CN219419781U - 机器人超声模块接线结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及机器人超声模块接线结构，包括：隔离模块、总线分线器和若干支路分线单元；隔离模块的第一端用于电连接上位机；其中，总线分线器包括总线合线端和至少一个总线分线端；总线合线端电连接隔离模块的第二端，各总线分线端分别电连接用于延伸总线分线端接线距离的线缆，以形成通信总线；每一个支路分线单元设于通信总线上，每一个支路分线单元的第一端电连接通信总线，每一个支路分线单元的第二端用于电连接超声模块；实施本实用新型可以缩短超声模块连接的线缆长度，使机器人内部的线路布局更合理、更简洁，以及所需的布线空间更小。

Description

机器人超声模块接线结构

技术领域

本实用新型涉及机器人超声模块技术领域，尤其涉及机器人超声模块接线结构。

背景技术

在相关技术中，机器人中通常设有大量的超声波模块(下文简称超声模块)，以获取环境信息，随着机器人向小型化发展的趋势，以及机器人需求的额外功能增多，导致内部设备数量增多，使得机器人内部的可用空间逐渐缩小。而现有机器人中的超声模块连接通常是无规律的，使得线路的走线复杂、占用空间大，导致开发人员对机器人的内部布局设计存在很大阻碍。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于，提供一种机器人超声模块接线结构。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种机器人超声模块接线结构，包括：隔离模块、总线分线器和若干支路分线单元；

所述隔离模块的第一端用于电连接上位机；

其中，所述总线分线器包括总线合线端和至少一个总线分线端；所述总线合线端电连接所述隔离模块的第二端，各所述总线分线端分别电连接用于延伸所述总线分线端接线距离的线缆，以形成通信总线；

每一个所述支路分线单元设于所述通信总线上，每一个所述支路分线单元的第一端电连接所述通信总线，每一个所述支路分线单元的第二端用于电连接超声模块。

优选地，每一个所述支路分线单元包括支线分线器和至少一个接头；

其中，所述支线分线器包括支线合线端和至少一个支线分线端；所述支线合线端作为所述支路分线单元的第一端电连接所述通信总线；各所述接头的第一端分别一一电连接各所述支线分线端，各所述接头的第二端组成所述支路分线单元的第二端。

优选地，所述机器人超声模块接线结构还包括至少一个接口拓展器；

其中，每一个所述接口拓展器包括拓展合线端和至少两个拓展分线端，所述拓展合线端连接一所述支线分线端，各所述拓展分线端用于通过所述接头电连接所述超声模块。

优选地，所述隔离模块包括信号隔离单元和电源隔离单元；

所述信号隔离单元的输入端用于电连接所述上位机，所述信号隔离单元的输出端电连接所述总线合线端；

所述电源隔离单元的第一电源输出端电连接所述信号隔离单元的第一电源输入端，所述电源隔离单元的第二电源输出端电连接所述信号隔离单元的第二电源输入端。

优选地，所述信号隔离单元包括数字隔离器U2；

所述数字隔离器U2的一次侧用于电连接所述上位机，所述数字隔离器U2的二次侧电连接所述总线合线端，所述数字隔离器U2的第一供电端电连接所述电源隔离单元的第一电源输出端，所述数字隔离器U2的第二供电端电连接所述电源隔离单元的第二电源输出端。

优选地，所述隔离模块还包括第一信号转换单元和第二信号转换单元；

所述数字隔离器U2的一次侧通过所述第一信号转换单元电连接所述上位机，所述数字隔离器U2的二次侧通过所述第二信号转换单元电连接所述总线合线端。

优选地，所述电源隔离单元包括电源隔离器U1和滤波单元；

所述电源隔离器U1的输入端作为所述电源隔离单元的第一电源输出端用于电连接第一电源，所述电源隔离器U1的输出端电连接所述滤波单元的输入端，所述滤波单元的输出端作为所述电源隔离单元的第二电源输出端。

优选地，所述滤波单元包括第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、保险丝F1、第三稳压管D3、电感L1和第六二极管D6；

