一种通信扩展装置、程序更新方法和工业机器人与流程

1.本发明属于通信技术领域，具体涉及一种通信扩展装置、程序更新方法和工业机器人，尤其涉及一种集成多种通信总线的信号采集器装置、程序更新方法和工业机器人。


背景技术：

2.在工业机器人的现场控制应用领域，需要在运动控制器的基础上根据现场应用需求外接各种扩展模块。随着通信节点的增多，扩展系列模块增多，以ethercat(以太网)信号采集器作为i/o(输入/输出)扩展模块的系列产品得到广泛应用。
3.而对于产品的常规程序更新工作，在实际应用中也时有发生。通常情况下对控制器产品的flash(多媒体软件平台)等程序的更新，多使用板级jtag(joint test action group，联合测试工作组)口来进行在线程序烧写更新，但考虑到在实际使用中用户往往习惯使用usb或者标准的网口来进行程序烧写更新，如果采用jtag口烧写更新还需要对产品结构进行拆卸并逐个更新，使得整体操作复杂、繁琐。
4.上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于，提供一种通信扩展装置、程序更新方法和工业机器人，以解决以ethercat信号采集器作为i/o扩展模块的产品，在程序更新时多使用板级jtag口来进行在线程序烧写更新，需要对产品的结构进行拆卸并逐个更新，使得整体操作复杂、繁琐的问题，达到通过在物理以太网口集成多种通信总线接口，使多种通信总线协议通过一根通信网线可选择性完成多种通信任务，使程序更新时的操作简单化的效果。
6.本发明提供一种通信扩展装置中，所述通信扩展装置，能够应用于工业机器人的信号采集器的主站控制器与从站模块之间的通信扩展；所述通信扩展装置，包括：通信总线单元和耦合器；所述通信总线单元，包括：第一通信总线和第二通信总线；所述第一通信总线的通信功能、以及所述第二通信总线的通信功能，通过一根网线实现；所述主站控制器，通过所述一根网线，连接至所述耦合器；所述耦合器，连接至所述从站模块。
7.在一些实施方式中，所述第一通信总线，包括：ethercat总线；所述第二通信总线，包括：spi通信总线或i2c通信总线；其中，所述主站控制器的第一通信端口，通过所述一根网线中用于实现所述第一通信总线的通信功能的部分通信线路，连接至所述耦合器的一个第一通信端口；所述耦合器的另一个第一通信端口，通过所述一根网线中用于实现所述第二通信总线的通信功能的另一部分通信线路，连接至外部设备的一个第一通信端口。
8.在一些实施方式中，还包括：端口转换单元；其中，所述外部设备，包括：主机pc端；所述耦合器的另一个第一通信端口，通过所述一根网线中用于实现所述第二通信总线的通信功能的另一部分通信线路，连接至所述端口转换单元的一个第一通信端口；所述端口转换单元的第二通信端口，连接至所述主机pc端的第二通信端口。
9.在一些实施方式中，所述第一通信端口和所述第二通信端口，均采用屏蔽网口。
10.在一些实施方式中，所述第一通信端口，包括：rj45端口；所述第二通信端口，包括：usb端口。
11.在一些实施方式中，所述从站模块，包括：n个从站，n为正整数；所述耦合器，连接至n个所述从站中的第一从站；n个所述从站总的第一从站至第n从站中，相邻两个从站相连。
12.在一些实施方式中，n个所述从站总的第一从站至第n从站中，相邻两个从站之间，采用金手指级联的方式相连。
13.与上述装置相匹配，本发明再一方面提供一种工业机器人，包括：以上所述的通信扩展装置。
14.与上述装置相匹配，本发明再一方面提供一种通信扩展装置的程序更新方法，包括：在所述通信扩展装置的外部设备包括主机pc端的情况下，通过所述主机pc端，实现对所述通信扩展装置的程序更新控制。
15.由此，本发明的方案，通过使扩展模块通过采用ethercat总线进行实时通信，以太网物理接口采用4根数据线进行通信，而剩余的数据端口则可作为其他总线的数据传输，实现在物理以太网口集成多种通信总线接口，能够在不增加额外端口的情况下通过本身自带的以太网接口来进行程序烧写更新数据的传输；从而，通过在物理以太网口集成多种通信总线接口，使多种通信总线协议通过一根通信网线可选择性完成多种通信任务，使程序更新时的操作简单化。
16.同时，本发明的方案，利用金手指级联的方式，来满足采集器产品组间扩展模块的多种总线数据通信，能够提升扩展模块间数据更新烧写效率，降低产品整体体积和成本，减少了特定烧写端口的预留。
17.本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。
