献资料调研、理论分析、系统设计、硬件调试、实验测试等。
研究步骤：1）了解CANopen协议的基本原理和应用领域。
2）确定研究内容和项目要求。
3）进行系统软硬件架构设计和开发。
4）进行系统功能测试和性能测试。
5）根据测试结果对系统进行优化和改进，保证系统的稳定性和可靠性。
6）撰写论文和报告，对研究成果进行总结和归纳。
4.预期成果1）基于CANopen协议的分布式控制系统的设计和实现，可以用于工业自动化领域。
2）通过对系统的功能、性能、稳定性等方面的测试，分析系统的优缺点，进行改进和优化；并总结出一套可行的分布式控制系统设计方法。
3）为CANopen协议的应用和分布式控制系统的研究提供一定的参考。
5.研究难点和创新点研究难点：分布式控制系统的设计和实现。
创新点：通过CANopen协议的应用，可以大大提高系统的稳定性和可靠性。
同时，本研究还将探索适用于分布式控制系统的新型设计方法和优化方案。
基于CANOPEN的过程控制系统的设计的开题报告
基于CANOPEN的过程控制系统的设计的开题报告一、选题背景及意义随着工业自动化的不断发展，过程控制系统已经成为现代工厂正常运行的重要组成部分。
CANOPEN作为一种现代化的控制总线技术，具有较高的稳定性、可靠性和高效性，因此在过程控制系统设计中得到了广泛应用。
本次选题旨在基于CANOPEN技术对过程控制系统进行设计，构建一个高可靠性和高性能的过程控制系统，提高生产效率和质量，降低成本，有着重要的实际意义。
二、研究内容及技术路线本次研究的内容主要包括以下几个方面：1. CANOPEN总线技术的研究与应用：研究CANOPEN技术的结构和原理，尤其是在过程控制系统中的应用，掌握CANOPEN通讯协议和通讯方式；2. 过程控制系统软件平台的设计：研究过程控制系统软件平台的架构设计，包括数据采集、控制、操作界面等模块的设计和实现；3. 过程控制系统硬件设计：研究过程控制系统硬件平台的选型和设计，包括传感器、执行器、控制器等模块的选型和设计；4. 过程控制系统集成实现：将软件平台和硬件平台进行集成实现，进行整体测试和调试，验证系统的可靠性和稳定性。
技术路线如下：1. 研究CANOPEN技术的相关企业标准和技术规范，掌握通信协议和通信方式；2. 设计过程控制系统的软件平台，实现数据采集、控制、操作等模块，并进行相关测试和验证；3. 根据设计需求选取合适的硬件平台，进行传感器、执行器、控制器等模块的选型与设计并进行相关测试和验证；4. 将软件平台和硬件平台进行集成实现，进行整体测试和调试，验证系统的可靠性和稳定性。
三、预期成果本次研究预期实现一个基于CANOPEN技术的高可靠性和高性能的过程控制系统，具体成果包括：1. CANOPEN技术在过程控制系统中的应用，掌握CANOPEN通信协议和通信方式；2. 过程控制系统软件平台的架构设计和实现，包括数据采集、控制、操作界面等模块的设计和实现；3. 过程控制系统硬件平台的选型和设计，包括传感器、执行器、控制器等模块的选型和设计；4. 集成软、硬件平台实现的过程控制系统，验证系统的可靠性和稳定性。
基于CANopen协议的AGV多轮驱动控制系统
基于CANopen协议的AGV多轮驱动控制系统摘要：针对AGV多轮驱动控制系统存在接线复杂、成本较高、可靠性差等方面的问题，提出了一种基于CAN open 协议的AGV多轮驱动控制系统的设计方案。
结合物流行业低压伺服系统CAN总线的普及应用，分析并采用CAN总线的高层CANopen协议，实现了AGV多轮驱动系统的控制，将其用于AGV四轮驱动系统实验平台。
结果表明，该系统结构简单、性能稳定、可靠、适应性强。
关键词：AGV；多轮驱动；控制系统；CANopen1 引言随着现代科学与技术的飞速发展，自动引导车（AGV）在机械加工、汽车制造、自动化立体仓库等许多行业中得到了广泛应用。
AGV（Automated Guided Vehicle）即自动导引车，是指装备有电磁或光学等自动导引装置，能够沿规定的导引路径行驶的运输小车，并且还具有安全保护报警功能和相应移载功能。
AGV的工作特点要求控制系统应具备电机多轴控制、多传感器数据实时采集与处理、与上位机数据交换等功能。
本文设计了一种新型的基于CANopen协议的AGV多轮驱动控制系统，采用CANopen协议实现AGV多轮驱动系统的控制，在AGV行业将会有广泛的应用前景。
