CN110722572A - 一种控制系统的数据转接装置及机器人 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供一种控制系统的数据转接装置及机器人，涉及机器控制技术领域。该控制系统的数据转接装置包括处理芯片和路由芯片：所述处理芯片用于接收总线数据，并通过所述路由芯片将所述总线数据发送至控制系统；所述路由芯片用于接收控制指令，并通过所述处理芯片将所述控制指令发送至现场总线。该控制系统的数据转接装置可以实现提高简化安装、缩小体积、降低成本，且提高转换效率的技术效果。

Description

一种控制系统的数据转接装置及机器人

技术领域

本申请涉及机器控制技术领域，具体而言，涉及一种控制系统的数据转接装置及机器人。

背景技术

机器人控制系统是指由控制主体、控制客体和控制媒体组成的具有自身目标和功能的管理系统。控制系统意味着通过它可以按照所希望的方式保持和改变机器、机构或其他设备内任何感兴趣或可变化的量。控制系统同时是为了使被控制对象达到预定的理想状态而实施的。控制系统使被控制对象趋于某种需要的稳定状态。

目前，机器人控制系统要求能够实现不同信号之间的转接功能；而在现有的机器人控制系统中，有线以太网和网转CAN等内部设备都是独立分开，在实现信号转换时，不仅设备多、安装复杂、体积较大，而且采购成本高昂、转换效率低下。

发明内容

本申请实施例的目的在于提供一种控制系统的数据转接装置及机器人，可以实现提高简化安装、缩小体积、降低成本，且提高转换效率的技术效果。

第一方面，本申请实施例提供了一种控制系统的数据转接装置，包括处理芯片和路由芯片：所述处理芯片用于接收总线数据，并通过所述路由芯片将所述总线数据发送至控制系统；所述路由芯片用于接收控制指令，并通过所述处理芯片将所述控制指令发送至现场总线。

在上述实现过程中，该控制系统的数据转接装置通过整合处理芯片和路由芯片，精简了机器人内部的设备，直接进行现场总线与控制系统之间的数据传输，从而完成总线数据和控制指令的交互，实现提高简化安装、缩小体积、降低成本，且提高转换效率的技术效果。

进一步地，所述处理芯片包括现场总线端口，所述现场总线端口连接所述现场总线，用于从所述现场总线接收所述总线数据，以及向所述现场总线发送控制指令。

在上述实现过程中，机器人内通过现场总线进行数据传输，因此处理芯片设置有现场总线端口，从而实现与机器人进行数据交互的功能。

进一步地，所述路由芯片包括第一网络端口，所述第一网络端口连接所述控制系统，用于从所述控制系统接收所述控制指令，以及向所述控制系统发送总线数据。

在上述实现过程中，控制系统为远程控制系统，路由芯片设置第一网络端口，从而与控制系统进行数据交互的功能。

进一步地，所述第一网络端口为以太网端口。

在上述实现过程中，以太网可运行在100、1000和10000Mbps那样的高速率，从而提供更多选择，提高实用性。

进一步地，所述路由芯片还包括单频WiFi端口，所述单频WiFi端口用于从所述控制系统接收所述控制指令，以及向所述控制系统发送总线数据。

在上述实现过程中，一方面，可以拓展路由芯片的使用范围，满足不同条件下的使用需求；另一方面，可以在以太网端口和单频WiFi端口其中一个失效、无法工作的情况下，继续保持路由芯片和控制系统的数据交换，保证数据交换装置的正常运行，从而提高可靠性。

进一步地，所述装置还包括4G芯片，所述路由芯片包括第二网络端口，所述第二网络端口与所述4G芯片连接；所述路由芯片通过所述4G芯片从所述控制系统接收所述控制指令，以及向所述控制系统发送总线数据。

在上述实现过程中，一方面，可以拓展路由芯片的使用范围，满足不同条件下的使用需求；另一方面，可以在以太网端口、单频WiFi端口、4G芯片其中一个失效、无法工作的情况下，继续保持路由芯片和控制系统的数据交换，保证数据交换装置的正常运行，从而提高可靠性。