18.下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
19.图1为本发明的通信扩展装置的一实施例的结构示意图；
20.图2为本发明的一种集成多种通信总线的信号采集器装置的一实施例的结构示意图。
具体实施方式
21.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例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做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。
22.如果采用jtag口烧写更新，还需要对产品结构进行提前预留对应的接口出来，这样的话整体操作复杂、繁琐且预留接口成本较高。
23.对于ethercat信号采集器产品，其体积空间要求较为苛刻，没有多余的空间来预
留相应的jtag接口，所以改善该问题也就直接关系到产品的整体体积的优化效果。
24.根据本发明的实施例，提供了一种通信扩展装置。参见图1所示本发明的装置的一实施例的结构示意图。所述通信扩展装置，能够应用于工业机器人的信号采集器的主站控制器与从站模块之间的通信扩展。所述通信扩展装置，包括：通信总线单元和耦合器。所述通信总线单元，包括：第一通信总线和第二通信总线。所述第一通信总线的通信功能、以及所述第二通信总线的通信功能，通过一根网线实现。也就是说，一根网线中的一部分线，能够实现第一通信总线的通信功能。该网线中的另一部分线，能够实现第二通信总线的通信功能。
25.所述主站控制器，通过所述一根网线，连接至所述耦合器。所述耦合器，连接至所述从站模块。
26.考虑到，相关方案中，扩展模块通过采用ethercat总线进行实时通信，所以以太网物理接口主要采用4根数据线进行通信就够了，而剩余的数据端口则可作为其他总线的数据传输，从而达到在不增加额外端口的情况下通过本身自带的以太网接口来进行程序烧写更新数据的传输。所以，本发明的方案，提供一种集成多种通信总线的信号采集器装置，作为一个整体方案，用于解决扩展级联模块程序烧录效率的问题，也同时有效利用了标准以太网口的通信线资源。
27.在本发明的方案中，设计一种集成于标准物理以太网口的多种总线通信方案，解决相关方案中模块组间更新烧写需拆卸外壳或者预留特定jtag口的问题，提升产品烧写可靠性以及抗干扰性，解决采集器产品程序烧写更新复杂繁琐的问题，无需拆机以及逐个进行更新。
28.一些方案，提供一种用于机器人的大脑通信系统控制器、控制方法及机器人，其主要422通信总线传递多路控制信号，对机器人各关键部位等通信控制节点进行链路通信。而本发明的方案，提出关于多种通信总线协议通过一根通信网线可选择性完成多种通信任务。
29.在一些实施方式中，所述第一通信总线，包括：ethercat总线。所述第二通信总线，包括：spi通信总线或i2c通信总线。
30.其中，所述主站控制器的第一通信端口，通过所述一根网线中用于实现所述第一通信总线的通信功能的部分通信线路，连接至所述耦合器的一个第一通信端口。
31.所述耦合器的另一个第一通信端口，通过所述一根网线中用于实现所述第二通信总线的通信功能的另一部分通信线路，连接至外部设备的一个第一通信端口。
32.图2为本发明的一种集成多种通信总线的信号采集器装置的一实施例的结构示意图。在图2所示的例子中，网线兼容主站控制器与从站的ethercat总线与spi/i2c协议通信线。
33.在一些实施方式中，所述通信扩展装置，还包括：端口转换单元。
34.其中，所述外部设备，包括：主机pc端。所述耦合器的另一个第一通信端口，通过所述一根网线中用于实现所述第二通信总线的通信功能的另一部分通信线路，连接至所述端口转换单元的一个第一通信端口。所述端口转换单元的第二通信端口，连接至所述主机pc端的第二通信端口。
35.在一些实施方式中，所述第一通信端口和所述第二通信端口，均采用屏蔽网口。
36.在本发明的方案中，采用标准屏蔽网口，提高产品可靠性和可维护性，避免工业环境下干扰耦合问题。
37.在一些实施方式中，所述第一通信端口，包括：rj45端口。所述第二通信端口，包括：usb端口。
38.如图2所示，一种集成多种通信总线的信号采集器装置，包括：主站控制器、主机pc端、耦合器、以及从站1至从站10。主站控制器的rj45接口，通过ethercat总线连接至耦合器的一个rj45接口。耦合器的另一rj45接口，通过spi或i2c通讯协议连接至rj45转usb接口装置的rj45接口。rj45转usb接口装置的usb接口，连接至主机pc端。其中，ethercat总线与spi或i2c通讯总线，是通过网线实现的。网线中的一部分通信线实现ethercat总线的功能，网线中的另一部分通信线实现spi或i2c通讯总线的功能。
