強實時運動控制內(nèi)核MotionRT750

MotionRT750是正運動技術(shù)首家自主自研的x86架構(gòu)Windows系統(tǒng)或Linux系統(tǒng)下獨占確定CPU的強實時運動控制內(nèi)核。

該方案采用獨占確定CPU內(nèi)核技術(shù)實現(xiàn)超強性能的強實時運動控制。它將核心的運動控制、機器人算法、數(shù)控（CNC）及機器視覺等強實時的任務(wù)，集中運行在1-2個專用CPU核上。與此同時，其余CPU核則專注于處理Windows/Linux相關(guān)的非實時任務(wù)。

此外集成MotionRT750 Runtime實時層與操作系統(tǒng)非實時層，并利用高速共享內(nèi)存進行數(shù)據(jù)交互，顯著提升了運動控制與上層應(yīng)用間的通信效率及函數(shù)執(zhí)行速度，最終實現(xiàn)更穩(wěn)定、更高效的智能裝備控制，確保了運動控制任務(wù)的絕對實時性與系統(tǒng)穩(wěn)定性，特別適用于半導(dǎo)體、電子裝備等高速高精的應(yīng)用場合。

MotionRT750應(yīng)用優(yōu)勢：

1.跨平臺兼容性：支持Windows/Linux系統(tǒng)，適配不同等級CPU。

2.開發(fā)靈活性：提供多語言編程接口，便于二次開發(fā)與功能定制。

3.實時性提升：通過CPU內(nèi)核獨占機制與高效LOCAL接口，實現(xiàn)2-3us指令交互周期，較傳統(tǒng)PCI/PCIe方案提速近20倍。

4.擴展能力強化：多卡多EtherCAT通道架構(gòu)支持254軸運動控制及500usEtherCAT周期。

5.系統(tǒng)穩(wěn)定性：32軸125us EtherCAT冗余架構(gòu)消除單點故障風(fēng)險，保障連續(xù)生產(chǎn)。

6.安全可靠性：不懼Windows系統(tǒng)崩潰影響，藍屏?xí)r仍可維持急停與安全停機功能有效，確保產(chǎn)線安全運行。

7.功能擴展性：實時內(nèi)核支持C語言程序開發(fā)，方便功能拓展與實時代碼提升效率。

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更多關(guān)于MotionRT750的詳情介紹與使用點擊→強實時運動控制內(nèi)核MotionRT750(一)：驅(qū)動安裝、內(nèi)核配置與使用。

超實時EtherCAT運動控制卡XPCIE6032H

XPCIE6032H運動控制卡集成6路獨立EtherCAT主站接口。整卡最高可支持254軸運動控制；125usEtherCAT通訊周期時，兩個端口配置冗余最高可支持32軸運動控制。6個EtherCAT主站各通道獨立工作，多EtherCAT主站互不影響。

XPCIE6032H視頻介紹可點擊→全球首創(chuàng)！PCIe 6路高性能EtherCAT運動控制卡XPCIE6032H。

XPCIE6032H運動控制卡面向半導(dǎo)體設(shè)備、精密3C電子、生物醫(yī)療儀器、新能源裝備、人形機器人及激光加工等高速高精場景，為固晶機、貼片機、分選機、鋰電切疊一體機、高速異形插件設(shè)備等自動化裝備提供核心運動控制支持。

XPCIE6032H硬件特性：

1.EtherCAT通訊周期可到125us（需要主機性能與實時性足夠)。

2.板卡集成6路獨立的EtherCAT主站接口，最多可支持254軸運動控制。

3.搭載運動控制實時內(nèi)核MotionRT750。

4.相較于傳統(tǒng)的PCI/PCIe、網(wǎng)口等通訊方式，速度可提升10-100倍以上。

5.板載16路高速輸入，16路高速輸出。

6.板載4路高速鎖存，4路通用PWM輸出。

更多關(guān)于XPCIE6032H的詳情介紹與使用點擊→全球首創(chuàng)！PCIe超實時6通道EtherCAT運動控制卡上市！。

超實時EtherCAT運動控制卡XPCIE2032H

XPCIE2032H集成2路獨立EtherCAT接口。整卡最高可支持至254軸運動控制；125usEtherCAT通訊周期時，單接口最高可支持32軸運動控制。2個EtherCAT主站各通道獨立工作，多EtherCAT主站互不影響。

雙EtherCAT主站端口可任意設(shè)置為以下通道，且兩個端口也設(shè)置為不同類型通道:

