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)機器人（又稱“蜘蛛手”）因其高速度、高重復定位精度，已成為實現(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)在實時響應、精準同步和快速部署方面面臨嚴峻挑戰(zhàn)。本文將詳細介紹一種基于鋇錸技術ARMxy BL350系列嵌入式工業(yè)計算機，并結合IGH EtherCAT主站與模塊化IO系統(tǒng)的Delta機器人高速高精控制解決方案。
一、Delta機器人高速抓放應用的核心痛點
1.極致實時性要求難以滿足：Delta機器人每分鐘數(shù)百次的抓取節(jié)拍，要求運動控制的循環(huán)周期必須低于500μs。傳統(tǒng)PLC或基于標準以太網(wǎng)的通信方式，其通信抖動和循環(huán)周期通常在毫秒級，無法滿足此等苛刻的確定性實時要求，導致機器人無法發(fā)揮其最高性能。
2.視覺系統(tǒng)與機器人動作的精準同步：機器人需要根據(jù)視覺系統(tǒng)識別出的物品位置和角度，實時調整抓取軌跡。若視覺觸發(fā)信號接收不及時，或坐標映射轉換耗時過長，會直接導致抓取失敗或物品被撞飛。傳統(tǒng)方案中，視覺PC與機器人控制器之間的通信延遲是主要瓶頸之一。
3.負載變化對動態(tài)性能的干擾：在生產(chǎn)中，抓取的工件重量可能存在波動。這種可變負載會顯著影響機器人的動力學特性，若控制模型未能及時調整，可能導致軌跡跟蹤誤差增大、執(zhí)行器力矩飽和，甚至引發(fā)振動。
4.系統(tǒng)集成與調試復雜：運動控制器、IO模塊、視覺系統(tǒng)等往往來自不同供應商，集成調試工作量大，特別是視覺坐標系與機器人坐標系之間的手眼標定和映射邏輯配置，通常需要專業(yè)知識和大量時間，拖慢整體部署進度。
二、解決方案概述：BL350 + EtherCAT 硬實時平臺
本方案以鋇錸技術ARMxy BL350系列作為Delta機器人的“大腦”，構建一個高度集成、響應迅捷的智能控制平臺。
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應用處理器與Cortex-M4F實時協(xié)處理器。
實時系統(tǒng)：搭載Linux-RT-5.10.168實時內核，確保任務調度的確定性。
EtherCAT主站：穩(wěn)定運行IGH EtherCAT主站，實現(xiàn)小于500μs的通信周期和納秒級的同步精度，輕松驅動伺服軸和IO。
軟件賦能：利用QuickConfig工具的AI輔助功能，可自動化或半自動化地完成視覺坐標到機器人坐標的映射邏輯配置，極大簡化調試流程。通過BLRAT工具可實現(xiàn)遠程運維與參數(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EtherCAT網(wǎng)口，1個X板槽，支持HDMI）
SOM：SOM353（AM6254, 4x Cortex-A53 @1.4GHz, Cortex-M4F, 8GB eMMC, 2GB DDR4）
實時保障：Linux-RT-5.10.168 + IGH EtherCAT主站，通信周期配置為500μs。
2. EtherCAT網(wǎng)絡規(guī)劃
一個EtherCAT端口連接3或4臺支持EtherCAT的伺服驅動器，分別控制機器人的三個主動臂。
另一個EtherCAT端口可連接EtherCAT分布式IO模塊，擴展額外的IO點（如安全門、氣壓檢測等）。
3. 關鍵IO選型與功能匹配：高速視覺觸發(fā)
功能模塊 信號需求 選型型號 功能說明
視覺觸發(fā)信號接收 4路高速數(shù)字輸入(DI) X14板 用于連接視覺系統(tǒng)發(fā)出的觸發(fā)信號，其高速響應特性確保機器 人能無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設計與標準款外殼完美適配，專為處理高速數(shù)字輸入信號而優(yōu)化。在視覺系統(tǒng)識別到物品后，會立即向X14板發(fā)送一個脈沖信號，BL350主控通過EtherCAT總線在下一個控制周期內即可獲取此信號，并即刻啟動逆運動學計算，規(guī)劃抓取軌跡。這種硬實時IO響應是實現(xiàn)每分鐘數(shù)百次抓取的基礎。
4. 軟件賦能
QuickConfig的AI輔助標定：通過圖形化界面引導用戶完成手眼標定過程，并利用內置算法智能學習視覺坐標與機器人基坐標之間的非線性映射關系，將原本繁瑣復雜的標定流程簡化，部署效率提升超70%。
自適應動態(tài)規(guī)劃：結合Cortex-M4F實時核，可運行負載觀測器算法，通過電機電流反饋實時估算負載變化，并動態(tài)調整控制器的前饋參數(shù)，有效抑制因負載波動引起的跟蹤誤差和抖動。
四、BL350邊緣IO模塊對比傳統(tǒng)IO模塊的優(yōu)勢
1.硬實時IO，助力極致節(jié)拍
傳統(tǒng)IO模塊通常采用現(xiàn)場總線（如PROFIBUS-DP、CC-Link）接入，其輪詢周期多在毫秒級，且存在不可避免的通信抖動。
BL350的X系列IO板直接通過主板內部總線與CPU通信，延遲可達微秒級，且確定性極高。X14板的高速DI能力，確保了視覺觸發(fā)信號的零丟失與超低延遲響應，為超高節(jié)拍生產(chǎn)提供了基礎保障。
2.高度集成，簡化系統(tǒng)架構
傳統(tǒng)方案需要獨立的運動控制卡、EtherCAT主站、PLC（用于IO處理）和網(wǎng)關（用于視覺通信）。
BL350將EtherCAT主站、實時計算核心與模塊化IO集成于單一緊湊設備中。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)從視覺觸發(fā)到伺服驅動的路徑更短，系統(tǒng)確定性更高。
3.模塊化靈活配置，精準匹配需求
傳統(tǒng)的分布式IO模塊通常以固定點數(shù)（如16DI/16DO）的模塊為單位進行擴展，容易造成IO點浪費。
BL350的X/Y板系統(tǒng)允許用戶根據(jù)實際需要的IO類型、數(shù)量和速度進行精準選配。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，實現(xiàn)了成本與性能的最優(yōu)平衡。
4.開放的軟件生態(tài)與智能工具
基于標準的Linux-RT和開源IGH EtherCAT主站，開發(fā)者可以靈活調用底層資源。結合QuickConfig的AI輔助功能，極大降低了視覺集成和坐標映射的技術門檻與調試時間。
內置的BLIoTLink和BLRAT支持Modbus、MQTT、OPC UA等協(xié)議及遠程訪問，能輕松將機器人運行狀態(tài)、產(chǎn)量數(shù)據(jù)對接到MES系統(tǒng)，并實現(xiàn)遠程運維。
五、總結與展望
鋇錸技術ARMxy BL350系列通過將強大的多核異構計算能力、微秒級的EtherCAT硬實時網(wǎng)絡與高速模塊化IO系統(tǒng)深度融合，為Delta并聯(lián)機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用中在實時同步、視覺集成和動態(tài)適應方面的核心痛點，使“蜘蛛手”能夠穩(wěn)定、可靠地運行于每分鐘數(shù)百次抓取的極致工況，成為推動產(chǎn)線效能不斷提升的強勁引擎。
從食品包裝到電子組裝，BL350硬實時控制平臺正助力Delta機器人在工業(yè)4.0的浪潮中，展現(xiàn)出更強大的智能化與柔性化潛力。

審核編輯 黃宇