[实用新型]模块化机械臂及机器人系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种模块化机械臂及机器人系统。

背景技术

现在，可控制机械臂技术已经在许多领域得到了广泛应用，不仅在工业、服务、军事等各行业发挥重要的作用，其在教育、研究以及玩具方面的应用也越来越多。机械臂是一个集成了机械、电子、软件、传感、控制等多种技术的具有很强综合性的产品。由机械臂构成的机器人很适合用于教学以激发学生对这些技术的兴趣和提高学生各方面的能力，机器人本身对于研究机器人所用的各种技术也是很好的一个载体。更因传统工业机械臂体积庞大，且机构和技术封装严密，只有少数可编程接口供用户使用，不能便捷地转移到教学上作为研究使用。因此一种基于POWERLINK通讯的模块化机械臂机器人系统的实现对解决上述问题极具实用性和必要性。

相对于结构固定的一体式的机械臂，模块化机械臂在搭接、组装、重构方面具有更大的灵活性，通过不同的方式组装搭接可应用于各种场合。模块化机械臂的多个模块在控制和动作方面必须较好地协调，才能真正达到控制各个模块协同工作的效果。并且，现有的机械臂中，各个模块之间以及模块和上位机之间的数据传输速度均较低，在在模块数较多、控制较为复杂的情况下，模块化机械臂的各个部分在控制的同时性上受到较大影响，并且稳定性也有所不足，从而使得各个模块无法很好地协同工作，更无法实现对机械臂动作的实时控制。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是为了克服现有技术中的模块化机械臂中各个组件无法很好地协同工作，以及无法实时控制机械臂的动作的缺陷，提出一种模块化机械臂及机器人系统。

本实用新型是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：

本实用新型提供了一种模块化机械臂，其特点在于，包括若干组件，该若干组件相互固定连接或活动连接，每个组件包括总线接口、驱动设备、以太网通讯设备和用于控制组件运动的电机。每个以太网通讯设备经由相应的总线接口连接至一POWERLINK工业以太网总线，该POWERLINK工业以太网总线的一端连接至一上位机。每个组件中，以太网通讯设备和驱动设备通信连接，驱动设备用于通过以太网通讯设备接收该上位机的指令、并向该电机发送驱动指令。

其中，该驱动指令对应于该驱动设备接收到的该上位机的指令。该POWERLINK工业以太网总线是现有的一种建立在标准以太网介质上的总线，其遵循OSI模型（即开放式通信系统互联参考模型），规定了OSI模型中的物理层、数据链路层和应用层。其中，物理层采用标准的以太网，数据链路层规定了两种通信机制，即基于请求/应答模式和基于定时主动上报模式。

与其它的实时总线必须基于ASIC芯片不同，该POWERLINK工业以太网总线可基于通用的芯片来实现。ASIC芯片是指为专门目的而设计的集成电路，是指应特定用户要求和特定电子系统的需要而设计、制造的集成电路，而通用的芯片则包括了ARM公司的芯片产品、FPGA（现场可编程门阵列）芯片、多协议芯片如Hilscher公司的Net X芯片、龙芯等。

该POWERLINK工业以太网总线包括可编程逻辑器件或定制/半定制芯片上的POWERLINK通讯协议主从站内核。其中该上位机是主站节点，包括以太网通讯设备的各个组件是从站节点。该上位机通过该POWERLINK工业以太网总线发送控制命令给各个从站，从站通过总线实时响应控制命令，并返回反馈信号至该上位机。

较佳地，每个以太网通讯设备包括一FPGA芯片、一网络芯片和一网络接口，该FPGA芯片与该网络芯片通信，该网络芯片通过该网络接口连接至该POWERLINK工业以太网总线。

也就是说，在硬件上，每个以太网通讯设备只用一块通用的FPGA就可以实现。相较而言，FPGA相比于其他芯片能够达到更好的实时性能，例如ALTERA公司或XILINX公司生产的通用FPGA芯片都可适用。一般来说，采用FPGA可以达到200微秒的系统刷新能力。

较佳地，该网络芯片和该网络接口经由一网络变压器连接。

较佳地，该网络芯片为DP83640TVV芯片，该FPGA芯片和该DP83640TVV芯片通过MII接口通信，该网络接口为RJ45网络接口。