[發明專利]一種基于CANopen的CNC機械臂控制系統及其方法

無效

• 申請號: 201410134444.4
• 申請日: 2014-04-04
• 公開（公告）號: CN103984290A
• 公開（公告）日: 2014-08-13
• 發明（設計）人: 董輝;吳祥;羅立鋒;賴宏煥;仲曉帆;高陽;馬祖杰
• 申請（專利權）人: 杭州金人自動控制設備有限公司
• 主分類號: G05B19/414
• 分類號: G05B19/414
• 代理公司: 杭州斯可睿專利事務所有限公司 33241
• 代理人: 王利強

技術領域

本發明屬于基于現場總線的運動控制領域，一種CANopen協議應用于多軸運動控制系統及其方法。

背景技術

在國內傳統的數控機床加工生產制造業，機床加工的原料的放置和成品的獲取都是靠人為操作完成，這種人力操作導致生產效率低，且容易發生安全事故，數控機床生產的自動化是發展的必然趨勢。目前，有部分規模較大的企業和團隊在這方面已經做出了一定的成果，實現了生產加工的全自動化，但是大部分的實現方案都是采用控制器直接發送脈沖的方式對機械臂進行控制。這種方案直接明了，但是擴展性低，當需要擴展機械軸或者料倉等其他模塊時，又需要增加額外的脈沖發送模塊；在軸數較多或者運動控制要求較復雜的場合下，直接脈沖控制方案往往難以實現或者過于繁雜；且在生產車間一些干擾較多的惡劣環境下，直接脈沖控制方案不穩定，易丟失脈沖導致控制出錯。

發明內容

為了克服在數控機床加工生產自動化過程中采用直接脈沖運動控制方案拓展性差，成本較高，可靠性低等問題，本發明提供一種安全可靠性高、可拓展性強、成本低的基于CANopen的CNC機械臂控制系統及其方法。

針對上述問題，本發明解決其技術問題所采用的解決方案是：

一種基于CANopen的CNC機械臂控制系統，包括機械臂運動控制硬件平臺核心芯片、CAN總線收發器、搭載有CANopen協議的機械臂運動控制主電路板和機械臂的每個軸伺服電機，其中，機械臂運動控制硬件平臺核心芯片采用基于Cortex-M3架構的微處理器，所述機械臂運動控制硬件平臺核心芯片與所述CAN總線收發器連接，所述CAN總線收發器與機械臂運動控制主電路板連接，所述機械臂運動控制主電路板通過CAN總線與機械臂的每個軸伺服電機連接；

所述搭載有CANopen協議的機械臂運動控制主電路板作為CANopen主站，所述機械臂的每個軸伺服電機作為一個CANopen從站，所述CANopen主站和CANopen從站形成運動控制網絡。

進一步，所述機械臂運動控制硬件平臺核心芯片包括圍電路和擴展電路，所述擴展電路包括I/O口和通信接口。

所述CANopen主站和CANopen從站之間采用非同步非周期PDO通信模式。

所述CNC機械臂控制系統還包括附加CANopen從站，所述附加CANopen從站為除了機械臂軸之外的裝置，所述除了機械臂軸之外的裝置包括料倉和遠程IO擴展點。

一種基于CANopen的CNC機械臂控制方法，機械臂運動控制硬件平臺核心芯片與CAN總線收發器連接，CAN總線收發器與搭載有CANopen協議的機械臂運動控制主電路板連接，所述機械臂運動控制主電路板通過CAN總線與機械臂的每個軸伺服電機連接；所述搭載有CANopen協議的機械臂運動控制主電路板作為CANopen主站，所述機械臂的每個軸伺服電機作為一個CANopen從站，所述CANopen主站和CANopen從站形成運動控制網絡；

所述控制方法包括以下步驟：

（1）CANopen主站初始化，CAN總線收發器初始化；

（2）主站通過NMT功能對從站開始進行管理，從站啟動正常之后發送Boot?up報文，進入預操作狀態，主站接收到報文通過SDO(Service?Data?Object,服務數據對象)功能配置從站為回原點模式(Homing?Mode)，并將關鍵控制變量進行PDO(Process?Data?Object,過程數據對象)映射；

（3）完成從站初始化后，從站進入操作模式，CANopen總線協議通信配置完成；

（4）在系統運動控制過程中，首先各機械臂軸采用方式21(Method21)回原點，主站發送SDO報文將從站切換到位置模式，進行機械臂和料倉等軸的位置模式控制。

進一步，通過PDO協議每次發送8字節的關鍵控制變量給各從站，進行實時控制。

更進一步，使用CANopen的安全機制進行錯誤檢測；確保系統運行正常。

本發明的技術構思為：針對現有技術的問題，采用CANopen總線協議構建電機運動控制系統網絡進行管理控制可以使問題得到有效解決。CANopen協議是基于CAN(Controller?Area?Network)總線的應用高層協議，具有實時性強、可靠性高、抗干擾能力強、可拓展性好等優點，且CANopen協議是公開免費協議，透明度高，會大大降低運動控制系統的成本。