所述电源隔离器U1的输出端电连接所述第一电容C1的第一端、第二电容C2的第一端、第三电容C3的第一端和保险丝F1的第一端，所述第一电容C1的第二端、第二电容C2的第二端和第三电容C3的第二端分别电连接第二地，所述保险丝F1的第二端电连接所述第三稳压管D3的阴极和电感L1的第一端，所述第三稳压管D3的阳极电连接所述第二地，所述电感L1的第二端作为所述滤波单元的输出端电连接所述第六二极管D6的阴极，所述第六二极管D6的阳极电连接所述第二地。

优选地，所述隔离模块还包括用于将输入电源转换为第一电源的电压转换单元；

所述电压转换单元的输入端用于电连接所述输入电源，所述电压转换单元的输出端电连接所述电源隔离器U1的输入端。

优选地，所述电压转换单元包括第一降压单元和第二降压单元；

所述第一降压单元的输入端用于电连接所述输入电源，所述第一降压单元的输出端经所述第二降压单元电连接至所述电源隔离器U1的输入端。

实施本实用新型具有以下有益效果：提供一种机器人超声模块接线结构；首先，通过隔离模块实现上位机与超声模块之间的通信数据及电源进行隔离，提高了数据传输的稳定性和可靠性；然后，通过总线分线器及相关线缆，建立通信总线，并可以通过支路分线单元与相应超声模块实现电连接，这样，有效缩短了超声模块连接的线缆长度，使机器人内部的线路布局更合理、更简洁，以及所需的布线空间更小。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：

图1是本实用新型第一实施例中的机器人超声模块接线结构的结构示意图；

图2是本实用新型第二实施例中的机器人超声模块接线结构的结构示意图；

图3是本实用新型第三实施例中的机器人超声模块接线结构的结构示意图；

图4是本实用新型一些实施例中接头与超声模块接头的结构示意图；

图5是本实用新型一些实施例中隔离模块的电路结构图；

图6是本实用新型一些实施例中隔离单元和第二信号转换单元的电路原理图；

图7是本实用新型一些实施例中第一信号转换单元的电路原理图；

图8是本实用新型一些实施例中电源隔离单元的电路原理图；

图9是本实用新型一些实施例中电压转换单元的电路原理图；

图10是本实用新型一些实施例中通信总线的内部接线图。

具体实施方式

为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本实用新型的具体实施方式。

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实用新型中的具体含义。

参见图1至图3，分别是本实用新型第一、第二和第三实施例中的机器人超声模块接线结构的结构示意图。该机器人超声模块接线结构包括：隔离模块1、总线分线器2和若干支路分线单元3；其中，图2和图3未显示隔离模块1。

隔离模块1的第一端用于电连接上位机，隔离模块1用于在各超声模块与上位机进行通信时，对通信数据及电源进行隔离，以提高数据传输的稳定性和可靠性。

总线分线器2包括总线合线端和至少一个总线分线端；总线合线端电连接隔离模块1的第二端，各总线分线端分别电连接用于延伸总线分线端接线距离的线缆，以形成通信总线21；每一个支路分线单元3设于通信总线21上，每一个支路分线单元3的第一端电连接通信总线21，每一个支路分线单元3的第二端用于电连接超声模块。

如图1至图3所示，通信总线21可以包括至少一条总线分路，总线分路的具体数量可以根据机器人的内部结构确定，如机器人的某肢体距离上位机较远，并且通向该肢体的最远端的线缆途径附件设有多个超声模块，那么可以针对性地设置一条总线分路，这样，这些超声模块便可以分别通过相应支路分线单元3及同一条总线分路与上位机实现通信，有利于缩短超声模块连接的线缆长度，使机器人内部的线路布局更合理、更简洁，以及所需的布线空间更小。