39.在图2所示的例子中，引入rj45转usb接口装置，方便用于spi/i2c协议通信。
40.在一些实施方式中，所述从站模块，包括：n个从站，n为正整数。
41.所述耦合器，连接至n个所述从站中的第一从站(如从站1)。n个所述从站总的第一从站至第n从站中，相邻两个从站相连。
42.在图2所示的例子中，耦合器连接至从站1，从站1连接至从站2，从站2与从站10之间依次连接。
43.在一些实施方式中，n个所述从站总的第一从站至第n从站中，相邻两个从站之间，采用金手指级联的方式相连。各从站控制器排插式采用金手指级联的方式相连完成通信任务。
44.与此同时，考虑到采集器产品组间采用金手指级联的方式来进行数据通信，如果可以利用金手指级联的方式，来满足采集器产品组间模块的多种总线数据通信，那么整体的成本和效率又会大大提高。因此，同步调整金手指的设计方案，将每个模块的i2c(两线式串行总线)、spi(串行外设接口)等总线线路集成在金手指中，从而达到，通过一条数据线，一个接口就可以更新一组级联模块的程序的效果，大大的缩短了产品维护成本及客户更新效率。
45.其中，金手指(connecting finger)，是电脑硬件，如内存条上与内存插槽之间、显卡与显卡插槽等，所有的信号都是通过金手指进行传送的。金手指由众多金黄色的导电触片组成，因其表面镀金而且导电触片排列如手指状，所以称为“金手指”。
46.在本发明的方案中，设计一种集成多种总线通信数据的金手指通信方案，提升模块间数据更新烧写效率，降低产品整体体积和成本，减少了特定烧写端口的预留，缩小了产品整体体积，降低成本。具体地，各从站之间通过金手指级联方式通信连接。如在图2所示的例子中，从站1与从站10中的相邻从站之间，通过金手指级联的方式连接。
47.还有一些方案，公开了一种机器人本体以及本体内设置了母板，并对应母板接口插槽进行外接模块的选择。而本发明的方案，基于机器人信号采集器产品，相关扩展模块级联通过金手指级联方式连接通信。
48.采用本发明的技术方案，通过使扩展模块通过采用ethercat总线进行实时通信，以太网物理接口采用4根数据线进行通信，而剩余的数据端口则可作为其他总线的数据传输，实现在物理以太网口集成多种通信总线接口，能够在不增加额外端口的情况下通过本身自带的以太网接口来进行程序烧写更新数据的传输。从而，通过在物理以太网口集成多
种通信总线接口，使多种通信总线协议通过一根通信网线可选择性完成多种通信任务，使程序更新时的操作简单化。
49.根据本发明的实施例，还提供了对应于通信扩展装置的一种工业机器人。该工业机器人可以包括：以上所述的通信扩展装置。
50.由于本实施例的工业机器人所实现的处理及功能基本相应于装置的实施例、原理和实例，故本实施例的描述中未详尽之处，可以参见前述实施例中的相关说明，在此不做赘述。
51.采用本发明的技术方案，通过使扩展模块通过采用ethercat总线进行实时通信，以太网物理接口采用4根数据线进行通信，而剩余的数据端口则可作为其他总线的数据传输，实现在物理以太网口集成多种通信总线接口，能够提升产品烧写可靠性以及抗干扰性。
52.根据本发明的实施例，还提供了对应于装置的一种通信扩展装置的程序更新方法，包括：在所述通信扩展装置的外部设备包括主机pc端的情况下，通过所述主机pc端，实现对所述通信扩展装置的程序更新控制。
53.在本发明的方案中，设计一种满足外部实时主机pc端一网更新程序的程序更新系统，提升产品维护效率和降低维护成本。
54.其中，一网更新，具体是指：借助产品的金手指级联，取消各从站控制器单独j-tag口的设置，通过主机pc端usb转rj45接口，进而spi/i2c协议实现对各从站控制器的程序更新，是一种程序更新系统。
55.如图2所示的信号采集器产品网络通信方案设计架构的具体实施过程，参见以下示例性说明。
56.本发明的方案是基于信号采集器系列扩展模块，设计的。在信号采集器的各扩展模块中，各模组之间通过金手指级联的方式进行通信，在实施过程中，各金手指通过外部带有插槽的弹片式连接器进行连接，并与耦合器模块进行通信，耦合器模块以提供从机各模组所需电源、防护设计。
57.其中，信号采集器，是一种配套工业机器人进行外部数字模拟量信号的采集处理等的采集器，信号采集器涉及的扩展模块包括16路p/n型输入/输出板、温度采集模块、编码器模块、单轴伺服模块等。
