CN112491561B - 一种工业以太网通信供电设备以及机器人控制及供电系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种工业以太网通信供电设备以及机器人控制及供电系统，该工业以太网通信供电设备包括：耦合电源电路与解耦电源电路，耦合电源电路包括第一处理电路、第一耦合电路以及第一连接器，第一处理电路用于接收数据信号，并对数据信号进行处理；第一耦合电路用于接收电源信号，并对处理后的数据信号与电源信号进行耦合，生成耦合信号；第一连接器用于将耦合信号传输至解耦电源电路；解耦电源电路包括第二连接器与第二耦合电路，第二连接器用于接收耦合信号；第二耦合电路用于对耦合信号进行解耦，得到数据信号与电源信号。通过上述方式，本申请能够将数据通信与供电集成在一起，简化系统布线，降低成本。

Description

一种工业以太网通信供电设备以及机器人控制及供电系统

技术领域

本申请涉及通信技术领域，具体涉及一种工业以太网通信供电设备以及机器人控制及供电系统。

背景技术

目前主流多轴协作机器人采用工业以太网(EtherCAT，Ether ControlAutomation Technology)作为系统的通信接口，同时还需要额外的供电系统，因而不但需要通信线缆，而且还需要供电线缆，对于主流多轴协作机器人来说，这种方式使得系统布线工作复杂，增加电缆线路、控制柜以及机器本身的空间要求，硬件系统成本较高。

发明内容

本申请主要解决的问题是提供一种工业以太网通信供电设备以及机器人控制及供电系统，能够将数据通信与供电集成在一起，简化系统布线，降低成本。

为解决上述技术问题，本申请采用的技术方案是：提供一种工业以太网通信供电设备，该工业以太网通信供电设备包括：耦合电源电路与解耦电源电路，耦合电源电路包括第一处理电路、第一耦合电路以及第一连接器，第一处理电路用于接收数据信号，并对数据信号进行处理；第一耦合电路与第一处理电路连接，用于接收电源信号，并对处理后的数据信号与电源信号进行耦合，生成耦合信号；第一连接器与第一耦合电路连接，用于将耦合信号传输至解耦电源电路；解耦电源电路包括第二连接器与第二耦合电路，第二连接器与第一连接器连接，用于接收耦合信号；第二耦合电路，与第二连接器连接，用于对耦合信号进行解耦，得到数据信号与电源信号。

为解决上述技术问题，本申请采用的另一技术方案是：提供一种机器人控制及供电系统，该机器人控制及供电系统包括依次连接的控制器、工业以太网通信供电设备以及至少一个机器人的关节，其中，控制器用于通过工业以太网通信供电设备控制机器人的关节运动，工业以太网通信供电设备为上述的工业以太网通信供电设备。

通过上述方案，本申请的有益效果是：本申请中的工业以太网通信供电设备包括互相连接的耦合电源电路与解耦电源电路，耦合电源电路中的第一耦合电路可对第一处理电路输出的数据信号与接收到的电源信号进行耦合，并将耦合后的信号通过第一连接器传输至解耦电源电路；解耦电源电路中的第二连接器可接收耦合信号，并将耦合信号传输至解耦电源电路中的第二耦合电路，第二耦合电路可对耦合信号进行解耦，恢复出数据信号与电源信号，利用一根线缆即可实现对数据信号与电源信号的传输，可简化系统布线工作，降低硬件成本、安装成本以及布线成本，减少接线出错的几率，且可缩小设备体积。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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的附图。其中：

图1是本申请提供的工业以太网通信供电设备一实施例的结构示意图；

图2是本申请提供的工业以太网通信供电设备另一实施例的结构示意图；

图3是图2所示的实施例中耦合电源电路的结构示意图；

图4是本申请提供的机器人控制及供电系统一实施例的结构示意图；

图5是本申请提供的机器人控制及供电系统另一实施例的结构示意图。

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清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性的劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

