本文關(guān)鍵詞：基于EtherCAT的工業(yè)機(jī)器人通信技術(shù)研究

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【摘要】：隨著工業(yè)4.0時(shí)代的到來(lái)和智能工廠的發(fā)展方向,工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)已經(jīng)朝著開(kāi)放式、嵌入式、低成本、高速率、重載的方向發(fā)展,而工業(yè)以太網(wǎng)因其速度快、數(shù)據(jù)容量大、實(shí)時(shí)性強(qiáng)和可靠性高、成本低等優(yōu)點(diǎn)己成為當(dāng)前工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的一個(gè)重要發(fā)展方向。其中Ether CAT(Ethernet for Control Automation Technoloy)是于2003年由德國(guó)BECKHOFF自動(dòng)化公司提出,具有高速和高數(shù)據(jù)有效率、支持多種物理拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、組網(wǎng)簡(jiǎn)便等特點(diǎn),主要應(yīng)用于高速印刷、注塑、包裝、機(jī)床、焊錫等高速應(yīng)用場(chǎng)合,以及物流、數(shù)據(jù)采集、物料等分布范圍廣的場(chǎng)合。本文以工業(yè)機(jī)器人的通信技術(shù)為出發(fā)點(diǎn),在全面系統(tǒng)研究工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的基礎(chǔ)上,將Ether CAT總線技術(shù)與嵌入式系統(tǒng)μC/OS-III結(jié)合,探討Ether CAT通信體系結(jié)構(gòu),設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了低成本、高效率的Ether CAT嵌入式主站控制器,用于實(shí)現(xiàn)對(duì)Ether CAT從站設(shè)備的控制。本文重點(diǎn)對(duì)Ether CAT嵌入式主站控制器進(jìn)行研究與設(shè)計(jì)。在主站硬件方面使用意法半導(dǎo)體(ST)公司的ARM芯片STM32F407作為核心處理器,采用以太網(wǎng)MAC控制器芯片DM9000作為網(wǎng)卡芯片,以及其他外部資源組成。在主站軟件方面,采用實(shí)時(shí)嵌入式操作系統(tǒng)μC/OS-III作為底層系統(tǒng),主要實(shí)現(xiàn)Ether CAT主站協(xié)議,包括多任務(wù)調(diào)度μC/OS-III操作系統(tǒng)的移植、銜接硬件與外設(shè)通信的以太網(wǎng)驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)、主站非周期和周期性數(shù)據(jù)通信的實(shí)現(xiàn)、分布時(shí)鐘機(jī)制的實(shí)現(xiàn)。最后,在實(shí)現(xiàn)嵌入式主站的基礎(chǔ)上,搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái),對(duì)Ether CAT網(wǎng)絡(luò)通信、穩(wěn)定性、實(shí)時(shí)性、同步性進(jìn)行測(cè)試。結(jié)果滿(mǎn)足工業(yè)機(jī)器人高速高精運(yùn)動(dòng)控制的需求,為工業(yè)機(jī)器人通信技術(shù)的進(jìn)一步研究奠定了基礎(chǔ)。
【關(guān)鍵詞】：工業(yè)以太網(wǎng) Ether CAT μC/OS-III 實(shí)時(shí)性
【學(xué)位授予單位】：西南科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TP242.2
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 緒論9-17
• 1.1 課題來(lái)源9
• 1.2 課題研究背景及意義9-10
• 1.3 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-16
• 1.3.1 工業(yè)機(jī)器人通信技術(shù)研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)10-12
• 1.3.2 工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)簡(jiǎn)述12-14
• 1.3.3 Ether CAT研究現(xiàn)狀14-16
• 1.4 論文的研究?jī)?nèi)容及結(jié)構(gòu)16-17
• 2 Ether CAT總線技術(shù)17-32
• 2.1 Ether CAT技術(shù)簡(jiǎn)介17-18
• 2.2 通信原理18-23
• 2.2.1 運(yùn)行原理18-19
• 2.2.2 數(shù)據(jù)幀19-20
• 2.2.3 網(wǎng)絡(luò)尋址20-23
• 2.3 通信方式23-27
• 2.3.1 過(guò)程數(shù)據(jù)通信23-26
• 2.3.2 郵箱數(shù)據(jù)通信26-27
• 2.4 分布時(shí)鐘27-30
• 2.4.1 測(cè)量參數(shù)27-29
• 2.4.2 同步時(shí)鐘29-30
• 2.5 控制應(yīng)用協(xié)議30-31
• 2.6 本章小結(jié)31-32
• 3 基于Ether CAT的工業(yè)機(jī)器人通信體系總體方案32-38
• 3.1 通信體系結(jié)構(gòu)32
• 3.2 主站設(shè)計(jì)32-37
• 3.2.1 主站功能32-33
• 3.2.2 主站方案設(shè)計(jì)33-35
• 3.2.3 主站硬件組成35-36
• 3.2.4 主站軟件設(shè)計(jì)36-37
• 3.3 從站介紹37
• 3.4 本章小結(jié)37-38
• 4 基于Ether CAT的工業(yè)機(jī)器人通信主站的實(shí)現(xiàn)38-60
• 4.1 實(shí)時(shí)內(nèi)核 μC/OS-III的移植38-40
• 4.1.1 相關(guān)文件移植39-40
• 4.1.2 系統(tǒng)任務(wù)創(chuàng)建40
• 4.2 以太網(wǎng)驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)40-44
• 4.2.1 初始化模塊41-43
• 4.2.2 用戶(hù)調(diào)用接口43-44
• 4.3 Ether CAT主站的實(shí)現(xiàn)44-56
• 4.3.1 非周期性數(shù)據(jù)通信44-51
• 4.3.2 周期性數(shù)據(jù)通信51-56
• 4.4 分布時(shí)鐘的實(shí)現(xiàn)56-58
• 4.5 本章小結(jié)58-60
• 5 測(cè)試與分析60-68
• 5.1 搭建測(cè)試平臺(tái)60-61
• 5.2 系統(tǒng)的穩(wěn)定性測(cè)試61-62
• 5.3 系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性測(cè)試62-64
• 5.4 系統(tǒng)的同步性測(cè)試64-67
• 5.5 本章小結(jié)67-68
• 總結(jié)與展望68-69
• 致謝69-70
• 參考文獻(xiàn)70-75
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及研究成果75

