[发明专利]一种基于CANopen的CNC机械臂控制系统及其方法

说明书

技术领域

本发明属于基于现场总线的运动控制领域，一种CANopen协议应用于多轴运动控制系统及其方法。

背景技术

在国内传统的数控机床加工生产制造业，机床加工的原料的放置和成品的获取都是靠人为操作完成，这种人力操作导致生产效率低，且容易发生安全事故，数控机床生产的自动化是发展的必然趋势。目前，有部分规模较大的企业和团队在这方面已经做出了一定的成果，实现了生产加工的全自动化，但是大部分的实现方案都是采用控制器直接发送脉冲的方式对机械臂进行控制。这种方案直接明了，但是扩展性低，当需要扩展机械轴或者料仓等其他模块时，又需要增加额外的脉冲发送模块；在轴数较多或者运动控制要求较复杂的场合下，直接脉冲控制方案往往难以实现或者过于繁杂；且在生产车间一些干扰较多的恶劣环境下，直接脉冲控制方案不稳定，易丢失脉冲导致控制出错。

发明内容

为了克服在数控机床加工生产自动化过程中采用直接脉冲运动控制方案拓展性差，成本较高，可靠性低等问题，本发明提供一种安全可靠性高、可拓展性强、成本低的基于CANopen的CNC机械臂控制系统及其方法。

针对上述问题，本发明解决其技术问题所采用的解决方案是：

一种基于CANopen的CNC机械臂控制系统，包括机械臂运动控制硬件平台核心芯片、CAN总线收发器、搭载有CANopen协议的机械臂运动控制主电路板和机械臂的每个轴伺服电机，其中，机械臂运动控制硬件平台核心芯片采用基于Cortex-M3架构的微处理器，所述机械臂运动控制硬件平台核心芯片与所述CAN总线收发器连接，所述CAN总线收发器与机械臂运动控制主电路板连接，所述机械臂运动控制主电路板通过CAN总线与机械臂的每个轴伺服电机连接；

所述搭载有CANopen协议的机械臂运动控制主电路板作为CANopen主站，所述机械臂的每个轴伺服电机作为一个CANopen从站，所述CANopen主站和CANopen从站形成运动控制网络。

进一步，所述机械臂运动控制硬件平台核心芯片包括围电路和扩展电路，所述扩展电路包括I/O口和通信接口。

所述CANopen主站和CANopen从站之间采用非同步非周期PDO通信模式。

所述CNC机械臂控制系统还包括附加CANopen从站，所述附加CANopen从站为除了机械臂轴之外的装置，所述除了机械臂轴之外的装置包括料仓和远程IO扩展点。

一种基于CANopen的CNC机械臂控制方法，机械臂运动控制硬件平台核心芯片与CAN总线收发器连接，CAN总线收发器与搭载有CANopen协议的机械臂运动控制主电路板连接，所述机械臂运动控制主电路板通过CAN总线与机械臂的每个轴伺服电机连接；所述搭载有CANopen协议的机械臂运动控制主电路板作为CANopen主站，所述机械臂的每个轴伺服电机作为一个CANopen从站，所述CANopen主站和CANopen从站形成运动控制网络；

所述控制方法包括以下步骤：

（1）CANopen主站初始化，CAN总线收发器初始化；

（2）主站通过NMT功能对从站开始进行管理，从站启动正常之后发送Boot up报文，进入预操作状态，主站接收到报文通过SDO(Service Data Object,服务数据对象)功能配置从站为回原点模式(Homing Mode)，并将关键控制变量进行PDO(Process Data Object,过程数据对象)映射；

（3）完成从站初始化后，从站进入操作模式，CANopen总线协议通信配置完成；

（4）在系统运动控制过程中，首先各机械臂轴采用方式21(Method21)回原点，主站发送SDO报文将从站切换到位置模式，进行机械臂和料仓等轴的位置模式控制。

进一步，通过PDO协议每次发送8字节的关键控制变量给各从站，进行实时控制。

更进一步，使用CANopen的安全机制进行错误检测；确保系统运行正常。

本发明的技术构思为：针对现有技术的问题，采用CANopen总线协议构建电机运动控制系统网络进行管理控制可以使问题得到有效解决。CANopen协议是基于CAN(Controller Area Network)总线的应用高层协议，具有实时性强、可靠性高、抗干扰能力强、可拓展性好等优点，且CANopen协议是公开免费协议，透明度高，会大大降低运动控制系统的成本。