[實用新型]模塊化機械臂及機器人系統

有效

• 申請號: 201320708916.3
• 申請日: 2013-11-11
• 公開（公告）號: CN203636815U
• 公開（公告）日: 2014-06-11
• 發明（設計）人: 龐作偉;蔡咸健;龔成
• 申請（專利權）人: 上海未來伙伴機器人有限公司
• 主分類號: B25J9/08
• 分類號: B25J9/08;B25J19/00
• 代理公司: 上海弼興律師事務所 31283
• 代理人: 朱水平;王聰

技術領域

本實用新型涉及一種模塊化機械臂及機器人系統。

背景技術

現在，可控制機械臂技術已經在許多領域得到了廣泛應用，不僅在工業、服務、軍事等各行業發揮重要的作用，其在教育、研究以及玩具方面的應用也越來越多。機械臂是一個集成了機械、電子、軟件、傳感、控制等多種技術的具有很強綜合性的產品。由機械臂構成的機器人很適合用于教學以激發學生對這些技術的興趣和提高學生各方面的能力，機器人本身對于研究機器人所用的各種技術也是很好的一個載體。更因傳統工業機械臂體積龐大，且機構和技術封裝嚴密，只有少數可編程接口供用戶使用，不能便捷地轉移到教學上作為研究使用。因此一種基于POWERLINK通訊的模塊化機械臂機器人系統的實現對解決上述問題極具實用性和必要性。

相對于結構固定的一體式的機械臂，模塊化機械臂在搭接、組裝、重構方面具有更大的靈活性，通過不同的方式組裝搭接可應用于各種場合。模塊化機械臂的多個模塊在控制和動作方面必須較好地協調，才能真正達到控制各個模塊協同工作的效果。并且，現有的機械臂中，各個模塊之間以及模塊和上位機之間的數據傳輸速度均較低，在在模塊數較多、控制較為復雜的情況下，模塊化機械臂的各個部分在控制的同時性上受到較大影響，并且穩定性也有所不足，從而使得各個模塊無法很好地協同工作，更無法實現對機械臂動作的實時控制。

實用新型內容

本實用新型要解決的技術問題是為了克服現有技術中的模塊化機械臂中各個組件無法很好地協同工作，以及無法實時控制機械臂的動作的缺陷，提出一種模塊化機械臂及機器人系統。

本實用新型是通過下述技術方案來解決上述技術問題的：

本實用新型提供了一種模塊化機械臂，其特點在于，包括若干組件，該若干組件相互固定連接或活動連接，每個組件包括總線接口、驅動設備、以太網通訊設備和用于控制組件運動的電機。每個以太網通訊設備經由相應的總線接口連接至一POWERLINK工業以太網總線，該POWERLINK工業以太網總線的一端連接至一上位機。每個組件中，以太網通訊設備和驅動設備通信連接，驅動設備用于通過以太網通訊設備接收該上位機的指令、并向該電機發送驅動指令。

其中，該驅動指令對應于該驅動設備接收到的該上位機的指令。該POWERLINK工業以太網總線是現有的一種建立在標準以太網介質上的總線，其遵循OSI模型（即開放式通信系統互聯參考模型），規定了OSI模型中的物理層、數據鏈路層和應用層。其中，物理層采用標準的以太網，數據鏈路層規定了兩種通信機制，即基于請求/應答模式和基于定時主動上報模式。

與其它的實時總線必須基于ASIC芯片不同，該POWERLINK工業以太網總線可基于通用的芯片來實現。ASIC芯片是指為專門目的而設計的集成電路，是指應特定用戶要求和特定電子系統的需要而設計、制造的集成電路，而通用的芯片則包括了ARM公司的芯片產品、FPGA（現場可編程門陣列）芯片、多協議芯片如Hilscher公司的Net?X芯片、龍芯等。

該POWERLINK工業以太網總線包括可編程邏輯器件或定制/半定制芯片上的POWERLINK通訊協議主從站內核。其中該上位機是主站節點，包括以太網通訊設備的各個組件是從站節點。該上位機通過該POWERLINK工業以太網總線發送控制命令給各個從站，從站通過總線實時響應控制命令，并返回反饋信號至該上位機。

較佳地，每個以太網通訊設備包括一FPGA芯片、一網絡芯片和一網絡接口，該FPGA芯片與該網絡芯片通信，該網絡芯片通過該網絡接口連接至該POWERLINK工業以太網總線。

也就是說，在硬件上，每個以太網通訊設備只用一塊通用的FPGA就可以實現。相較而言，FPGA相比于其他芯片能夠達到更好的實時性能，例如ALTERA公司或XILINX公司生產的通用FPGA芯片都可適用。一般來說，采用FPGA可以達到200微秒的系統刷新能力。

較佳地，該網絡芯片和該網絡接口經由一網絡變壓器連接。

較佳地，該網絡芯片為DP83640TVV芯片，該FPGA芯片和該DP83640TVV芯片通過MII接口通信，該網絡接口為RJ45網絡接口。