基于 PC 的 EtherCAT 运动控制器

RMP EtherCAT 运动控制器与大多数通用工业 PC 兼容。工业 PC 随时可用，并提供各种配置。OEM 可以选择具有绝对最低处理能力的 PC 和 CPU，从而压缩其应用程序所需的性能。

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OEM 可以通过选择价格合理、交货时间短并保证长期可用性的供应商来为其应用程序选择 IPC。由于全球供应链问题，OEM 可以轻松地为其应用程序找到替代的 IPC。

是的，RMP 是一款真正的软运动控制器，它利用现代计算机的计算能力通过使用 EtherCAT 通信协议提供实时确定性性能。

当然不是。RMP 是一款完全开发的 EtherCAT 运动控制器，其功能远远超过业内销售的典型 EtherCAT 主堆栈。

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我们的 RapidCode API 和软件工具使对机器进行编程变得非常容易，从而显著缩短了开发时间。我们的 RMP 运动控制器可无缝处理所有配置和设置。我们的 RapidCode API 允许用户以简单的方式部署复杂的功能，因此不涉及繁琐的内存地址指针。

每个 EtherCAT 从设备都附带一个 ESI 文件。RapidCode API 和软件工具使 RMP EtherCAT 运动控制器能够自动检测所有节点并建立良好的 EtherCAT 网络。这可以通过单个 API 调用或使用我们的软件工具点击一个按钮来完成。然后，这些节点将无缝显示在树视图中。

RMP EtherCAT 运动控制器利用了 EtherCAT 通信协议。计算机上配置了一个以太网端口，专用于交换 EtherCAT 数据包。然后，通过此以太网端口连接 EtherCAT 从站以收集和中继信息。

如果应用程序需要，RMP 可以支持超过 128 个轴。最大轴数受到 CPU 功率的限制。更强大的 CPU 可以支持更多的轴数。

是的，幻像（虚拟）轴可用于使用 RMP EtherCAT 运动控制器进行编程和仿真

InTime 实时操作系统在后台运行。用户只需要使用我们的 RapidCode API 开发他们的应用程序并使用我们的软件工具即可。我们管理运动固件、EtherCAT 主堆栈以及向/传出网络上 EtheCat 节点的数据之间的所有交互。

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希望使用 PC 制造多轴高性能机器的 OEM 是优秀的 RMP 用户。RMP EtherCAT 运动控制器基于 PC，可以使用多种语言进行编程，例如 C++、C#、VB .NET、Python、Java、Ruby 等。

RMP 目前支持 128 个轴，可以同步两组 64 个轴，以创建协调的多轴移动。

RapidCode SDK 与 Visual Studio（或其他窗口 IDE）一起用于开发大多数应用程序。

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注意: 只有在使用 RapidCodert 高级功能时才需要 inTime SDK。

我们建议使用我们的 iPc300 工业产品。OEM 可以选择自己的电脑，但我们建议选择工业计算机并使用 Windows IoT LTSC 操作系统。Windows 的 LTSC 变体具有较长的生命周期，并且限制了功能更新（不是安全更新）。我们建议使用至少配备双核或四核赛扬的英特尔 CPU。建议使用 4GB 内存。推荐使用英特尔 NIC（与博通或瑞昱相反）。

RMP EtherCAT 运动控制器的固件在 InTime RTOS 上运行。CPU 内核、内存和以太网端口专用于实时操作系统，以确保运动控制器与网络上的 EtherCAT 硬件之间的实时确定性数据流量。使用我们的 iPC 硬件，你可以在 Windows（Intime）或 Linux（PREEMP_RT）上以 4000Hz 的采样率运行。

可以使用各种 RMP 功能实时触发 IO。在 RT 中触发 IO 的最常用功能是用户限制。可以为何时触发 IO 定义单个或多个条件。但是，当需要实现进一步的数学逻辑来触发 IO RT 时，用户限制不是一个选项。在这种情况下，RapidSequencer 或 RapidCodert 是最好的解决方案。

