CN111708330A - 机器人数据传输系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种机器人数据传输系统，其包括机器人控制器、总线模块、第一接口模块以及第二接口模块。机器人控制器包括运动控制器。总线模块连接于机器人控制器，机器人控制器内的运动控制器通过总线模块与多个驱动模块相连接以控制机器人的运动状态。第一接口模块通过总线模块连接于机器人控制器并传输第一类信号。第二接口模块连接于机器人控制器并传输第二类信号；第一接口模块的传输速度高于第二接口模块且机器人控制器对第一类信号的响应等级高于第二类信号。

Description

机器人数据传输系统
技术领域
本发明涉及机器人领域，且特别涉及一种机器人数据传输系统。
背景技术
随着工业自动化的不断推进，大多生产产线实现自动化，各式工业机器人被运用到不同的产线以适用不同的应用场景，从而节省了大量人力、财力，也大大提高了工作效率。机器人适用范围的不断扩大，机器人的智能化程度也不断的提高，不管是其内部的数据处理能力还是响应外部输入的能力都越来越强。然而，智能化程度的提高给机器人内部的数据通信能力和通讯成本造成很大的压力。
现有机器人控制系统中，用于数据传输的输入输出接口(I/O接口)一般是基于控制器的平台而采用硬件实现的，譬如标准的USB接口或RS串行接口。现有的标准USB接口或RS串行接口其数据传输速度较慢，响应时间在50ms左右。这样的响应速度完全不能满足高响应速度信号的要求，譬如涉及安全的急停信号或者传感器的输入信号等。为了满足这类信号的要求，目前的做法是采用硬件来提升系统内所有USB接口或串行接口的传输速度，这种提升方式大大增加了机器人控制器的成本。
发明内容
本发明为了克服现有机器人控制器为提高数据传输速度而造成的高成本的问题，提供一种低成本的且能实现高速传输以满足高响应速度信号的要求的机器人数据传输系统。
为了实现上述目的，本发明提供一种机器人数据传输系统，其包括机器人控制器、总线模块、第一接口模块以及第二接口模块。机器人控制器包括运动控制器。总线模块连接于机器人控制器，机器人控制器内的运动控制器通过总线模块与多个驱动模块相连接以控制机器人的运动状态。第一接口模块通过总线模块连接于机器人控制器并传输第一类信号。第二接口模块连接于机器人控制器并传输第二类信号；第一接口模块的传输速度高于第二接口模块且机器人控制器对第一类信号的响应等级高于第二类信号。
根据本发明的一实施例，机器人控制器为总线主站，第一接口模块和多个驱动模块均作为机器人控制器的总线从站。
根据本发明的一实施例，总线模块为EtherCAT总线模块，机器人控制器为EtherCAT总站，第一接口模块和多个驱动模块均作为机器人控制器的EtherCAT从站。
根据本发明的一实施例，第二接口模块为USB接口或串行接口。
根据本发明的一实施例，第一类信号包括安全单元输入的安全信号、传感器单元输入的传感信号、开关量信号或同步信号。
根据本发明的一实施例，机器人系统内的数据处理单元通过第一接口模块和/或第二接口模块与机器人控制器之间进行通信。
根据本发明的一实施例，机器人系统内的安全单元是基于单片机的数据处理单元，安全单元分别通过第一接口模块和第二接口模块连接机器人控制器，安全单元通过第一接口模块传输安全信号至机器人控制器且接收机器人控制器输出的安全触发信号。
根据本发明的一实施例，第一接口模块与机器人控制器之间的数据传输协议与运动控制器和驱动模块之间的数据传输协议相同。
根据本发明的一实施例，第二接口模块的数据传数据响应时间是第一接口模块的数据响应的10倍以上。
综上所述，本发明提供的机器人数据传输系统中运动控制器和多个驱动模块之间通过总线模块进行通信以实现机器人运动状态的控制。在该总线模块的基础上通过在机器人控制器上扩展第一接口模块，机器人控制器通过总线将具有高速响应需求的第一类信号从第一接口模块输入或输出，实现高速传输。于此同时，机器人控制器上还设置了基于硬件的普通USB接口或串行接口以用于传输对响应要求不高的第二类信号，实现低速传输。本发明提供的机器人数据传输系统集高速传输接口和低速传输接口于一体，在数据传输时根据信号的响应需求来选择采用高速传输或低速传输。相比仅具有单一数据传输接口的现有机器人系统，第一接口模块和第二接口模块的结合不仅很好地解决了数据传输的问题，同时部分数据采用第一接口模块进行传输的设计也大大降低了成本。进一步的，第一接口模块的设置是基于运动控制器上的总线模块而采用软件扩展的，设计上无需更改现有机器人系统内的硬件，不仅设计更加便捷且大幅度降低了成本。
