工业机器人是面向工业领域替代传统工业生产方式的多自由度多关节机器人,广泛应用在机械加工、汽车制造、半导体行业。进入工业4.0时代,工业机器人技术成为了衡量一个国家制造业、工业水平的重要代表。当前我国机器人工业一方面缺乏核心技术及核心部件;另一方面,人口红利的减弱和产业的转型升级对工业机器人提出了迫切的需求。如何在困境中抓住发展机遇对我国机器人工业和整个制造业具有深远意义。本课题在前人的研究基础上进行了升级研究和优化设计,以EtherCAT为通信总线“PC+控制卡”为构架,设计了基于八轴伺服控制卡、ESC通信卡和传感器控制卡的开放式系统。具备伺服控制、IO控制、模块间通信、传感器接口等功能,满足机器人高精度、多自由度、高实时性开放性对硬件平台的要求。本文硬件设计上,采用最新的EtherCAT从站芯片,设计了两种不同的从站平台,一种是ESC+MCU方式,由LAN9252作为从站控制器建立EtherCAT通信由Cortex-M7控制器负责处理数据。另一种是片内集成ESC的控制器方式,由XMC4800构建从站直接完成通信和数据处理任务。这两种组合,能在伺服、传感和IO等设备应用中灵活组建EtherCAT通信网。在通信卡基础上设计了八轴伺服控制卡,可以兼容对接上述两种从站方案。软件设计主要为驱动设计。设计了PC端基于EtherCAT Master的HAL驱动软件用于总线管理和提供数据。设计了从站软件,包括针对LAN9252和XMC4800的从站协议栈移植,和嵌入从站协议栈中用于伺服参数通信、IO控制、事件处理的应用程序。还针对电子式绝对值伺服设计了兼容增量式和绝对式位置数据的传输机制,在增量式16位数据通道传输32位以上的绝对值位置数据,同时将获取伺服数据的任务精细划分到各控制周期窗口以避免干扰控制节拍。最后,使用示波器测试了控制卡电源质量和信号完整性情况,在IgH Master主站和TWINCAT主站测试了从站系统的通信功能,还通过大量有代表数据利用上层软件验证了绝对值传输机制的正确性,测试结果符合设计预期。