CN114536322A - 机器人控制柜以及机器人系统 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种机器人控制柜以及机器人系统，该机器人控制柜包括：主模块；至少一个扩展模块，每个扩展模块与主模块之间均连接有同步时钟通道、通信时钟通道以及至少一条数据传输通道，其中，同步时钟通道用于传输主模块向各个扩展模块发送的同步时钟信号，以使得主模块与扩展模块均在预设的时钟周期内执行相应动作，通信时钟通道用于传输通信时钟信号，通信时钟信号用作对数据传输通道传输的数据信号的采样时钟信号。本申请所提供的机器人控制柜能够使主模块与扩展模块之间实现同步。
Description
技术领域
本申请涉及机器人技术领域，特别是涉及一种机器人控制柜以及机器人系统。
背景技术
在工业控制领域，机器人需要各种接口来与外部设备协同工作，在机器人通过不同的接口与多个外部设备同时连接时，多个外部设备的信息采集或者受机器人的控制需要保持同步。
发明内容
本申请提供一种机器人控制柜以及机器人系统，能够使主模块与扩展模块之间实现同步。
本申请实施例第一方面提供一种机器人控制柜，包括：主模块；至少一个扩展模块，每个所述扩展模块与所述主模块之间均连接有同步时钟通道、通信时钟通道以及至少一条数据传输通道，其中，所述同步时钟通道用于传输所述主模块向各个所述扩展模块发送的同步时钟信号，以使得所述主模块与所述扩展模块均在预设的时钟周期内执行相应动作，所述通信时钟通道用于传输通信时钟信号，所述通信时钟信号用作对所述数据传输通道传输的数据信号的采样时钟信号。
其中，所述同步时钟通道、所述通信时钟通道以及所述数据传输通道均由M-LVDS总线实现。
其中，所述同步时钟通道为单向传输通道，所述通信时钟通道以及所述数据传输通道均为双向传输通道。
其中，所述主模块以及所述扩展模块均包括与所述同步时钟通道连接的第一收发器、与所述通信时钟通道连接的第二收发器以及与所述数据传输通道连接的第三收发器；其中，当所述扩展模块发生故障时，所述扩展模块内部的所述第二收发器以及所述第三收发器的输出转换为高阻态。
其中，所述数据信号的接收端在所述通信时钟信号的上升沿、下降沿中的至少一个对所述数据信号进行采样。
其中，所述同步时钟信号的频率大于或者等于预设同步时间间隔的倒数，其中，所述主模块与所述扩展模块执行所述相应动作的时间间隔不超过所述预设同步时间间隔。
其中，所述数据传输通道传输的所述数据信号包括数据帧头、有效数据载荷、校验域以及数据帧尾，其中，所述校验域用于校验所述有效数据载荷的合法性。
其中，至少一个所述扩展模块包括数字输入输出扩展模块、模拟输入输出扩展模块、绝对式编码器扩展模块、增量式编码器扩展模块、CC-Link总线扩展模块、EtherCAT总线扩展模块中的至少一种。
本申请实施例第二方面提供一种机器人系统，所述机器人系统包括机器人以及与所述机器人连接的机器人控制柜，所述机器人控制柜包括：主模块；至少一个扩展模块，每个所述扩展模块与所述主模块之间均连接有同步时钟通道、通信时钟通道以及至少一条数据传输通道，其中，所述同步时钟通道用于传输所述主模块向各个所述扩展模块发送的同步时钟信号，以使得所述主模块与所述扩展模块均在预设的时钟周期内执行相应动作，所述通信时钟通道用于传输通信时钟信号，所述通信时钟信号用作对所述数据传输通道传输的数据信号的采样时钟信号。
其中，所述同步时钟通道、所述通信时钟通道以及所述数据传输通道均由M-LVDS总线实现。
有益效果是：本申请机器人控制柜中，主模块与扩展模块之间不仅连接有通信时钟通道以及数据传输通道，还连接有同步时钟通道，同步时钟通道传输的同步时钟信号可以使主模块以及所有扩展模块在预设的时钟周期执行相应动作，从而主模块与所有扩展模块执行同一动作的时间间隔不会超过预设同步时间间隔，进而使主模块与扩展模块之间实现同步。
