CN110303488A - 一种基于电力线载波通讯技术的机器人伺服驱动*** - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于电力线载波通讯技术的机器人伺服驱动***，用于解决现有技术中驱动器与驱动器之间通讯部件结构繁杂，缺乏紧凑性，必须同时设置输出功率母线和工业通信总线，无法灵活配置，可靠性与***集成性不足的技术问题，包括：工业交互模块、电力线、机器人关节驱动模块；其中，所述机器人关节驱动模块包括载波通信模块、驱动器和电机，所述驱动器连接所述电机；所述工业交互模块包括：工业通信接口、工业端通信芯片、工业端载波耦合电路。实施本发明的技术方案可实现在结构紧凑的前提下，简化结构，具备灵活配置的能力，安装空间灵活，不需要同时使用外部工业通信总线到机械臂内部，拥有较好的可靠性与高度的***集成性的技术效果。

Description

一种基于电力线载波通讯技术的机器人伺服驱动***

技术领域

本发明涉及工业机器人，特别涉及一种基于电力线载波通讯技术的机器人伺服驱动***。

背景技术

随着经济的发展，生产规模的扩大，自动化的提高，工业机器人的使用也越来越广泛。目前对于工业机器人领域或者服务机器人领域，机器人一般具有6或者8关节，从而实现多自由度动作，其每一个关节均需要配置一套伺服驱动***以实现指令的接收，伺服电机的控制等功能。目前在各类机器人设计中，伺服驱动器有大体三类配置方式：一类是伺服驱动器均安装在外部的控制柜内，每一台伺服驱动器和关节电机之间引出电机驱动功率线缆和电机编码器线缆进行连接，这种连接方式造成伺服驱动器和电机之间引线过多，布线混乱；第二类是采用高功率密度超小体积尺寸的伺服驱动器嵌入式的安装在机器人机械臂内部空间，在物理距离上靠近伺服电机安装，因为驱动器安装在机械臂内部空间且靠近电机本体安装，因而外部需要输入功率母线和工业通信总线到机械臂内部，并且和每一台伺服驱动器连接；第三类为伺服驱动器和电机本体为一体化设计，驱动器背靠安装在电机尾部端部，这样驱动器和电机本体之间基本无引线存在，结构更加紧凑，但是外部电源供电母线和通信总线线缆还是需要引入机械臂内部并和每一台伺服驱动器连接，无法实现灵活配置。

故市场亟需一种可以在结构紧凑的前提下，具备灵活配置的能力，安装空间灵活，不需要同时使用外部工业通信总线到机械臂内部，具有较好的可靠性与***集成性的工业机器人

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明中披露了一种基于电力线载波通讯技术的机器人伺服驱动***，本发明的技术方案是这样实施的：

一种基于电力线载波通讯技术的机器人伺服驱动***包括：工业交互模块、电力线和机器人关节驱动模块；其中，所述机器人关节驱动模块包括载波通信模块、驱动器和电机，所述驱动器连接所述电机；所述工业交互模块包括：工业通信接口、工业端通信芯片、工业端载波耦合电路，所述工业通信接口连接外部工业通讯总线和所述工业端通信芯片，接收工业驱动信号并传输至所述工业端通信芯片；所述工业端通信芯片连接所述工业端载波耦合电路，将所述工业驱动信号转换为载波驱动信号并发送至所述工业端载波耦合电路；所述工业端载波耦合电路连接电力线，将所述载波驱动信号耦合至所述电力线；所述载波通信模块包括：驱动器端载波耦合电路、驱动器端接收滤波电路、驱动器端通信芯片和驱动器端通信接口，所述驱动器端载波耦合电路连接电力线和驱动器端接收滤波电路，所述载波耦合电路接收来自所述电力线的载波驱动信号，并将所述载波驱动信号发送至所述接收滤波单元；所述驱动器端接收滤波电路连接所述驱动器端通信芯片，对所述载波驱动信号进行滤波处理，并将其传输至所述驱动器端通信芯片；所述电机端通讯芯片连接所述驱动器端通信接口，将所述载波驱动信号转化为驱动器信号，并传输至所述驱动器端通信接口；所述驱动器连接所述驱动器端通信接口和所述电机，接收所述驱动器信号，并向所述电机输出控制信号；所述电力线连接所述控制器、所述工业交互模块、所述载波通信模块和所述机器人关节驱动模块，并给其供电。