● 高速通道-EtherCAT通訊周期125us

● 常規(guī)通道-EtherCAT通訊周期250us-8ms

XPCIE2032H視頻介紹可點擊→高速高精運動控制！PCIe超實時2通道EtherCAT運動控制卡上市！。

XPCIE2032H硬件特性：

1.EtherCAT通訊周期可到125us（需要主機性能與實時性足夠)。

2.板卡集成2路獨立的EtherCAT主站接口，最多可支持254軸運動控制。

3.搭載運動控制實時內(nèi)核MotionRT750。

4.相較于傳統(tǒng)的PCI/PCIe、網(wǎng)口等通訊方式，速度可提升10-100倍以上。

5.板載8路高速輸入，16路高速輸出。

6.板載4路高速鎖存，4路通用PWM輸出。

更多關(guān)于XPCIE2032H的詳情介紹與使用點擊→高速高精運動控制！PCIe超實時2通道EtherCAT運動控制卡上市！。

PCIe EtherCAT實時運動控制卡XPCIE1032H

XPCIE1032H是一款基于PCI Express的EtherCAT總線運動控制卡，可選6-64軸運動控制，支持多路高速數(shù)字輸入輸出，可輕松實現(xiàn)多軸同步控制和高速數(shù)據(jù)傳輸。

XPCIE1032H視頻介紹可點擊→高性能PCIe EtherCAT運動控制卡 | XPCIE1032H_。

XPCIE1032H運動控制卡集成了強大的運動控制功能，結(jié)合MotionRT7運動控制實時軟核，解決了高速高精應(yīng)用中，PC Windows開發(fā)的非實時痛點，指令交互速度比傳統(tǒng)的PCI/PCIe快10倍。

XPCIE1032H硬件特性：

1.6-64軸EtherCAT總線+脈沖可選，其中4路單端500KHz脈沖輸出。

2.16軸EtherCAT同步周期500us，支持多卡聯(lián)動。

3.板載16點通用輸入，16點通用輸出，其中8路高速輸入和16路高速輸出。

4.通過EtherCAT總線，可擴展到512個隔離輸入或輸出口。

5.支持PWM輸出、精準輸出、PSO硬件位置比較輸出、視覺飛拍等。

6.支持直線插補、圓弧插補、連續(xù)軌跡加工（速度前瞻）。

7.支持電子凸輪、電子齒輪、位置鎖存、同步跟隨、虛擬軸、螺距補償?shù)裙δ堋?/p>

8.支持30+機械手模型正逆解模型算法，比如SCARA、Delta、UVW、4軸/5軸 RTCP...

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01 VPLC7機器視覺運動控制一體機在UVW視覺對位的應(yīng)用

UVW視覺對位應(yīng)用示意圖

傳統(tǒng)的UVW視覺對位方案

1.系統(tǒng)復(fù)雜度高

（1）采用“工控機+視覺軟件+運動控制卡”的組合架構(gòu)。

（2）配件繁多，接線復(fù)雜，視覺與運動控制系統(tǒng)需要頻繁數(shù)據(jù)交互。

（3）故障排查困難，多套硬件導(dǎo)致成本和維護費用居高不下。

2.XYθ平臺局限性

（1）結(jié)構(gòu)簡單但功能受限：僅支持XY平面位移和中心旋轉(zhuǎn)。

（2）無法基于任意點坐標進行旋轉(zhuǎn)，影響高精度視覺對位應(yīng)用。

（3）垂直堆疊結(jié)構(gòu)導(dǎo)致工作臺笨重，移動調(diào)整不便。

（4）剛性、負載能力和重復(fù)定位精度不如UVW平臺。

（5）難以與其他運動軸集成，影響自動化設(shè)備開發(fā)效率。

正運動技術(shù)UVW視覺對位方案設(shè)計

1.一體化設(shè)計

（1）基于VPLC7系列機器視覺運動控制一體機。

（2）集成視覺和運控功能，替代傳統(tǒng)分散式架構(gòu)。

（3）硬件接線簡化，成本顯著降低。

2.技術(shù)特點

（1）支持FRAME33/34/37三種模型，兼容PRP/PPR機械結(jié)構(gòu)。

（2）適配XYY/XXY坐標系方向。

（3）實現(xiàn)單軸直線、兩軸線性插補、兩軸圓弧插補、空間圓弧等復(fù)雜運動。

（4）配合高精度CCD視覺系統(tǒng)，支持雙目/四目高速高精度對位。

3.性能優(yōu)勢

（1）搭載MotionRT750實時內(nèi)核，核內(nèi)交互。

（2）指令響應(yīng)速度達微秒級。

（3）顯著提升加工檢測效率。

EtherNET：千兆網(wǎng)口，經(jīng)交換機最多掛載8臺工業(yè)相機，支持國內(nèi)主流工業(yè)相機。

EtherCAT：標準100Mb/s實時總線，直連UVW伺服驅(qū)動器，抖動< 1us，同步周期250us～4ms可設(shè)。

20DI：可接原點、限位、壓力傳感器及通用開關(guān)，包含10路高速輸入（≤100Khz），2路編碼器輸入。

20DO：接輸出開關(guān)信號，20路均為高速輸出（≤400Khz），包含4路PWM輸出，4路硬件比較輸出，支持4路單端脈沖500kHz，亦可驅(qū)動電磁閥等外部執(zhí)行器。

