ethercat一拖多驅(qū)動控制
ethercat主站開發(fā)之-----一拖多驅(qū)動控制
ethercat伺服電機驅(qū)動器使用過很多品牌vx18820959358，從最早起的松下、臺達、韓國Ls，到后續(xù)國產(chǎn)的匯川、清能德創(chuàng)、英威騰、高創(chuàng)、禾川、伊萊斯、睿能、新時達、摩通等。這些年幾乎是一步步見證國內(nèi)ethercat驅(qū)動的蓬勃發(fā)展。早期一拖一的驅(qū)動是主流，隨著機器人行業(yè)的成本競爭的白熱化，一拖多驅(qū)動驅(qū)動由于成本優(yōu)勢，逐漸成為機器人行業(yè)的主流應(yīng)用選擇。
ethercat伺服驅(qū)動基本遵循CIA402協(xié)議，約束0x6000范圍的對象字典的定義和功能。
比如：匯川一拖一驅(qū)動，常用的對象字典和PDO映射如下
ec_pdo_entry_info_t inovance_entries[] = {
//write
{0x6040, 0x00, 16}, //控制字( 這個必須寫在開頭 )
{0x607A, 0x00, 32}, //目標位置
{0x6060, 0x00, 8}, //控制模式
{0x60B1, 0x00, 32},// 速度漂移
{0x60B2, 0x00, 16},//扭矩漂移
// read
{0x6041, 0x00, 16},//狀態(tài)字
{0x6064, 0x00, 32},//實際位置(編碼器值)
{0x606C, 0x00, 32}, //實際速度
{0x6077, 0x00, 16}, //實際扭矩
{0x60F4, 0x00, 32}, // 實際跟隨誤差
{0x603F, 0x00, 16},//錯誤碼
};
ec_pdo_info_t inovance_pdos[] = {
{0x1600, 5, inovance_entries + 0},
{0x1a00, 6, inovance_entries + 5}
};
ec_sync_info_t inovance_syncs[] = {
{0, EC_DIR_OUTPUT, 0, NULL, EC_WD_DISABLE},
{1, EC_DIR_INPUT, 0, NULL, EC_WD_DISABLE},
{2, EC_DIR_OUTPUT, 1, inovance_pdos + 0, EC_WD_ENABLE},
{3, EC_DIR_INPUT, 1, inovance_pdos + 1, EC_WD_DISABLE},
{0xff}
};
通過讀寫這些對象字典，就可以實現(xiàn)對伺服電機單個軸的控制。
清能德創(chuàng)一拖多的驅(qū)動器，實際控制上面和一拖一的驅(qū)動器是一樣的。因為它驅(qū)動器內(nèi)部一個電機仍然存在一個獨立的ethercat節(jié)點。只是外觀上用大鐵盒封在了一起而已。
其它品牌一拖多的驅(qū)動器，比如：摩通、新時達等，一個ethercat節(jié)點可以控制2個以上的驅(qū)動器。那控制上面怎么處理呢？
下面是新時達一拖四驅(qū)動器，使用的PDO映射。
ec_pdo_entry_info_t step4channel_pdo_entries[] = {
{0x6040, 0x00, 16}, /* Control Word */
{0x6060, 0x00, 8}, /* Modes of Operation */
{0x6098, 0x00, 8}, /* Homing method */
{0x607a, 0x00, 32}, /* Target Position */
{0x6840, 0x00, 16}, /* Control Word */
{0x6860, 0x00, 8}, /* Modes of Operation */
{0x6898, 0x00, 8}, /* Homing method */
{0x687a, 0x00, 32}, /* Target Position */
{0x7040, 0x00, 16}, /* Control Word */
{0x7060, 0x00, 8}, /* Modes of Operation */
{0x7098, 0x00, 8}, /* Homing method */
{0x707a, 0x00, 32}, /* Target Position */
{0x7840, 0x00, 16}, /* Control Word */
{0x7860, 0x00, 8}, /* Modes of Operation */
{0x7898, 0x00, 8}, /* Homing method */
{0x787a, 0x00, 32}, /* Target Position */
{0x6041, 0x00, 16}, /* Status Word */
{0x603f, 0x00, 16}, /* Error Code */
{0x6061, 0x00, 8}, /* Modes of Operation Display */
{0x6064, 0x00, 32}, /* Position Actual Value */
{0x606c, 0x00, 32}, /* Velocity Actual Value */
{0x6841, 0x00, 16}, /* Status Word */
{0x683f, 0x00, 16}, /* Error Code */
{0x6861, 0x00, 8}, /* Modes of Operation Display */
{0x6864, 0x00, 32}, /* Position Actual Value */
{0x686c, 0x00, 32}, /* Velocity Actual Value */
{0x7041, 0x00, 16}, /* Status Word */
{0x703f, 0x00, 16}, /* Error Code */
{0x7061, 0x00, 8}, /* Modes of Operation Display */
{0x7064, 0x00, 32}, /* Position Actual Value */
{0x706c, 0x00, 32}, /* Velocity Actual Value */
{0x7841, 0x00, 16}, /* Status Word */
{0x783f, 0x00, 16}, /* Error Code */
{0x7861, 0x00, 8}, /* Modes of Operation Display */
{0x7864, 0x00, 32}, /* Position Actual Value */
{0x786c, 0x00, 32}, /* Velocity Actual Value */
};
ec_pdo_info_t step4channel_pdos[] = {
{0x1600, 4, step4channel_pdo_entries + 0}, /* RxPDO0 */