2 CANopen 控制协议的实现CAL（CAN Application Layer）协议是目前基于CAN的高层通讯协议中的一种，CANopen是在CAL基础上开发的，使用了CAL通讯和服务协议子集，提供了分布式控制系统的一种实现方案。
这里选用的电机驱动器是标准支持该协议的上位机的CAN从站设备，严格遵循CANopen2.0A/B协议，任何支持该协议的上位机均可以与其进行通讯。
CANopen通讯定义了四种通讯报文，分别是：服务数据对象SDO（Service Data Objects）、进程数据对象PDO（Process Data Objects）、管理报文NMT和预定义报文。
2.1 对象字典（OD）CANopen的核心概念是设备对象字典，所有的对象有明确的功能定义。
基于CAN总线服务机器人控制系统设计
基于CAN总线服务机器人控制系统设计【摘要】本文介绍了一个基于CAN总线的服务机器人控制系统。
上位机采用通用PC机，机器人的关节用单片机进行伺服控制。
上下位机通讯是通过CAN总线，系统的开放性和实时性能得到显著提高。
【关键词】CAN总线；服务机器人；单片机The Design of Service Robot Control System Based on CAN BusYANG Xu-Dong（Tangshan College，Tangshan Hebei 063000，China）【Abstract】A Service control system based on CAN bus is introduced.The system takes universal PC as the supervisory-controlled computer，and the microcontroller as the controller’s core to servo-control the joint of the robot.The two-level controllers uses CAN bus to communicate，and the characteristics of open system and real-time have been developed.【Key words】CAN bus；Service robot；Microcontroller0 引言随着计算机技术和网络技术的飞速发展，服务机器人技术得到广泛应用。
服务机器人主要应用于家庭、医疗、娱乐等服务业，可以很大程度上提高人们的生活质量。
它不仅可以使人们从繁琐的家庭事务中解脱出来，而且随着老龄化社会逐渐来临，在家庭服务业，医疗护理行业等各方面取得很好的应用前景。
机器人在一定空间范围内，能够以某一个任意姿态达到空间中任意一点，服务机器人应至少具有5个自由度。
基于CANopen协议的喷漆机器人控制系统研究
基于CANopen 协议的喷漆机器人控制系统研究Research on control system of spray painting robot based on CANopen protocol孙立新，陈 帮 SUN Li-xin, CHEN Bang（河北工业大学 机械工程学院，天津 300131）摘 要：针对喷漆机器人在大型罐体表面的应用，文章介绍了机器人工作原理，设计了控制系统的结构，实现了对系统的运动控制。
运用CANopen协议、Modbus RTU协议、RS485总线、Modbus TCP协议等知识，实现了可编程逻辑控制器分别与交流伺服驱动器、信号转换模块、触摸屏的通信；文章设计车体位置校正方案，列出数学方程；利用编程软件编写程序，实现车体的前进、后退、顺时针转、逆时针转。
喷漆机器人操作简单，控制精准，已取代人工喷漆在国内某公司应用。
关键词：喷漆机器人；可编程逻辑控制器；CANopen协议；Modbus RTU协议中图分类号：TP510 文献标识码：A 文章编号：1009-0134(2020)09-0053-04收稿日期：2019-02-21作者简介：孙立新（1964 -），男，河北承德人，教授，博士，主要从事机电一体化成套设备和机器人的研究工作。
