国产高性能MCU开发的全新EtherCAT伺服电机控制器方案合集!

发布时间:2025-06-26 阅读量:33 来源: 我爱方案网 作者: bebop

随着国产工业机器人从核心部件进口转向全面自主化,六轴机械臂在高端领域正加速替代国际品牌。2024年全球工业机器人市场规模达340亿美元(年复合增长率9.9%),而中国以51%的全球装机量成为最大市场。


如今的机器人电机控制系统中经常用到的是分散式架构,通过将多个单轴电机驱动集成到机器人的每个关节中,并通过 EtherCAT 等实时通信接口进行连接和同步。通常每个驱动控制一个轴,并在本地处理某些安全功能。因此,每个 MCU 都需要实时控制和通信功能、单轴电机控制外设、三到六个 PWM 通道、片上逐次逼近寄存器模数转换器或 Δ-Σ 调制器输入。
在上述应用中,位置传感器通常靠近 MCU ,因此这些 MCU 需要一个数字或模拟接口来读取位置传感器的数据。虽然这种架构需要更多的 MCU,但由于电源总线和通信接口之间的布线需求较少,因此可以大幅降低系统级成本。现代实时 MCU不仅集成了所有必要的外设,还集成了安全外设,从而为分散式架构中的集成轴提供单芯片或双芯片解决方案,并以较小的尺寸实现高性能。

在此背景下,快报分析师推荐基于极海和先楫高性能MCU开发的伺服电机驱动器方案,方案采用低成本的EtherCAT工业以太网现场总线实时通讯技术,实现多轴伺服控制器高精度同步协同作业,可为工业自动化生产的焊接、码垛、喷涂等精细化现场作业提供高效可靠的技术保障。

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极海G32R501工业六轴机械臂参考方案

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本方案采用6个搭载极海G32R501实时控制MCU的EtherCAT总线型高压伺服控制器,实现六轴机械臂的关节控制和位置反馈。

极海G32R501凭借灵敏感知、高效运算、精准控制等特性,为6个关节伺服控制器构筑"最强大脑",其微秒级响应速度与运动控制算法,保证高压伺服控制系统的稳态速度波动可以达到0.1%以内、主中断执行时间15.8μs左右,电流环执行时间0.76μs左右,保证机械臂在高速运动、重载作业及复杂轨迹规划中保持高度平顺性与定位精度。

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· 外围辅助控制采用2路气阀控制,分别实现夹爪和吸盘的气动控制

· 2路气阀控制,分别实现物料推送控制和定位控制

· 2路输出I/O,实现蜂鸣器和工作指示灯的控制

· 1路输入I/O,实现物料到位的检测

· 3 路输入I/O,进行急停开关信号的检测

极海G32R501工业六轴机械臂参考方案中,控制器和伺服驱动器及远程IO板之间采用EtherCAT通讯,控制器作为EtherCAT主站,6个伺服控制器和1个远程IO板作为EtherCAT从站,通讯周期为1ms,同步精度小于1μs。

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技术参数

轴数

6轴

通讯

速度

100Mbps

通讯

周期

1ms

同步

精度

<1μs

额定

负载

1.5kg

最大

负载

3kg

重复定位精度

±0.02mm

运动半径

600mm

运动范围和速度

轴1

±160°

247.5°/s

轴2

-110°~+55°

231.8°/s

轴3

-36°~+140°

297°/s

轴4

±112°

300°/s

轴5

±120°

600°/s

轴6

360°

600°/s

先楫HPM6E00总线型伺服驱动器整机方案
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先楫HPM6E00总线型伺服驱动器支持单相AC~90V- AC~253V 电源供电,配合100W~750W 高响应伺服电机(电机搭配17位绝对值编码器),实现全闭环功能,电机运行安静平稳。该方案支持适配电机、支持EtherCAT总线控制,支持DI输入和DO输出,具备过流、过压、过载等保护。该方案应用于电子制造、锂电、机械手、包装、机床等行业的自动化设备,以其高性能实现快速精确的位置控制、速度控制和转矩控制,提高系统的响应速度和生产效率。

方案特点

  • 采用先楫半导体国产高性能MCU HPM6E80
- 主频600MHz,双核,性能超过 3390 CoreMark 和 1710 DMIPS
- 支持TSN、千兆工业以太网,支持Beckoff(德国倍福)授权的EtherCAT
- 硬件电流环,Σ∆ 数字滤波,各种编码器接口,包括旋变解码、多摩川、BISS等
- 4个2MSPS,16位高精度 ADC
- 32路100ps高精度PWM信号
  • 支持COE、FOE+OTA等功能
  • 完全开源的软件,包含CiA402、三环控制的源码
  • 配套商用和开源主站:基于HPM6800
  • 支持多种模式:CSP\CSV\CST\PP\PV\HM
  • 完整的位置、速度、力矩三环控制
  • 量产级的参考方案,能帮助客户快速进行产品设计和交付
  • 支持第三方付费定制开发

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