[实用新型]一体化关节执行器、关节执行器模组及机器人

说明书

本实用新型提供了一种一体化关节执行器、关节执行器模组及机器人，该执行器包括：电机、编码器、电机控制处理器、电机驱动电路、网络通信处理器、以太网物理层模块以及以太网交换机芯片；以太网交换机芯片连接网络通信处理器与第一网口，第一网口用于连接其他关节执行器或外部控制设备；以太网物理层模块连接网络通信处理器和以太网交换机芯片；网络通信处理器用于基于以太网TCP/IP协议进行通信，接收外部控制设备的控制信号；电机控制处理器用于基于来自网络通信处理器的信号产生电机驱动控制信号；编码器连接电机控制处理器和电机，用于检测电机转速和转动角度并将检测结果传输给电机控制处理器；电机驱动电路连接电源和电机控制处理器。

技术领域

本实用新型涉及机器人技术领域，尤其涉及一种一体化关节执行器、关节执行器模组及机器人。

背景技术

目前机器人技术发展迅速，机器人的应用已经渗透到社会的各个领域，同时对机器人的小型化要求、通信带宽要求、操控灵活性要求和关节操作同步性要求等也日益提高。目前的机器人多为多自由度操控的多关节机器人，机器人关节采用CAN总线、RS485总线或EtherCAT总线实现与机器人外部控制设备的通信。

图1为采用CAN总线在运动控制中应用的电路结构示意图。参见图1，所有节点(电机)通过两根平行的总线连接在一起，两条电线组成一条双绞线，并接有120Ω的特性阻抗。CAN总线通信方式主要存在以下缺点：(1)最高传输速度低，只有1Mbps，通常情况下在机器人应用场合难以达到1Mbps，且线缆长度具有严格限制；(2)数据帧的负载只有8个字节，一次传输的数据量太少，难以满足机器人日益复杂的运动控制和自动化场合；(3)数据帧只有11bit的地址，寻址空间少，难以进行大规模组网；(4)总线方式通信，导致任意节点的加入都要考虑对总线阻抗的匹配问题；另外只能构成线性网络，无法实现环形，星型等更复杂的网络结构；(5)总线方式导致若网络中出现一个节点发生短路等故障，整个总线全部宕机；(6)总线的通信方式导致和网络中任意节点的通信过程中，整个网络处于占用状态，通信效率低；因为所有的通信信号都在共享线路上传输，即使信息只是想发给其中的一个终端，却会使用广播的形式，发送给线路上的所有节点；(7)采用半双工的通信方式，导致发送数据的时候无法接收数据。总的来说，CAN总线通信方式可靠性较差，通信带宽低，带机量低，拓扑结构单一，使用成本高。

对于，RS485总线通信方式，其物理层与CAN总线通信方式一致，同样存在CAN总线通信方式的缺陷，而且还缺乏CAN总线通信方式的网络管理功能。此外，由于CAN总线或RS485总线为串行通信方式，外部控制设备每次只能发送控制指令到一个机器人关节，对于多自由度的多关节机器人，难以实现对多个关节的同步操纵。另外，每个机器人关节都需要通过一路连接线与外部控制设备连接才能实现CAN总线或485总线通信，所以，多个机器人关节会带有大量连接线，既增大了体积，又不利于灵活操作。

对于EtherCAT(以太网控制自动化技术)通信方式，其是一个基于100Mbps以太网物理层的工业以太网技术，利用标准的IEEE 802.3以太网帧传递。由于EtherCAT只利用了标准以太网的物理层，因此EtherCAT总线拓扑单一，所有的主站和从站均需要特殊的芯片或网络设备，因此成本高，无法使用通用网络设备，如交换机，路由器，无法连入互联网，没有TCP/IP的概念，导致开发人员需要学习很多相应的技术知识导致使用成本高。

如何满足目前对机器人日益增高的要求，提供一种高带宽、成本低、适配性高的机器人构件，是一个亟待解决的问题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供了一种机器人一体化执行器、执行器模组及机器人，以解决现有技术中存在的一项或多项缺陷。

根据本实用新型实施例的一个方面，提供了一种机器人关节执行器，该执行器包括：该执行器包括：电机、编码器、电机控制处理器、电机驱动电路、网络通信处理器、以太网物理层模块以及以太网交换机芯片；