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1 周開(kāi)城;嵌入式平臺(tái)的EtherCAT主站開(kāi)發(fā)[D];華中科技大學(xué);2015年

2 劉長(zhǎng)坤;基于EtherCAT的風(fēng)電變流器并聯(lián)控制系統(tǒng)研究[D];合肥工業(yè)大學(xué);2015年

3 毛子明;基于EtherCAT總線的托卡馬克內(nèi)窺機(jī)械臂遙操作控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D];上海交通大學(xué);2015年

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5 曹輝;基于EtherCAT的工業(yè)機(jī)器人通信技術(shù)研究[D];西南科技大學(xué);2016年

6 曾順星;基于工業(yè)以太網(wǎng)EtherCAT的目標(biāo)跟蹤平臺(tái)的研究與實(shí)現(xiàn)[D];華南理工大學(xué);2014年

7 張勇;EtherCAT總線接口在數(shù)控系統(tǒng)中的實(shí)現(xiàn)[D];華中科技大學(xué);2011年

8 王巧玉;基于EtherCAT總線的燃?xì)廨啓C(jī)控制系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)[D];湖北工業(yè)大學(xué);2010年

9 楊文凡;基于EtherCAT的嵌入式網(wǎng)關(guān)適配器的研究和設(shè)計(jì)[D];南京理工大學(xué);2014年

10 李曉曦;基于EtherCAT工業(yè)以太網(wǎng)嵌入式主站研究[D];華南理工大學(xué);2014年

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本文編號(hào)：581990