0 引言大型储罐长期使用后会出现罐壁腐蚀、表面脱落的现象，当表漆脱落严重时需将罐体表面原漆去除，并重新喷漆。
传统大型罐体喷漆需搭建脚手架进行人工喷漆，搭建脚手架时，防止出现事故，所有相关设备需停止运行；并且搭建脚手架耗费很长时间，这将严重影响企业生产[1]。
人工喷漆危险系数高，工作量大，对身体危害严重。
若研究设计一种喷漆爬壁机器人，它将取代人工喷漆，缓解工人工作强度；无需搭建脚手架，极大的提高企业生产效率。
本文通过CANopen 协议研究喷漆机器人的控制系统。
1 喷漆机器人工作原理本文介绍的喷漆机器人如图1所示。
在车体下面装有磁铁，通过磁吸附在罐体壁面。
基于C的工业机器人控制系统设计与实现
基于C的工业机器人控制系统设计与实现工业机器人在现代制造业中扮演着越来越重要的角色，它们可以完成重复性高、精度要求高的任务，提高生产效率，减少人力成本，保证产品质量。
而工业机器人的控制系统设计和实现是确保机器人正常运行的关键。
本文将从基于C语言的角度出发，探讨工业机器人控制系统的设计与实现。
1. 工业机器人控制系统概述工业机器人控制系统通常由硬件和软件两部分组成。
硬件包括传感器、执行器、控制器等组件，而软件则是控制这些硬件进行运动和操作的核心。
在软件部分，C语言作为一种通用的编程语言，被广泛应用于工业机器人控制系统的开发中。
接下来将介绍基于C语言的工业机器人控制系统设计与实现的关键技术。
2. C语言在工业机器人控制系统中的应用C语言作为一种结构化程序设计语言，具有良好的可移植性和高效性，在工业机器人控制系统中有着广泛的应用。
通过C语言编程，可以实现对机器人各个关节的控制、路径规划、碰撞检测等功能。
同时，C语言还可以方便地与各种外部设备进行通信，实现工业机器人与其他设备之间的数据交换和协作。
3. 工业机器人控制系统设计在设计工业机器人控制系统时，首先需要明确机器人的运动学模型和动力学模型，以便进行路径规划和运动控制。
其次需要设计合适的传感器系统，用于获取机器人当前状态信息。
然后根据任务需求和安全考虑，设计相应的控制算法和逻辑。
最后将这些设计转化为C语言代码，并在相应的开发环境中进行调试和优化。
4. 工业机器人控制系统实现在实现工业机器人控制系统时，首先需要选择合适的硬件平台和开发工具。
然后按照设计好的算法和逻辑编写C语言代码，并进行编译、下载到控制器中。
接着进行系统测试，验证控制系统是否符合要求。
最后根据测试结果对系统进行调整和优化，直至达到预期效果。
5. 工业机器人控制系统应用案例以某工厂生产线上的焊接机器人为例，通过基于C语言的控制系统设计与实现，实现了焊接路径规划、焊接速度控制、焊缝跟踪等功能。
基于CANopen的工程机械控制器设计
第35卷第5期2020年10月成都信息工程大学学报JOUＲNAL OF CHENGDU UNIVEＲSITY OF INFOＲMATION TECHNOLOGYVol．35No．5Oct．2020O文章编号：2096-1618（2020）05-0487-06基于CANopen 的工程机械控制器设计王紫瑞1，2，关旭2，3，冀雯馨4（1．辽宁工程技术大学研究生院，辽宁葫芦岛125105；2．辽宁省露天矿山装备专业技术创新中心，辽宁阜新，123099；3．辽宁瀚石机械制造有限公司，辽宁阜新，123000；4．常熟理工学院电子信息工程学院，江苏常熟215500）摘要：针对国内中高端的工程机械控制器市场主要被国外厂商垄断，导致工程机械控制器价格昂贵、后期维护能力差、供货周期长，而传统控制器又不能够满足现代化工程机械的控制中的高速通信需求的问题，设计了基于CANopen 的工程机械控制器。
选用Infineon 的XC2287M 芯片作为平台的核心部件，详细说明系统中各模块的作用，并且完成系统原理图和PCB 的设计;选择符合IEC61131-3标准的CoDeSys 作为控制器的调度核心，进行CoDe-Sys Ｒuntime 的移植和I /O 接口配置;控制器采用CANopen 协议应用于控制系统中，使得通信更加方便快捷;对控制器进行基本功能测试和CAN 通信测试。
实验结果表明，基于CANopen 的工程机械控制器能够实现对矿山工程机械的控制。