进一步地，所述装置还包括双频WiFi芯片，所述路由芯片包括第三网络端口，所述第三网络端口与所述双频WiFi芯片连接；所述路由芯片通过所述双频WiFi芯片从所述控制系统接收所述控制指令，以及向所述控制系统发送总线数据。

在上述实现过程中，一方面，可以拓展路由芯片的使用范围，满足不同条件下的使用需求；另一方面，可以在以太网端口、单频WiFi端口、4G芯片、双频WiFi芯片其中一个失效、无法工作的情况下，继续保持路由芯片和控制系统的数据交换，保证数据交换装置的正常运行，从而提高可靠性。

进一步地，所述处理芯片与所述现场总线通过控制器局域网络进行连接。

在上述实现过程中，控制器局域网络可以实现为控制系统的数据转接装置中的各节点之间实时、可靠的数据通信提供强有力的技术支持。

进一步地，所述处理芯片与所述路由芯片通过异步通信接口进行连接。

在上述实现过程中，异步通信接口可以将要传输的数据在串行通信与并行通信之间加以转换。

第二方面，本申请实施例了一种机器人，包括上述任意一项所述的控制系统的数据转接装置。

本公开的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，或者，部分特征和优点可以从说明书推知或毫无疑义地确定，或者通过实施本公开的上述技术即可得知。

为使本申请的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本申请实施例提供的一种机器人的示意性框图；

图2为本申请实施例提供的一种控制系统的数据转接装置的示意性框图；

图3为本申请实施例提供的一种路由芯片和控制系统的示意性框图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本申请实施例提供了一种控制系统的数据转接装置及机器人，可应用于机器人的控制，例如，可应用于机器人的远程控制中；与现有技术相比，该控制系统的数据转接装置通过整合处理芯片和路由芯片，精简了机器人内部的设备，直接进行现场总线与控制系统之间的数据传输，从而完成总线数据和控制指令的交互，实现提高简化安装、缩小体积、降低成本，且提高转换效率的技术效果。

请参见图1，图1为本申请实施例提供的一种机器人的示意性框图。该机器人100与服务器200连接，服务器200为机器人100的远程控制中心。

示例性地，机器人100是自动执行工作的机器装置。它既可以接受人类指挥，又可以运行预先编排的程序，也可以根据以人工智能技术制定的原则纲领行动。它的任务是协助或取代人类工作的工作，例如生产业、建筑业，或是危险的工作。一般地，机器人100一般由执行机构、驱动装置、检测装置和控制系统和复杂机械等组成；其中，机器人100内部使用现场总线进行数据通信，现场总线用于控制机器人100内的各个装置以及收集相应的数据。

示例性地，服务器200为机器人100的远程控制中心，即机器人100的控制系统；服务器200可通过网络连接机器人100；相应的，机器人100上可包括数据转接装置，用于与服务器进行连接，从而完成与服务器200的数据交换。需要注意的是，机器人100内部现场总线的控制指令和机器人100与服务器200之间交换的数据的格式并不相同；一般地，机器人100与服务器200之间交换数据时使用的是网络格式，而机器人100内部现场总线的控制指令使用的是总线格式，因此需要数据转接装置完成数据格式的转换，才可以完成机器人100与服务器200之间的数据交换。

请参见图2，图2为本申请实施例提供的一种控制系统的数据转接装置的示意性框图。该控制系统的数据转接装置10包括处理芯片11和路由芯片12，现场总线13与处理芯片11连接，控制系统14与路由芯片12连接。

示例性地，控制系统的数据转接装置10应用于机器人100的控制中；机器人100内包括现场总线，现场总线可用于控制机器人100上的各个器件的运行，以及收集机器人100上的各个器件的运行数据；机器人100外连接控制系统，控制系统可以是远程控制中心，与机器人100通过网络连接，可对机器人100发送控制指令从而控制机器人100的运行，并收集机器人100上的各个器件的运行数据。

在一些实施方式中，处理芯片11包括现场总线端口，现场总线端口连接现场总线，用于从现场总线接收总线数据，以及向现场总线发送控制指令。

示例性地，现场总线(Field bus)是一种工业数据总线，它主要解决工业现场的智能化仪器仪表、控制器、执行机构等现场设备间的数字通信以及这些现场控制设备和高级控制系统之间的信息传递问题。它是一种工业数据总线，是自动化领域中底层数据通信网络。一般地，现场总线就是以数字通信替代了传统4-20mA模拟信号及普通开关量信号的传输，是连接智能现场设备和自动化系统的全数字、双向、多站的通信系统。

