自 2010 年以來，庫卡一直采用 EtherCAT 技術作為所有庫卡機器人控制系統中的系統總線。最新的 KR AGILUS 機器人和 LBR iiwa 輕型機器人的緊湊型控制器也是在 EtherCAT 基礎上實施的。
Beckhoff 基于工業以太網的 EtherCAT因而可以作為整個當前庫卡控制系統范圍內的基礎技術集成。
1996 年，庫卡機器人有限公司成為第一家引進完全基于 Windows PC的機器人控制系統的機器人制造商。第一代控制系統的成功很大程度上可以歸因于使用了廣為辦公室用戶所熟悉和客戶接受的 Windows技術實現了直觀操作指導，以及 PC 技術的高性能。憑借消費品市場中的 IT 產品，能夠以較低的成本實現高創新能力和高性能。就新一代的庫卡機器人控制系統的設計而言，除了 Windows 和 PC — 即通過以太網實現的通用通信，還采用了 IT 領域里更加成熟的技術，這不得不說是一個巨大的進步。需要一個功能非常強大、高速、高確定性的總線系統來實現控制器內的內部通信。為此，自 2010 年以來，庫卡一直采用 EtherCAT 作為 KR C4 系列控制系統的系統總線，以確保高性能和開放性。
一個標準現場總線通常用于機器人控制系統在 I/O、蜂巢和設備層的外部通信，從而將機器人完全集成到自動化系統中。現場總線系統通常由客戶指定，而機器人控制系統則必須能夠與所選擇的技術連接。
借助于完全集成的“KUKA.VisionTech”視覺系統，機器人也可以在非結構化環境中靈活應用。
然而，在一個機器人控制系統內不同組件（如驅動器和位置
編碼器）之間也需要進行復雜的數據傳輸，以便能夠實施對實時性能要求較高的控制和調節任務。此外，內部設備必須為安全技術和控制基礎設施進行信息交換，更不用說顯示和操作。為此在上一版本的 KR C4 機器人控制系統中要用到不同的通信技術，從而導致使用大量不同的插頭和電纜。
在規劃目前這套庫卡控制系統時詳細考慮了這個問題，同時也考慮到當前以太網技術的能力能否以較高的數據傳輸速率滿足實時和安全性，所有這些都具有 IT 領域所熟悉特點。此外，以太網的優點是不同的協議可以通過一根線傳輸，這將大大降低系統中使用的電纜數量。
該項目開發的一個重要目標是使用盡可能少的數量的不同通信技術，實現與現場總線層的外部通信和內部通信，以實現精益化設計。庫卡的目標是避免使用專有技術，而是能夠使用最廣為接受和開放的行業標準。此外，性能受限的硬件需要用智能軟件功能取代，而這之所以成為可能，是由于現代多核 PC 具有很高的計算能力。更少的硬件意味著可以延長 MTBF（平均無故障時間）以及降低開發成本、單價及物流成本。這些標準化使得所需的硬件組件的數量減少了 33％，使用的插頭連接器和電纜數量減少了 50％ 之多。
與現場層通信：軟件堆棧或網關？
通過 PC 中業已存在的以太網設備，現場總線與基于以太網的現場總線（如 PROFINET 或 EtherNet/IP）的鏈接可以完全通過軟件實現，而不是使用更昂貴的專用硬件。因此，針對傳統現場總線（如 PROFIBUS或 DeviceNet）的接口不是通過在控制器上安裝插卡集成，而是通過I/O 系統中的 EtherCAT 通信網關集成。
以太網和 EtherCAT 用于實現內部通信以及與傳感器、執行器和 I/O的通信
所有內部通信以及與下位 I/O 之間的通信都通過標準以太網或 EtherCAT實現。因此，KR C4 機器人控制系統的通用總線物理層（電纜、插頭和以太網控制器芯片）中僅使用了兩個不同但標準的通信協議。標
準的以太網在內部用于尋址庫卡手持控制器，用于連接和同步庫卡RoboTeam 組內的多個機器人控制系統或連接一臺工程筆記本電腦。
除了標準的以太網之外，EtherCAT 通訊技術的使用是非常必要的，因為標準以太網技術已不能滿足實時性能力和支持工業安全協議的要求。EtherCAT 用作內部驅動
總線，用于控制和監測機器人和位置編碼器的驅動器。此外，EtherCAT 還可用于控制針對機器人安全的或SmartPad 安全相關的操作元件的內部安全組件。另外還為用戶集成了一個與傳統的現場總線連接的 EtherCAT 主站接口，用于給本地 I/O 模塊或網關尋址。
在 Meiller Aufzugtüren 公司的機器人應用中，兩個“庫卡 KR QUANTEC K”機器人負責完成所有生產步驟：凸焊、點焊、搬運、沖壓、成型，最后堆垛準備安裝的門
為什么選擇 EtherCAT？
之所以選擇 EtherCAT 實時工業以太網和安全通信技術，主要是因為與其它實時以太網技術相比較，EtherCAT 具有一系列非常適合庫卡發展目標的優點。例如，EtherCAT 在主站中無需特殊接口，只有在從站中才需要。在主站中，一個標準的
以太網控制器就已足夠，在 KR C4 的PC 中使用了大量以太網控制器。所需的插頭和電纜也與標準以太網相同，從而降低成本并提高操作簡單性。
由于其特殊的“即時處理”技術，EtherCAT 能夠實現非常高的數據傳輸率，可以充分利用 100 Mbits/s 最大可能的以太網數據速率。這樣很多功能都能夠用軟件在主控 PC 上執行，否則將不得不使用昂貴的專用硬件組件。
EtherCAT 專用的安全協議 Safety over EtherCAT（FSoE）可以通過 EtherCAT和以太網進行通信。FSoE 使基于 PC 和中央 KR C4 的安全控制系統（同樣也完全用軟件執行）控制所有安全相關的外圍設備，如針對機器人安全的本地安全模塊或 SmartPad 中安全相關的操作元件。除了 PROFINET 和 EtherNet/IP 現場總線之外，EtherCAT 是一種應用范圍最為廣泛的基于以太網的工業通信技術，在全球擁有大量用戶。因此，可以使用市面上 EtherCAT 技術協會（ETG）成員提供的 EtherCAT從站設備。這使得無數基于 EtherCAT 的新型自動化解決方案能夠使用來自許多廠商的高性能設備。連續性也是選擇 EtherCAT 的一個重要原因，因為系統建成后，無需對標準、協議或 ASIC 進行“版本修改”。
作者：來自
庫卡機器人有限公司的高級系統開發工程師 Bernd Fiebiger 和Heinrich Munz(e
