本实用新型专利技术提供了一种控制设备、执行器、机器人手臂、控制系统及机器人。其中，控制设备包括以太网交换机芯片、网口、以太网物理层PHY模块、网络通信处理器、电机控制处理器及电机驱动模块；以太网交换机芯片一端与网口连接，另一端与以太网物理层PHY模块连接，以太网物理层PHY模块与网络通信处理器连接，网络通信处理器与电机控制处理器连接，网口用于通过组网设备连接外部主控设备，以实现在主控设备和电机控制处理器之间进行以太网数据传输，组网设备为不对传输的数据主动丢包的组网设备；电机控制处理器与电机驱动模块连接，以使电机驱动模块将主控设备传输的控制指令转换为电机驱动信号并输出。通过上述方案能提供执行器与主控设备通信速度。主控设备通信速度。主控设备通信速度。
【技术实现步骤摘要】
控制设备、执行器、机器人手臂、控制系统及机器人
[0001]本技术涉及机器人
，尤其涉及一种用于执行器的控制设备、执行器、机器人手臂、机器人关节控制系统及机器人。
技术介绍
[0002]不同的应用场景中，所需要使用的机器人往往不同。例如，工业机器人通常需要进行精准操作，需要机器人手臂运动到某个位置后不再发生晃动，所以不需要力控；但是，服务机器人通常应用易与人接触的环境，需要在与人发生触碰时具有一定柔性，所以需要进行柔性力控。另外，工业机器人通常受空间限制较小，所以可以具有较大体积，从而可以允许容纳较多连接线；但是，服务机器人受空间限制较大，所以对其进行小型化设计尤为重要。此外，服务机器人还需要具有更好的灵活性，这需要机器人手臂具有较多的关节。若要对机器人进行柔性力控，主要需要对机器人关节的执行器进行柔性力控设计。
[0003]目前的力控执行器主要是采用CAN总线、RS485总线或EtherCAT总线实现机器人关节与主控设备通信。
[0004]图1是现有CAN总线在运动控制中应用的电路结构示意图。参见图1，利用CAN总线实现运动控制和自动化操作时，控制部分(包括Controller和PC主控设备等)和执行部分(即受控节点CAN Node，包括控制器Controller R540和电机Motor等)分别位于控制室Control Room和车间Factory。所有受控节点通过两根平行的总线(低电平总线CANL和高电平总线CANH)连接在一起。两条总线的电线组成一条双绞线，并且连接有120Ω的特性阻抗。高速CAN总线在传输显性(如0)信号时，会将高位数据线CAN_H端抬向5V高电平，将低位数据线CAN_L端拉向0V低电平。当传输隐性(如1)信号时，并不会驱动CAN_H或者CAN_L端。显性信号CAN_H和CAN_L两端差分标称电压为2V。终端电阻在没有驱动时，将差分标称电压降回0V。显性信号(如0)的共模电压需要在1.5V到3.5V之间。隐性信号(如1)的共模电压需要在
±
12V。
[0005]CAN总线通信方式主要存在以下缺点：第一，CAN总线的最高传输速度低只有1Mbps，通常情况下在机器人应用场合难以达到1Mbps，主要由于受到线缆长度和电磁干扰的影响；第二，数据帧的负载只有8个字节，一次传输的数据量太少，难以满足日益复杂的运动控制，机器人和自动化场合；第三，数据帧只有11bit的地址，CANopen协议中其中4bit用于控制场，因此只有剩下的7bit(128个)用于寻址，寻址空间少，难以进行大规模组网；第四，总线方式通信，导致任意节点的加入都要考虑对总线阻抗的匹配问题；另外只能构成线性网络，无法实现环形，星型等更复杂的网络结构；第五，总线方式导致若网络中出现一个节点发生短路等故障，整个总线全部宕机；第六，总线的通信方式导致和网络中任意节点的通信过程中，整个网络处于占用状态，通信效率低；因为所有的通信信号都在共享线路上传输，即使信息只是想发给其中的一个终端，却会使用广播的形式，发送给线路上的所有节点；第七，总线型的半双工通信方式采用CSMA/CD的冲突检测方法考虑在前同步码、传输间隔、标头、档尾和封装上都是最小花费的情况；当网络负载过重时，冲突也常常会降低传输
量；最坏的情况是，当许多用长电缆组成的主机传送很多非常短的帧(frame)时，可能因冲突过多导致网络的负载在仅50％左右程度就满载；第八，半双工的通信方式，导致发送数据的时候无法接收数据；第九，在不增加隔离的情况下，节点间的GND电位差将导致灾难性的烧毁。另外，RS485的物理层与CAN一致，但缺乏CAN的网络管理功能。
[0006]由于CAN总线或RS485总线为串行通信方式，主控设备每次只能发送控制指令到一个机器人关节，所以，主控设备需要给一个关节发送控制指令并接收该关节返回的反馈信息后，再给下一个关节发送控制指令并再接收该关节返回的反馈信息，依次进行，直到最后一个关节返回反馈信息至主控设备，完成对机器人手臂的一次力控。为了使服务机器人手臂更灵活，需要设计多关节的机器人手臂，但当关节较多时，完成一次力控需要主控设备与多个关节的力控执行器进行大量通信，而CAN总线和485总线的带宽较低，从而导致几乎无法完成对机器人的柔性力控。另外，每个机器人关节都需要通过一路连接线与主控设备连接才能实现CAN总线或485总线通信，所以，机器人手臂会带有大量连接线，既增大了体积，又不利于灵活操作。
