CN115066115B - 一种用于机器人驱动的控制柜及其组装方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于机器人驱动的控制柜，包括：总控箱，内部设置有电源板和控制板；与机器人一一对应设置的M个扩展箱，所述扩展箱内部设置有连接电源板和控制板的驱动板，所述电源板与M个驱动板串联连接，所述控制板与M个驱动板串联连接；M为大于0的整数。本发明提供的一种用于机器人驱动的控制柜及其组装方法，通过级联方式连接扩展箱，使得总控箱更加小型紧凑，降低总控箱的成本，提高其利用率。

Description

一种用于机器人驱动的控制柜及其组装方法

技术领域

本发明涉及机器人驱动柜领域，尤其涉及一种用于机器人驱动的控制柜及其组装方法。

背景技术

随着工业机器人技术的日趋完善，工业机器人已逐渐渗入到工业生产的各个环节中，工业机器人面临的应用场景也更加复杂多变，固定安装的机器人已逐渐不满足现场的需求，附加轴应用的要求也越来越多，如工位的移动、变位机的控制等。另一方面，核心处理器的计算性能也在大幅提高，单处理器可处理的机器人轴数也越来越多。因此，对于目前常规的机器人控制柜，仅提供机器人自身4轴或6轴的控制，不但无法满足应用场景的需要，而且主控芯片的处理能力也未得到充分发挥。

目前，现场对附加轴的需求是通过控制柜轴扩展的方式来解决，可采用在控制柜内安装附加轴的驱动装置，或新增附加轴控制柜来实现，这种方式在控制柜的利用率以及成本方面均不占优势。例如。现有的控制柜可兼容2-3附加轴已逐渐成为主流，但，附加轴的实现方式却存在有较大的缺陷，通常有两种方案，第一种方式是在控制柜内预留附加轴的安装位置，这种方法的缺点是控制柜的体积较大，当不需要附加轴时，柜内空间浪费较多；第二种方式是配置附加轴控制柜，这种方式的成本较高，且主控柜与附加轴柜之间的通信要求较高，对安装的位置也有要求。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的问题之一。为此，本发明的目的在于提供一种用于机器人驱动的控制柜及其组装方法，通过级联方式连接扩展箱，使得总控箱更加小型紧凑，降低总控箱的成本，提高其利用率。

为了实现上述目的，本申请采用如下技术方案：一种用于机器人驱动的控制柜，包括：

总控箱，内部设置有电源板和控制板；

与机器人一一对应设置的M个扩展箱，所述扩展箱内部设置有连接电源板和控制板的驱动板，所述电源板与M个驱动板串联连接，所述控制板与M个驱动板串联连接；M为大于0的整数。

进一步的，所述控制板和驱动板中均设置有通信接口，所述控制板的通信接口连接第一级扩展箱对应的通信接口，第A级扩展箱对应的通信接口依次连接第A+1级扩展箱对应的通信接口；A为大于0小于M的整数。

进一步的，所述通信接口包含电机驱动控制所需PWM的生成电路，所述通信接口中设置有连接器，所述连接器用于级联上一级或下一级的连接器。

进一步的，所述电源板和驱动板中均设置有驱动接口，所述电源板的驱动接口连接第一级扩展箱对应的驱动接口，第A级扩展箱对应的驱动接口依次连接第A+1级扩展箱对应的驱动接口；A为大于0小于M的整数。

进一步的，所述驱动接口采用铜排直连的方式连接上一级或下一级的驱动接口。

进一步的，所述总控箱包括矩形框架，所述控制板和电源板位于所述总控箱的后端面内部，所述后端面内部还设置有电源板的散热组件，所述总控箱还包括柜门，所述柜门位于总控箱的前端面，所述柜门内部设置有热循环组件；所述总控箱的侧端面设置有外接接口。

进一步的，所述扩展箱为前端开口的矩形框架，所述驱动板位于所述扩展箱的后端面内部，其中，总控箱的控制板和电源板分别通过通信接口和驱动接口连接至第一级扩展箱的驱动板；第A级扩展箱的驱动板分别通过通信接口和驱动接口连接至第A+1级扩展箱的驱动板；A为大于0小于M的整数。