优选地，所述工业交互模块还包括工业端接收滤波电路和反馈通信芯片；所述驱动器端通信芯片连接所述驱动器端载波耦合电路，接收来自所述驱动器端通信接口的反馈信号，将所述反馈信号转化为反馈载波信号；所述驱动器端载波耦合电路接收所述反馈载波信号并耦合至所述电力线；所述工业端接收滤波电路连接所述工业端载波耦合电路和所述反馈通信芯片，所述工业端载波耦合电路接收来自所述电力线的所述反馈载波信号，并传输至所述反馈通信芯片；所述反馈通信芯片连接至所述工业通信接口，将所述反馈载波信号转换为工业反馈信号，并将所述工业反馈信号通过所述工业通信接口传输至所述控制器。

优选地，所述工业交互模块还包括工业端信号功率控制电路，所述工业端信号功率控制电路连接所述工业端通信芯片和所述载波耦合电路，调整所述工业驱动信号的功率，并将其发送至所述工业端载波耦合电路。

优选地，所述载波通信模块还包括驱动器端信号功率控制电路，所述驱动器端信号功率控制电路连接所述驱动器端通信芯片和所述驱动器端载波耦合电路，调整所述反馈载波信号功率，并将其发送至所述驱动器端载波耦合电路。

优选地，所述机器人关节驱动模块的数量设置为大于一个的。

优选地，所述工业端载波耦合电路和/或所述驱动器端载波耦合电路还包括变压电路，所述变压电路的输入端与所述电力线连接。

优选地，所述电机为伺服电机；所述驱动器为伺服驱动器。

实施本发明的技术方案可解决现有技术中驱动器与驱动器之间，驱动器和机器人中心控制器之间，通讯部件结构繁杂，缺乏紧凑性，必须同时设置输出功率母线和工业通信总线，无法灵活配置，可靠性与***集成性不足的技术问题；实施本发明的技术方案，通过将输出功率母线和工业通信总线合一，可实现在结构紧凑的前提下，具备灵活配置的能力，安装空间灵活，不需要同时使用外部工业通信总线到机械臂内部，具有较好的可靠性与***集成性的技术效果。

附图说明

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，下面描述中的附图仅仅是本发明的一种实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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。

图1为本发明的一种具体实施方式的信号传递过程示意图；

图2为本发明的一种优选的实施方式的工业端载波耦合电路、驱动器端载波耦合电路结构示意图；

图3位本发明的一种优选的实施方式的电力供应结构示意图。

在上述附图中，各图号标记分别表示：

1-工业交互模块；

11-工业通信接口；

12-工业端通信芯片；

13-工业端载波耦合电路；

14-工业端接收滤波电路；

15-反馈通信芯片；

16-工业端信号功率控制电路；

2-电力线；

3-机器人关节驱动模块；

31-载波通信模块；

311-驱动器端载波耦合电路；

312-驱动器端接收滤波电路；

313-驱动器端通信芯片；

314-驱动器端通信接口；

315-驱动器端信号功率控制电路；

32-驱动器；

33-电机；

4-外部工业通讯总线

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在一种具体的实施例中，如图1、2、3所示，一种基于电力线载波通讯技术的机器人伺服驱动***包括：工业交互模块1、电力线2和机器人关节驱动模块3；其中，机器人关节驱动模块3包括载波通信模块31、驱动器和电机，驱动器连接电机；工业交互模块1包括：工业通信接口11、工业端通信芯片12、工业端载波耦合电路13，工业通信接口11连接外部工业通讯总线4和工业端通信芯片12，接收工业驱动信号并传输至工业端通信芯片12；工业端通信芯片12连接工业端载波耦合电路13，将工业驱动信号转换为载波驱动信号并发送至工业端载波耦合电路13；工业端载波耦合电路13连接电力线2，将载波驱动信号耦合至电力线2；载波通信模块31包括：载波通信模块311、驱动器端接收滤波电路312、驱动器端通信芯片313和驱动器端通信接口314，载波通信模块311连接电力线2和驱动器端接收滤波电路312，载波耦合电路接收来自电力线2的载波驱动信号，并将载波驱动信号发送至接收滤波单元；驱动器端接收滤波电路312连接驱动器端通信芯片313，对载波驱动信号进行滤波处理，并将其传输至驱动器端通信芯片313；电机端通讯芯片连接驱动器端通信接口314，将载波驱动信号转化为驱动器信号，并传输至驱动器端通信接口314；驱动器连接驱动器端通信接口314和电机，接收驱动器信号，并向电机输出控制信号；电力线2连接控制器、工业交互模块1、载波通信模块31和机器人关节驱动模块3，并给其供电。