申请文件中“连接”可以是物理连接，也可以是耦合，如通过电容耦合等方式使两个电路连接。

请参阅图1，图1是本申请提供的工业以太网通信供电设备一实施例的结构示意图，工业以太网通信供电设备10包括：耦合电源电路11与解耦电源电路12。

工业以太网通信供电设备10可以为工业以太网供电(EtherCAT P，Ether ControlAutomation Technology Power)总线，其可以为四芯电缆；耦合电源电路11用于对接收到的数据信号与电源信号进行耦合，得到耦合信号。

进一步地，耦合电源电路11包括第一处理电路111、第一耦合电路112以及第一连接器113，第一处理电路111用于接收外部设备(图中未示出)发送的数据信号，并对数据信号进行处理，第一处理电路111可将处理后的数据信号传输至第一耦合电路112；第一耦合电路112与第一处理电路111连接，其用于接收电源信号，并对处理后的数据信号与电源信号进行耦合，生成耦合信号；第一连接器113与第一耦合电路112连接，其用于将耦合信号传输至解耦电源电路12。

解耦电源电路12与耦合电源电路11连接，解耦电源电路12用于对耦合信号进行解耦，得到数据信号与电源信号；具体地，解耦电源电路12通过线缆(图中未标识)与耦合电源电路11连接，解耦电源电路12可对耦合电源电路11传输过来的耦合信号进行解耦，从而得到数据信号与电源信号。

进一步地，解耦电源电路12包括第二连接器121与第二耦合电路122，第二连接器121与第一连接器113连接，其用于接收第一连接器113传输过来的耦合信号；第二耦合电路122与第二连接器121连接，其用于对耦合信号进行解耦，得到数据信号与电源信号。

在一具体的实施例中，如图1所示，工业以太网通信供电设备10与第一设备以及第二设备(图中未标识)连接，第一设备发送数据信号至耦合电源电路11，耦合电源电路11将耦合信号传输至解耦电源电路12，解耦电源电路12可将解耦出来的数据信号传输至第二设备。

本实施例提供了一种工业以太网通信供电设备10，耦合电源电路11可对数据信号与电源信号进行耦合，并将耦合后的信号传输至解耦电源电路12；解耦电源电路12对耦合信号进行解耦，可将数据通信与供电集成在一起，利用一根线缆即可实现对数据信号与电源信号的传输，简化系统布线工作，降低硬件成本、安装成本以及布线成本，减少接线出错的几率，且可缩小设备体积。

请参阅图2，图2是本申请提供的工业以太网通信供电设备另一实施例的结构示意图，工业以太网通信供电设备10包括：耦合电源电路11与解耦电源电路12。

与上一实施例不同的是，本实施例中耦合电源电路11还包括：第一电源电路114与第一保护电路115；解耦电源电路12还包括：第二处理电路123、第二电源电路124以及第二保护电路125。

第一保护电路115与第一处理电路111连接，第一保护电路115用于对第一处理电路111进行保护，在输入第一处理电路111的信号较大时，该信号可经过第一保护电路115释放，避免信号经过第一处理电路111而造成损伤。

第一电源电路114与第一连接器113连接，用于产生电源信号，并将电源信号输入第一连接器113；第一耦合电路112通过第一保护电路115与第一处理电路111连接，且其与第一电源电路114连接。

第二电源电路124与第二连接器121以及第二耦合电路122连接，其用于接收第二连接器121传输过来的电源信号。

第二处理电路123与第二耦合电路122连接，其用于对数据信号进行处理；第二保护电路125与第二处理电路123连接，其用于对第二处理电路123进行保护。

继续参阅图2，耦合电源电路11还包括：第一滤波电路116与第二滤波电路117，解耦电源电路12还包括：第三滤波电路126与第四滤波电路127。

第一滤波电路116与第一电源电路114连接，其用于对第一电源信号进行滤波，并将滤波后的第一电源信号输入第一连接器113；第二滤波电路117与第一电源电路114连接，其用于对第二电源信号进行滤波，并将滤波后的第二电源信号输入第一连接器113。

第三滤波电路126与第二电源电路124以及第二连接器121连接，其用于对第一电源信号进行滤波，并将滤波后的第一电源信号输入第二电源电路124；第四滤波电路127与第二电源电路124以及第二连接器121连接，其用于对第二电源信号进行滤波，并将滤波后的第二电源信号输入第二电源电路124。