HDMI：1080p輸出，可直接連接現(xiàn)場監(jiān)視器或觸控屏。

USB：2×USB3.0 + 2×USB2.0，即插即用鼠標、鍵盤、U盤及調(diào)試加密狗、相機等設(shè)備。

02 UVW對位平臺介紹

UVW平臺

UVW平臺（業(yè)界亦稱XXY或XYR平臺）是一種三軸并聯(lián)式高精度定位模塊。三條線性軸（U、V、W）通過鉸鏈或柔性鉸鏈共同驅(qū)動上平臺，實現(xiàn)了平面內(nèi)任意方向平移；以任意幾何點為旋轉(zhuǎn)中心進行θ旋轉(zhuǎn)；上述運動可單次指令完成，無需疊加機構(gòu)。

這種設(shè)計使得UVW平臺在工業(yè)自動化中成為一個核心技術(shù)，特別適用于需要高精度對位功能的應(yīng)用場景。

UVW平臺的應(yīng)用場景與優(yōu)勢

UVW平臺與CCD視覺糾偏系統(tǒng)直接耦合，可在單次拍攝周期內(nèi)完成“拍照→計算→補償”閉環(huán)，重復(fù)定位精度穩(wěn)態(tài)≤±1um。相較XYθ疊層平臺，優(yōu)勢體現(xiàn)在：

1.旋轉(zhuǎn)中心軟件可設(shè)：無需機械挪位即可圍繞Mark點、焊盤或任意虛擬點旋轉(zhuǎn)。

2.采用絕對坐標系：視覺像素坐標與軸坐標一一對應(yīng)，省卻“旋轉(zhuǎn)中心-相機”二次標定。

3.控制精度提升3成以上，同負載下節(jié)拍縮短30–50%。

PPR結(jié)構(gòu)和PRP結(jié)構(gòu)的UVW平臺區(qū)別

UVW平臺的PPR和PRP結(jié)構(gòu)區(qū)別主要體現(xiàn)在其構(gòu)型和應(yīng)用特點上。

首先，從構(gòu)型上來看，PPR和PRP結(jié)構(gòu)代表了UVW平臺的不同設(shè)計方式。這兩種結(jié)構(gòu)都是UVW平臺的常見形式，但它們在具體的機械布局、運動軸的配置以及關(guān)節(jié)連接方式等方面可能存在差異。這種差異使得PPR和PRP結(jié)構(gòu)在剛度、穩(wěn)定性以及精度等方面可能表現(xiàn)出不同的性能。

其次，從應(yīng)用特點上來看，PPR結(jié)構(gòu)的UVW平臺可能更注重于結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和精度，適用于對精度要求較高且需要穩(wěn)定運動的場景。

而PRP結(jié)構(gòu)的UVW平臺可能在一些特定的應(yīng)用場景中具有優(yōu)勢，比如在一些需要更高靈活性或更復(fù)雜運動模式的場合。

03 UVW機器視覺與運動控制實現(xiàn)過程

機器視覺實現(xiàn)過程

視覺系統(tǒng)支持2臺或4臺面陣相機靈活配置。只需一次“拍照→框選Mark點→確認目標區(qū)域”，即可自動生成標定系數(shù)，全程無需人工計算，現(xiàn)場部署時間縮短70%以上。

隨后，軟件在毫秒級內(nèi)輸出目標位姿與實際位姿的偏差矩陣（ΔU、ΔV、ΔW、Δθ），并驅(qū)動UVW平臺完成亞微米級閉環(huán)糾偏，實現(xiàn)“即拍即對”的全自動視覺對位。

機器視覺實現(xiàn)過程

配置流程三步到位：

（1）選型：根據(jù)機械構(gòu)型（FRAME33/34/37）調(diào)用對應(yīng)軸列表，錄入關(guān)節(jié)軸與虛擬軸參數(shù)；FRAME33須額外校驗VW水平度。