进一步的，所述扩展箱的侧端面设置有热循环组件和外接接口；所述扩展箱的后端面内部还设置有驱动板的散热组件。

进一步的，还包括后罩，所述后罩位于第M级扩展箱的后端。

一种用于机器人驱动的控制柜的组装方法，包括如下步骤：

S01：第一级扩展箱的驱动板分别通过通信接口和驱动接口连接至总控箱的控制板和电源板；

S02：第A+1级扩展箱的驱动板分别通过通信接口和驱动接口连接至第A级扩展箱的驱动板；A为大于0小于M的整数；

当扩展箱的个数需要增加时，将需要增加的扩展箱依次级联在第M级扩展箱后端；

当扩展箱的个数需要减少时，经需要去除的扩展箱拆除，并将剩余的扩展箱依次级联。

本申请实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：本申请通过级联扩展箱的方式来减小总控箱的体积，提高其利用率，具体的，在总控箱内部设置电源板和控制板，扩展箱内部设置驱动板，当扩展箱级联在总控箱中时，扩展箱内部的驱动板连接至总控箱的电源板和控制板；本申请中总控箱的结构固定且紧凑，无需考虑多余附加轴的设计，而是将附加轴对应的驱动板外置在扩展箱内，通过设计扩展箱的连接结构，使得其彼此之间能够实现级联，在具体使用过程中，只需要将规定数量的驱动板对应的扩展箱级联在总控箱后即可；本申请控制柜可以不限扩展箱的数量，能够适用于任意附加轴数量的场景，且能够确保总控箱更加小型紧凑，降低总控箱的成本，提高其利用率。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

附图中：

图1为本申请中控制柜的框架示意图；

图2为本申请中控制柜的结构示意图；

图3为本申请中扩展箱的结构示意图；

图4为本申请中扩展箱后端面的结构示意图；

图5为本申请中驱动板、电源板和控制板的连接示意图。

附图标号：1、总控箱；11、控制板；12、电源板；13、柜门；2、扩展箱；21、驱动板；31、通信接口；32、驱动接口；33、热循环组件；34、驱动板的散热组件；4、后罩。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。以下描述中，需要理解的是，“前”、“后”、“上”、“下”、“左”、“右”、“纵”、“横”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“头”、“尾”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系、以特定的方位构造和操作，仅是为了便于描述本技术方案，而不是指示所指的机构或元件必须具有特定的方位，因此不能理解为对本发明的限制。

还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，“安装”、“相连”、“连接”、“固定”、“设置”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。当一个元件被称为在另一元件“上”或“下”时，该元件能够“直接地”或“间接地”位于另一元件之上，或者也可能存在一个或更多个居间元件。术语“第一”、“第二”、“第三”等仅是为了便于描述本技术方案，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量，由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、机构、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。

请参阅图1-图5，本申请提供的一种用于机器人驱动的控制柜，包括：

总控箱1，内部设置有电源板12和控制板11；

与机器人一一对应设置的M个扩展箱2，扩展箱2内部设置有连接电源板12和控制板11的驱动板21，电源板12与M个驱动板21串联连接，控制板11与M个驱动板21串联连接；M为大于0的整数。

本申请通过级联扩展箱2的方式来减小总控箱1的体积，提高其利用率，具体的，在总控箱1内部设置电源板12和控制板11，扩展箱2内部设置驱动板21，当扩展箱2与总控箱1级联时，扩展箱2内部的驱动板21连接至总控箱1的电源板12和控制板11；本申请中总控箱1的结构固定且紧凑，无需考虑多余附加轴的设计，而是将附加轴对应的驱动板21外置在扩展箱2内，通过设计扩展箱2的连接结构，使得其彼此之间能够实现级联，在具体使用过程中，只需要将规定数量的驱动板21对应的扩展箱2级联在总控箱1后即可；本申请控制柜可以不限扩展箱2的数量，能够适用于任意附加轴数量的场景，且能够确保总控箱1更加小型紧凑，降低总控箱1的成本，提高其利用率。

如图1-图5所示，本申请中驱动板21，包括电机驱动控制所需的PWM生成电路和驱动电机的逆变功能电路。控制板11包括核心处理器以及各种功能模块、对外接口等，用于规划、控制机器人或附加轴的运动；电源板12根据控制板11的控制信号给机器人或附加轴提供电力，可根据机器人或附加轴的数量、功率大小，选用不同规格的电源板12。

机器人可以是4轴、6轴等多轴机器人。机器人各轴由电机驱动运行，每轴可配置有抱闸制动器，也可以不配置。附加轴可以是单轴、2轴或多达6轴的驱动轴。各轴由电机驱动运行，每轴可配置有抱闸制动器，也可以不配置。

控制板11与机器人之间的连接，是因为抱闸制动器属于安全回路的一部分，由主控板统一控制。抱闸制动器对于电机，只能起刹车、制动的作用，是纯粹的物理上的减速，不带有控制的作用。另外，这种抱闸制动器的连接，是并联的，是单纯的信号，不具有通信的功能。