在一些实施方式中，机器人100使用CAN总线。CAN总线是控制器局域网络(Controller Area Network,CAN)的简称，并最终成为国际标准(ISO 11898)，是国际上应用最广泛的现场总线之一。CAN总线协议已经成为汽车计算机控制系统和嵌入式工业控制局域网的标准总线，并且拥有以CAN为底层协议专为大型货车和重工机械车辆设计的J1939协议。一般地，CAN总线的通信传输最大速率为1Mbit/s。

示例性地，处理芯片11用于接收总线数据，并通过路由芯片12将总线数据发送至控制系统14。其中，总线数据为现场总线13的总线数据，包括机器人100内部器件的运行情况；处理芯片11在接收总线数据后，将其转换为网络格式，然后在通过路由芯片12将总线数据发送至控制系统14。

示例性地，处理芯片11为微控制单元(Microcontroller Unit，MCU)，又称单片微型计算机(Single Chip Microcomputer)或者单片机，是把中央处理器(Central ProcessUnit；CPU)的频率与规格做适当缩减，并将内存(memory)、计数器(Timer)、USB、A/D转换、UART、PLC、DMA等周边接口，形成芯片级的计算机，为不同的应用场合做不同组合控制。在控制系统的数据转接装置10中，处理芯片11分别连接机器人100内部的现场总线和路由芯片12：处理芯片11连接现场总线，可从现场总线处接收总线数据，总线数据即机器人100上的各个器件的运行数据；处理芯片11连接路由芯片12，可将总线数据经由路由芯片12发送至控制系统。

示例性地，在控制系统的数据转接装置10中，路由芯片12用于接收控制指令，并通过处理芯片11将控制指令发送至现场总线13。其中，控制系统14可向路由芯片12发送控制指令，路由芯片12在接收到控制指令后将其传输至处理芯片11；处理芯片11在将控制指令转换为总线格式，然后将控制指令发送至现场总线13，用于控制机器人100的运行。需要注意的是，处理芯片11可将控制系统14发送的控制指令的网络数据格式转换为现场总线13的数据格式。

示例性地，路由芯片12是一种路由器，是互联网络中的节点设备，用来连接多种网络或网段，路由器工作于网络七层协议中的第三层，其主要任务是接收来自一个网络接口的数据包，根据其中所含的目的地址，决定转发到下一个目的地。CPU与计算机一样，路由器也包含有CPU。不同级别的路由器，其中的CPU也不尽相同。无论在中低端路由器还是在高端路由器中，CPU都是路由器的心脏。通常在中低端路由器当中，CPU负责交换路由信息、路由表查找以及转发数据包。在路由器中，CPU的能力直接影响路由器的吞吐量(路由表查找时间)和路由计算能力(影响网络路由收敛时间)。在高端路由器中，通常包转发和查表由ASIC处理器完成，CPU只实现路由协议、计算路由以及分发路由表。随着技术的发展，路由器中许多工作都可以由硬件实现(ASIC专用芯片)。

在一些实施方式中，路由芯片12包括第一网络端口，第一网络端口连接控制系统14，用于从控制系统14接收控制指令，以及向控制系统14发送总线数据。

在一些实施方式中，第一网络端口为以太网端口；例如，可用5路百兆以太网接口或4路百兆以太网接口。

示例性地，以太网是现实世界中最普遍的一种计算机网络。以太网有两类：第一类是经典以太网，第二类是交换式以太网，使用了一种称为交换机的设备连接不同的计算机。经典以太网是以太网的原始形式，运行速度从3～10Mbps不等；而交换式以太网正是广泛应用的以太网，可运行在100、1000和10000Mbps那样的高速率，分别以快速以太网、千兆以太网和万兆以太网的形式呈现。