我们支持各种 EtherCAT 节点。查看我们支持的 EtherCAT 节点列表。

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我们专门生产兼容 CiA DS402 并使用 CoE（通过 EtherCAT 的 CANopen）的驱动器。如果我们当前的支持列表中不存在新节点，我们可以集成新节点。

默认 RMP 采样率为 1kHz。采样率可以提高到最大驱动器插值速率。

RMP 可以在位置、扭矩或速度模式下运行。大多数 OEM 通常会关闭伺服 EtherCAT 硬件中的位置回路。

与使用外部安全控制器的传统方法相比，RMP 支持 FSoE（通过 EtherCAT 实现现场安全），可提高工业机器的安全性，并显著减少布线。

是的，默认情况下，我们支持几个简单的模型和经常使用的机械臂。可以根据您的需求轻松添加自定义全铰接（6 轴）串行、SCARA 和笛卡尔机器人的其他运动学模型。

请查看以下链接以了解差异：

https://docs.roboticsys.com/motion-controllers/rmp-ethercat/software-apis/rapidcodert-api-c ++

EtherCAT 运动控制器是硬件和软件组件的组合，用于需要精确、同步和高速运动控制的场合。插入计算机或工业控制器的物理卡或模块包含用于以太网通信（信号处理）的必要电路以及电机、编码器和其他 I/O 设备的连接端口。该软件提供了一个用户界面，用于配置、控制和生成多轴运动曲线（路径、轨迹、速度、加速度）以及来自传感器的反馈。EtherCAT 运动控制器将计算机上运行的运动控制软件与物理运动控制硬件连接起来。

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依赖 EtherCAT 运动控制器的主要行业包括协调机器人、输送机和其他设备的工业自动化装配线。用于各种包装任务的高速、同步工艺，以及用于精确制造的 CNC（计算机数控）机床的控制。在机器人技术中，EtherCAT运动控制器支持对多个机器人轴进行实时、同步的控制，这对于执行装配、焊接或物料搬运的工业机器人或与人一起工作的协作机器人（协作机器人）至关重要。

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包装和物料搬运协调输送系统、取放操作以及自动化码垛和分拣过程借助医疗设备，EtherCatMotion 控制器支持手术机器人、诊断成像系统和医疗设备制造的精确运动控制。使用 EtherCAT 运动控制器的其他行业包括：

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• 汽车制造

• 食品和饮料加工

• 可再生能源

• 电子组装

• 楼宇自动化

• 半导体制造

• 测试和测量应用程序

• 航空航天

EtherCAT（用于控制自动化技术的以太网）是一种高性能网络系统，用于实时分布式控制、保证定时以及极其精确地同步多个设备的能力，使其成为要求苛刻的运动控制任务的理想之选。EtherCAT 能够在通过节点时 “即时” 处理数据，从而最大限度地减少延迟并最大限度地提高网络带宽，从而非常高效。因此，EtherCAT不仅是一个标准，而且是一项完整的技术，包括创建高性能运动控制网络所需的硬件和软件组件。

EtherCAT 运动控制器充当 EtherCAT 网络上的主设备，生成运动曲线（轨迹、速度等）；协调多个轴/马达的动作；向从属设备（伺服驱动器步进电机驱动器 I/O 模块，例如传感器）发送控制命令；接收来自传感器和其他输入设备的反馈。EtherCAT 运动控制器持续发出 EtherCAT 电报，这些电报本质上是传送重要信息的微小数据包，在 EtherCAT 网络中传输。将它们想象成邮件承运人，为每个从机提供更新的控制数据并从他们那里收集数据，然后将其返回给 ethercat 主控制器。