关键词：工程机械；控制器；CoDeSys ；CANopen ；可靠性中图分类号：TP273文献标志码：Adoi ：10．16836/j．cnki．jcuit．2020．05．001收稿日期：2020-05-28基金项目：国家自然科学基金资助项目(51274118)0引言目前工程机械控制器已经广泛应用于矿山开采、特种车辆、工业民用建筑、高铁、交通运输、国防建设等领域［1－3］。
基于CANopen和RTLinux的机器人模块化控制系统设计
基于CANopen和RTLinux的机器人模块化控制系统设计王斌;陈卫东;杨军
【期刊名称】《电气自动化》
【年(卷),期】2008(30)1
【摘要】针对结构复杂,关节数量多,实时性要求高的机器人系统,提出了一种建立在CANopen和RTLinux基础上的分布式模块化机器人控制系统结构,从硬件和软件两个方面详细介绍了系统的设计方案.在基于CAN总线的控制系统硬件结构基础上,采用基于CANopen的应用层协议,提高了系统的开放性和可扩展性;同时在实时操怍系统RTLinux下实现CANopen协议栈,开发机器人控制软件,保证了系统的实时性.
【总页数】4页(P27-29,56)
【作者】王斌;陈卫东;杨军
【作者单位】上海交通大学自动化系,上海,200240;上海交通大学自动化系,上海,200240;上海电气集团中央研究院,上海,200023
【正文语种】中文
【中图分类】TP24
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1.基于CANopen协议的水下机器人控制系统设计 [J], 金洋;李硕;曾俊宝
2.基于LLWin模块化语言与嵌入式设计的机器人控制系统设计 [J], 戴娟
3.基于无线网络的模块化机器人控制系统设计 [J], 仇婷
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5.基于CANopen的工业机器人控制系统设计 [J], 薛正卿;王坚;郭崇滨;赵阳因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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0 引言 工业机器人是在机械化、 自动化生产过程中发展起 来的一种新型装置。它可在空间抓放搬运物体等 , 动作 灵活多样, 广泛应用在工业生产和其他领域。机械手系 统通常分为机构本体和控制系统两大部分, 控制系统的 作用是根据用户的指令对机构本体进行操作和控制, 完 成作业的各种动作。控制系统性能在很大程度上决定 了机器人的性能。一个良好的控制系统包括灵活方便 的操作方式、 多种形式的运动控制方式和安全可靠性。 我国的机器人专家根据应用环境出发, 将机器人分为两 大类 , 即工业机器人和特种机器人。所谓工业机器人是 面向工业领域的多关节机械手或多自由度机器人。 本文中所说的 3 自由度 ( 3 - DOF ) 工业机器人由 三台交流伺服电机驱动控制它的三个关节 , 其中伺服 电机 M 1 控制机械臂的升降, 伺服电机 M 2 控制机械臂 的旋转 , 伺服电机 M 3 控制抓手的旋转。 1 CAN open CAN open是 一 种架 构 在 控制 局 域 网络 ( Contro l
Abstract : Ai m ed at industrial robot structure and requ irem ents for contro l perfor m ance , the robot contro l syste m is designed based on CANopen . In th is system, PCC ( P rog ra mm ab le Com puter Contro ller) is taken as the core o f the con tro l system, through w hich the communicatio n is realized betw een PCC and servo drivers . In this paper , it em phasizes on the comm un icat io n m ode o f CANopen, the who le structure o f the