在该种具体的实施方式中，驱动器32用于控制电机33，电机33用于驱动机器人关节动作；工业交互模块1可以设置于机器人之中，也可以设置在如控制柜等流水线控制中枢之中，工业交互模块1负责将工业通信接口11的工业通信信号转化为载波通信信号，当工业通信接口11接收到工业驱动信号后，将该工业驱动信号通过电缆传递给工业通信芯片12，工业通信芯片12将相应的信号转化为载波驱动信号，载波驱动信号传输给工业端载波耦合电路13，工业端载波耦合电路13将其耦合后输出到电力线2之上；载波通信模块31的用于实现机器人关节驱动模块3向外部工业通讯总线4方向的信息流动，电力线2的载波驱动信号经过驱动器端载波耦合电路311，实现了电力线2上的载波驱动信号的接收，驱动器端载波耦合电路311接收的载波驱动信号再经过驱动器端接收滤波电路312，共同实现了对电力线2载波信号的接收与滤波，经过滤波后的载波驱动信号传输到驱动器端通信芯片313，经过驱动器端通信芯片313转化，产生驱动器信号，并将其传输至驱动器端通信接口314，驱动器32接收驱动器端通信接口314的信号并向电机33传输控制信号，从而实现外部工业通讯总线4到机器人关节驱动模块3的信息交流；外部工业通讯总线4可以是线连的自动化生产线的控制柜，也可以是采用无线连接方式连接如手机等移动设备；电力线2在作为信号传递线路的同时，承担着各个模块供电的功能，从而实现了电力供应线与工业通信线之间的合一，从而实现了结构的紧凑与***的高度集成，安装空间灵活，可以实现灵活的配置，具有良好的可靠性的技术效果。

在一种优选的实施方式中，如图1所示，工业交互模块1还包括工业端接收滤波电路14和反馈通信芯片15；驱动器端通信芯片313连接驱动器端载波耦合电路311，接收来自驱动器端通信接口314的反馈信号，将反馈信号转化为反馈载波信号；驱动器端载波耦合电路311接收反馈载波信号并耦合至电力线2；工业端接收滤波电路14连接工业端载波耦合电路13和反馈通信芯片15，工业端载波耦合电路13接收来自电力线2的反馈载波信号，并传输至反馈通信芯片15；反馈通信芯片15连接至工业通信接口11，将反馈载波信号转换为工业反馈信号，并将工业反馈信号通过工业通信接口11传输至控制器。

在该优选的实施方式中，工业端接收滤波电路14用于在外部工业通讯总线4处接收来自电力线2的滤波操作，滤波信号经过滤波之后，传递给反馈通信芯片15，从而转换为外部工业通讯总线4可识别的数字信号；当机器人关节驱动模块3接收到控制信号后会通过驱动器端通信接口314发出反馈信号，向外部工业通讯总线4确认信号已收到并执行，驱动器端通信芯片313将驱动器端通信接口314传输来的反馈信号转换为反馈载波信号并将其传递给驱动器端载波耦合电路311，驱动器端载波耦合电路311将该反馈载波信号耦合至电力线2上，电力线2将该反馈载波信号传递到工业端后，工业端载波耦合电路13接收来自电力线2的反馈载波信号，经过工业端接收滤波电路14进行信号过滤后传输给反馈通信芯片15，反馈通信芯片15将该反馈载波信号转换为工业反馈信号并通过工业通信接口11传输给外部工业通讯总线4，从而实现了机器人关节驱动模块3在接收到外部工业通讯总线4传来的信号之后对外部工业通讯总线4的信号反馈，提高了***信号传递的可靠性，增加了***的稳定性。

在一种优选的实施方式中，如图1所示，工业交互模块1还包括工业端信号功率控制电路16，工业端信号功率控制电路16连接工业端通信芯片12和载波耦合电路，调整工业驱动信号的功率，并将其发送至工业端载波耦合电路13。

在该种优选的实施方式中，信号在线路的传输过程中必然存在着衰减，采用工业端信号功率控制电路16，可以放大工业驱动信号，保证工业驱动信号的传输质量。

在一种优选的实施方式中，如图1所示，载波通信模块31还包括驱动器端信号功率控制电路315，驱动器端信号功率控制电路315连接驱动器端通信芯片313和驱动器端载波耦合电路311，调整反馈载波信号功率，并将其发送至驱动器端载波耦合电路311。