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这种数据传输被称为 “即时” 处理，这是 EtherCAT 通信协议的一项关键功能，可显著提高效率和网络性能。EtherCAT 的 “即时” 处理会广播一帧，其中包含网络上所有设备的数据。当该帧通过网络从一台设备传输到另一台设备时，每台设备都可以 “即时” 访问和处理与其相关的数据，而无需等待整个帧的接收。该设备提取其数据，执行编程操作并修改帧本身，可能会在将其传递给下一个设备之前添加新数据。这样可以在设备之间进行实时通信和数据交换，而无需等待主控制器，最大限度地减少设备延迟并提高整体系统响应能力，从而在不影响性能的情况下将更多设备连接到网络。

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对于精确定时和快速响应至关重要的运动控制应用，“即时” 处理特别有利。它允许运动控制器向伺服驱动器发送实时更新，接收传感器的即时反馈，并根据需要进行调整，所有这些都可以在一个EtherCAT周期内完成。（EtherCAT 周期是指从主控制器发送命令、在每个从属设备上处理这些命令、收集反馈数据并在规定的时间间隔内将其返回给主控制器的完整过程）。

EtherCAT 支持以微秒级精度控制多个轴，确保在各种从属设备的各种网络拓扑结构（线、树、网格、星形等）中实现平稳、协调的运动和紧密同步。EtherCAT 在数据通过节点时对其进行处理，从而最大限度地减少延迟并最大限度地提高网络带宽使用率。标准以太网帧用于传输大量设备的多个过程数据，从而最大限度地提高每个周期中交换的信息量。这使得它比传统的现场总线更高效，后者在每个节点上按顺序处理数据。EtherCAT 能够在不影响性能的情况下轻松管理包含数千台设备的网络，部分原因包括显著缩短的循环时间、更好的同步和更高的数据吞吐量。

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EtherCAT 可以同步具有亚微秒抖动（时间变化）的多个轴，从而实现极其精确和协调的运动。内置的分布式时钟系统可确保网络上所有设备之间的准确时间同步，从而进一步提高其精度。再加上快速的循环时间，解释了EtherCAT为何以及如何能够在不影响性能的情况下使用高速响应应用程序处理大量设备。因此，例如，对于机器人而言，这意味着以高精度和速度控制多个机器人轴，以执行诸如拾取和放置、装配和焊接等任务；而对于数控机床而言，这意味着在铣削、车削和其他复杂加工任务中精确控制多个轴。EtherCAT 保证在特定时间范围内传输数据。这可确保行为的一致性，无需复杂的时序补偿，对于对时序变化敏感的应用至关重要。

EtherCAT 主控制器是 EtherCAT 网络上的中央指挥单元或 “大脑” 启动和管理网络上的所有通信，向从属设备发送控制命令，同步过程并收集来自从属设备的反馈数据（传感器读数、状态信息）。

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EtherCAT 运动控制器是一种 EtherCAT 主控制器，专为快速精确的运动控制应用而设计、集中和优化。所有的 EtherCAT 运动控制器都是 EtherCAT 主控制器，但并非所有 EtherCAT 主控制器都专注于运动控制。尽管两种类型的控制器都会启动和管理 EtherCAT 通信，但主控制器可能具有更广泛的控制范围，以下是将其转化为实际应用的方式：

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在生产线中，通用型 EtherCAT 主控制器可能就足够了，因为主控制器可能需要控制传送带（简单、连续的运动）、气动执行器、各种传感器并与工厂管理系统通信。或者也是一台简单的包装机，需要同步几个轴来密封包装，而无需高度复杂的曲线或极其紧密的协调。

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但是，EtherCAT运动控制器更适合执行复杂的拾放操作的机器人手臂，或者焊接需要一个能够生成平滑轨迹、处理来自多个编码器的反馈并实时适应其环境的运动控制器。或者需要数控机床同时对多个轴进行精确控制，并采用严格同步的方式。

