EtherCAT运动控制器在Delta机械手应用中的优势与作用 (ethercat)

硬件介绍

ZMC406是一种多轴高性能EtherCAT总线运动控制器，具有EtherCAT、串口、USB等通讯接口，可用于各种需要脱机或联机运行的场合。

ZMC406支持6轴运动控制，最多可扩展至32轴，支持直线插补、任意圆弧插补、空间圆弧、螺旋插补、电子凸轮、电子齿轮、同步跟随等功能。

ZMC406支持PC上位机编程、B&R专用软件编程和HMI组态编程三种编程方式。

PC上位机编程支持C、C++、C、Qt、VB.Net、Labview等编程接口。

ZMC406支持6轴运动控制，可采用脉冲轴（带编码器反馈）或EtherCAT总线轴，通用IO包含24路输入口和12路输出口，模拟量/DA各两路，EtherCAT最快125us的刷新周期。

与PCI运动控制卡的比较

此类运动控制器与PCI运动控制卡相比具有如下优点：

1. 不使用插槽，稳定性更好
2. 可以选用MINI电脑或工控电脑，降低整体成本
3. 控制器直接做接线板使用，节省空间
4. 控制器上可以并行运行程序，与PC只需要简单交互，降低PC软件的复杂性

编程调试

ZMC控制器通过RTSys开发环境来调试，RTSys是一个方便的编程、编译和调试环境。

RTSys可以通过串口、以太网、PCI和LOCAL与控制器建立连接。应用程序可以使用VC，VB，VS，C++Builder，C等软件来开发。

调试时可以把RTSys软件同时连接到控制器，程序运行时需要动态库zmoon.dll。

Delta机械手支持

Delta机械手支持3-4轴，关节轴1+关节轴2+关节轴3+[末端旋转轴4]。后缀带R的控制器支持Delta机械手功能，例如ZMC406R。

ZMC406R可以采用脱机的方式将编辑好的程序下载到控制器上，可利用触摸屏示教的方式编辑想要运动的轨迹。也可以用PCAPI函数调用方式或者实时发送指令操作，在PC上位机C，C++，Labview，Python等语言来开发Delta机械手的应用。

机械手相关概念

1. 关节轴与虚拟轴

关节轴：是指实际机械结构中的旋转关节，在程序中一般显示旋转角度(某些结构也是平移轴)。由于电机与旋转关节会存在减速比，所以设置脉冲当量UNITS（电机走1mm或者1°需要的脉冲数）时要按照实际关节旋转一圈来设置，同时TABLE中填写结构参数时也要按照旋转关节中心计算，而不是按照电机轴中心计算。

虚拟轴：不是实际存在的，抽象为世界坐标系的6个自由度，依次为X、Y、Z、RX、RY、RZ。可以理解为直角坐标系的三个直线轴和三个旋转轴，用来确定机械手末端工作点的加工轨迹与坐标。

2. 正解运动与逆解运动

正解运动：通过操作关节坐标，再根据机械结构参数可以计算出末端位置在直角坐标系的空间位置，这个过程称为正解运动。此时操作的是实际关节轴，虚拟轴自动计算坐标。此时只能操作关节轴运动，正解模式一般用于手动调整关节位置或上电点位回零。

逆解运动：给定一个直角坐标系中的空间位置，反推出各关节轴坐标，这个过程称为逆解运动。此时操作的是虚拟轴，实际关节轴自动解算坐标并运动。控制器使用CONNFE指令建立逆解模式，此指令作用在关节轴上，此时只能操作虚拟轴，对虚拟轴发送运动指令，可以在笛卡尔坐标系中做直线，圆弧，空间圆弧等运动，关节轴在CONNFRAME的作用下会自动运动到逆解后的位置。

机械手使用操作步骤

1. 确认电机转向是否正确

3个关节轴向下旋转时为正向。末端旋转轴逆时针旋转为正向(俯视)。连接上机械手仿真工具，通过Rtsys软件菜单栏的【工具】-【手动运动】，以较小的速度分别操作3个关节轴移动，观察各个关节轴下杆移动过程中是否趋向末端工作点，若是则说明电机转向是正确的。

2. TABLE寄存器(控制器上电后自动生成)依次存入机械手结构参数

建立机械手连接时，需要将机械结构参数按照如下次序依次填写到TABLE数组中。

1. 机械手类型，0表示Delta机械手
2. 机械手轴数，3或4
3. 基座到关节轴的距离
4. 上杆到关节轴的距离
5. 末端旋转轴偏移量

Delta机械手参数填写示例：

3. 设置关节轴运动范围和虚拟轴工作空间

关节轴运动范围通过设置关节轴的正负软限位来限制。虚拟轴工作空间通过设置虚拟轴的正负软限位来限制。

4. 发送运动指令

设置好机械手参数后，即可通过发送运动指令控制机械手运动。运动指令可以通过PC上位机发送，也可以通过控制器上的示教器发送。