contro l system and rea lizat ion of the so ftw are sys te m. It illustrates a good prospect o f app lic ation and ex tensio n . K ey w ord s : CAN open ; industrial robo ; t contro l system; PCC A rea N etw ork , CAN ) 上的高层通信协定 , 包括通信子 协定及设备子协定在嵌入式系统中使用 , 也是工业控 制常用到的一种现场总线。 CAN open作了 OSI模型中的网络层以上 ( 包括网 络层 )的协定。 CANopen 标准包括寻 址方案、 数个小 的通信 子 协 定 及 由 设 备 子 协 定 所 定义 的 应 用 层。 CAN open 支援网络管理、 设备监控及节点间的通信 , 其 中包括一个简易的传输层, 可处理资料的分段传送及 其组合。 CAN open的核心概念是设备对象字典 ( OD: Ob ject D ictionary), 在其他现场总线 ( P ro fibus, Interbus S) 系统中也使用这种设备描述形式。 1 . 1 CAN open通信对象 CAN open协议规定有 4类通信对象, 分别是 : SDO ( 服务数据对象 ) 、 PDO ( 过程数据对象 ) 、 NMT (网络管 理 ) 和特殊功能对象。 1 . 2 CAN open通信模型 CAN open设备间的通信 可分为以 下三种通 信模 型。 ( 1) 在 m aster/ slave 模型中, 一个 CANopen 设备 为 m aster , 负责传送或接收其他设备 ( 称为 slave) 的资
( 上接第 48页 ) 机 PCC, PCC 接收到命令, 经过处理后输出开关信号控 制机器人的运动。同时, 下位机 PCC 采集由传感器和 伺服系统传输的实时信号和数据, 经过处理后发送给 上位机 M ob ile Pane, l M obile Panel在面板上显示系统 运行的实时状态信息 , 并对运行状况进行监控。 作为控制核心的 PCC 软件主要负责: ( 1) 系统的初始化 , 即 PCC 的初始化和机器人关
收稿日期 : 2010- 10 作者简介 : 薛正卿 ( 1986 ) , 男 , 在读硕士研究生 , 主要从事机器人控制研究。
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仪 表 技 术
2011 年第 1期
料。 NMT 协定就使用了 m aster / slave模型。 ( 2) 主 从 ( client / server) 模 型定义 在 SDO 协 定 中 , SDO c lie nt 将对 象 字典 的 索引 及子 索 引传 送 给 SDO server , 因此会产生一个或数个需求资料 ( 对象字 典中, 索引及子索引对应的内容 ) 的 SDO 封包。 ( 3) 生产 者 /消 费者 ( producer/ consum er) 模型用 在 H eartbeat and Node Guardin g 协定中。由一个生产 者送出资料给消息者 , 同一个生产者的资料可能给一 个以上的消息者。又可分为二种 , push mode:l 生产者 会自动送出资料给消 费者; pu ll m ode: l 消费者需送出 请求信息, 生产者才会送出资料。 2 控制系统的结构 控制系统的结构如图 1 所示。
The Control System D esign of Industrial Robots Based on CANopen
XUE Zheng qing, WANG Jian , GUO Chong bin , ZHAO Y ang
( D onghua U n ive rsity , Shangha i 201600, Ch ina)
