工业机器人是面向工业领域的多关节机械手或多自由度的机器人,主要从事于焊接、搬运、码垛等工作,广泛的应用于汽车、电子、石油、化学等行业,同时也是衡量一个国家制造也水平的一个重要标准。国外在工业机器人方面的研究较早,目前已经有了比较成熟的产品。而我国起步较晚,虽然发展迅速,但和国外机器人厂商依然有很大的差距,特别是在控制器、精密减速器等核心零部件方面,因此我国需要在机器人核心零部件方面加大研究力度,缩小与国际上的差距,同时随着人口红利的丢失,工业机器人的市场需求越来越大。所以研发机器人感知与控制系统具有一定的现实意义。本文首先研究了国内外工业机器人的研究现状和发展趋势,对比了目前比较主流的几种工业机器人系统。在此基础上,提出了基于Ether CAT总线的工业机器人系统方案。硬件方面,以PC为核心,同时还配有带有Ether CAT接口的运动控制板卡和视觉采集板卡;软件方面则以Linux CNC为基础,通过增加Ether CAT主站通信协议栈、人机界面和机器人控制算法,完成整个系统软件设计。PC机借助Linux CNC进行各轴控制量的计算,然后通过Ether CAT总线将控制量发送到运动控制板卡最后送入到伺服单元,感知系统则将提取有用的视觉信息通过Ether CAT总线反馈回主站PC。该系统中的主站PC可以是低功耗的工业PC,也可以是经过改造的嵌入式PC(外挂NIC+树莓派);运动控制板卡则采用ARM+FPGA的设计方式,主要包括了FPGA控制电路、ARM控制电路、Ether CAT从站控制器等;视觉采集板卡包括了树莓派PC和Ether CAT从站通信板卡。在完成硬件电路设计以后,对系统的软件部分进行研究。软件部分主要包括了主要包括PC机软件、运动控制板卡软件和视觉传感软件。PC软件则采用Linux CNC数控软件,同时构建实现Linux实时内核和Ether CAT主站协议栈;运动板卡软件包括了ARM从站控制软件、Ether CAT从站通信协议和基于FPGA的绝对值脉冲读取以及伺服控制脉冲的产生;视觉检测板卡除了包括图像处理算法以外还包含了从站控制软件。完成系统的软硬件设计以后,我们对机器人感知与控制系统的性能进行了测量,包括了Ether CAT实时性测试、绝对值编码器读取测试、伺服驱动脉冲产生测试等。