[發明專利]機器人關節執行器、關節執行器模組及機器人

有效

• 申請號: 202011548403.1
• 申請日: 2020-12-23
• 公開（公告）號: CN112571421B
• 公開（公告）日: 2022-06-07
• 發明（設計）人: 樊學萍;王少偉
• 申請（專利權）人: 諳布爾（北京）科學技術有限公司
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16;B25J17/00
• 代理公司: 北京金咨知識產權代理有限公司 11612
• 代理人: 宋教花

本發明提供了一種機器人關節執行器、執行器模組及機器人，該執行器包括：電機、電機控制處理器、網絡通信處理器及以太網交換機芯片；以太網交換機芯片與網絡通信處理器連接，并連接第一網口和第二網口，第一網口用于連接組網設備或第二執行器，第二網口用于連接第三執行器；網絡通信處理器用于基于以太網TCP/IP協議進行通信；電機控制處理器連接網絡通信處理器，基于來自網絡通信處理器的信號產生電機驅動控制信號；第一網口與第二網口的信號接收端經由同步信號線連接，同步信號線還連接至網絡通信處理器的同步信號輸入端，第一網口經由網絡連接線接收外部控制設備的網絡信號和同步信號，同步信號經同步信號線傳輸至網絡通信處理器的同步信號輸入端。

技術領域

本發明涉及機器人技術領域，尤其涉及一種機器人關節執行器、關節執行器模組及機器人。

背景技術

目前機器人技術發展迅速，機器人的應用已經滲透到社會的各個領域，同時對機器人的小型化要求、通信帶寬要求、操控靈活性要求和關節操作同步性要求等也日益提高。目前的機器人多為多自由度操控的多關節機器人，機器人關節采用CAN總線、RS485總線或EtherCAT總線實現與機器人外部控制設備的通信。

圖1為采用CAN總線在運動控制中應用的電路結構示意圖。參見圖1，所有節點(電機)通過兩根平行的總線連接在一起，兩條電線組成一條雙絞線，并接有120Ω的特性阻抗。CAN總線通信方式主要存在以下缺點：(1)最高傳輸速度低，只有1Mbps，通常情況下在機器人應用場合難以達到1Mbps，且線纜長度具有嚴格限制；(2)數據幀的負載只有8個字節，一次傳輸的數據量太少，難以滿足機器人日益復雜的運動控制和自動化場合；(3)數據幀只有11bit的地址，尋址空間少，難以進行大規模組網；(4)總線方式通信，導致任意節點的加入都要考慮對總線阻抗的匹配問題；另外只能構成線性網絡，無法實現環形，星型等更復雜的網絡結構；(5)總線方式導致若網絡中出現一個節點發生短路等故障，整個總線全部宕機；(6)總線的通信方式導致和網絡中任意節點的通信過程中，整個網絡處于占用狀態，通信效率低；因為所有的通信信號都在共享線路上傳輸，即使信息只是想發給其中的一個終端，卻會使用廣播的形式，發送給線路上的所有節點；(7)采用半雙工的通信方式，導致發送數據的時候無法接收數據。總的來說，CAN總線通信方式可靠性較差，通信帶寬低，帶機量低，拓撲結構單一，使用成本高。

對于，RS485總線通信方式，其物理層與CAN總線通信方式一致，同樣存在CAN總線通信方式的缺陷，而且還缺乏CAN總線通信方式的網絡管理功能。此外，由于CAN總線或RS485總線為串行通信方式，外部控制設備每次只能發送控制指令到一個機器人關節，對于多自由度的多關節機器人，難以實現對多個關節的同步操縱。另外，每個機器人關節都需要通過一路連接線與外部控制設備連接才能實現CAN總線或485總線通信，所以，多個機器人關節會帶有大量連接線，既增大了體積，又不利于靈活操作。

對于EtherCAT(以太網控制自動化技術)通信方式，其是一個基于100Mbps以太網物理層的工業以太網技術，利用標準的IEEE 802.3以太網幀傳遞。由于EtherCAT只利用了標準以太網的物理層，因此EtherCAT總線拓撲單一，所有的主站和從站均需要特殊的芯片或網絡設備，因此成本高，無法使用通用網絡設備，如交換機，路由器，無法連入互聯網，沒有TCP/IP的概念，導致開發人員需要學習很多相應的技術知識導致使用成本高。

如何滿足目前對機器人日益增高的要求，提供一種高帶寬、成本低、適配性高的機器人構件，是一個亟待解決的問題。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種機器人一體化執行器、執行器模組及機器人，以解決現有技術中存在的一項或多項缺陷。

根據本發明實施例的一個方面，提供了一種機器人關節執行器，該執行器包括：電機控制處理器、網絡通信處理器以及以太網交換機芯片；