当驱动板21的数量增加或减少时，只需要改变控制板11的参数设置，即可实现其对不同驱动板21的控制。

作为一种具体的实施例，本申请控制板11和驱动板21中均设置有通信接口31，控制板11的通信接口31连接第一级扩展箱对应的通信接口31，第A级扩展箱对应的通信接口31依次连接第A+1级扩展箱对应的通信接口31；A为大于0小于M的整数。通信接口31的作用就是连接控制板11和所有的驱动板21，且控制板11与多个驱动板21之间是级联关系，类似串联结构。

具体的，通信接口31中设置有连接器，连接器用于级联上一级或下一级的连接器。其中，通信接口31指的是控制板11背面以及驱动板21正面或背面的接口，控制板11背面指的是控制板靠近第一级扩展箱的一面，由于驱动板正面和背面的接口所传输的信号完全相同，因此本申请将其统称为通信接口，同时控制板11中的通信接口仅位于其背面，而驱动板21的正面和背面均设置有通信接口31，通信接口中设置有连接器，相邻板卡中相对的两个通信接口通过连接器实现通讯连接。

例如本申请中通信接口31为高速串行通信接口，使用贴片式的端子连接器，在级联的驱动板21之间形成高速串行总线；各驱动板21的通信接口31包含电机驱动控制所需PWM的生成电路，可对总线上的数据进行解析，另外，通信接口31还可实现级联通信功能。

本申请中驱动板21中通信接口31位于驱动板21的底部，控制板11中的通信接口31也位于控制板11的底部，优选的，驱动板21和控制板11中的通信接口31位于相同的高度，便于级联时的顺利连接。

作为一种具体的实施例，本申请电源板12和驱动板21中均设置有驱动接口32，电源板12的驱动接口32连接第一级扩展箱对应的驱动接口32，第A级扩展箱对应的驱动接口32依次连接第A+1级扩展箱对应的驱动接口32；A为大于0小于M的整数。其中，电源板12根据输出功率的不同，具备有多种规格，可驱动一块或多块驱动板21。其中，驱动接口32指的是电源板12背面以及驱动板21正面或背面的接口，电源板12背面指的是电源板12靠近第一级扩展箱的一面，由于驱动板正面和背面的接口所传输的信号完全相同，因此本申请将其统称为驱动接口，同时电源板12中的驱动接口仅位于其背面，而驱动板21的正面和背面均设置有驱动接口32，相邻板卡中相对的两个驱动接口通过铜排连接实现通讯连接。铜排连接指的是通过螺钉穿过板卡上的安装孔洞直接将前后两级的铜排连接在一起的。

具体的，驱动接口32采用铜排直连的方式连接上一级或下一级的驱动接口32。每个扩展箱2中的驱动板21可以支持驱动单个电机或多个电机；

本申请中驱动板21中驱动接口32位于驱动板21的底部，电源板12中的驱动接口32也位于电源板12的底部，优选的，驱动板21和电源板12中的驱动接口32位于相同的高度，便于级联时的顺利连接。

作为一种具体的实施例，本申请总控箱1包括矩形框架，控制板11和电源板12位于总控箱1的后端面内部，控制板11和电源板12的底部设置有通信接口31和驱动接口32，用于实现驱动板21的级联扩展。

总控箱1还包括柜门13，柜门13位于总控箱1的前端面，用于柜内器件、板卡的安装、维修等。

总控箱1的侧端面设置有外接接口。本申请中总控箱1可以形成相对密闭的箱体，用于安装电源板12和控制板11，且在总控箱1的后端面上还可以设置有电源板的散热组件（图中未示出），在柜门13上设置有热循环组件33，热循环组件33用于对密闭的总控箱1内部进行散热，电源板的散热组件用于对电源板12进行散热。

本申请扩展箱2为前端开口的矩形框架，驱动板21位于扩展箱2的后端面内部，其中，第一级扩展箱的驱动板21分别通过通信接口31和驱动接口32连接至总控箱1的控制板11和电源板12；第A级扩展箱的驱动板21分别通过通信接口31和驱动接口32连接至第A+1级扩展箱的驱动板21；A为大于0小于M的整数。

扩展箱2的侧端面设置有热循环组件33和外接接口；扩展箱2的后端面内部还设置有驱动板的散热组件34。驱动板的散热组件34用于对驱动板21进行散热，热循环组件33用于对扩展箱2内部进行散热，扩展箱2前端面开口，其与前侧的总控箱1后端面或者前侧的扩展箱2后端面安装在一起，每个扩展箱2可以形成相对密封的空间，热循环组件33用于对该相对密封的空间进行散热。

