在食品、藥品、電子元器件等行業(yè)的包裝與分揀產(chǎn)線上，Delta并聯(lián)機(jī)器人（又稱“蜘蛛手”）因其高速度、高重復(fù)定位精度，已成為實(shí)現(xiàn)高效抓放作業(yè)的核心裝備。然而，隨著生產(chǎn)節(jié)拍要求的不斷提升（如每分鐘抓取數(shù)百次），以及產(chǎn)品換型日益頻繁，傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)在實(shí)時(shí)響應(yīng)、精準(zhǔn)同步和快速部署方面面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。本文將詳細(xì)介紹一種基于鋇錸技術(shù)ARMxy BL350系列嵌入式工業(yè)計(jì)算機(jī)，并結(jié)合IGH EtherCAT主站與模塊化IO系統(tǒng)的Delta機(jī)器人高速高精控制解決方案。
一、Delta機(jī)器人高速抓放應(yīng)用的核心痛點(diǎn)
1.極致實(shí)時(shí)性要求難以滿足：Delta機(jī)器人每分鐘數(shù)百次的抓取節(jié)拍，要求運(yùn)動(dòng)控制的循環(huán)周期必須低于500μs。傳統(tǒng)PLC或基于標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)的通信方式，其通信抖動(dòng)和循環(huán)周期通常在毫秒級(jí)，無(wú)法滿足此等苛刻的確定性實(shí)時(shí)要求，導(dǎo)致機(jī)器人無(wú)法發(fā)揮其最高性能。
2.視覺(jué)系統(tǒng)與機(jī)器人動(dòng)作的精準(zhǔn)同步：機(jī)器人需要根據(jù)視覺(jué)系統(tǒng)識(shí)別出的物品位置和角度，實(shí)時(shí)調(diào)整抓取軌跡。若視覺(jué)觸發(fā)信號(hào)接收不及時(shí)，或坐標(biāo)映射轉(zhuǎn)換耗時(shí)過(guò)長(zhǎng)，會(huì)直接導(dǎo)致抓取失敗或物品被撞飛。傳統(tǒng)方案中，視覺(jué)PC與機(jī)器人控制器之間的通信延遲是主要瓶頸之一。
3.負(fù)載變化對(duì)動(dòng)態(tài)性能的干擾：在生產(chǎn)中，抓取的工件重量可能存在波動(dòng)。這種可變負(fù)載會(huì)顯著影響機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)特性，若控制模型未能及時(shí)調(diào)整，可能導(dǎo)致軌跡跟蹤誤差增大、執(zhí)行器力矩飽和，甚至引發(fā)振動(dòng)。
4.系統(tǒng)集成與調(diào)試復(fù)雜：運(yùn)動(dòng)控制器、IO模塊、視覺(jué)系統(tǒng)等往往來(lái)自不同供應(yīng)商，集成調(diào)試工作量大，特別是視覺(jué)坐標(biāo)系與機(jī)器人坐標(biāo)系之間的手眼標(biāo)定和映射邏輯配置，通常需要專業(yè)知識(shí)和大量時(shí)間，拖慢整體部署進(jìn)度。
二、解決方案概述：BL350 + EtherCAT 硬實(shí)時(shí)平臺(tái)
本方案以鋇錸技術(shù)ARMxy BL350系列作為Delta機(jī)器人的“大腦”，構(gòu)建一個(gè)高度集成、響應(yīng)迅捷的智能控制平臺(tái)。
核心控制器：ARMxy BL350系列，基于TI Sitara AM62x多核處理器（如AM6254），集成ARM Cortex-A53應(yīng)用處理器與Cortex-M4F實(shí)時(shí)協(xié)處理器。
實(shí)時(shí)系統(tǒng)：搭載Linux-RT-5.10.168實(shí)時(shí)內(nèi)核，確保任務(wù)調(diào)度的確定性。
EtherCAT主站：穩(wěn)定運(yùn)行IGH EtherCAT主站，實(shí)現(xiàn)小于500μs的通信周期和納秒級(jí)的同步精度，輕松驅(qū)動(dòng)伺服軸和IO。
軟件賦能：利用QuickConfig工具的AI輔助功能，可自動(dòng)化或半自動(dòng)化地完成視覺(jué)坐標(biāo)到機(jī)器人坐標(biāo)的映射邏輯配置，極大簡(jiǎn)化調(diào)試流程。通過(guò)BLRAT工具可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程運(yùn)維與參數(shù)優(yōu)化。
三、具體IO需求與選型配置
1. 核心控制單元選型
主控：BL352A（3個(gè)EtherCAT網(wǎng)口，1個(gè)X板槽，支持HDMI）
SOM：SOM353（AM6254, 4x Cortex-A53 @1.4GHz, Cortex-M4F, 8GB eMMC, 2GB DDR4）
實(shí)時(shí)保障：Linux-RT-5.10.168 + IGH EtherCAT主站，通信周期配置為500μs。
2. EtherCAT網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃
一個(gè)EtherCAT端口連接3或4臺(tái)支持EtherCAT的伺服驅(qū)動(dòng)器，分別控制機(jī)器人的三個(gè)主動(dòng)臂。
另一個(gè)EtherCAT端口可連接EtherCAT分布式IO模塊，擴(kuò)展額外的IO點(diǎn)（如安全門(mén)、氣壓檢測(cè)等）。
3. 關(guān)鍵IO選型與功能匹配：高速視覺(jué)觸發(fā)
功能模塊 信號(hào)需求 選型型號(hào) 功能說(shuō)明