[0007]图2是现有EtherCAT总线在自动化控制中的应用场景示意图。参见图2，EtherCAT是一种基于100Mbps以太网物理层的工业以太网技术，利用标准的IEEE802.3以太网帧传递。由于EtherCAT只利用了工业以太网的物理层，因此EtherCAT总线拓扑单一，所有的主站和从站均需要特殊的芯片或网络设备，因此成本较高，无法使用通用网络设备(如交换机、路由器)，无法连入互联网，会导致服务机器人应用受限。
技术实现思路
[0008]有鉴于此，本技术提供了一种用于执行器的控制设备、执行器、机器人手臂、机器人关节控制系统及机器人，以解决现有技术中存在的一项或多项缺陷。
[0009]为了达到上述目的，本技术采用以下方案实现：
[0010]根据本技术实施例的一个方面，提供了一种用于执行器的控制设备，包括：以太网交换机芯片、第一网口、以太网物理层PHY模块、网络通信处理器、电机控制处理器及电机驱动模块；
[0011]所述以太网交换机芯片的第一端口与所述第一网口连接，所述以太网交换机芯片的第二端口与所述以太网物理层PHY模块的第一端口连接，所述以太网物理层PHY模块的第二端口与所述网络通信处理器的第一端口连接，所述网络通信处理器的第二端口与所述电机控制处理器的第一端口连接，所述第一网口用于通过外部组网设备连接外部主控设备，以实现在所述主控设备和所述电机控制处理器之间进行以太网数据传输，所述组网设备为不对所述主控设备和所述电机控制处理器之间的传输数据主动丢包的组网设备；
[0012]所述电机控制处理器的第二端口与所述电机驱动模块连接，以使所述电机驱动模块将从所述主控设备传输至所述电机控制处理器的控制指令转换为电机驱动信号并输出所述电机驱动信号。
[0013]在一些实施例中，所述的用于执行器的控制设备，其特征在于，还包括：第二网口；所述第二网口与所述以太网交换机芯片的第三端口连接，用于转发所述主控设备和外部的用于执行器的控制设备之间的以太网交互数据。
[0014]在一些实施例中，所述的用于执行器的控制设备，还包括：
[0015]WIFI射频通信模块，与所述网络通信处理器的第三端口连接，用于实现使所述电机控制处理器无线收发数据。
[0016]在一些实施例中，所述的用于执行器的控制设备，还包括：
[0017]网络通信芯片，用于集成所述网络通信处理器、所述以太网物理层PHY模块及所述WIFI射频通信模块。
[0018]在一些实施例中，电机驱本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种用于执行器的控制设备，其特征在于，包括：以太网交换机芯片、第一网口、以太网物理层PHY模块、网络通信处理器、电机控制处理器及电机驱动模块；所述以太网交换机芯片的第一端口与所述第一网口连接，所述以太网交换机芯片的第二端口与所述以太网物理层PHY模块的第一端口连接，所述以太网物理层PHY模块的第二端口与所述网络通信处理器的第一端口连接，所述网络通信处理器的第二端口与所述电机控制处理器的第一端口连接，所述第一网口用于通过外部组网设备连接外部主控设备，以实现在所述主控设备和所述电机控制处理器之间进行以太网数据传输，所述组网设备为不对所述主控设备和所述电机控制处理器之间的传输数据主动丢包的组网设备；所述电机控制处理器的第二端口与所述电机驱动模块连接，以使所述电机驱动模块将从所述主控设备传输至所述电机控制处理器的控制指令转换为电机驱动信号并输出所述电机驱动信号。2.如权利要求1所述的用于执行器的控制设备，其特征在于，还包括：第二网口；所述第二网口与所述以太网交换机芯片的第三端口连接，用于转发所述主控设备和外部的用于执行器的控制设备之间的以太网交互数据。3.如权利要求1或2所述的用于执行器的控制设备，其特征在于，还包括：WIFI射频通信模块，与所述网络通信处理器的第三端口连接，用于实现使所述电机控制处理器无线收发数据。4.如权利要求3所述的用于执行器的控制设备，其特征在于，还包括：网络通信芯片，用于集成所述网络通信处理器、所述以太网物理层PHY模块及所述WIFI射频通信模块。5.如权利要求1所述的用于执行器的控制设备，其特征在于，电机驱动模块，包括三相逆变电路和三相桥驱动器；其中，所述三相桥驱动器的第一端与所述电机控制处理器的第三端口连接，所述三相桥驱动器的第二端与所述三相逆变电路的第一端，所述三相逆变电路的第二端用于输出所述电机驱动信号。6.如权利要求5所述的用于执行器的控制设备，其特征在于，还包括：第一电源口或相互连接的第一电源口和第...
【专利技术属性】
技术研发人员：樊学萍，刘玲，
申请(专利权)人：谙布尔北京科学技术有限公司，
类型：新型
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。