为让本发明的上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下。
附图说明
图1所示为本发明一实施例提供的机器人数据传输系统的原理框图。
图2所示为为图1所示的机器人数据传输系统与数据处理单元相连接的原理框图。
具体实施方式
如图1所示，本实施提供的机器人数据传输系统10包括机器人控制器1、总线模块2、第一接口模块3以及第二接口模块4。机器人控制器1包括运动控制器11。总线模块2连接于机器人控制器1，机器人控制器1内的运动控制器11通过总线模块2与多个驱动模块20相连接以控制机器人的运动状态。第一接口模块3通过总线模块2连接于机器人控制器11并传输第一类信号A。第二接口模块4连接于机器人控制器1并传输第二类信号B；第一接口模块3的传输速度高于第二接口模块4且机器人控制器11对第一类信号A的响应等级高于第二类信号B。
于本实施例中，第一类型号A包括安全单元输入的安全信号、传感器单元输入的传感信号、开关量信号或同步信号等具有高速响应需求的信号。而第二类信号为普通对传输速度要求不高的控制或通信信号，如示教器输入的指令信号等。
于本实施例中，总线模块2为EtherCAT总线模块，运动控制器11和多个驱动模块20通过EtherCAT总线进行数据传输。EtherCAT(以太网控制自动化技术)是一个以以太网为基础的开放架构的现场总线模块。第一接口模块3是基于EtherCAT总线所扩展的接口模块，其利用了EtherCAT总线高速传输的特性来实现第一类信号A的快速传输和响应。第二接口模块4则为标准的USB接口。然而，本发明对此不作任何限定。于其它实施例中，总线模块也可采用其它的总线模块，如EtherNET等。第二接口模块可为标准的串行接口，如RS232接口或RS485接口。进一步的，于其它实施例中，第二接口模块也可同时包括USB接口和串行接口。
基于总线的第一接口模块3的数据响应速度远远大于第二接口模块4的数据传输速度，两者可差10倍以上。具体而言，于本实施例中，基于EtherCAT总线的第一接口模块3的数据响应时间1ms以内，而作为第二接口模块4的标准USB接口的数据响应时间50ms以内。然而，本发明对此不作任何限定。
于本实施例中，机器人控制器1为工业计算机，机器人控制器1内安装有EtherCAT软件，如TwinCAT；机器人控制器1作为EtherCAT总线总站。而第一接口模块3和多个驱动模块20均作为机器人控制器1的总线从站；具体而言，第一接口模块3和多个驱动模块20分别通过专用的EtherCAT从站控制芯片(如型号为AX58100系列的芯片)来成为EtherCAT的总线从站。然而，本发明此不作任何限定。
本实施例提供的机器人数据传输系统10中集成了具有高速传输能力的第一接口模块3和具有普通的低速传输特性的第二接口模块4。在数据传输上对要求高速响应的第一类信号A则采用第一接口模块3进行传输，而对数据传输时效性要求不高的第二类信号则采用U第二接口模块4来进行数据传输。在机器人控制系统中，具有高速响应要求的第一类信号A并不多，更多的则是第二类信号B。因此，机器人数据传输系统10中只需扩展少数的第一接口模块3，而对于大多数的第二信号B而言，其仍可沿用传统的且标准的第二接口模块4。该设置使得本实施例提供的机器人数据传输系统在满足第一类信号A高速传输的要求下大大地降低了成本。此外，第一接口模块3是基于运动控制器11和驱动模块20之间已有的总线模块2而采用软件的形式进行扩展的。相比现有技术中采用硬件进行传输速度的提升，软件的设计不仅大大降低了成本，同时也更加的灵活。进一步的，设置第一接口模块3与机器人控制器1之间的数据传输协议与运动控制器11和驱动模块20之间的数据传输协议相同；该设置极大的简化了程序的设计，进一步降低成本。
