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随着工业机器人技术的快速发展,工业机器人已经在水切割、激光切割等切割加工领域得到广泛应用,开发专用的切割机器人控制系统符合市场的需求。随着总线技术的快速发展,传统机器人控制系统的实时性和开放性已经不能满足机器人高精度、智能化的要求。利用PC和EtherCAT现场总线技术进行机器人控制系统的开发在工业控制领域中已经成为一种趋势。基于EtherCAT实时以太网总线技术,在PC和BECKHOFF(倍福)嵌入式PC硬件平台中,开发出了一套可根据五轴切割NC代码直接进行切割加工的专用六轴串联机器人控制系统,系统实时性高,稳定性强、开放性好。根据Craig原则建立了钱江RH6型六轴串联机器人D-H模型,求解得到了切割机器人正逆运动学算法。通过Matlab中的Matlab_Robotic_Toolbox库,对机器人正逆解算法进行了仿真验证。提出了最小角度变化率寻优的直接机器人逆解选解算法,可在8组理论上存在的机器人逆解中,直接确定唯一最优解,不需要循环迭代,算法选解效率高,实时性好。提出了上位机与下位机分离的EtherCAT总线切割机器人控制系统开发解决方案。上位机基于Windows7/10操作系统,在普通PC端,通过MFC开发完成机器人人机交互界面设计、NC文件解析、状态监控、OpenGL动态仿真、ADS通讯等非实时性功能模块。下位机在倍福嵌入式PC(CX5020)中,基于TwinCAT3PLC软件开发平台,根据CoE协议,自主开发完成机器人正逆解算法模块、机器人五轴插补算法模块等实时性功能模块,避免了使用TwinCAT3自带的NC、CNC等标准运动控制库带来的高额软件授权费用。搭建了EtherCAT总线切割机器人控制系统硬件平台,采用线性拓扑结构,以倍福嵌入式PC为主站,6组松下MINAS-A6B系列交流伺服驱动器为从站,EtherCAT通信周期为1ms。设计实现了机器人三轴和五轴切割加工实验,实验结果满足预期的运动控制要求。为后续切割机器人控制系统轨迹规划算法、速度前瞻算法和动力学控制算法的设计与开发奠定了基础。