在一些实施方式中，路由芯片12还包括单频WiFi端口，单频WiFi端口用于从控制系统14接收控制指令，以及向控制系统14发送总线数据。

示例性地，路由芯片12上具有单频WiFi，可通过单频WiFi与控制系统14完成数据通信。

示例性地，路由芯片12包括以太网端口和单频WiFi端口，一方面，可以拓展路由芯片12的使用范围，满足不同条件下的使用需求；另一方面，可以在以太网端口和单频WiFi端口其中一个失效、无法工作的情况下，继续保持路由芯片12和控制系统14的数据交换，保证数据交换装置10的正常运行，从而提高可靠性。

在一些实施方式中，单频WiFi端口的信道频点为2.4GHz。

在一些实施方式中，处理芯片11与路由芯片12通过异步通信接口进行连接。

示例性地，异步通信接口为一种通用异步收发传输器端口(UniversalAsynchronous Receiver/Transmitter)，通常称作UART。其将要传输的资料在串行通信与并行通信之间加以转换。作为把并行输入信号转成串行输出信号的芯片，UART通常被集成于其他通讯接口的连结上。具体实物表现为独立的模块化芯片，或作为集成于微处理器中的周边设备。一般是RS-232C规格的，与类似Maxim的MAX232之类的标准信号幅度变换芯片进行搭配，作为连接外部设备的接口。在UART上追加同步方式的序列信号变换电路的产品，被称为USART(Universal Synchronous Asynchronous Receiver Transmitter)。

一般地，UART是一种通用串行数据总线，可用于异步通信。该总线双向通信，可以实现全双工传输和接收。其中，发送逻辑对从发送FIFO读取的数据执行“并→串”转换。控制逻辑输出起始位在先的串行位流，并且根据控制寄存器中已编程的配置，后面紧跟着数据位(注意：最低位LSB先输出)、奇偶校验位和停止位。在检测到一个有效的起始脉冲后，接收逻辑对接收到的位流执行“串→并”转换。此外还会对溢出错误、奇偶校验错误、帧错误和线中止(line-break)错误进行检测，并将检测到的状态附加到被写入接收FIFO的数据中。一般地，UART的数据传输最大速率为4.5Mbit/s。

在一些实施方式中，处理芯片11与路由芯片12通过I2C总线接口进行连接。I2C总线一种简单、双向二线制同步串行总线。它只需要两根线即可在连接于总线上的器件之间传送信息。

在一些实施方式中，处理芯片11与路由芯片12通过SPI总线(Serial PeripheralInterface，串行外围总线)接口进行连接。

示例性地，SPI接口主要应用在EEPROM、FLASH、实时时钟、AD转换器，还有数字信号处理器和数字信号解码器之间。SPI接口是在CPU和外围低速器件之间进行同步串行数据传输，在主器件的移位脉冲下，数据按位传输，高位在前，低位在后，为全双工通信，数据传输速度总体来说比I2C总线要快，速度可达到10Mbps。

在一些实施方式中，路由芯片12可扩展4G网络端口及双频WiFi端口，分别用于连接4G网络及双频WiFi网络，并通过4G网络或双频WiFi网络链接控制系统14。一方面，可以进一步拓展路由芯片12的使用范围，满足不同条件下的使用需求；另一方面，可以在以太网端口、单频WiFi端口、4G网络端口及双频WiFi端口其中一个失效、无法工作的情况下，继续保持路由芯片12和控制系统14的数据交换，进一步保证数据交换装置10的正常运行，从而提高可靠性。

请参见图3，图3为本申请实施例提供的一种路由芯片和控制系统的示意性框图。

示例性地，数据转接装置10还包括4G芯片15，路由芯片12包括第二网络端口，第二网络端口与4G芯片15连接；路由芯片12通过4G芯片15从控制系统14接收控制指令，以及向控制系统14发送总线数据。

示例性地，4G为第四代移动电话行动通信标准，指的是第四代移动通信技术。该技术包括TD-LTE和FDD-LTE两种制式。4G是集3G与WLAN于一体，并且能够快速传输数据、高质量音频、视频和图像等。4G能够以100Mbps以上的速度下载，并能够满足几乎所有用户对于无线服务的要求。此外，4G可以在DSL和有线电视调制解调器没有覆盖的地方部署，然后再扩展到整个地区。明显地，4G与其他通信标准相比，具有更优异的性能。