需说明的是，第一、第二和第三实施例中的机器人超声模块接线结构的主要区别包括总线分路数量不同，而总线分路的数量是由总线分线器2的总线分线端数量确定。

如图1至图3所示，每一个支路分线单元3包括支线分线器31和至少一个接头32；其中，支线分线器31包括支线合线端和至少一个支线分线端；支线合线端作为支路分线单元3的第一端电连接通信总线21；各接头32的第一端分别一一电连接各支线分线端，各接头32的第二端组成支路分线单元3的第二端，即各接头32的第二端用于电连接超声模块。

该实施例适用在某些超声模块同时距离某个支线分线器31较近的情况，例如某个支线分线器31的设定范围的四周汇聚了多个超声模块，那么可以在该支线分线器31设置对应数量的支线分线端(可参考图2左侧的支线分线器31)，这样，便可以实现一个支线分线器31同时连接与其较近的多个超声模块，有效缩短超声模块通信时的线缆长度，对提高机器人线路的布局合理性和减小布线空间均起到积极作用。

一些实施例中，通信总线21的每一条总线分路的末端均可以通过接头32与超声模块电连接。

在一个可选实施例中，如图2所示，该机器人超声模块接线结构还包括至少一个接口拓展器4；其中，每一个接口拓展器4包括拓展合线端和至少两个拓展分线端，拓展合线端连接一支线分线端，各拓展分线端用于通过接头32电连接超声模块。

该实施例适用在某些超声模块同时距离某个支线分线器31上的某个接头32较近的情况，通过接口拓展器4对该接头32进行接口拓展，使接头32可以就近与多个超声模块实现电连接，进一步地缩短了超声模块通信时的线缆长度。容易理解的，接口拓展器4上的接头32同样可以根据超声模块的位置，利用其它接口拓展器4实现相同方式的接口拓展。

在一个可选实施例中，如图4所示，该机器人超声模块接线结构还包括数量与接头32相应的超声插头，超声插头连接在接头32与超声模块之间。

在一个可选实施例中，如图5所示，隔离模块1包括信号隔离单元11和电源隔离单元12。

信号隔离单元11的输入端用于电连接上位机，信号隔离单元11的输出端电连接总线合线端；电源隔离单元12的第一电源输出端电连接信号隔离单元11的第一电源输入端，电源隔离单元12的第二电源输出端电连接信号隔离单元11的第二电源输入端。

在该实施例中，信号隔离单元11用于对通信总线21中的通信线实现信号隔离，而电源隔离单元12用于对通信总线21中的电源线实现电源隔离。

在一个可选实施例中，如图6所示，信号隔离单元11包括数字隔离器U2。其中，数字隔离器U2的信号可以为ADuM3211(或AduM3201)；ADuM3211的第1引脚和第4引脚组成数字隔离器U2的第一供电端，分别对应为数字隔离器U2的第一电源正端和第一电源负端；ADuM3211的第2引脚和第3引脚组成数字隔离器U2的一次侧，分别对应为数字隔离器U2的一次侧信号接收端和一次则信号输出端；ADuM3211的第8引脚和第5引脚组成数字隔离器U2的第二供电端，分别对应为数字隔离器U2的第二电源正端和第二电源负端；ADuM3211的第7引脚和第6引脚组成数字隔离器U2的二次侧，分别对应为数字隔离器U2的二次侧信号接收端和二次则信号输出端。

数字隔离器U2的一次侧用于电连接上位机，数字隔离器U2的二次侧电连接总线合线端，数字隔离器U2的第一供电端电连接电源隔离单元12的第一电源输出端，数字隔离器U2的第二供电端电连接电源隔离单元12的第二电源输出端。

进一步地，在一些实施例中，信号隔离单元11还包括第九电容C9和第10电容C10。数字隔离器U2的第一电源正端经第九电容C9电连接至地，数字隔离器U2的第二电源正端经第十电容C10电连接至地。

由于上位机与超声模块之间可能存在通信协议的差异，需要进行信号转换才能确保上位机与超声模块正常通信，因此，一些实施例中，如图5所示，隔离模块1还包括第一信号转换单元13和第二信号转换单元14。