在一具体的实施例中，电源信号包括第一电源信号与第二电源信号，第一电源信号与第二电源信号的电压值可以相同，第一电源信号与第二电源信号的电压和电流可以分别为24V和3A，且两组电源信号互不干扰；第一滤波电路116与第二滤波电路117可为感容滤波电路，第一处理电路111和第二处理电路123为PHY芯片；第一连接器113和第二连接器121均为四线连接器，该四线连接器为EtherCAT P总线传输数据信号和电源信号的接口。

如图3所示，第一耦合电路112包括第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3以及第四电容C4，第一电容C1至第四电容C4均为交流耦合电容，交流耦合电容可对电源信号与数据信号进行耦合，数据信号为交流信号，交流耦合电容可将输入的数据信号传输至四线连接器113，同时阻止直流信号通过，第一电源电路114输出的直流信号可与交流耦合电容输出的数据信号耦合后传输至四线连接器113；此外，交流耦合电容还可保护PHY芯片111不受第一电源信号与第二电源信号的影响，起到隔离作用，防止PHY芯片111由于输入电压过大而被烧坏。

进一步地，第一电容C1的两端分别与第一保护电路115以及四线连接器113的第二端连接，第二电容C2的两端分别与第一保护电路115以及四线连接器113的第一端连接，第三电容C3的两端分别与第一保护电路115以及四线连接器113的第三端连接，第四电容C4的两端分别与第一保护电路115以及四线连接器113的第四端连接，四线连接器113的第五端和第六端接地。

第一保护电路115包括第一电阻R1至第五电阻R5、第五电容C5至第九电容C9、第一瞬变电压抑制二极管(TVS，Transient Voltage Suppressor)T1以及第二TVS管T2；第一电阻R1的第一端与第二电阻R2至第五电阻R5的第一端连接，第一电阻R1的第二端与第五电容C5的第一端、第一TVS的第一端、第四电容C4的第一端以及PHY芯片111的第一端连接；第二电阻R2的第二端与第六电容C6的第一端、第一TVS的第二端、第三电容C3的第一端以及PHY芯片111的第二端连接；第三电阻R3的第二端与第七电容C7的第一端、第二TVS的第一端、第二电容C2的第一端以及PHY芯片111的第三端连接；第四电阻R4的第二端与第八电容C8的第一端、第二TVS的第二端、第一电容C1的第一端以及PHY芯片111的第四端连接；第五电阻R5的第二端与第九电容C9的第一端连接；第五电容C5的第二端与第六电容C6至第九电容C9的第二端连接。

当施加在第一TVS管T1和第二TVS管T2两端的电压超过阈值电压时，第一TVS管T1和第二TVS管T2导通，可在信号突变时，使得信号经过第一TVS管T1和第二TVS管T2，将电能转换成热能，实现能量的释放，而不会对PHY芯片111造成损伤。

为了将数据信号与电源信号更好地耦合在一起，每个电源信号对应一个感容滤波电路以滤除干扰信号，即第一滤波电路116与第一电源信号连接，第二滤波电路117与第二电源信号连接。

进一步地，第一滤波电路116与第一电源电路114、第一电容C1、第三电容C3、四线连接器113的第二端以及四线连接器113的第三端连接，第一滤波电路116可对第一电源电路114输出的第一电源信号进行滤波，以滤除干扰信号。

在一具体的实施例中，第一滤波电路116包括第一电感L1、第二电感L2以及第十电容C10，第一电感L1的第一端与第一电源电路114以及第十电容C10的第一端连接，第一电感L1的第二端与四线连接器113的第三端以及第三电容C3的第二端连接；第二电感L2的第一端与第一电源电路114、地线以及第十电容C10的第二端连接，第二电感L2的第二端与四线连接器113的第二端以及第一电容C1的第二端连接；第十电容C10的第一端和第二端分别为正极和负极。

