在全球工業(yè) 4.0 浪潮下，六軸機(jī)械臂憑借高精度、高靈活性、高適應(yīng)性與高實(shí)用性等優(yōu)勢，在汽車制造、工業(yè)制造、醫(yī)療、物流、食品加工等，需要高自由度、復(fù)雜軌跡和動態(tài)環(huán)境的應(yīng)用場景中發(fā)揮著重要作用，是現(xiàn)代工業(yè)自動化和智能化生產(chǎn)的核心工具。據(jù)Grand View Research數(shù)據(jù)分析，2024年全球工業(yè)機(jī)器人市場規(guī)模約為340億美元，預(yù)計(jì)2025年至2030年將以9.9%的復(fù)合年增長率持續(xù)增長，展現(xiàn)出巨大的市場潛力。

極海工業(yè)六軸機(jī)械臂參考方案，采用搭載G32R501高性能實(shí)時控制MCU的伺服控制器，實(shí)現(xiàn)高精度運(yùn)動控制和微秒級響應(yīng)；同時結(jié)合高性能、低成本的EtherCAT工業(yè)以太網(wǎng)現(xiàn)場總線實(shí)時通訊技術(shù)，實(shí)現(xiàn)多軸伺服控制器高精度同步協(xié)同作業(yè)，可為工業(yè)自動化生產(chǎn)的焊接、碼垛、噴涂等精細(xì)化現(xiàn)場作業(yè)提供高效可靠的技術(shù)保障。

可編程設(shè)計(jì)，高適配控制系統(tǒng)

機(jī)械臂控制系統(tǒng)由機(jī)械主體、控制器、驅(qū)動器和傳感器四大核心模塊組成，其中，控制器扮演“大腦” 角色，負(fù)責(zé)接收并解析各種來源指令來精準(zhǔn)控制驅(qū)動系統(tǒng)和機(jī)械結(jié)構(gòu)的動作。

極海G32R501工業(yè)六軸機(jī)械臂參考方案的操作系統(tǒng)基于通用工業(yè)計(jì)算機(jī)硬件平臺，搭載穩(wěn)定易用的開源的Ubuntu系統(tǒng)和ROS（Robot Operating System）中間件構(gòu)建機(jī)主站控制器，用戶可自由編程，可應(yīng)用大量開源運(yùn)動控制算法，實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜動作控制。

實(shí)時控制、精準(zhǔn)定位，高性能驅(qū)動系統(tǒng)

本方案采用6個搭載極海G32R501實(shí)時控制MCU的EtherCAT總線型高壓伺服控制器，實(shí)現(xiàn)六軸機(jī)械臂的關(guān)節(jié)控制和位置反饋。

· 外圍輔助控制采用2路氣閥控制，分別實(shí)現(xiàn)夾爪和吸盤的氣動控制

· 2路氣閥控制，分別實(shí)現(xiàn)物料推送控制和定位控制

· 2路輸出I/O，實(shí)現(xiàn)蜂鳴器和工作指示燈的控制

· 1路輸入I/O，實(shí)現(xiàn)物料到位的檢測

· 3 路輸入I/O，進(jìn)行急停開關(guān)信號的檢測

EtherCAT總線型高壓伺服控制器參考方案

伺服 主控制芯片	G32R501
應(yīng)用性能	· 主回路電源：單相/三相AC 200V～240V，50/60Hz · 控制回路電源：單相AC 200V～240V，50/60Hz · 控制方式：正弦波電流驅(qū)動方式 · 通訊功能：ModBus、EtherCAT · 面板按鍵：SPIA · 編碼器通訊：UARTB-波特率2.5M 上位機(jī)通訊：UARTA-波特率38400 · 外部EEPROM：I2C · 脈沖輸入：QEP · 電壓采樣：ADCA 模擬量采樣：ADCC 電流采樣：SDFM1-20MHz · PWM輸出：EPWM3、EPWM5、EPWM6、TZ · 485 dir：EPWM4B · 通用I/O：數(shù)字量輸入+5/數(shù)字量輸出+2/模擬量輸入+2

高壓伺服方案框圖

G32R501憑借靈敏感知、高效運(yùn)算、精準(zhǔn)控制等特性，為6個關(guān)節(jié)伺服控制器構(gòu)筑"最強(qiáng)大腦"，其微秒級響應(yīng)速度與運(yùn)動控制算法，保證高壓伺服控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)速度波動可以達(dá)到0.1%以內(nèi)、主中斷執(zhí)行時間15.8μs左右，電流環(huán)執(zhí)行時間0.76μs左右，保證機(jī)械臂在高速運(yùn)動、重載作業(yè)及復(fù)雜軌跡規(guī)劃中保持高度平順性與定位精度。

微秒級同步，高可靠通訊系統(tǒng)

EtherCAT作為一種高性能工業(yè)以太網(wǎng)通訊協(xié)議，具備速度快、帶寬高和實(shí)時性強(qiáng)等特點(diǎn)。在機(jī)械臂通信系統(tǒng)中，采用EtherCAT通訊能夠助力機(jī)械臂高效實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、控制和監(jiān)視等功能，同時還可支持多個機(jī)械臂的數(shù)據(jù)處理。此外，EtherCAT通訊還支持環(huán)網(wǎng)冗余能力和數(shù)據(jù)幀同步性，可為機(jī)械臂提供更加穩(wěn)定和可靠的數(shù)據(jù)通訊保障。

EtherCAT 芯片方案

· EtherCAT通訊：100MHz · PDI：SP I(20MHz) / 并口 (8/16位) · 分布時鐘：64位 · 同步精度：小于1μs · 端口數(shù)量：2~4端口 · FMMUs：8個 · 同步管理SM：8K字節(jié)

極海G32R501工業(yè)六軸機(jī)械臂參考方案中，控制器和伺服驅(qū)動器及遠(yuǎn)程IO板之間采用EtherCAT通訊，控制器作為EtherCAT主站，6個伺服控制器和1個遠(yuǎn)程IO板作為EtherCAT從站，通訊周期為1ms，同步精度小于1μs。

技術(shù)參數(shù)
軸數(shù)	6軸	通訊 速度	100Mbps	通訊 周期	1ms
同步 精度	＜1μs	額定 負(fù)載	1.5kg	最大 負(fù)載	3kg
重復(fù)定位精度		±0.02mm	運(yùn)動半徑		600mm
運(yùn)動范圍和速度
軸1	±160°		247.5°/s
軸2	-110°~+55°		231.8°/s
軸3	-36°~+140°		297°/s
軸4	±112°		300°/s
軸5	±120°		600°/s
軸6	360°		600°/s

極海擁有完整的伺服控制器軟硬件解決方案，可提供全功能軟件固件、極海自研的伺服控制上位機(jī)PC調(diào)試工具，并配有詳細(xì)使用指南，可助力工程師快速上手進(jìn)行性能評估和二次開發(fā)。面向工業(yè)智能化升級趨勢，極海將在產(chǎn)品線布局、功能、性能上持續(xù)突破創(chuàng)新，并攜手各領(lǐng)域合作伙伴深化技術(shù)合作，實(shí)現(xiàn)資源整合與優(yōu)勢互補(bǔ)，共同驅(qū)動產(chǎn)業(yè)鏈的協(xié)同發(fā)展。