数字隔离器U2的一次侧通过第一信号转换单元13电连接上位机，数字隔离器U2的二次侧通过第二信号转换单元14电连接总线合线端。

另外，第一信号转换单元13和第二信号转换单元14具体电路图的组分及连接关系，可参照图6和图7。

在一个可选实施例中，如图8所示，电源隔离单元12包括电源隔离器U1和滤波单元121。其中，电源隔离器U1的型号可以为B0505S-2WR2(也可以为B0505、B1205和B1212等隔离器)；B0505S-2WR2的第1引脚和第2引脚组成电源隔离器U1的输入端；B0505S-2WR2的第6引脚和第4引脚组成电源隔离器U1的输出端。

电源隔离器U1的输入端作为电源隔离单元12的第一电源输出端用于电连接第一电源，电源隔离器U1的输出端电连接滤波单元121的输入端，滤波单元121的输出端作为电源隔离单元12的第二电源输出端。

在一个具体实施例中，如图8所示，滤波单元121包括第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、保险丝F1、第三稳压管D3、电感L1和第六二极管D6。电源隔离器U1的输出端电连接第一电容C1的第一端、第二电容C2的第一端、第三电容C3的第一端和保险丝F1的第一端，第一电容C1的第二端、第二电容C2的第二端和第三电容C3的第二端分别电连接第二地，保险丝F1的第二端电连接第三稳压管D3的阴极和电感L1的第一端，第三稳压管D3的阳极电连接第二地，电感L1的第二端作为滤波单元121的输出端电连接第六二极管D6的阴极，第六二极管D6的阳极电连接第二地。

需说明的是，第一地和第二地分别为不同电源系统的公共地，其中，第一地是指第一电源的公共地，而第二地是指第二电源的公共地。

由于上位机输出的电源电平可能与隔离模块1内的芯片工作电压并不匹配，而电源隔离器U1无电压转换功能，因此，一些实施例中，如图5所示，隔离模块1还包括用于将输入电源转换为第一电源的电压转换单元15。电压转换单元15的输入端用于电连接输入电源，电压转换单元15的输出端电连接电源隔离器U1的输入端。

进一步地，如图9所示，电压转换单元15包括第一降压单元151和第二降压单元152。第一降压单元151的输入端用于电连接输入电源，第一降压单元151的输出端经第二降压单元152电连接至电源隔离器U1的输入端。另外，第一降压单元151和第二降压单元152的具体组分及连接结构可参照图9；其中，第一降压单元151中的第一电压转换芯片U6的型号可以为78M09，第二降压单元152中的第一电压转换芯片U6的型号可以为78M05。

需说明的是，本实用新型中的通信总线21包括通信线和电源线，通信总线21与支路分线单元3中的线路通过并联方式连接的，即相同功能的线路连接在一起。一些实施例中，通信总线21的通信协议为RS-485，在该实施例中，通信总线21的内部接线图可以参考图10。作为选择，通信协议还可以为并口通信、网线通信和CAN通信等其它形式通信协议，而通信线的配置可以根据通信协议确定；如RS-485通信，其通信线包括2条信号线；若为网线通信，则通信线包括8条信号线。

可以理解的，以上实施例仅表达了本实用新型的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制；应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，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，这些都属于本实用新型的保护范围；因此，凡跟本实用新型权利要求范围所做的等同变换与修饰，均应属于本实用新型权利要求的涵盖范围。

Claims (10)

1.一种机器人超声模块接线结构，其特征在于，包括：隔离模块(1)、总线分线器(2)和若干支路分线单元(3)；

所述隔离模块(1)的第一端用于电连接上位机；

其中，所述总线分线器(2)包括总线合线端和至少一个总线分线端；所述总线合线端电连接所述隔离模块(1)的第二端，各所述总线分线端分别电连接用于延伸所述总线分线端接线距离的线缆，以形成通信总线(21)；

每一个所述支路分线单元(3)设于所述通信总线(21)上，每一个所述支路分线单元(3)的第一端电连接所述通信总线(21)，每一个所述支路分线单元(3)的第二端用于电连接超声模块。