第二滤波电路117与第一电源电路114、第二电容C2、第四电容C4、四线连接器113的第一端以及四线连接器113的第四端连接，第二滤波电路117可对第一电源电路114输出的第二电源信号进行滤波，以滤除干扰信号；具体地，第二滤波电路117包括第三电感L3、第四电感L4以及第十一电容C11，第三电感L3的第一端与第二电容C2的第二端以及四线连接器113的第一端连接，第三电感L3的第二端与第十一电容C11的第二端以及地线连接；第四电感L4的第一端与第四电容C4的第二端以及四线连接器113的第四端连接，第四电感L4的第二端与第十一电容C11的第一端以及第一电源电路114连接；第十一电容C11的第一端和第二端分别为正极和负极。

解耦电源电路12中的交流耦合电容(图中未示出)可对电源信号与数据信号进行解耦；具体地，第二连接器121将耦合信号传输至交流耦合电容处，交流耦合电容可使得耦合信号中的数据信号通过，阻止耦合信号中的电源信号通过，使得电源信号传输至第二电源电路124，从而实现对耦合信号的解耦；解耦电源电路12的具体结构与耦合电源电路11的结构相同，在此不再赘述。

本实施例中的工业以太网通信供电设备10可将EtherCAT通信与电源传输合并在一根电缆上，其可提供两组24V和高达3A的隔离电源信号，同时该电缆还可将来自EtherCAT器件的数据信号传输到其他器件，这种方式节省了EtherCAT器件在工厂进行安装以及布线的成本，缩小了设备的体积。

请参阅图4，图4是本申请提供的机器人控制及供电系统一实施例的结构示意图，机器人控制及供电系统包括依次连接的控制器20、工业以太网通信供电设备10以及至少一个机器人的关节30，控制器20用于通过工业以太网通信供电设备10控制机器人的关节30运动，工业以太网通信供电设备10为上述实施例中的工业以太网通信供电设备。

工业以太网通信供电设备10为EtherCAT P总线，控制器20可为控制柜，该机器人可以为多轴协作机器人，如图5所示，该多轴协作机器人包括n个关节，控制器20还可通过EtherCAT总线与供电线缆分别传输数据信号与电源信号至关节1，关节1与关节2之间通过EtherCAT P总线连接。

机器人控制及供电系统为基于EtherCAT P总线的数据通信和供电系统，可将超高速EtherCAT通讯与电源整合在一起，实现用一根线缆实现数据信号与电源信号的传输，电源信号可为系统和外围设备供电，使用EtherCAT P总线简化了多轴协作机器人的系统布线工作；对于多轴协作机器人来说，由于具有级联能力，在拓扑结构选择上具有很大的灵活性；多轴协作机器人的开发人员可以非常灵活地以较低成本在多轴协作机器人系统内分配排插，或者可更具体的根据应用需求进行安装；且可优化电缆线路、控制器20以及机器的空间利用率。

以上仅为本申请的实施例，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种工业以太网通信供电设备，其特征在于，包括：

耦合电源电路，其包括第一处理电路、第一耦合电路、第一连接器、第一电源电路、第一滤波电路以及第二滤波电路，所述第一处理电路用于接收数据信号，并对所述数据信号进行处理；所述第一耦合电路与所述第一处理电路连接，用于接收电源信号，并对处理后的数据信号与所述电源信号进行耦合，生成耦合信号；所述第一连接器与所述第一耦合电路连接，用于将所述耦合信号传输至解耦电源电路；所述第一电源电路与所述第一耦合电路连接，用于产生所述电源信号；所述电源信号包括第一电源信号与第二电源信号；所述第一滤波电路与所述第一电源电路连接，用于对所述第一电源信号进行滤波，并将滤波后的第一电源信号输入所述第一连接器；所述第二滤波电路与所述第一电源电路连接，用于对所述第二电源信号进行滤波，并将滤波后的第二电源信号输入所述第一连接器；

解耦电源电路，其包括第二连接器与第二耦合电路，所述第二连接器与所述第一连接器连接，用于接收所述耦合信号；所述第二耦合电路，与所述第二连接器连接，用于对所述耦合信号进行解耦，得到所述数据信号与所述电源信号；