視覺(jué)觸發(fā)信號(hào)接收 4路高速數(shù)字輸入(DI) X14板 用于連接視覺(jué)系統(tǒng)發(fā)出的觸發(fā)信號(hào)，其高速響應(yīng)特性確保機(jī)器 人能無(wú)延遲地獲取抓取指令。
選擇X14板（4路高速DI）的原因：其緊湊的6PIN設(shè)計(jì)與標(biāo)準(zhǔn)款外殼完美適配，專為處理高速數(shù)字輸入信號(hào)而優(yōu)化。在視覺(jué)系統(tǒng)識(shí)別到物品后，會(huì)立即向X14板發(fā)送一個(gè)脈沖信號(hào)，BL350主控通過(guò)EtherCAT總線在下一個(gè)控制周期內(nèi)即可獲取此信號(hào)，并即刻啟動(dòng)逆運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算，規(guī)劃抓取軌跡。這種硬實(shí)時(shí)IO響應(yīng)是實(shí)現(xiàn)每分鐘數(shù)百次抓取的基礎(chǔ)。
4. 軟件賦能
QuickConfig的AI輔助標(biāo)定：通過(guò)圖形化界面引導(dǎo)用戶完成手眼標(biāo)定過(guò)程，并利用內(nèi)置算法智能學(xué)習(xí)視覺(jué)坐標(biāo)與機(jī)器人基坐標(biāo)之間的非線性映射關(guān)系，將原本繁瑣復(fù)雜的標(biāo)定流程簡(jiǎn)化，部署效率提升超70%。
自適應(yīng)動(dòng)態(tài)規(guī)劃：結(jié)合Cortex-M4F實(shí)時(shí)核，可運(yùn)行負(fù)載觀測(cè)器算法，通過(guò)電機(jī)電流反饋實(shí)時(shí)估算負(fù)載變化，并動(dòng)態(tài)調(diào)整控制器的前饋參數(shù)，有效抑制因負(fù)載波動(dòng)引起的跟蹤誤差和抖動(dòng)。
四、BL350邊緣IO模塊對(duì)比傳統(tǒng)IO模塊的優(yōu)勢(shì)
1.硬實(shí)時(shí)IO，助力極致節(jié)拍
傳統(tǒng)IO模塊通常采用現(xiàn)場(chǎng)總線（如PROFIBUS-DP、CC-Link）接入，其輪詢周期多在毫秒級(jí)，且存在不可避免的通信抖動(dòng)。
BL350的X系列IO板直接通過(guò)主板內(nèi)部總線與CPU通信，延遲可達(dá)微秒級(jí)，且確定性極高。X14板的高速DI能力，確保了視覺(jué)觸發(fā)信號(hào)的零丟失與超低延遲響應(yīng)，為超高節(jié)拍生產(chǎn)提供了基礎(chǔ)保障。
2.高度集成，簡(jiǎn)化系統(tǒng)架構(gòu)
傳統(tǒng)方案需要獨(dú)立的運(yùn)動(dòng)控制卡、EtherCAT主站、PLC（用于IO處理）和網(wǎng)關(guān)（用于視覺(jué)通信）。
BL350將EtherCAT主站、實(shí)時(shí)計(jì)算核心與模塊化IO集成于單一緊湊設(shè)備中。這不僅大幅節(jié)省控制柜空間，更消除了多層通信延遲，數(shù)據(jù)從視覺(jué)觸發(fā)到伺服驅(qū)動(dòng)的路徑更短，系統(tǒng)確定性更高。
3.模塊化靈活配置，精準(zhǔn)匹配需求
傳統(tǒng)的分布式IO模塊通常以固定點(diǎn)數(shù)（如16DI/16DO）的模塊為單位進(jìn)行擴(kuò)展，容易造成IO點(diǎn)浪費(fèi)。
BL350的X/Y板系統(tǒng)允許用戶根據(jù)實(shí)際需要的IO類型、數(shù)量和速度進(jìn)行精準(zhǔn)選配。在本方案中，僅需一張X14板即可滿足核心的高速DI需求，避免了為冗余功能付費(fèi)，實(shí)現(xiàn)了成本與性能的最優(yōu)平衡。
4.開(kāi)放的軟件生態(tài)與智能工具
基于標(biāo)準(zhǔn)的Linux-RT和開(kāi)源IGH EtherCAT主站，開(kāi)發(fā)者可以靈活調(diào)用底層資源。結(jié)合QuickConfig的AI輔助功能，極大降低了視覺(jué)集成和坐標(biāo)映射的技術(shù)門(mén)檻與調(diào)試時(shí)間。
內(nèi)置的BLIoTLink和BLRAT支持Modbus、MQTT、OPC UA等協(xié)議及遠(yuǎn)程訪問(wèn)，能輕松將機(jī)器人運(yùn)行狀態(tài)、產(chǎn)量數(shù)據(jù)對(duì)接到MES系統(tǒng)，并實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程運(yùn)維。
五、總結(jié)與展望
鋇錸技術(shù)ARMxy BL350系列通過(guò)將強(qiáng)大的多核異構(gòu)計(jì)算能力、微秒級(jí)的EtherCAT硬實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)與高速模塊化IO系統(tǒng)深度融合，為Delta并聯(lián)機(jī)器人提供了一套高性能、高柔性、高集成度的控制解決方案。它有效地解決了高速抓放應(yīng)用中在實(shí)時(shí)同步、視覺(jué)集成和動(dòng)態(tài)適應(yīng)方面的核心痛點(diǎn)，使“蜘蛛手”能夠穩(wěn)定、可靠地運(yùn)行于每分鐘數(shù)百次抓取的極致工況，成為推動(dòng)產(chǎn)線效能不斷提升的強(qiáng)勁引擎。
從食品包裝到電子組裝，BL350硬實(shí)時(shí)控制平臺(tái)正助力Delta機(jī)器人在工業(yè)4.0的浪潮中，展現(xiàn)出更強(qiáng)大的智能化與柔性化潛力。

審核編輯 黃宇