应用技术

基于CAN总线的机器人控制系统的设计与实现

粟中权 梁昔明 鲁五一

（中南大学信息科学与工程学院）

摘要：本文介绍一个基于CAN总线的6关节机器人的控制系统。介绍了CAN总线技术的特点并给出控制

系统上下位机的硬件组成和软件设计。

关键词：CAN总线；机器人；单片机

1 引言

处理，同时采用中断方式和上位机通信，接收上位机的控制信号和向上位机传送各关节的位置信号。

工

随着时代的发展，工业自动化的水平越来越高。

机器人的应用是工业自动化的一个重要表现。机器人可以用于工业领域的各个方面，如采矿业、制造业等。 在机器人控制系统中，通讯是一个重要的方面。“Controller Area Network”，即控制器局域网，简称CAN，是国际上应用最广泛的现场总线之一。其最初出现在20世纪80年代末的汽车工业中，由德国Bosch公司最先提出。现在CAN总线已在汽车工业、航空工业、工业控制和安全防护等领域中得到广泛应用。CAN总线是一种具有极大应用前景的现场总线技术，由于其特点而适合用作多关节的机器人总线技术。

工业级PC

图1机器人控制系统总体框图

3 CAN总线介绍

CAN总线是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络。CAN总线通信介质可以是双绞线、同轴电缆或光导纤维。其主要特点有：（1）多主总线，各节点均可在任意时刻主动向网络上的其他节点发送信息；（2）采用独特的非破坏性总线仲裁技术，优先级高的节点优先传送数据，能满足实时性要求；（3）具有点对点，一点对多点及全局广播传送数据的功能；（4）CAN总线上每帧有效字节数最多为8个，并有CRC及其它校验措施，数据出错率极低，一旦某一节点出现严重错误，可自动脱离总线，总线上的其他操作不受影响；（5）40m内的通信速率可达1 Mb/s；5 kb/s下的传输距离可达10 km。节点数实际可达110个；（6）CAN总线只有两根导线，系统扩充时，直接将新节点挂接在总线上即可。因此，CAN总线成为分布式计算机控制系统的理想总线。

CAN总线有两种逻辑状态：隐性或显性。CAN总线技术规范2.0版有A、B两部分。CAN2.0A给出

2 系统介绍

机器人是液压关节式机械手臂，整个系统由机械本体、控制柜、液压站和主控计算机等4部分组成。该机器人具有6个自由度，即6个关节。对机器人位置的精确控制是机器人控制系统所要完成的主要任务，为了达到实时控制性能好、伺服控制精度高的要求，采用了基于CAN总线的上、下位机分散控制系统结构，如图1所示。其中上位机是一台PC工控机，主要负责机器人的路径规划、任务分配、系统监视等；下位机为6个单片机控制系统，主要负责伺服阀的控制和位置传感器的信号采集等。另外还包含一个液压站的单片机控制系统。

采用这种控制系统，可以实现上位机对各个关节的单独控制。下位机6个单片机系统是并行工作的。各单片机系统可以负责本关节的控制和反馈信号的

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