{0x1601, 4, step4channel_pdo_entries + 4}, /* RxPDO1 */
{0x1602, 4, step4channel_pdo_entries + 8}, /* RxPDO2 */
{0x1603, 4, step4channel_pdo_entries + 12}, /* RxPDO3 */
{0x1a00, 5, step4channel_pdo_entries + 16}, /* TxPDO0 */
{0x1a01, 5, step4channel_pdo_entries + 21}, /* TxPDO1 */
{0x1a02, 5, step4channel_pdo_entries + 26}, /* TxPDO2 */
{0x1a03, 5, step4channel_pdo_entries + 31}, /* TxPDO3 */
};
ec_sync_info_t step4channel_syncs[] = {
{0, EC_DIR_OUTPUT, 0, NULL, EC_WD_DISABLE},
{1, EC_DIR_INPUT, 0, NULL, EC_WD_DISABLE},
{2, EC_DIR_OUTPUT, 4, step4channel_pdos + 0, EC_WD_ENABLE},
{3, EC_DIR_INPUT, 4, step4channel_pdos + 4, EC_WD_DISABLE},
{0xff}
};
我們可以看到規(guī)律，它基于標準CIA402的規(guī)定:
第二個軸的對象字典地址+0x800
第三個軸的對象字典地址+0x1000
第四個軸的對象字典地址+0x1800
通過這樣的擴展，實現(xiàn)通過一個ethercat節(jié)點，控制多個獨立電機。從控制邏輯上和一拖一的驅(qū)動器是一樣的，只是映射地址有偏移而已。
在比如摩通一托二驅(qū)動器PDO映射如下：
ec_pdo_entry_info_t motong2ch_pdo_entries[] = {
{0x6040, 0x00, 16}, /* 0#Control Word */
{0x607a, 0x00, 32}, /* Target Position */
{0x6840, 0x00, 16}, /* 1#Control Word */
{0x687a, 0x00, 32}, /* Target Position */
{0x6041, 0x00, 16}, /* 0#Status Word */
{0x603f, 0x00, 16}, /* Error Code */
{0x6064, 0x00, 32}, /* Position Actual Value */
{0x60f4, 0x00, 32}, /* Following Error Actual Value */
{0x606c, 0x00, 32}, /* Velocity Actual Value */
{0x6077, 0x00, 16}, /* Torque Actual Value */
{0x6841, 0x00, 16}, /* 1#Status Word */
{0x683f, 0x00, 16}, /* Error Code */
{0x6864, 0x00, 32}, /* Position Actual Value */
{0x68f4, 0x00, 32}, /* Following Error Actual Value */
{0x686c, 0x00, 32}, /* Velocity Actual Value */
{0x6877, 0x00, 16}, /* Torque Actual Value */
};
ec_pdo_info_t motong2ch_pdos[] = {
{0x1603, 2, motong2ch_pdo_entries + 0}, /* csp RxPDO */
{0x1613, 2, motong2ch_pdo_entries + 2}, /* csp RxPDO */
{0x1a03, 6, motong2ch_pdo_entries + 4}, /* csp TxPDO */
{0x1a13, 6, motong2ch_pdo_entries + 10}, /* csp TxPDO */
};
ec_sync_info_t motong2ch_syncs[] = {
{0, EC_DIR_OUTPUT, 0, NULL, EC_WD_DISABLE},
{1, EC_DIR_INPUT, 0, NULL, EC_WD_DISABLE},
{2, EC_DIR_OUTPUT, 2, motong2ch_pdos + 0, EC_WD_ENABLE},
{3, EC_DIR_INPUT, 2, motong2ch_pdos + 2, EC_WD_DISABLE},
{0xff}
};
仍然第二個軸的對象字典地址+0x800
代碼實現(xiàn)：
在代碼實現(xiàn)上面，做算法控制的人是不想關(guān)心底層驅(qū)動到底是一托一還是一托多的驅(qū)動，所以在軟件構(gòu)架實現(xiàn)上面要實現(xiàn)分層隔離。我們構(gòu)建了邏輯軸和物理軸的概念：
邏輯軸：控制算法的控制對象和控制接口是邏輯軸。比如目標位置數(shù)據(jù)等。
物理軸：是實現(xiàn)控制數(shù)據(jù)和物理電機的傳達交互。比如將目標位置執(zhí)行到電機的實際角度上。
我們首先利用robotInfo.xml配置文件定義邏輯軸和物理軸的映射關(guān)系：
這樣一個xml格式的節(jié)點代表邏輯軸1對應(yīng)ethercat協(xié)議的別名80的驅(qū)動器的通道0的電機。
創(chuàng)建邏輯軸類：
class LogicMotor
{
public:
LogicMotor(E_DEVICE_PROTOCOL protocolIn, int aliasIn,int busIdIn,E_VIRTUAL_CTRL virtualCtrlFlagIn);
}
再創(chuàng)建物理軸類：
class EcatMotor
{
public:
EcatMotor(E_DEVICE_PROTOCOL protocolIn, int aliasIn,int busIdIn,int maxChannelIn,
E_VIRTUAL_CTRL virtualCtrlFlagIn);
LogicMotor* logicMotors[D_MAX_MOTOR_CHANNEL];
}
物理軸類有邏輯軸的成員變量。
程序首先初始化邏輯軸類，然后根據(jù)映射關(guān)系創(chuàng)建物理軸類。
整個控制流程：定時周期線程，算法計算一步控制邏輯軸，物理軸類實現(xiàn)一次數(shù)據(jù)交互，將電機反饋數(shù)據(jù)寫入邏輯軸，將邏輯軸的數(shù)據(jù)寫入單個電機vx18820959358。
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