以ARMxy邊緣控制器與IGH EtherCAT主站打造高性能六軸/七軸工業(yè)機(jī)器人控制器

在工業(yè)自動化邁向智能化與柔性化的今天，工業(yè)機(jī)器人作為核心執(zhí)行單元，其控制器的性能、實(shí)時性與可靠性直接決定了整個制造系統(tǒng)的水平。傳統(tǒng)的基于PC或?qū)Ｓ每刂破鞯姆桨?，常面臨成本高、體積大、靈活性不足等挑戰(zhàn)。本文將介紹一種基于ARMxy BL370邊緣控制器與IGH EtherCAT主站的高性能、高靈活性工業(yè)機(jī)器人控制器解決方案。

一、應(yīng)用場景概述

六軸/七軸工業(yè)機(jī)器人廣泛應(yīng)用于焊接、搬運(yùn)、噴涂、裝配等復(fù)雜工藝場景。這類機(jī)器人要求控制系統(tǒng)能夠同時精確、同步地控制多個伺服軸，實(shí)現(xiàn)末端執(zhí)行器在三維空間中的平滑、精準(zhǔn)軌跡運(yùn)動。這不僅需要強(qiáng)大的實(shí)時計(jì)算能力來處理運(yùn)動學(xué)正逆解、軌跡規(guī)劃和插補(bǔ)算法，更需要一個超低延遲、高同步精度的實(shí)時通信網(wǎng)絡(luò)來連接各個關(guān)節(jié)的伺服驅(qū)動器。ARMxy邊緣控制器與IGH EtherCAT主站的組合，正是為此類高性能運(yùn)動控制需求而生的理想解決方案。

二、行業(yè)痛點(diǎn)

1. 實(shí)時性與同步性不足： 傳統(tǒng)總線或早期以太網(wǎng)方案通信周期長、抖動大，導(dǎo)致多軸運(yùn)動不同步，影響加工精度與表面質(zhì)量。

2. 系統(tǒng)集成度低、成本高： 采用工控機(jī)+運(yùn)動控制卡的模式，系統(tǒng)復(fù)雜、體積龐大、硬件成本高昂，且布線繁瑣。

3. 靈活性差： I/O接口固定，難以適應(yīng)不同工藝（如需要額外模擬量或數(shù)字量I/O控制焊機(jī)、抓手等）的需求，定制化開發(fā)周期長。

4. 智能化水平有限： 傳統(tǒng)控制器缺乏AI算力，難以集成視覺識別、力覺感知與自適應(yīng)控制等先進(jìn)AI功能。

5. 開發(fā)與維護(hù)復(fù)雜： 底層驅(qū)動、實(shí)時系統(tǒng)與EtherCAT主站的配置門檻高，遠(yuǎn)程運(yùn)維困難。

三、ARMxy邊緣控制器的主要性能與IGH EtherCAT的優(yōu)點(diǎn)

ARMxy BL370邊緣控制器是一款工業(yè)級設(shè)計(jì)的AI邊緣控制器，其核心優(yōu)勢在于：

• 強(qiáng)大的核心性能與AI能力： 基于瑞芯微高性能處理器，可靈活選擇從雙核Cortex-A7到四核Cortex-A53，乃至8核Cortex-A76并集成高達(dá)6TOPS AI算力的SoM模塊。這為機(jī)器人不僅提供了強(qiáng)大的實(shí)時運(yùn)動計(jì)算能力，更為集成機(jī)器視覺（如工件識別、缺陷檢測）、力控算法等AI應(yīng)用提供了可能。

• 工業(yè)級可靠性： 寬溫設(shè)計(jì)（-40℃至85℃），通過嚴(yán)格的電磁兼容性與環(huán)境適應(yīng)性測試，確保在惡劣的工業(yè)現(xiàn)場穩(wěn)定運(yùn)行。DIN35導(dǎo)軌安裝，結(jié)構(gòu)堅(jiān)固。

• 極致的實(shí)時性： 原生支持 Linux-RT（實(shí)時Linux）內(nèi)核，為IGH EtherCAT主站提供了微秒級的硬實(shí)時環(huán)境，確保通信周期的確定性與超低抖動。

• 靈活的I/O擴(kuò)展： 提供可選的X系列與Y系列IO板，可靈活配置RS485、CAN、DI、DO、AI、AO等豐富接口，輕松連接焊機(jī)、氣動元件、傳感器等外圍設(shè)備，實(shí)現(xiàn)高度集成化控制。