（2）零點：平臺任意點可設(shè)為零，只需保證結(jié)構(gòu)參數(shù)與實物一致，系統(tǒng)自動建立絕對坐標系。

（3）建模：執(zhí)行一條“建立正逆解”指令，瞬間算出UVW三軸原始坐標與2/4面陣相機圖像坐標之間的映射矩陣。

運行時，視覺給出的ΔU、ΔV、ΔW、Δθ被實時轉(zhuǎn)換成三軸線性伸縮量，平臺一次性完成“旋轉(zhuǎn) + 平移”復(fù)合補償，全程<1ms，實現(xiàn)高速、高精的視覺對位閉環(huán)。

UVW視覺對位工藝流程

04 參數(shù)配置與調(diào)試

配置機械參數(shù)

①啟動總線，分配U/V/W實軸。

②錄入單圈脈沖數(shù)、導(dǎo)程、回零方向及正負限位等軸參數(shù)。

③保存參數(shù)并重啟總線，確認無報警。

旋轉(zhuǎn)軸配置

①設(shè)置脈沖當(dāng)量=360°/N（N為整數(shù)，建議3600或7200）。

②或者導(dǎo)程設(shè)為360的整數(shù)倍，保證1°對應(yīng)整脈沖，避免圓整誤差。

手動試運行

①低速（≤5mm/s）點動U/V/W，觀察電流、噪聲及限位響應(yīng)。

②確認回零重復(fù)精度≤0.01mm。

平臺模組選型與坐標系

①根據(jù)實物結(jié)構(gòu)選擇PPR/PRP模型。

②錄入廠商提供的桿長、關(guān)節(jié)偏移、減速比。

③定義絕對零點（任意物理點均可，但須與視覺標定板中心重合）。

正解逆解調(diào)試

①正解模式：單獨點動U/V/W，觀察X-Y-θ變化方向。

②逆解模式：點動X-Y-θ，觀察U/V/W伸縮方向。

③若方向相反，回第4步修改DirU/DirV/DirW符號。

旋轉(zhuǎn)量驗證

①零點拍照→模板匹配→記錄初始角度θ?。

②逆解模式下令虛擬軸旋轉(zhuǎn)+2°→再次拍照→得θ?。

③要求|θ?–θ?–2°|≤0.02°，否則檢查UAngle/VAngle/WAngle及桿長參數(shù)。

05 視覺標定與糾偏

相機配置

①先接入相機1，掃描并綁定IP（防止左右顛倒）。

②調(diào)節(jié)曝光，使Mark點灰度對比度≥80級且無過曝。

模板創(chuàng)建

①采集首張圖像，選擇“創(chuàng)建模板”。

②點擊編輯模版，使用橡皮擦擦除雜質(zhì)點。

配置ROI

①拖動方框，僅包含Mark點特征區(qū)，邊緣留5 pix余量。

②設(shè)定模板名稱。

匹配測試

①在全圖區(qū)執(zhí)行模板匹配，得分≥95視為合格。

②連續(xù)10次匹配，σ(X,Y)≤ 0.5 pix方可進入標定。

快速標定

①設(shè)定X-Y行程。

②設(shè)定旋轉(zhuǎn)步距（≥3°，≤5°，覆蓋±10°）。

③點擊“快速標定”，系統(tǒng)自動采集9×3組數(shù)據(jù)（3×3平移 + 3角度）并求解2D變換矩陣。

配置基準位置

①標定完成后，當(dāng)前X-Y-θ設(shè)為基準 (0，0，0)。

②同時記錄U/V/W軸坐標作為物理零點。

糾偏測量

①放入首件產(chǎn)品→拍照→得ΔX，ΔY，Δθ。

②平臺按逆解結(jié)果運動→再次拍照→得殘余誤差。

③判定精度是否達標。若超差，返回第五步重新標定或檢查機械零點漂移。

方案核心優(yōu)勢

集成機器視覺、UVW控制和運動控制于一體，硬件接線更方便，成本更低。

運動控制實時內(nèi)核，核內(nèi)交互，指令調(diào)用速度快至us級，提升加工效率。

內(nèi)置UVW平臺算法，客戶使用更方便，提升工程師開發(fā)效率。

通過自動校準確定相機和工作臺之間的位置關(guān)系，提高節(jié)拍。

內(nèi)置視覺算法，精度高，雙相機定位精度在2個像素以內(nèi)。

統(tǒng)一的API函數(shù)接口，適用各種PC上位機語言開發(fā)，易于客戶集成到配備現(xiàn)有系統(tǒng)中，創(chuàng)建高速、高精的視覺對位系統(tǒng)。

完整代碼獲取地址

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本次，正運動技術(shù)全國產(chǎn)強實時運動控制內(nèi)核(十三)：UVW對位貼合應(yīng)用，就分享到這里。

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審核編輯 黃宇