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一般而言，EtherCAT 运动控制器通常具有更复杂的算法，用于生成轨迹、处理插值和管理复杂的运动曲线，这对于要求苛刻的应用至关重要。它们还具有专门的软件接口，用于直接连接高精度编码器和各种伺服或步进驱动器，简化与运动相关硬件的集成，优先考虑实时处理和低循环时间以保证精度和快速的伺服驱动器响应。

四轴 EtherCAT 运动控制器旨在对自动化系统中最多四个电机（轴）进行精确、协调的控制。将这些控制器视为 “以运动为中心”，能够进行高级轨迹规划、插值（计算所定义目标点之间的中间位置和速度，以创建流畅的可控运动）和高速反馈处理。总而言之，四轴 EtherCAT 运动控制器可以生成复杂的运动曲线，并协调所有四个电机以实现完美的同步，这对于机器的多个部件需要精确地一起移动的应用至关重要。

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四轴 EtherCAT 运动控制器可用于控制拾放机器人、小型装配机器人或 4 轴 SCARA（选择性合规铰接式机械臂）环境。它们通常还控制精密加工任务，尤其是那些具有三维曲线和复杂数控机床刀具路径的任务和包装任务，同步装配线内的填充、贴标、密封和输送等各种流程。

EtherCAT 软运动控制器是一个基于软件的系统，可将标准 PC 或工业计算机变成强大的运动控制系统。通常，计算机中会安装专门的 EtherCAT 运动控制 PC 卡，用于管理通信，并通常为电机控制提供一定程度的信号处理。但是，运动控制软件是系统的核心，其用户界面可实现轨迹规划，包括：

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• 对复杂的运动曲线、路径和速度进行编程。

• 管理多轴协调，确保电机之间的精确同步

• 处理来自编码器、传感器和其他输入设备的反馈数据

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电脑上的运动控制软件支持对打包在 EtherCAT 电报（数据包）中并通过 EtherCAT 网络发送的精确命令进行编程。EtherCAT 从属设备（伺服驱动器、I/O 模块、传感器等）接收这些命令并相应地执行。来自传感器和驱动器的反馈数据被发送回软运动控制器，从而关闭控制回路。您可以自定义软件、添加功能并将其与其他基于 PC 的系统集成以进行数据分析、可视化等。

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EtherCAT 软运动控制器可以处理的应用程序的复杂性在很大程度上取决于运动要求。您需要同时控制的轴越多，所需的处理能力和软件优化就越多。复杂的轨迹（样条曲线、三维曲线）、严格的同步需求或高速变化增加了计算需求。为闭环控制处理大量的传感器数据反馈会增加处理开销，因此更快的多核处理器对于处理实时运动控制任务至关重要，尤其是在轴数较高或运动曲线较复杂的情况下。

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通常由 EtherCAT 软运动控制器管理的应用示例

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• 中到高复杂度系统：许多包装机、数控路由器、取放机器人和复杂的装配机都是合适的候选者。

• 定制 OEM 设计：软运动控制器的灵活性使其成为制造具有独特运动要求的专用机器的理想之选。

• PC 集成应用程序：运动控制需要与在同一台 PC 上运行的机器视觉、数据处理或复杂 HMI 功能相结合。

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EtherCAT 软运动控制器可能存在的局限性

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• 具有极大轴数（数十或数百）或纳秒级同步要求的超高性能应用程序，可能仍需要专用的硬件控制器。

