[發明專利]基于ROS系統的EtherCAT主從站通信系統

在審

• 申請號: 201710377969.4
• 申請日: 2017-05-25
• 公開（公告）號: CN107168161A
• 公開（公告）日: 2017-09-15
• 發明（設計）人: 莊杰;葉倩;陳萌;熊浩;蒲婉玲;張濤
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G05B19/042
• 分類號: G05B19/042
• 代理公司: 成都玖和知識產權代理事務所(普通合伙)51238
• 代理人: 黎祖琴

技術領域

本發明涉及機器人分布式控制領域，特別涉及到一種基于ROS系統的EtherCAT主從站通信系統。

背景技術

機器人操作系統ROS，即Robot Operating System，是一個開源操作系統，開源以及分布式運作的特點使ROS得到了廣泛的應用。ROS系統提供硬件的抽象描述、底層驅動程序的管理、程序節點間消息傳遞的機制、程序軟件發行包的管理等功能。ROS通信是以節點為單位并且采用基于主題的異步數據流通信模式。機器人的應用已經從工業領域逐漸擴展到非工業領域，機器人的控制也逐漸向分布式架構發展，這就需要一個更快、更可靠穩定的網絡架構。EtherCAT即Ethernet control automation technology，以標準以太網技術為基礎，采用主從模式介質訪問控制通信方式，充分利用以太網全雙工處理網絡數據的特點，保證了系統的高速性和高度實時性。

現有的基于ROS的網絡化控制，存在高延時性的技術問題。因此，提供一種高速、實時性、低成本、拓撲靈活、配制簡單、兼容性的EtherCAT主從站系統通信系統就很有必要。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是現有技術中存在的延時性高的問題。提供一種新的基于ROS系統的EtherCAT主從站通信系統，該基于ROS系統的EtherCAT主從站通信系統具有擴大了非ROS傳感器設備的需求、實時性及高效性的特點。

為解決上述技術問題，采用的技術方案如下：

一種基于ROS系統的EtherCAT主從站通信系統，所述EtherCAT主從站通信系統包括EtherCAT主站系統及EtherCAT從站系統；所述EtherCAT主站系統包括集成以太網接口的PC機，所述PC機設有ROS操作系統包括軟主站SOEM，所述軟主站SOEM支持EtherCAT協議函數接口；所述的EtherCAT從站系統包括控制器及微處理器，所述控制器及微處理器通過SPI連接，所述控制器及微處理器外圍均包括數據處理電路及傳輸電路；所述EtherCAT主從站通信系統還包括兩臺ROS客戶機，所述ROS客戶機包括ROS操作系統。

本發明的工作原理：EtherCAT以標準以太網技術為基礎，采用主從模式介質訪問控制通信方式，充分利用以太網全雙工處理網絡數據的特點，保證了系統的高速性和高度實時性。EtherCAT主站系統在ROS系統下，建立一個消息節點程序用于處理EtherCAT從站系統與EtherCAT主站系統交互的數據。將ROS系統下的數據轉換為通信時需要的數據類型。通過主站軟件SOEM提供的接口函數將轉換后的數據結構轉換為EtherCAT通信時的數據，并進一步封裝成數據幀發送到EtherCAT從站系統去提取。為實現網絡分布式架構越來越大的需求，本發明通過路由器接入兩臺ROS客戶機。

上述技術方案中，為優化，進一步地，所述EtherCAT主站系統采用基于Linux系統的開源SOEM作為軟主站，所述軟主站用于實現實時內核、調度管理及邏輯空間映射。

進一步地，所述軟主站SOEM包含作為用戶層的用戶應用程序；作為內核層的主站SOEM模塊，與主站SOEM模塊連接的程序接口模塊、與程序接口模塊連接的網卡設備驅動模塊；作為網卡硬件的受網卡設備驅動模塊驅動的網卡芯片；所述內核層與所述ROS操作系統連接；所述應用程序接口模塊包括字符設備接口、網卡設備接口；所述字符設備接口與用戶應用程序連接，所述網卡設備接口與網卡設備驅動模塊連接。

進一步地，所述控制器為控制器ET1100，所述控制器ET1100包括I2C總線，所述控制器ET1100具有EEPROM訪問功能；所述控制器ET1100通過MII接口連接網卡芯片。

進一步地，所述控制器ET1100通過EBUS接口連接網卡芯片。

進一步地，所述微處理器為微處理器STM32。

進一步地，所述ROS操作系統執行的步驟包括建立ROS消息節點，用于處理EtherCAT主站系統與EtherCAT從站系統的交互數據，將ROS操作系統數據類型轉換成通信數據類型。

進一步地，所述消息節點將主題數據類型為Std_msgs/UInt8轉換為Uint8_t，所述主題數據類型Std_msgs/UInt8通過命令行工具查看。

進一步地，所述微處理器SMT32擴展數據處理電路及傳輸電路包括USB轉串口、數據傳輸接口功能以及外部功能設備。