2.根据权利要求1所述的机器人超声模块接线结构，其特征在于，每一个所述支路分线单元(3)包括支线分线器(31)和至少一个接头(32)；

其中，所述支线分线器(31)包括支线合线端和至少一个支线分线端；所述支线合线端作为所述支路分线单元(3)的第一端电连接所述通信总线(21)；各所述接头(32)的第一端分别一一电连接各所述支线分线端，各所述接头(32)的第二端组成所述支路分线单元(3)的第二端。

3.根据权利要求2所述的机器人超声模块接线结构，其特征在于，还包括至少一个接口拓展器(4)；

其中，每一个所述接口拓展器(4)包括拓展合线端和至少两个拓展分线端，所述拓展合线端连接一所述支线分线端，各所述拓展分线端用于通过所述接头(32)电连接所述超声模块。

4.根据权利要求1所述的机器人超声模块接线结构，其特征在于，所述隔离模块(1)包括信号隔离单元(11)和电源隔离单元(12)；

所述信号隔离单元(11)的输入端用于电连接所述上位机，所述信号隔离单元(11)的输出端电连接所述总线合线端；

所述电源隔离单元(12)的第一电源输出端电连接所述信号隔离单元(11)的第一电源输入端，所述电源隔离单元(12)的第二电源输出端电连接所述信号隔离单元(11)的第二电源输入端。

5.根据权利要求4所述的机器人超声模块接线结构，其特征在于，所述信号隔离单元(11)包括数字隔离器U2；

所述数字隔离器U2的一次侧用于电连接所述上位机，所述数字隔离器U2的二次侧电连接所述总线合线端，所述数字隔离器U2的第一供电端电连接所述电源隔离单元(12)的第一电源输出端，所述数字隔离器U2的第二供电端电连接所述电源隔离单元(12)的第二电源输出端。

6.根据权利要求5所述的机器人超声模块接线结构，其特征在于，所述隔离模块(1)还包括第一信号转换单元(13)和第二信号转换单元(14)；

所述数字隔离器U2的一次侧通过所述第一信号转换单元(13)电连接所述上位机，所述数字隔离器U2的二次侧通过所述第二信号转换单元(14)电连接所述总线合线端。

7.根据权利要求4至6任一项所述的机器人超声模块接线结构，其特征在于，所述电源隔离单元(12)包括电源隔离器U1和滤波单元(121)；

所述电源隔离器U1的输入端作为所述电源隔离单元(12)的第一电源输出端用于电连接第一电源，所述电源隔离器U1的输出端电连接所述滤波单元(121)的输入端，所述滤波单元(121)的输出端作为所述电源隔离单元(12)的第二电源输出端。

8.根据权利要求7所述的机器人超声模块接线结构，其特征在于，所述滤波单元(121)包括第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、保险丝F1、第三稳压管D3、电感L1和第六二极管D6；

所述电源隔离器U1的输出端电连接所述第一电容C1的第一端、第二电容C2的第一端、第三电容C3的第一端和保险丝F1的第一端，所述第一电容C1的第二端、第二电容C2的第二端和第三电容C3的第二端分别电连接第二地，所述保险丝F1的第二端电连接所述第三稳压管D3的阴极和电感L1的第一端，所述第三稳压管D3的阳极电连接所述第二地，所述电感L1的第二端作为所述滤波单元(121)的输出端电连接所述第六二极管D6的阴极，所述第六二极管D6的阳极电连接所述第二地。

9.根据权利要求7所述的机器人超声模块接线结构，其特征在于，所述隔离模块(1)还包括用于将输入电源转换为第一电源的电压转换单元(15)；

所述电压转换单元(15)的输入端用于电连接所述输入电源，所述电压转换单元(15)的输出端电连接所述电源隔离器U1的输入端。

10.根据权利要求9所述的机器人超声模块接线结构，其特征在于，所述电压转换单元(15)包括第一降压单元(151)和第二降压单元(152)；

所述第一降压单元(151)的输入端用于电连接所述输入电源，所述第一降压单元(151)的输出端经所述第二降压单元(152)电连接至所述电源隔离器U1的输入端。