在该种优选的实施方式中，信号在线路的传输过程中必然存在着衰减，采用驱动器端信号功率控制电路315，可以放大反馈载波信号，保证反馈载波信号的传输质量。

在一种优选的实施方式中，机器人关节驱动模块3的数量设置为大于一个的。

机器人关节驱动模块3的数量与机器人关节相适应，每一个机器人关节都要有一个机器人关节驱动模块3，每一个关节驱动模块都独立控制其对应的机器人关节。

在一种优选的实施方式中，工业端载波耦合电路13和/或驱动器端载波耦合电路311还包括变压电路，变压电路的输入端与电力线2连接。

在该种优选的实施方式中，变压电路对通信模块和直流或者交流母线之间进行电气隔离，从而降低各个部件之间的电磁干扰，提高信号传输质量。

在一种优选的实施方式中，如图1所示，电机为伺服电机；驱动器为伺服驱动器。

在该种优选的实施方式中，伺服驱动***具有可使电机速度，位置控制精度非常准确，可以将电压电流信号转化为转矩和转速以及位置信号以驱动控制对象，伺服电机转子转速及位置受输入信号控制，并能快速反应，在自动控制***中，用作执行元件，且具有机电时间常数小、线性度高、始动电压等特性，可以满足在电力线载波机器人的运作过程中的精度要求；伺服驱动器连接至伺服电机之上通过位置、速度和力矩等多种方式对伺服电机进行控制，从而实现高精度的传动***定位控制，伺服驱动器采用数字信号处理器作为控制核心，可以实现比较复杂的控制算法，使得整个***具备高度的数字化、网络化和智能化。

需要指出的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于电力线载波通讯技术的机器人伺服驱动***，其特征在于，包括：工业交互模块、电力线和机器人关节驱动模块；其中，

所述机器人关节驱动模块包括载波通信模块、驱动器和电机，所述驱动器连接所述电机；

所述工业交互模块包括：工业通信接口、工业端通信芯片、工业端载波耦合电路，所述工业通信接口连接外部工业通讯总线和所述工业端通信芯片，接收工业驱动信号并传输至所述工业端通信芯片；

所述工业端通信芯片连接所述工业端载波耦合电路，将所述工业驱动信号转换为载波驱动信号并发送至所述工业端载波耦合电路；

所述工业端载波耦合电路连接电力线，将所述载波驱动信号耦合至所述电力线；

所述载波通信模块包括：驱动器端载波耦合电路、驱动器端接收滤波电路、驱动器端通信芯片和驱动器端通信接口，所述驱动器端载波耦合电路连接电力线和驱动器端接收滤波电路，所述载波耦合电路接收来自所述电力线的载波驱动信号，并将所述载波驱动信号发送至所述接收滤波单元；

所述驱动器端接收滤波电路连接所述驱动器端通信芯片，对所述载波驱动信号进行滤波处理，并将其传输至所述驱动器端通信芯片；

所述电机端通讯芯片连接所述驱动器端通信接口，将所述载波驱动信号转化为驱动器信号，并传输至所述驱动器端通信接口；

所述驱动器连接所述驱动器端通信接口和所述电机，接收所述驱动器信号，并向所述电机输出控制信号；

所述电力线连接所述控制器、所述工业交互模块、所述载波通信模块和所述机器人关节驱动模块，并给其供电。

2.根据权利要求1所述的一种基于电力线载波通讯技术的机器人伺服驱动***，其特征在于，所述工业交互模块还包括工业端接收滤波电路和反馈通信芯片；所述驱动器端通信芯片连接所述驱动器端载波耦合电路，接收来自所述驱动器端通信接口的反馈信号，将所述反馈信号转化为反馈载波信号；

所述驱动器端载波耦合电路接收所述反馈载波信号并耦合至所述电力线；

所述工业端接收滤波电路连接所述工业端载波耦合电路和所述反馈通信芯片，所述工业端载波耦合电路接收来自所述电力线的所述反馈载波信号，并传输至所述反馈通信芯片；

所述反馈通信芯片连接至所述工业通信接口，将所述反馈载波信号转换为工业反馈信号，并将所述工业反馈信号通过所述工业通信接口传输至所述控制器。

3.根据权利要求2所述的一种基于电力线载波通讯技术的机器人伺服驱动***，其特征在于，所述工业交互模块还包括工业端信号功率控制电路，所述工业端信号功率控制电路连接所述工业端通信芯片和所述载波耦合电路，调整所述工业驱动信号的功率，并将其发送至所述工业端载波耦合电路。

4.根据权利要求3所述的一种基于电力线载波通讯技术的机器人伺服驱动***，其特征在于，所述载波通信模块还包括驱动器端信号功率控制电路，所述驱动器端信号功率控制电路连接所述驱动器端通信芯片和所述驱动器端载波耦合电路，调整所述反馈载波信号功率，并将其发送至所述驱动器端载波耦合电路。

5.根据权利要求4所述的一种基于电力线载波通讯技术的机器人伺服驱动***，其特征在于，所述机器人关节驱动模块的数量设置为大于一个的。

6.根据权利要求5所述的一种基于电力线载波通讯技术的机器人伺服驱动***，其特征在于，所述工业端载波耦合电路和/或所述驱动器端载波耦合电路还包括变压电路，所述变压电路的输入端与所述电力线连接。

7.根据权利要求6所述的一种基于电力线载波通讯技术的机器人伺服驱动***，其特征在于，所述电机为伺服电机；所述驱动器为伺服驱动器。