• 关键安全：具有非常严格功能安全要求（高安全完整性等级）的应用程序可能更适合具有专业安全认证的专用控制器。

EtherCAT运动控制器虽然功能强大，但肯定存在潜在的压力点或区域，在这些区域中，仔细规划和对细节的关注对于确保最佳性能至关重要。两个关键的压力点是：

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1. 网络性能和时机： 极短的 EtherCAT 循环时间会增加对运动控制器的处理能力和整体网络效率的需求。网络上的大量数据流量，无论是来自运动控制应用程序还是来自其他设备，都可能造成瓶颈，因此谨慎的设备配置和数据优先级排序非常重要。要在多个轴上实现精确的微秒级同步，需要仔细配置，这可能会提高某些控制器的功能。
2. 处理需求： 生成错综复杂的轨迹、样条曲线或即时运动变化可能需要大量计算，尤其是在轴数较高的情况下。这可能会影响控制器保持较短循环时间的能力。处理大量 I/O 数据或复杂的传感器反馈回路会增加控制器的处理负担。编写的运动控制软件或在同一台 PC 上运行的额外任务（用于软运动控制器）效率低下会带来性能瓶颈。

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大型、复杂的 EtherCAT 网络需要仔细规划，如果出现问题，可能更难进行故障排除。确保所有驱动器、传感器和其他组件完全兼容 EtherCAT 并正确配置对于避免通信错误或意外行为至关重要。EtherCAT 网络需要适当的布线和屏蔽以减轻工业环境中的电磁干扰 (EMI) 和噪声；这会影响信号完整性和定时可靠性。

128 个运动轴的 EtherCAT 运动控制是指一个大型自动化系统，其中一个中央控制器（如 EtherCAT 运动控制器）管理多达 128 个独立电机（轴）的精确而复杂的运动、数据反馈和同步。

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每个单独的轴都由其自己的 EtherCAT 伺服驱动器控制，接收来自控制器的命令并精确管理其连接的电机，该电机可以混合使用伺服电机和步进电机，具体取决于每个轴的特定需求（扭矩、精度、速度）。每个轴上的高分辨率编码器提供关键位置反馈，实现闭环控制并确保精度。

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设计和管理具有 128 个运动轴的系统需要仔细规划、网络优化和高性能软件，因为运动控制器必须计算并向所有 128 个运动轴发送指令，同时保持极短的循环时间以提高响应速度。保证 128 个运动轴之间的微秒级同步意味着依赖专门的运动控制算法，然后是高效的数据流，或者在传输和处理过程中赋予某些类型的 EtherCAT 电报（数据包）比其他类型更高的优先级。这一点至关重要，因为它可以确保即使在网络繁忙时也能毫不延迟地传送最关键的数据。

为您的运动控制系统选择合适的 EtherCAT 伺服驱动器、电机和其他组件需要仔细考虑几个因素，这些因素总结为以下步骤：

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1. 一个常见的起点是指定您的应用所需的运动类型（线性、旋转、连续、点对点等）以及每个轴所需的最大速度、加速度和减速率。接下来，您需要计算在所需动态条件下移动负载所需的扭矩（考虑其他负载变化），并定义应用的可接受精度水平（以微米、毫米等为单位）。
2. 在选择兼容的 EtherCAT 驱动器时，请确保驱动器能够根据您的扭矩和速度需求提供电机所需的持续和峰值功率，并验证与 EtherCAT 网络通信功能的兼容性。将驱动器的反馈选项（编码器、解析器）与所使用的电机和所需的定位精度相匹配，并考虑您的应用是否需要在驱动器上内置安全功能。
3. 选择步进电机进行精确定位，或选择伺服电机进行连续变化的高性能运动控制。电机的扭矩和速度能力应符合或超过应用要求。考虑电机的惯性和负载，确保电机能够达到所需的加速度。当然，您需要确保电机在物理上符合空间限制并具有正确的安装配置。
4. 其他重要组件包括容量足以满足系统中所有驱动器的综合功率需求的电源、基于网络布局的电缆类型和长度，并确保为可靠通信提供适当的屏蔽，不要忘记安全、机器监控或特定控制功能所需的额外传感器（限位开关、压力传感器）。

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当然，无缝操作需要所有组件之间的兼容性，因此请考虑参与EtherCAT运动控制系统的配置、编程和诊断的所有各方提供的软件工具。考虑潜在的未来需求并在必要时选择能够适应系统扩展的组件总是件好事。