机器人控制系统包括机器人控制器1和其它多个数据处理单元，譬如示教器30、安全单元40以及传感器单元50等。每个数据处理单元均通过第一接口模块3和/或第二接口模块4与机器人控制器11之间进行通信。于本实施例中，如图2所示，示教器30连接于安全单元40，示教器30是通过安全单元40传输安全信号至机器人控制器1；故示教器30和机器人控制器1之间只需通过第二接口模块4进行传输信号。对于安全单元40而言，其通过第一接口模块3输出安全信号等第一类型号A至机器人控制器11；与此同时，其还通过第二接口模块4接收机器人控制器1输出的控制信号。安全单元40是基于单片机的数据处理单元，在现有的数据传输方式中，其和机器人控制器11之间的所有信号都是通过USB接口或串行接口等第二接口模块进行数据传输，数据传输会占用安全单元内单元机的大量的资源。本实施例中，安全单元40基于第一接口模块3内的从站控制器来传输第一类信号A，该设置大大节省了安全单元内单片机的资源，使得其具有更多的资源用于第二接口模块4上的数据传输。而对于传感器单元50而言，由于传感信号与机器人的运动状态实时相关，其需要具有很高的响应速度，故传感器单元50是采用第一接口模块3与机器人控制器进行数据传输的。然而，本发明对此不作任何限定。
综上所述，本发明提供的机器人数据传输系统中运动控制器和多个驱动模块之间通过总线模块进行通信以实现机器人运动状态的控制。在该总线模块的基础上通过在机器人控制器上扩展第一接口模块，机器人控制器通过总线将具有高速响应需求的第一类信号从第一接口模块输入或输出，实现高速传输。于此同时，机器人控制器上还设置了基于硬件的普通USB接口或串行接口以用于传输对响应要求不高的第二类信号，实现低速传输。本发明提供的机器人数据传输系统集高速传输接口和低速传输接口于一体，在数据传输时根据信号的响应需求来选择采用高速传输或低速传输。相比仅具有单一数据传输接口的现有机器人系统，第一接口模块和第二接口模块的结合不仅很好地解决了数据传输的问题，同时部分数据采用第一接口模块进行传输的设计也大大降低了成本。进一步的，第一接口模块的设置是基于运动控制器上的总线模块而采用软件扩展的，设计上无需更改现有机器人系统内的硬件，不仅设计更加便捷且大幅度降低了成本。
虽然本发明已由较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟知此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求书所要求保护的范围为准。

Claims (9)

1.一种机器人数据传输系统，其特征在于，包括：
机器人控制器，包括运动控制器；
总线模块，连接于机器人控制器，机器人控制器内的运动控制器通过总线模块与多个驱动模块相连接以控制机器人的运动状态；
第一接口模块，通过总线模块连接于机器人控制器并传输第一类信号；
第二接口模块，连接于机器人控制器并传输第二类信号；第一接口模块的传输速度高于第二接口模块且机器人控制器对第一类信号的响应等级高于第二类信号。
2.根据权利要求1所述的机器人数据传输系统，其特征在于，所述机器人控制器为总线主站，第一接口模块和多个驱动模块均作为机器人控制器的总线从站。
3.根据权利要求2所述的机器人数据传输系统，其特征在于，所述总线模块为EtherCAT总线模块，机器人控制器为EtherCAT总站，第一接口模块和多个驱动模块均作为机器人控制器的EtherCAT从站。
4.根据权利要求1所述的机器人数据传输系统，其特征在于，所述第二接口模块为USB接口或串行接口。
5.根据权利要求1所述的机器人数据传输系统，其特征在于，所述第一类信号包括安全单元输入的安全信号、传感器单元输入的传感信号、开关量信号或同步信号。
6.根据权利要求1所述的机器人数据传输系统，其特征在于，机器人系统内的数据处理单元通过第一接口模块和/或第二接口模块与机器人控制器之间进行通信。
7.根据权利要求6所述的机器人数据传输系统，其特征在于，机器人系统内的安全单元是基于单片机的数据处理单元，所述安全单元分别通过第一接口模块和第二接口模块连接机器人控制器，安全单元通过第一接口模块传输安全信号至机器人控制器且接收机器人控制器输出的安全触发信号。
8.根据权利要求1所述的机器人数据传输系统，其特征在于，第一接口模块与机器人控制器之间的数据传输协议与运动控制器和驱动模块之间的数据传输协议相同。
9.根据权利要求1所述的机器人数据传输系统，其特征在于，第二接口模块的数据传数据响应时间是第一接口模块的数据响应时间的10倍以上。
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