在一些实施方式中，第二网络端口为USB接口，用于扩展4G网络通信。

示例性地，数据转接装置10还包括双频WiFi芯片16，路由芯片12包括第三网络端口，第三网络端口与双频WiFi芯片16连接；路由芯片12通过双频WiFi芯片16从控制系统14接收控制指令，以及向控制系统14发送总线数据。

在一些实施方式中，双频WiFi芯片16的信道频点为2.4/5GHz。

在一些实施方式中，第三网络端口为pcie接口，用于扩展双频WiFi。

在一些实施场景中，控制系统的数据转接装置10应用于机器人100中，控制系统14通过数据转接装置10连接机器人100；一方面，控制系统14发送控制指令至路由芯片12，控制指令再由路由芯片12发送至处理芯片11，处理芯片11将控制指令转换为现场总线13数据格式，从而控制机器人100的运行；另一方面，机器人100内的现场总线13收集机器人100内部器件的运行情况，集成为总线数据发送至处理芯片11，处理芯片11将总线数据转换为网络数据格式后发送至路由芯片12，再由路由芯片12将总线数据发送至控制系统14，从而完成机器人100的运行情况反馈。另外，路由芯片12集成了以太网端口、单频WiFi端口、4G网络端口及双频WiFi端口，一方面，可以进一步拓展路由芯片12的使用范围，满足不同条件下的使用需求；另一方面，可以在以太网端口、单频WiFi端口、4G网络端口及双频WiFi端口其中一个失效、无法工作的情况下，继续保持路由芯片12和控制系统14的数据交换，进一步保证数据交换装置10的正常运行，从而提高可靠性。通过上述方式，整合处理芯片11和路由芯片12，精简了机器人100内部的设备，直接进行现场总线13与控制系统14之间的数据传输，从而完成总线数据和控制指令的交互，实现提高简化安装、缩小体积、降低成本，且提高转换效率的技术效果。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本申请的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

另外，在本申请各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。

所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

Claims (10)

1.一种控制系统的数据转接装置，其特征在于，包括处理芯片和路由芯片：

所述处理芯片用于接收总线数据，并通过所述路由芯片将所述总线数据发送至控制系统；

所述路由芯片用于接收控制指令，并通过所述处理芯片将所述控制指令发送至现场总线。

2.根据权利要求1所述的控制系统的数据转接装置，其特征在于，所述处理芯片包括现场总线端口，所述现场总线端口连接所述现场总线，用于从所述现场总线接收所述总线数据，以及向所述现场总线发送控制指令。

3.根据权利要求1所述的控制系统的数据转接装置，其特征在于，所述路由芯片包括第一网络端口，所述第一网络端口连接所述控制系统，用于从所述控制系统接收所述控制指令，以及向所述控制系统发送总线数据。

4.根据权利要求3所述的控制系统的数据转接装置，其特征在于，所述第一网络端口为以太网端口。

5.根据权利要求4所述的控制系统的数据转接装置，其特征在于，所述路由芯片还包括单频WiFi端口，所述单频WiFi端口用于从所述控制系统接收所述控制指令，以及向所述控制系统发送总线数据。

6.根据权利要求1所述的控制系统的数据转接装置，其特征在于，所述装置还包括4G芯片，所述路由芯片包括第二网络端口，所述第二网络端口与所述4G芯片连接；所述路由芯片通过所述4G芯片从所述控制系统接收所述控制指令，以及向所述控制系统发送总线数据。

7.根据权利要求1所述的控制系统的数据转接装置，其特征在于，所述装置还包括双频WiFi芯片，所述路由芯片包括第三网络端口，所述第三网络端口与所述双频WiFi芯片连接；所述路由芯片通过所述双频WiFi芯片从所述控制系统接收所述控制指令，以及向所述控制系统发送总线数据。

8.根据权利要求1所述的控制系统的数据转接装置，其特征在于，所述处理芯片与所述现场总线通过控制器局域网络进行连接。

9.根据权利要求1所述的控制系统的数据转接装置，其特征在于，所述处理芯片与所述路由芯片通过异步通信接口进行连接。

10.一种机器人，其特征在于，包括权利要求1-9任意一项所述的控制系统的数据转接装置。

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