(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210816145.3 (22)申请日 2022.07.12 (71)申请人 埃夫特智能装备股份有限公司 地址 241000 安徽省芜湖市中国 （安徽） 自 由贸易试验区芜湖片区万春东路96号 (72)发明人 李浩来　唐栋　汪彦　方海涛　 顾立雯　张浩　 (74)专利代理 机构 北京汇信合知识产权代理有 限公司 1 1335 专利代理师 戴凤仪 (51)Int.Cl. H04L 67/125(2022.01) H04L 12/40(2006.01) B25J 9/16(2006.01) H04J 3/06(2006.01) (54)发明名称 一种基于EtherCAT通信协议的实时性优化 模拟机器人系统 (57)摘要 本发明涉及工业机器人模拟领域， 具体是一 种基于EtherCAT通信协议的实时性优化模拟机 器人系统， 包括： 前端， 通过屏幕界面将实体机器 人的动作实现通过界面展示出来； 后端， 按任务 处理的及时性分为Linux非实时部分和Rtems实 时部分， 用于实现对控制系统通信平台设计， 通 过合理地 设计和开发Et herCAT主从站软件框架， 对其进行优化， 从而减少因外部环 境因素的影 响 而出现数据波动、 丢失类问题； 与现有依赖机器 人控制器硬件的方法相比， 本发 明在降低硬件成 本的同时能获得更好的通信效果， 具有实际应用 和推广价值， 同时提高了企业的竞争力以及为机 器人行业指明了航向标。 权利要求书2页 说明书5页 附图2页 CN 115314534 A 2022.11.08 CN 115314534 A 1.一种基于 EtherCAT通信协议的实时性优化模拟机器人系统， 其特 征在于： 包括： 前端， 通过屏幕界面将实体机器人的动作实现通过界面展示出来； 后端， 按任务处理的及时性分为Linux非实时部分和Rtems实时部分， 用于实现对控制 系统通信平台设计。 2.根据权利要求1所述的一种基于EtherCAT通信协议的实时性优化模拟机器人系 统， 其特征在于： 所述的所述的前端包括通过 交互界面实现对实体机器人的3d渲 染的人机交互 模块、 记录相应的采样数据并对数据进行筛选处理的采样数据预处理模块、 控制实体机器 人与前端3d机器人部 分位置姿态同时发生变化的位姿同步模块、 对机器人进 行路径算法的 开发和调用的路径规划算法、 对获取的数据信息利用插补原理对其进 行粗插补的粗插补模 块。 3.根据权利要求2所述的一种基于EtherCAT通信协议的实时性优化模拟机器人系 统， 其特征在于： 所述的人机交互模块通过合理设计交互的界面， 其软件的界面包含机器人本 身的参数、 控制机器人的各个关节运动的按 钮、 工件的位置坐标类部分。 4.根据权利要求2所述的一种基于EtherCAT通信协议的实时性优化模拟机器人系 统， 其特征在于： 所述的采样数据预处理模块指人工进行手把手示教码垛类应用功能时， 虚拟 控制系统对机器人6轴关节和2轴变位轴伺服电机的绝对位置编码 器数值以及应用系统I/ O 参数进行定时采样， 记录相应数据并进行筛 选来获取有用信息 。 5.根据权利要求1所述的一种基于EtherCAT通信协议的实时性优化模拟机器人系 统， 其特征在于： 所述的Linux非实时部分是指对实时性要求不高的模块， 包括利用Linux完善 的性能处理数据传输类相应应用逻辑的指令传输模块、 利用Linux进行相应的数据处理的 指令处理模块； 所述的Rtems实时部 分是指处理实时性要求高的模块， 包括 获取机器人工具 在笛卡尔空间运动的位置以及姿态信息的数据采样模块、 利用实时线程对关节坐标进 行精 插补的关节精插补模块、 将插补数据通过EtherCAT总线输出至各个伺服、 I/O类从站设备的 EtherCAT 主站通信模块。 6.根据权利要求5所述的一种基于EtherCAT通信协议的实时性优化模拟机器人系 统， 其特征在于： 所述的EtherCAT主站 通信模块包括使用以太网控制器来调度整个系统的运行 的主站、 由控制器ESC来实现并实现主站与从站的通信和各个从站之间的信息传递的从站。 7.根据权利要求5所述的一种基于EtherCAT通信协议的实时性优化模拟机器人系 统， 其特征在于： 所述的主站的应用层程序通过调用IgH的API， 实现从站节点的配置、 邮箱数据 和过程数据的收发任务。 8.根据权利要求5所述的一种基于EtherCAT通信协议的实时性优化模拟机器人系 统， 其特征在于： 所述的关节精插补模块主要在EtherCAT框架中的DSP运算部件中实现； 将空间 中的三点形成的平面转化为二维平面问题， 在平面上利用贝塞尔曲线原理进行插补优化， 最后将平面上的插补点坐标转化为空间三维点坐标， 结合粗插补， 在其基础上进行 “二次” 插补， 给定点x0,x1,x2,...,xn,贝塞尔曲线可由以下推导得到： 9.根据权利要求5所述的一种基于EtherCAT通信协议的实时性优化模拟机器人系 统， 其特征在于： 所述的从站的伺服驱动器之间都是通过EtherCAT通信总线相连， 从站微处理权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115314534 A 2器从ESC读取控制数据， 接收到主站发送的数据后， 完成设定的工作任务， 实现设备控制功 能。 10.根据权利 要求5所述的一种基于EtherCAT通信协议的实时性优化模拟机器人系统， 其特征在于： 在通过测量、 计算和分析传输延时的过程中， 如果参考时钟为 从站的数据在内 部没有中断， 网络传输时从站的物理网络口的接口类型都相同， 即在 网线的传输延时是均 匀的， 而且所有从站的处 理延时、 转发延时、 处 理延时与转发延时的差都相同； 在上述假设条件下， 通过推导归纳得， 第i个从站x到参 考从站R的传输延时为： 式中： td处理延时与转发延时的差 。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115314534 A 3