国产分拣机器人前十，为什么会出现机器人动作不协调？

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正在工业机器人跟机床使用中，能够波及正在特定空间内精准调和多个轴的挪动，以实现手头的事情。机器人普通有6个轴，这些轴必需调和有序，若是有时候机器人沿轨道挪动，则会有7个轴。

正在CNC加工中，5轴调和很罕见，可是有些使用会用到多达12个轴，此中对象跟工件正在特定空间内绝对挪动。每一个轴皆包括一个伺服驱动器、一个机电，有时候，正在机电跟轴讨论，或许末尾执行器之间会加装一个变速箱。然后，体系经由过程工业以太网互联，普通采取LINE型拓扑，详细如图1所示。机电控制器将所需的空间轨迹转换为每一个伺服轴所需的单个地位基准，然后正在收集上轮回传输。

图1.多轴机床的网络拓扑布局。

节制周期

这些使用按界说的周期时间运转，这个工夫普通即是，或许是底层伺服电机驱动器的基波节制/脉宽调制开关周期的几倍。正在图2所示的这类情况中，端到端网络传输耽误是一个紧张参数。正在每一个周期内，机电控制器必需将新地位基准跟其他相关信息传输给图1中的各个节点。然后，PWM周期内须要余留充足的工夫，以供每一个节点利用新地位基准跟任何新传感器数据去更新伺服控制算法计较。然后，各个节点经由过程依赖于工业以太网和谈的分布式时钟机制，正在同一时间点将更新后的PWM矢量使用于伺服驱动器。依据详细的节制架构，部门节制回路算法可以正在PLC中实现，若是正在收集上吸收到任何相关传感器信息更新后，须要充足的工夫才气实现。

图2.PWM周期跟收集传输工夫。

数据传输耽误

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假定收集上独一的流量是机床控制器跟伺服节点之间的周期性数据流，收集耽误由收集跳转到最远节点的次数、收集数据速度跟每一个节点蒙受的耽误决意。正在利用机器人跟机床时，线路招致的旌旗灯号传输耽误可以疏忽，那是因为线缆长度普通绝对较短。次要的耽误为带宽耽误；行将数据传输到线路所需的工夫。关于最小的以太网帧，有关100Mbps跟1Gbps位速度的带宽耽误，请参考图3。那便即是数据包尺寸/数据速度。关于多轴体系，从控制器到伺服器的典范数据有效载荷由各伺服器的4字节速率/地位基准更新跟1字节控制器更新构成，也就是说，6轴机器人的有效载荷为30个字节。当然，有些使用的更新中包括更多信息，而且/或有更多轴，正在这些环境下，数据包的尺寸要大于最小尺寸。

图3.最小长度以太网帧的带宽耽误。

除带宽耽误中，其他耽误元素是因为以太网帧经由过程每一个伺服网络接口的PHY跟单端口开关发生的。这些耽误如图4跟图5所示，此中显现帧挪动的部门是穿过PHY进入MAC，经由过程方针地点剖析时，只须要对帧的前导跟方针部门停止计时管控。门路2-3a默示对以后节点有效载荷数据的截取，门路2-3b则默示帧向方针节点前进的行程。图4a只显现传输给2-3a中的使用的有效载荷，图4b则显现被传输的帧的大部分；那评释以太网和谈之间能够存在纤细的差别。门路3b-4默示帧出站传输，经由过程传输行列、经由过程PHY，然后返回线缆。图中所示的线路终端节点中没有存在这类门路。这里假定采取纵贯数据包交流，而不是存储转发，后者的延迟时间更长，由于全部帧皆要计入开关，然后再被转发。

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图4.帧耽误：线路终端节点。

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图5按工夫线显现帧的延时元素，此中描写了帧穿过一个轴节点的悉数传输工夫。TBW默示带宽耽误，TL_1node默示帧经由过程单个节点的耽误。除与位经由过程线路停止物理传输，和计入地点位用于实行方针地点剖析相关的耽误中，PHY跟开关组件耽误是其他会影响体系内的传输耽误的因素。跟着线路上的位速度增长，节点数目增加，这些耽误对全部端到端帧传输耽误的影响会更年夜。

图5.帧传输工夫线。

低耽误解决方案

ADI推出了两款新工业以太网PHY，公用于正在更普遍的环境温度规模内，正在严苛的工业前提下靠得住运转，具有精彩的功率跟耽误规格。ADIN1300跟ADIN1200公用于办理本文中提到的应战，成为工业使用的幻想取舍。有了fido5000及时以太网、多和谈嵌入式单端口开关后，ADI公司开辟出了合用于确定性工夫敏感型使用的解决方案。

表1列出了PHY跟开关招致的耽误，条件是假定吸收缓冲器剖析是以方针地点为根底，且假定采取100Mbps收集。

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表1.PHY跟开关耽误

举例来说，将这些耽误计入多达7个轴的线路收集，并将总有效载荷计入终极节点，总传输耽误酿成

此中58×80ns默示前导跟方针地点字节被读取后，余下的58字节有效载荷。

这项计较假定收集中不其他流量，或许收集可能优先接见工夫敏感型流量。它正在某种程度上依附和谈，依据详细利用的工业以太网和谈，计较得出的值会存在细小差别。回想图2，将机械系统的周期时间降低至50µs至100µs时，将帧传输到最远的节点能够占用全部周期的远50%，招致留给下一周期更新机电节制跟挪动控制算法计较的工夫削减。

最大水平缩短那段传输工夫关于优化机能而言十分紧张，由于它容许实行更长、更庞大的节制计较。鉴于与线路数据相关的耽误是流动的，且与位速度相关，利用低耽误组件（例如ADIN1200PHY跟fido5000嵌入式开关）将是优化机能的要害，特别是正在节点数目增长，周期时间缩短时。转而利用千兆以太网可以大幅降低带宽耽误形成的影响，可是会增长开关跟PHY组件招致的整体耽误的比例。例如，采取千兆收集的12轴CNC机床的收集传输耽误约为7.5µs。

正在这类环境下，带宽元素可以忽略不计，利用最小或最大以太网帧尺寸不会形成任何不同。收集耽误大抵可以由PHY跟开关均分，跟着工业体系转而采取千兆网速、节制周期时间缩短（WEtherCAT®显现的周期时间为12.5µs）、由于正在节制收集中增长以太网毗邻的传感器而招致节点数增长，和网络拓扑不休趋于扁平，凸显了最小化这些元素的耽误的代价。

论断

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正在高性能多轴同步挪动使用中，节制时序要求十分精准，存在确定性跟工夫关键性，要求最大水平缩短端到端耽误，正在节制周期时间缩短，控制算法的复杂性增长时特别如斯。低耽误PHY跟嵌入式纵贯开关是优化这些体系的紧张组件。为办理本文所述应战，ADI推出了两款新的稳重型工业以太网PHY，即ADIN1300（10Mb/100Mb/1Gb）跟ADIN1200。

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