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是本申请机器人控制柜一实施方式的框架结构示意图；
图2是图1机器人控制柜的内部连线示意图；
图3是本申请机器人系统一实施方式的结构示意图。
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。
参阅图1，图1是本申请机器人控制柜一实施方式的结构示意图，该机器人控制柜100包括主模块110以及扩展模块120。
主模块110是整个机器人控制柜100的核心，维持着机器人控制柜100的正常运行，且也能够接收与扩展模块120连接的外部设备采集的信息以及控制与扩展模块120连接的外部设备。其中，主模块110包括主芯片111，每个扩展模块120具体与主芯片111连接。
扩展模块120的数量为至少一个，每个扩展模块120均与主模块110连接，扩展模块120具体用于连接外部设备，其中，不同的扩展模块120连接不同的外部设备。在本实施方式中，至少一个扩展模块120包括数字输入输出扩展模块、模拟输入输出扩展模块、绝对式编码器扩展模块、增量式编码器扩展模块、CC-Link总线扩展模块、EtherCAT总线扩展模块中的至少一种。当然扩展模块120还可以是其他模块，在此不做限制。
其中，每个扩展模块120与主模块110之间均连接有同步时钟通道101、通信时钟通道102以及至少一条数据传输通道103，其中，同步时钟通道101用于传输主模块110向各个扩展模块120发送的同步时钟信号，以使得主模块110与扩展模块120均在预设的时钟周期内执行相应动作，通信时钟通道102用于传输通信时钟信号，通信时钟信号用作对数据传输通道103传输的数据信号的采样时钟信号。
具体而言，各个扩展模块120均内置有时钟计数器，主模块110通过同步时钟通道101向扩展模块120传输同步时钟信号后，扩展模块120内部的时钟计数器的计数保持同步或者基本保持同步，从而使得主模块110和所有的扩展模块120均同步到一个时钟周期内，即主模块110和所有的扩展模块120，均在[t，t+x]时间内执行同一个动作，例如在[t，t+x]时间内向各自连接的外部设备发送命令，其中，t为起始时间点，x为预设同步时间间隔，可以理解的是，x越小，对扩展模块120的同步性需求越高。
其中，数据传输通道103的数量可以是一条，也可以是多条，例如三条，数据传输通道103传输数据信号，该数据信号由发送端发出，携带的是通信双方真正想要传输的信息，例如控制命令或者反馈信息等。
通信时钟通道102传输的通信时钟信号由发送端发出，与数据传输通道103传输的数据信号同步，即发送端同时向接收端发送通信时钟信号以及数据信号，且通信时钟信号用作数据信号的采样时钟信号，使得接收端知道何时对数据信号进行采样。也就是说，在任何时刻，通信时钟信号以及数据信号都是同一个发送端、同一个接收端，且发送端向接收端同步发送通信时钟信号以及数据信号。
在一应用场景中，为了提升数据传输带宽，接收端在通信时钟信号的上升沿以及下降沿均对数据信号进行采样，而在另一应用场景中，也可以根据实际应用情况在通信时钟信号的上升沿或者下降沿对数据信号进行采样。
在本实施方式中，由于主模块110与扩展模块120之间不仅连接有通信时钟通道102以及数据传输通道103，还连接有同步时钟通道101，同步时钟通道101传输的同步时钟信号可以使主模块110和所有扩展模块120在预设的时钟周期执行相应动作，从而主模块110和所有扩展模块120执行同一动作的时间间隔不会超过预设同步时间间隔，最终实现主模块110与扩展模块120的同步。
参阅图2，在本实施方式中，同步时钟通道101、通信时钟通道102以及数据传输通道103均由M-LVDS总线实现。
其中，M-LVDS总线支持多点间通信，其能够支持32个节点设备，且通信速率可以达到500Mbps，且既能支持全双工通信，也能支持半双工通信。