本申请控制柜还包括后罩4，后罩4位于第M级扩展箱的后端，后罩4用于对最后一级的扩展箱2进行保护，防止其后端面及其上方的驱动板21和散热装置受到外界伤害。

本申请提供的一种用于机器人驱动的控制柜的组装方法，包括如下步骤：

S01：第一级扩展箱的驱动板21分别通过通信接口31和驱动接口32连接至总控箱1的控制板11和电源板12；

S02：第A+1级扩展箱的驱动板21分别通过通信接口31和驱动接口32连接至第A级扩展箱的驱动板21；A为大于0小于M的整数；

S03：在最后一级的扩展箱2后侧安装后罩4；

S04：当扩展箱2的个数需要增加时，拆卸后罩4，将需要增加的扩展箱2依次级联在第M级扩展箱后端；再安装后罩4；

当扩展箱2的个数需要减少时，经需要去除的扩展箱2拆除，并将剩余的扩展箱2依次级联。

可以理解的，以上实施例仅表达了本发明的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制；应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，可以对上述技术特点进行自由组合，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围；因此，凡跟本发明权利要求范围所做的等同变换与修饰，均应属于本发明权利要求的涵盖范围。

Claims (9)

1.一种用于机器人驱动的控制柜，其特征在于，包括：

总控箱，内部设置有电源板和控制板；

与机器人一一对应设置的M个扩展箱，所述扩展箱内部设置有连接电源板和控制板的驱动板，所述电源板与M个驱动板串联连接，所述控制板与M个驱动板串联连接；M为大于0的整数；

所述控制板和驱动板中均设置有通信接口，所述控制板的通信接口连接第一级扩展箱对应的通信接口，第A级扩展箱对应的通信接口依次连接第A+1级扩展箱对应的通信接口；A为大于0小于M的整数；所述通信接口包含电机驱动控制所需PWM的生成电路。

2.根据权利要求1所述的一种用于机器人驱动的控制柜，其特征在于，所述通信接口中设置有连接器，所述连接器用于级联上一级或下一级的连接器。

3.根据权利要求1所述的一种用于机器人驱动的控制柜，其特征在于，所述电源板和驱动板中均设置有驱动接口，所述电源板的驱动接口连接第一级扩展箱对应的驱动接口，第A级扩展箱对应的驱动接口依次连接第A+1级扩展箱对应的驱动接口；A为大于0小于M的整数。

4.根据权利要求3所述的一种用于机器人驱动的控制柜，其特征在于，所述驱动接口采用铜排直连的方式连接上一级或下一级的驱动接口。

5.根据权利要求1所述的一种用于机器人驱动的控制柜，其特征在于，所述总控箱包括矩形框架，所述控制板和电源板位于所述总控箱的后端面内部，所述后端面内部还设置有电源板的散热组件，所述总控箱还包括柜门，所述柜门位于总控箱的前端面，所述柜门内部设置有热循环组件；所述总控箱的侧端面设置有外接接口。

6.根据权利要求5所述的一种用于机器人驱动的控制柜，其特征在于，所述扩展箱为前端开口的矩形框架，所述驱动板位于所述扩展箱的后端面内部，其中，总控箱的控制板和电源板分别通过通信接口和驱动接口连接至第一级扩展箱的驱动板；第A级扩展箱的驱动板分别通过通信接口和驱动接口连接至第A+1级扩展箱的驱动板；A为大于0小于M的整数。

7.根据权利要求6所述的一种用于机器人驱动的控制柜，其特征在于，所述扩展箱的侧端面设置有热循环组件和外接接口；所述扩展箱的后端面内部还设置有驱动板的散热组件。

8.根据权利要求7所述的一种用于机器人驱动的控制柜，其特征在于，还包括后罩，所述后罩位于第M级扩展箱的后端。

9.一种用于机器人驱动的控制柜的组装方法，其特征在于，采用权利要求1-8任意一项所述的用于机器人驱动的控制柜进行组装，具体包括如下步骤：

S01：第一级扩展箱的驱动板分别通过通信接口和驱动接口连接至总控箱的控制板和电源板；

S02：第A+1级扩展箱的驱动板分别通过通信接口和驱动接口连接至第A级扩展箱的驱动板；A为大于0小于M的整数；

当扩展箱的个数需要增加时，将需要增加的扩展箱依次级联在第M级扩展箱后端；

当扩展箱的个数需要减少时，经需要去除的扩展箱拆除，并将剩余的扩展箱依次级联。

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