232接口、 1 个 E therne t接口和 1 个 E thernet Pow erlink 接口, 同时配置了 64 M B 的 Com pact F lash 。 2 . 2 伺服系统 系统的关节由交流伺服电机驱动 , 电机上配置有 增量式脉冲编码器。脉冲编码器是一种光学式位置检 测元件 , 编码盘直接装在电机的旋转轴上 , 以测出轴的 旋转角度位置和速度变化 , 其输出信号为电脉冲, 具有 精度高、 反应速度快、 工作可靠等优点。脉冲编码器分 为增量式和绝对式两种。增量式脉冲编码器有一个计 数系统和一个辨向系统 , 旋转的码盘通过敏感元件给 出一系列脉冲, 在计数中对每个基数进行加或减, 从而 记录了旋转方向和角位移。 伺服驱动器根据安装负载要求 的不同选用 B& R 公司三款不同的伺服驱动器。它们的主要特性是: 能 耗比较低; 操作简单、 调试方便 ; 具有过流、 过热保护装 置 ; 示波器对驱动进行实时检测 , 对数据图形 诊断显 示 , 用来帮助用户实现精细调节及运动优化。 2 . 3 通信单元 系统的通信单元分为两部分: 以太网通信和 CAN open 通信。 上下位机通过以太网 , 应用 I M A ( Inverse M u lt ip le x ing for ATM )技术, 即 ATM 反向复用技术进行通信。 伺服驱动与 PCC 之间通过 通信 模块 X20 IF1072 上的 CAN 接口使用 CANopen 通信。通信的从站波特 率设为 500kb it / s, 心跳报文每 1000m s发送一次, 同步 信号每 10m s发送一次。 CANopen 通信周期设为 2m s , 高于伺服驱动器内部循环时间 1m s。 3 软件系统设计 软件系统 在 B&R 公司的 Autom a tio n S tu dio 软件 中进行设计并且编制控制程序, 主要分为两部分: M o b ile Pane l软件和 PCC 软件。控制程序用 ANS I C 语言 编写, 采用结构化的设计方法进行编写程序, 自上而下 逐步的细化并分解步骤 , 根据控制的要求设置模块的 优先级 , 保证 ! 分时多任务 ∀的优越性。 控制系统的控制流程如图 2 所示。
2011 年第 1期
仪 表 技人控制系统设计
薛正卿 , 王 坚, 郭崇滨 , 赵 阳 ( 东华大学 , 上海 201600)
摘要 : 针对工业机器人的 结构和控制性能的要求 , 文章设计并实现了基于 CAN open 协议的机器人控制系统 。 首先介绍了控制 器局域网络 ( CAN ) 的高层协议 CAN open , 以 PCC( Progra mm able Computer Contro ller) 作 为控制 系统的 核心 , 用 CAN open 来 实现 PCC 和伺服驱动器之间的 通信 ; 文章着重介绍了 CAN open 的通信方式 、 控制系统的整体结构以及软件系统的设计实现 。 在实践应 用中 , 该技术具有广阔的推 广应用前景 。 关键词 : CAN open; 工 业机器人 ; 控制系统 ; 可编程计算机控制器 文献标识码 : A 文章编号 : 1006- 2394( 2011) 01- 0047- 02 中图分类号 : T P242
图 2 控制流程图
系统的控制过程为 : 用户通过 M obile P ane l输入 控制命令, M ob ile Pane l把这些命令处理后发送到下位 ( 下转第 56 页 )
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仪 表 技 术
2011 年第 1期 (郁菁编发 )
用 [ J] . 信号处理 , 1990, 6( 3): 155- 162.
图 2( c) 裂纹故障振动信号 P W D 分布
节的复位; ( 2) 与 M ob ile Panel的通信连接 ; ( 3) 获取系统运行的实时信息并 且输出控制命 令。其程序流程如图 3 所示。
图 2( d)
裂纹故 障振动信号带通滤波后 P W D 分布
3 总结
图 3 程序流程图
WVD 分布是描述非平稳振动信号的有效工具, 它 为非稳态信号的处理提供一些其他传统时域、 频域分 析方法中所缺少的信息, 具有广泛的应用前景。但是 它在表示多分量信号时, 会出项交叉干预项, 限制了其 应用, 因此在应用时, 采取有效的办法来抑制或者削弱 交叉项 , 除了前面提到的核函数的设计方法之外, 国内 外学者也研究了多种方法 , 主要有 : 预滤波法, 多分量 分离法等。 参考文献: