CN217883671U

CN217883671U - 5g专网环境中的cpe装置及使用其的焊接机器人系统

Info

Publication number: CN217883671U
Application number: CN202222365436.3U
Authority: CN
Inventors: 宋同富; 曹旭芹
Original assignee: Suzhou Molian Communication Technology Co ltd
Current assignee: Suzhou Molian Communication Technology Co ltd
Priority date: 2022-09-06
Filing date: 2022-09-06
Publication date: 2022-11-22
Anticipated expiration: 2032-09-06

Abstract

本实用新型揭示了一种5G专网环境中的CPE装置及使用其的焊接机器人系统，包括CPE主体，所述CPE主体包括第一壳体，第一壳体内设有电路板，电路板上搭载有CPU、5G模组，还包括组合天线，组合天线包括固设在第一壳体顶部的第二壳体，设置在第二壳体内的PCB天线，PCB天线在第二壳体底部平铺固定设置。本实用新型的组合天线采用内置PCB天线且PCB天线平铺的结构设计，所有PCB天线均集成在第二壳体中，结构紧凑，同时，在外侧第二壳体的保护下，PCB天线不会因误碰导致朝向变化甚至折断，能够在工业应用环境中稳定工作，可靠性强。本实用新型还揭示了一种焊接机器人系统，机器视觉传感器和CPE装置之间通过第一、二毫米波无线通信模块通信，并借助CPE装置实现与机器人控制器的通信，可靠性强。

Description

5G专网环境中的CPE装置及使用其的焊接机器人系统

技术领域

本实用新型涉及通信设备技术领域，具体涉及一种5G专网环境中的CPE装置及使用其的焊接机器人系统。

背景技术

在工业自动化领域，工业机器人的应用越来越多，尤其是在劳动密集型生产企业，正逐步使用工业机器人来执行重复性的工作。工业机器人的应用，除了可以取代工人外，还可以实现生产、制造过程中的数据实时采集、分析、判定，提升生产效率和产品品质。生产过程中的大量数据的实时分析处理，得益于当今的数字技术、传感器技术以及通信技术的发展与应用。

5G，即第五代移动通信技术，是工业互联网发展的关键使能技术。5G的三大类应用场景：增强移动宽带、超高可靠与低延迟通信、大规模机器通信。后两个应用场景主要是面向工业等实体行业需求而设计的。5G技术可以有效地解决工业有线技术的移动性差、组网不灵活、特殊环境下铺设网络困难的问题。

5G技术为工业机器人的部署，尤其是机器人的可移动部署带来了便利。5G可以为工业机器人提供高速率的无线网络接入、低时延和高可靠性通信。特别地，5G专网基站环境下部署的工业应用，可以提供大规模网络部署、更优的通信时延、依据不同的应用场景灵活地配置基站上下行参数等。而CPE装置(Customer Premises Equipment，用户前置设备)是一种5G无线网络接入终端，可为工业机器人等工业设备提供5G网络通信。

现有的CPE装置普遍采用竖起的外置天线(类似于传统路由器的棒状天线)，天线物理尺寸较大，在高度方向上会侵占较大空间，且天线与CPE装置的连接处纤细而易折断。工业应用环境中布线复杂，在搬运、操作等生产过程中，很容易误碰到天线，导致天线朝向变化，影响天线工作效能，甚至导致天线折断，外置天线的可靠性较差；同时，生产加工平台上需要搭建机器人手臂、传感器等等，因此，留给通信设备的空间紧张。因此，亟需提供一种物理尺寸紧凑、可靠性强的CPE装置。

CPE装置工作时会产生热量，尤其是CPU以及5G模组工作中消耗功率大，会有明显的温升，需要为CPE装置增加散热措施，使其在工业环境下可以稳定工作，同时，CPE装置的5G模组一侧设有天线底座，天线通过线缆与天线底座连接，使得天线能够与5G模组通信，现有CPE装置的天线底座是仅通过卡扣方式固定在电路板上的，安装、使用过程中都有可能从电路板上松脱，天线底座的固定方式不牢靠。

此外，工业焊接机器人系统为了实时采集分析焊接数据，需要搭配机器视觉传感器，来采集三维加工影像及相关数据。现有机器视觉传感器与焊接机器人的控制器之间通过有线连接，但由于机器视觉传感器固定于焊接机器人前端，焊接机器人的活动关节会往返频繁地转动、变换位置等等，机器视觉传感器与机器人控制器之间的有线连接，容易出现接触不良、断线、脱落等等可靠性问题及风险，从而会影响生产效率。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种5G专网环境中的CPE装置及使用其的焊接机器人系统。

为实现上述实用新型目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种5G专网环境中的CPE装置，包括CPE主体，所述CPE主体包括第一壳体，所述第一壳体内设有电路板，所述电路板上搭载有CPU、5G模组，还包括组合天线，所述组合天线包括固设在所述第一壳体顶部的第二壳体，设置在所述第二壳体内的PCB天线，所述PCB天线在所述第二壳体底部平铺固定设置。

作为本实用新型进一步改进的技术方案，所述PCB天线的数量为4块，4块所述PCB天线沿一圆周的径向且间隔90度排布，两块所述PCB天线最接近处的间距大于15毫米。

作为本实用新型进一步改进的技术方案，所述PCB天线是5GN78频段的PCB全向天线。

作为本实用新型进一步改进的技术方案，所述第二壳体顶部边缘设有圆角。

作为本实用新型进一步改进的技术方案，所述第二壳体底部设有背胶层，以与所述第一壳体顶部粘接，所述第二壳体还通过贯穿第一壳体顶部的螺栓与所述第一壳体固定连接。

作为本实用新型进一步改进的技术方案，所述5G模组一侧设有天线底座，所述天线底座与所述电路板卡扣连接，所述第一壳体内部位于电路板上方设有第一散热器，所述第一散热器至少与CPU、5G模组导热接触，所述第一散热器延伸至天线底座上方，以将天线底座压实固定在电路板上。

作为本实用新型进一步改进的技术方案，所述第一壳体内部位于电路板下方设有第二散热器，所述第二散热器与电路板背面导热接触。

作为本实用新型进一步改进的技术方案，所述第一壳体外侧靠近底部设有固定侧耳和/或所述第一壳体底部固设有导轨卡扣。

作为本实用新型进一步改进的技术方案，还包括SIM接口，所述SIM接口对外提供一个标准的SIM插座，所述SIM接口对内通过SDIO接口接到5G模组，所述第一壳体上与所述SIM插座对位，可拆卸连接的设有盖板。

一种焊接机器人系统，包括焊接机器人、机器视觉传感器、机器人控制器，还包括上述5G专网环境中的CPE装置，所述5G专网环境中的CPE装置的CPU连接有第一毫米波无线通信模块，所述机器视觉传感器连接有与所述第一毫米波无线通信模块配合的第二毫米波无线通信模块，所述5G专网环境中的CPE装置与机器人控制器之间通过有线通信接口连接。

相对于现有技术，本实用新型的技术效果在于：

本实用新型的组合天线采用内置PCB天线且PCB天线平铺的结构设计，组合天线整体呈扁平状，所有PCB天线均集成在第二壳体中，结构紧凑，同时，在外侧第二壳体的保护下，PCB天线不会因误碰导致朝向变化甚至折断，能够在工业应用环境中稳定工作，可靠性强。

通过设置第一散热器、第二散热器，可以帮助CPE装置散热，同时，通过第一散热器将天线底座压实固定在电路板上，可以使天线底座固定得更牢靠。

机器视觉传感器和CPE装置之间通过第一、二毫米波无线通信模块通信，并借助CPE装置实现与机器人控制器的通信，机器视觉传感器与机器人控制器之间没有有线连接，机器视觉传感器与机器人控制器之间不会因焊接机器人的活动关节频繁运动导致通信中断，可靠性强。

附图说明

图1是5G专网环境中的CPE装置的立体结构示意图；

图2是透视第二壳体后的5G专网环境中的CPE装置的俯视结构示意图；

图3是组合天线与CPE主体分体结构示意图；

图4是CPE主体的分体结构示意图；

图5是电路板的立体结构示意图；

图6是焊接机器人系统的系统架构示意图；

图7是焊接机器人系统的通信框图示意图。

具体实施方式

以下将结合附图所示的具体实施方式对本实用新型进行详细描述。但这些实施方式并不限制本实用新型，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本实用新型的保护范围内。

请参见图1至7，一种5G专网环境中的CPE装置，包括CPE主体1，所述CPE主体1包括第一壳体11，所述第一壳体11内设有电路板12，所述电路板12上搭载有CPU、5G模组13，还包括组合天线2，所述组合天线2包括固设在所述第一壳体11顶部的第二壳体21(塑料材质)，设置在所述第二壳体21内的PCB天线22，所述PCB天线22在所述第二壳体21底部平铺固定设置。

需要说明的是，PCB天线22为现有装置，其尺寸较传统竖直设置的外置天线较小。平铺设置的PCB天线22厚度很小(采用柔性电路板的PCB天线22厚度可以薄到0.25毫米)。

进一步的，所述PCB天线22的数量为4块，4块所述PCB天线22沿着以第二壳体21底板的中心为圆心的一个圆周的径向排布，相邻PCB天线22之间间隔90度，两块所述PCB天线22最接近处(相邻PCB天线22靠近圆心一端的邻近边角为最近处)的间距大于15毫米。上述PCB天线22的排布设定是为了保障PCB天线22之间的隔离度，使PCB天线22的效能达到更优。

进一步的，所述PCB天线22是5GN78频段的PCB全向天线。

在3GPP协议中，5G的总体频谱资源可以分为以下两个FR(Frequency Range)。FR1：450MHz–6000MHz(Sub-6GHz)频段，即，低频频段，是5G的主用频段。FR2：24250MHz–52600MHz频段，即，高频频段，为5G的扩展频段，频谱资源丰富。

FR1的优点是频率低，绕射能力强，覆盖效果好，是当前5G的主用频谱。

FR2的优点是超大带宽，频谱干净，干扰较小，作为5G后续的扩展频率。

N78频段具有频率从3.3G到3.4G的100MHz带宽，用于室内，是电信、联通、广电共建共享的频谱资源，本实用新型CPE装置接入的5G专网优选为N78频段。

5G全频PCB天线22需要考虑NRFR1即Sub-6GHz内全频段，与只支持N78频段的PCB天线22对比看，5G全频PCB天线22的尺寸就会显得大很多。5GN78频段的PCB全向天线是在现有5G全频PCB全向天线基础上删除支持其他频段的功能单元实现的，可以进一步优化组合天线2的整体体积。

进一步的，所述第二壳体21顶部边缘设有圆角。圆角设计是为了减少刮碰。

进一步的，所述第二壳体21底部设有背胶层，以与所述第一壳体11顶部粘接，所述第二壳体21还通过贯穿第一壳体11顶部的螺栓23与所述第一壳体11固定连接。螺栓23伸入第一壳体11内部的一端通过螺母紧固。同时通过粘接、螺栓23连接，使得组合天线2在CPE主体1顶部安装牢靠。

进一步的，所述5G模组13一侧设有天线底座14，所述天线底座14与所述电路板12卡扣连接，所述第一壳体11内部位于电路板12上方设有第一散热器15，所述第一散热器15至少与CPU、5G模组13导热接触，所述第一散热器15延伸至天线底座14上方，以将天线底座14压实固定在电路板12上。

第一散热器15在与天线底座14的压合面上设有软垫。

进一步的，所述第一壳体11内部位于电路板12下方设有第二散热器16，所述第二散热器16与电路板12背面导热接触。

第一散热器15、第二散热器16与发热部件的配合间隙中填充有导热材料，例如液态导热硅胶，以提高热传导效率。

第一散热器15、第二散热器16可以通过螺丝、焊接等方式固定连接在电路板12上，也可通过螺丝固定在第一壳体11内壁上，并通过设计合适的散热器厚度，使得第一散热器15、第二散热器16可在第一壳体11组装完毕后，在第一壳体11内壁的抵压下压合在电路板12上。

进一步的，所述第一壳体11外侧靠近底部设有固定侧耳17和/或所述第一壳体11底部固设有导轨卡扣18。

本实用新型提供了CPE装置的多种安装方式，例如，可以通过在固定侧耳17上锁螺丝固定，也可通过固定侧耳17挂在挂钩上以挂靠方式固定，还可通过35毫米的标准导轨卡扣18固定在电气箱的35毫米标准导轨3上，还可以通过导轨卡扣18固定在导轨3上并通过固定侧耳17在导轨3上锁螺丝加固固定。

当然，不排除还有其他安装固定方式，例如在第一壳体11底部设置磁吸块，通过磁力吸附固定在铁质结构件上。

进一步的，还包括SIM接口，所述SIM接口对外提供一个标准的SIM插座，所述SIM接口对内通过SDIO接口接到5G模组13，所述第一壳体11上与所述SIM插座对位，可拆卸连接的设有盖板19。

设置盖板19的目的是为了避免SIM卡松动，以及防灰。

请参见图6-7，一种焊接机器人系统，包括焊接机器人4、机器视觉传感器5、机器人控制器，还包括上述5G专网环境中的CPE装置，所述5G专网环境中的CPE装置的CPU连接有第一毫米波无线通信模块，所述机器视觉传感器5连接有与所述第一毫米波无线通信模块配合的第二毫米波无线通信模块，所述5G专网环境中的CPE装置与机器人控制器之间通过有线通信接口连接。

毫米波无线通信接口，采用频率60GHz的V波段，实现短距离点对点、高速、可靠的无线通信。通信距离在厘米级别，功耗低，但速度有保证，60GHz也避开了嘈杂的2.4GHz等常用无线电频段，实际应用中通信不会受到干扰和干扰其它设备。

CPE装置搭载第一毫米波无线通信模块，机器视觉传感器5搭载第二毫米波无线通信模块，可以实现机器视觉传感器5的无接触数据传输，从而，可以有效地解决机器视觉传感器5有线通信可能存在的连接可靠性问题，减少传感器的维护工作，从而，节省了大量成本。

gNB5GN78专网基站，为部署焊接机器人4的工厂提供5G网络覆盖。

CPE装置，内部集成了CPU、5G模组13，PCB天线22等，接入到5G专网基站，向下为CPE装置后端设备提供网络服务。

CPE装置向下提供LAN口(有线千兆网口)，机器人控制器通过线缆接到该LAN口，进而可以与网络上的工业应用的服务器系统做数据交互，也可以与机器视觉传感器5做数据交互，可以实现机器人的远程操作控制与状态监控。工业控制总线接口可以连接到其他各类传感器。

焊接机器人4由活动关节41、焊枪42等构成。通过3D机器视觉传感器5，可以检测待加工件6的位置状态。在焊接的过程中，3D机器视觉传感器5可以通过从不同角度的扫描，检测待加工件6并创建三维图像，加上算法，可以识别、判定焊缝加工品质。

CPE装置的CPU通过数据通信接口，如USB、PCIE等与5G模组13连接；5G模组13集成了与gNB5GN78专网基站通信的功能模块，组合天线2通过IPEX天线接口与5G模组13相连(PCB天线22通过线缆连接到天线底座14)；SIM接口对外提供了一个标准的SIM插座，SIM接口对内通过SDIO接到5G模组13。

相对于现有技术，本实用新型的技术效果在于：

本实用新型的组合天线2采用内置PCB天线22且PCB天线22平铺的结构设计，组合天线2整体呈扁平状(相较传统竖直设置的外置天线而言)，所有PCB天线22均集成在第二壳体21中，结构紧凑，同时，在外侧第二壳体21的保护下，PCB天线22不会因误碰导致朝向变化甚至折断，能够在工业应用环境中稳定工作，可靠性强。

通过设置第一散热器15、第二散热器16，可以帮助CPE装置散热，同时，通过第一散热器15将天线底座14压实固定在电路板12上，可以使天线底座14固定得更牢靠。

机器视觉传感器5和CPE装置之间通过第一、二毫米波无线通信模块通信，并借助CPE装置实现与机器人控制器的通信，机器视觉传感器5与机器人控制器之间没有有线连接，机器视觉传感器5与机器人控制器之间不会因焊接机器人4的活动关节41频繁运动导致通信中断，可靠性强。

最后应说明的是：以上实施方式仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施方式对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施方式技术方案的精神和范围。

Claims

1.一种5G专网环境中的CPE装置，包括CPE主体，所述CPE主体包括第一壳体，所述第一壳体内设有电路板，所述电路板上搭载有CPU、5G模组，其特征在于，还包括组合天线，所述组合天线包括固设在所述第一壳体顶部的第二壳体，设置在所述第二壳体内的PCB天线，所述PCB天线在所述第二壳体底部平铺固定设置。

2.根据权利要求1所述的一种5G专网环境中的CPE装置，其特征在于，所述PCB天线的数量为4块，4块所述PCB天线沿一圆周的径向且间隔90度排布，两块所述PCB天线最接近处的间距大于15毫米。

3.根据权利要求1所述的一种5G专网环境中的CPE装置，其特征在于，所述PCB天线是5GN78频段的PCB全向天线。

4.根据权利要求1所述的一种5G专网环境中的CPE装置，其特征在于，所述第二壳体顶部边缘设有圆角。

5.根据权利要求1所述的一种5G专网环境中的CPE装置，其特征在于，所述第二壳体底部设有背胶层，以与所述第一壳体顶部粘接，所述第二壳体还通过贯穿第一壳体顶部的螺栓与所述第一壳体固定连接。

6.根据权利要求1所述的一种5G专网环境中的CPE装置，其特征在于，所述5G模组一侧设有天线底座，所述天线底座与所述电路板卡扣连接，所述第一壳体内部位于电路板上方设有第一散热器，所述第一散热器至少与CPU、5G模组导热接触，所述第一散热器延伸至天线底座上方，以将天线底座压实固定在电路板上。

7.根据权利要求1所述的一种5G专网环境中的CPE装置，其特征在于，所述第一壳体内部位于电路板下方设有第二散热器，所述第二散热器与电路板背面导热接触。

8.根据权利要求1所述的一种5G专网环境中的CPE装置，其特征在于，所述第一壳体外侧靠近底部设有固定侧耳和/或所述第一壳体底部固设有导轨卡扣。

9.根据权利要求1所述的一种5G专网环境中的CPE装置，其特征在于，还包括SIM接口，所述SIM接口对外提供一个标准的SIM插座，所述SIM接口对内通过SDIO接口接到5G模组，所述第一壳体上与所述SIM插座对位，可拆卸连接的设有盖板。

10.一种焊接机器人系统，包括焊接机器人、机器视觉传感器、机器人控制器，其特征在于，还包括权利要求1-9任一项所述的5G专网环境中的CPE装置，所述5G专网环境中的CPE装置的CPU连接有第一毫米波无线通信模块，所述机器视觉传感器连接有与所述第一毫米波无线通信模块配合的第二毫米波无线通信模块，所述5G专网环境中的CPE装置与机器人控制器之间通过有线通信接口连接。