結(jié)合IGH EtherCAT主站，該方案展現(xiàn)出卓越優(yōu)勢：

• 納秒級同步精度： EtherCAT的分布式時鐘（DC） 機(jī)制，使得六個關(guān)節(jié)伺服驅(qū)動器能夠?qū)崿F(xiàn)納秒級的同步，讓機(jī)器人各軸如同一個大腦在指揮，運(yùn)動軌跡平滑精準(zhǔn)。

• 極高的數(shù)據(jù)刷新率： 通信周期可輕松達(dá)到1ms甚至更低，確保系統(tǒng)對指令的響應(yīng)速度和控制精度，滿足高速高精應(yīng)用需求。

• 簡化的系統(tǒng)架構(gòu)： 無需昂貴的交換機(jī)，使用標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)線即可構(gòu)建高速控制網(wǎng)絡(luò)，大幅降低系統(tǒng)成本和布線復(fù)雜度。

配套軟件工具鏈，賦能開發(fā)與運(yùn)維：

• BLIoTLink： 內(nèi)嵌的工業(yè)協(xié)議轉(zhuǎn)換軟件，可輕松實(shí)現(xiàn)機(jī)器人與上位機(jī)PLC、SCADA系統(tǒng)或物聯(lián)網(wǎng)云平臺（如MQTT）的數(shù)據(jù)交互，實(shí)現(xiàn)設(shè)備數(shù)據(jù)上云與遠(yuǎn)程監(jiān)控。

• BLRAT： 遠(yuǎn)程訪問工具，使工程師能夠隨時隨地安全地訪問位于工廠現(xiàn)場的機(jī)器人控制器，進(jìn)行程序更新、參數(shù)調(diào)試與故障診斷，極大提升運(yùn)維效率。

• QuickConfig： 快速配置工具，可簡化網(wǎng)絡(luò)參數(shù)、從站配置等初始化工作，降低現(xiàn)場調(diào)試人員的操作門檻，實(shí)現(xiàn)“開箱即用”。

四、選型建議以及I/O選擇

對于六軸/七軸工業(yè)機(jī)器人控制器，推薦如下選型配置：

• 主控制器型號： BL372B。該型號提供3個以太網(wǎng)口，可將其中一個專用作EtherCAT主站網(wǎng)絡(luò)，另一個用于與上層網(wǎng)絡(luò)通信，第三個可作為冗余或連接視覺系統(tǒng)，布局最為合理。同時它具備1個X系列IO板槽和2個Y系列IO板槽，擴(kuò)展能力最強(qiáng)。

• SOM核心板： SOM372（RK3562J, [email protected], 32GB eMMC, 4GB RAM）。該配置提供充足的算力和存儲，流暢運(yùn)行復(fù)雜的機(jī)器人控制系統(tǒng)。若需集成高級AI視覺功能，可升級至更高性能的8核AI SoM。

• X系列IO板： 推薦 X24 或 X25。提供3路RS485/1路CAN或2路RS485/2路CAN，以及4DI/4DO。RS485可用于連接伺服驅(qū)動器（如果支持串口模式）或遠(yuǎn)程IO模塊，CAN總線可用于連接機(jī)器人本體的安全控制器或特定傳感器。

• Y系列IO板：

• Y1槽： 可選 Y95/Y96（4路PWM輸出+4路脈沖計(jì)數(shù)），可用于控制不支持EtherCAT的步進(jìn)電機(jī)或作為輔助編碼器接口。

• Y2槽： 可選 Y24（4路繼電器輸出），用于控制機(jī)器人末端的電磁閥、吸盤或工具電源等。

五、結(jié)論與建議

將ARMxy BL370邊緣控制器與IGH EtherCAT主站相結(jié)合，構(gòu)建的六軸/七軸工業(yè)機(jī)器人控制器方案，成功地將高性能計(jì)算、硬實(shí)時通信、靈活I(lǐng)/O擴(kuò)展與工業(yè)級可靠性融為一體。它不僅解決了傳統(tǒng)方案在實(shí)時性、成本和靈活性上的痛點(diǎn)，更通過內(nèi)置的AI算力和強(qiáng)大的軟件工具鏈，為機(jī)器人的智能化升級和便捷化運(yùn)維打開了新的空間。

建議： 對于機(jī)器人制造商和系統(tǒng)集成商而言，采用此平臺化方案，可以大幅縮短開發(fā)周期，降低硬件成本，并打造出更具市場競爭力的高性能、智能化機(jī)器人產(chǎn)品。我們強(qiáng)烈建議在項(xiàng)目前期進(jìn)行原型測試，以充分體驗(yàn)其在具體應(yīng)用中的卓越性能。