同步时钟通道101、通信时钟通道102以及数据传输通道103均由M-LVDS总线实现，也就是说，主模块110与扩展模块120之间通过多路M-LVDS总线连接，其中，多路M-LVDS总线可以配置不同的传输速率，可以满足不同的场景需求。
其中，基于M-LVDS总线，主模块110与扩展模块120之间的传输协议可以根据传输速率和实时性需求进行设定，例如带有仲裁机制的CAN通信协议、主从站应答的modbus协议、高传输速率的并行数据传输协议以及自定义的传输协议等等。
本实施方式设置主模块110与扩展模块120之间通过M-LVDS总线连接，使得可以根据需求灵活配置通道数、传输速率、传输方向以及传输协议。
同时在本实施方式中，同步时钟通道101为单向传输通道，通信时钟通道102以及数据传输通道103均为双向传输通道。
也就是说，同步时钟信号的发送端都是主模块110，接收端都是扩展模块120，而通信时钟信号以及数据信号的发送端、接收端既可以是主模块110，也可以是扩展模块120，此时主模块110与扩展模块120之间可以双向通信。
在其他实施方式中，同步时钟通道101也可以是双向传输通道，或者，通信时钟通道102、数据传输通道103也可以都是单向传输通道，此时只能是主模块110向扩展模块120发送数据信号，或者只能是扩展模块120向主模块110发送数据信号。
参阅图2，在本实施方式中，主模块110以及扩展模块120均包括与同步时钟通道101连接的第一收发器121、与通信时钟通道102连接的第二收发器122以及与数据传输通道103连接的第三收发器123；其中，当扩展模块120发生故障时，扩展模块120内部的第二收发器122以及第三收发器123的输出转换为高阻态。
其中，由于同步时钟通道101为单向传输通道，因此主模块110中的第一收发器121只需要实现发送功能，扩展模块120中的第一收发器121只需要实现接收功能，而由于通信时钟通道102以及数据传输通道103均为双向传输通道，因此不管是主模块110，还是扩展模块120，其内的第二收发器122以及第三收发器123既需要实现接收功能，也要实现发送功能。
在本实施方式中，为了避免单个扩展模块120故障而造成整个机器人控制柜100的故障，设置扩展模块120中的第二收发器122以及第三收发器123带有失效保护功能，即只要扩展模块120发生故障，扩展模块120内部的第二收发器122以及第三收发器123的输出自动变为高阻态，即发生故障的扩展模块120不能再输出信号，但是还能接收信号，从而可以避免影响其他扩展模块120。
需要说明的是，在其他实施方式中，当扩展模块120发生故障时，其内的第二收发器122以及第三收发器123的输出和输入都可以转换为高阻态。或者，扩展模块120内部的第二收发器122以及第三收发器123均是普通的收发器，不带有失效保护功能。
同时在本实施方式中，数据传输通道103传输的数据信号包括数据帧头、有效数据载荷、校验域以及数据帧尾，其中，数据帧头和数据帧尾为预先定义好的特定数据字节，包含一些必要的控制信息，例如同步信息、地址信息、差错控制信息等，有效数据载荷包括发送端地址、接收端地址、数据信号的帧长度、数据信号的帧类型、数据信号的偏移地址和具体数据信息等，其中，当主模块110与扩展模块120之间的传输协议采用带有数据仲裁机制的协议时，有效数据载荷还包括数据仲裁字。
其中为了保证主模块110与扩展模块120之间的通信安全，数据信号还包括用于校验有效数据载荷的合法性的校验域，具体地，接收方根据数据信号的校验域，校验该数据信号中的有效数据载荷是否合法，如果合法，则接收该数据信号，并执行对应的动作，如果不合法，则忽略，避免造成故障，从而能够提升机器人控制柜100的安全性能。