所述第一耦合电路和所述第二耦合电路均包括第一电容、第二电容、第三电容以及第四电容，所述第一连接器和所述第二连接器均为四线连接器；

所述第一滤波电路与所述第一电源电路、所述第一电容、所述第三电容、所述四线连接器的第二端以及所述四线连接器的第三端连接，所述第二滤波电路与所述第一电源电路、所述第二电容、所述第四电容、所述四线连接器的第一端以及所述四线连接器的第四端连接。

2.根据权利要求1所述的工业以太网通信供电设备，其特征在于，所述耦合电源电路还包括：

第一保护电路，与所述第一处理电路连接，用于对所述第一处理电路进行保护。

3.根据权利要求1所述的工业以太网通信供电设备，其特征在于，所述解耦电源电路还包括：

第二电源电路，与所述第二连接器以及所述第二耦合电路连接，用于接收所述电源信号；

第二处理电路，与所述第二耦合电路连接，用于对所述数据信号进行处理；

第二保护电路，与所述第二处理电路连接，用于对所述第二处理电路进行保护。

4.根据权利要求1所述的工业以太网通信供电设备，其特征在于，所述解耦电源电路还包括：

第三滤波电路，与第二电源电路以及所述第二连接器连接，用于对所述第一电源信号进行滤波，并将滤波后的第一电源信号输入所述第二电源电路；

第四滤波电路，与所述第二电源电路以及所述第二连接器连接，用于对所述第二电源信号进行滤波，并将滤波后的第二电源信号输入所述第二电源电路。

5.根据权利要求4所述的工业以太网通信供电设备，其特征在于，

所述第一处理电路和第二处理电路均为物理层芯片。

6.根据权利要求5所述的工业以太网通信供电设备，其特征在于，

第一保护电路包括：第一电阻至第五电阻、第五电容至第九电容、第一瞬变电压抑制二极管以及第二瞬变电压抑制二极管；

所述第一电阻的第一端与第二电阻至第五电阻的第一端连接；所述第一电阻的第二端与所述第五电容的第一端、所述第一瞬变电压抑制二极管的第一端、所述第四电容的第一端以及所述物理层芯片的第一端连接；

所述第二电阻的第二端与第六电容的第一端、所述第一瞬变电压抑制二极管的第二端、所述第三电容的第一端以及所述物理层芯片的第二端连接；

所述第三电阻的第二端与第七电容的第一端、所述第二瞬变电压抑制二极管的第一端、所述第二电容的第一端以及所述物理层芯片的第三端连接；

所述第四电阻的第二端与第八电容的第一端、所述第二瞬变电压抑制二极管的第二端、所述第一电容的第一端以及所述物理层芯片的第四端连接；

所述第五电阻的第二端与所述第九电容的第一端连接；

所述第五电容的第二端与所述第六电容至所述第九电容的第二端连接。

7.根据权利要求1所述的工业以太网通信供电设备，其特征在于，

所述第一滤波电路包括第一电感、第二电感以及第十电容，所述第一电感的第一端与所述第一电源电路以及所述第十电容的第一端连接，所述第一电感的第二端与所述四线连接器的第三端以及所述第三电容的第二端连接；所述第二电感的第一端与所述第一电源电路、地线以及所述第十电容的第二端连接，所述第二电感的第二端与所述四线连接器的第二端以及所述第一电容的第二端连接；

所述第二滤波电路包括第三电感、第四电感以及第十一电容，所述第三电感的第一端与所述第二电容的第二端以及所述四线连接器的第一端连接，所述第三电感的第二端与所述第十一电容的第二端以及所述地线连接；所述第四电感的第一端与所述第四电容的第二端以及所述四线连接器的第四端连接，所述第四电感的第二端与所述第十一电容的第一端以及所述第一电源电路连接。

8.一种机器人控制及供电系统，其特征在于，包括依次连接的控制器、工业以太网通信供电设备以及至少一个机器人的关节，其中，所述控制器用于通过所述工业以太网通信供电设备控制所述机器人的关节运动，所述工业以太网通信供电设备为权利要求1-7中任一项所述的工业以太网通信供电设备。

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