同时在本实施方式中，同步时钟通道101传输的同步时钟信号的频率由预设时间间隔决定，具体而言，同步时钟信号的频率大于或者等于预设同步时间间隔的倒数，即假设预设时间间隔为x(us)，则同步时钟信号的频率至少要达到：1/x(MHz)。
参阅图3，图3是本申请机器人系统一实施方式的结构示意图，该机器人系统200包括机器人210以及机器人控制柜220，其中，机器人210与机器人控制柜220连接，在机器人控制柜220的控制下，机器人210执行各种动作，完成各项功能。
其中，机器人控制柜220与上述任一项实施方式中的机器人控制柜100结构相同，具体结构可参见上述实施方式，在此不再赘述。
其中，机器人210可以是各种类型的机器人，例如六轴机器人、四轴机器人等，在此不做限制。
以上所述仅为本申请的实施方式，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 (10)
1.一种机器人控制柜，其特征在于，包括：
主模块；
至少一个扩展模块，每个所述扩展模块与所述主模块之间均连接有同步时钟通道、通信时钟通道以及至少一条数据传输通道，其中，所述同步时钟通道用于传输所述主模块向各个所述扩展模块发送的同步时钟信号，以使得所述主模块与所述扩展模块均在预设的时钟周期内执行相应动作，所述通信时钟通道用于传输通信时钟信号，所述通信时钟信号用作对所述数据传输通道传输的数据信号的采样时钟信号。
2.根据权利要求1所述的机器人控制柜，其特征在于，所述同步时钟通道、所述通信时钟通道以及所述数据传输通道均由M-LVDS总线实现。
3.根据权利要求2所述的机器人控制柜，其特征在于，所述同步时钟通道为单向传输通道，所述通信时钟通道以及所述数据传输通道均为双向传输通道。
4.根据权利要求3所述的机器人控制柜，其特征在于，所述主模块以及所述扩展模块均包括与所述同步时钟通道连接的第一收发器、与所述通信时钟通道连接的第二收发器以及与所述数据传输通道连接的第三收发器；
其中，当所述扩展模块发生故障时，所述扩展模块内部的所述第二收发器以及所述第三收发器的输出转换为高阻态。
5.根据权利要求1所述的机器人控制柜，其特征在于，所述数据信号的接收端在所述通信时钟信号的上升沿、下降沿中的至少一个对所述数据信号进行采样。
6.根据权利要求1所述的机器人控制柜，其特征在于，所述同步时钟信号的频率大于或者等于预设同步时间间隔的倒数，其中，所述主模块与所述扩展模块执行所述相应动作的时间间隔不超过所述预设同步时间间隔。
7.根据权利要求1所述的机器人控制柜，其特征在于，所述数据传输通道传输的所述数据信号包括数据帧头、有效数据载荷、校验域以及数据帧尾，其中，所述校验域用于校验所述有效数据载荷的合法性。
8.根据权利要求1所述的机器人控制柜，其特征在于，至少一个所述扩展模块包括数字输入输出扩展模块、模拟输入输出扩展模块、绝对式编码器扩展模块、增量式编码器扩展模块、CC-Link总线扩展模块、EtherCAT总线扩展模块中的至少一种。
9.一种机器人系统，其特征在于，所述机器人系统包括机器人以及与所述机器人连接的机器人控制柜，所述机器人控制柜包括：主模块；至少一个扩展模块，每个所述扩展模块与所述主模块之间均连接有同步时钟通道、通信时钟通道以及至少一条数据传输通道，其中，所述同步时钟通道用于传输所述主模块向各个所述扩展模块发送的同步时钟信号，以使得所述主模块与所述扩展模块均在预设的时钟周期内执行相应动作，所述通信时钟通道用于传输通信时钟信号，所述通信时钟信号用作对所述数据传输通道传输的数据信号的采样时钟信号。
10.根据权利要求9所述的机器人系统，其特征在于，所述同步时钟通道、所述通信时钟通道以及所述数据传输通道均由M-LVDS总线实现。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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