58.相关方案中，金手指只有6个通道，其中4线用于ethercat总线通信，另外2线作为级联电源供电。鉴于各模块组程序更新烧写需拆卸外壳或者预留特定jtag口的问题，提出一种集成于标准物理以太网口的多种总线通信方案，如图2所示的例子，当增加从站1-从站10的级联模块时，程序更新烧写的工序繁琐的问题将暴露的很明显，故在本发明的方案中硬件将原程序更新数据线路集成在网络级联的金手指中，将原本单一ethercat通信总线的金手指接口，变为同步集成spi/i2c总线的多种通信接口装置，如此，实现既不增加模块的体积和繁琐的拆卸模块，又能同时便捷的对后级多个模块同时进行数据更新的效果。
59.如图2所示的例子，主站控制器与从站采用单端网口连接到耦合器，标准物理以太网接口网线中一般有8根数据线，即4对双绞线组成，两组4线的100mbsp带宽可以满足主站控制器与耦合器模块的ethercat通信任务(假如1-4线定义ethercat总线任务)，5-6线用于模组正常工作的电源供电，7-8线定义spi或i2c协议用，这样集成于标准物理以太网口的多种总线通信方案，既解决常规模块组间更新烧写需拆卸外壳或者预留特定jtag口的问题，
减小了产品整体体积，又降低了产品开发成本，提升产品烧写可靠性以及抗干扰性。采用标准的屏蔽网口可以提高产品的可靠性能和可维护性，避免工业环境中干扰耦合问题。
60.这种集成于标准物理以太网口的多种总线通信方案，一方面，可以实现主站控制器与从站的ethercat通信，另一方面，为满足可通过外部主机pc端对各模组的在线程序烧录更新程序的目的，如图2所示的例子中设计引入一种rj45转usb接口装置，将rj45中集成的spi或i2c总线，由转换装置通过usb与电脑端进行数据通信，从而满足外部实时主机pc端一网更新程序的目的。
61.如图2所示的整体通信设计方案，集成标准物理以太网接口的多种通信数据的通信方案设计可以解决常规模块组间更新烧写需拆卸外壳或者预留特定jtag口的问题，另外，外部主机pc端转换spi或i2c协议，可以满足外部实时主机pc端一网更新程序的条件，提高模块烧写更新效率，这样可总体通过一条数据线，一个接口就可以达到更新一组级联模块的程序的效果，降低整体的成本，提高烧写效率，并增强产品抗干扰性，避免了工业环境下干扰的引入，提升数据通信可靠性。
62.图2所示的一种集成多种通信总线的信号采集器装置，可以应用于产品项目信号采集器扩展模块。产品项目信号采集器扩展模块，包括：4个数字量输入输出模块、4个模拟量输入输出模块、1个编码器位置采集模块、1个脉冲伺服控制模块，各个模块排插式连接，各模块部件通过金手指相互级联，ethercat总线进行与主站控制器的通信。
63.其中，4个数字量输入输出模块、4个模拟量输入输出模块、1个编码器位置采集模块、1个脉冲伺服控制模块等扩展模块，是实际产品中涉及到的功能扩展模块，也即图1中的从站模块1、2、3
……
10，至于(1、2、3
……
10)也是一种泛化表述，可能有多余10种的功能模块，其中数字与各模块并没有特定一一对应关系，各种功能模块独立。
64.本发明的方案，结合采集器产品组间采用ethercat总线协议通信的技术框架，将原以太网物理接口剩余的数据端口作为其他总线的数据传输路径，从而达到在不增加额外端口的情况下通过原以太网接口方案来进行程序烧写更新数据的传输，解决常规jtag烧写带来的拆卸繁琐问题，避免了特定端口的预留，缩小了产品体积。与此同时，通过利用模块间通信的金手指，设计一种集成多种总线数据通信数据的金手指通信方案，从而实现了通过各模块间金手指第一通信端口来对程序烧写更新数据线进行传输，提高模块烧写更新效率，通过一条数据线，一个接口就可以更新一组级联模块的程序的效果，降低整体的成本，提高烧写效率，提升了产品抗干扰性，避免了工业环境下干扰的引入，提升数据通信可靠性。
65.本发明的方案中，涉及以太网端口网络的通信集成方案，以实现降低通信数据链路的复杂度，以类似推广高速串行接口、网关和其它通讯接口等复杂系统可以通过主机pc端的一个以太网端口进行寻址通信。单个以太网端口集成的方案设计、以及从站之间的金手指级联通信，在不脱离本发明的方案中的设计理念的前提下，可以演变出系列方案，同样能够达到本发明的方案的效果，都应当视为属于本发明的方案的保护范围。
66.由于本实施例的方法所实现的处理及功能基本相应于前述装置的实施例、原理和实例，故本实施例的描述中未详尽之处，可以参见前述实施例中的相关说明，在此不做赘述。
67.采用本实施例的技术方案，通过使扩展模块通过采用ethercat总线进行实时通
信，以太网物理接口采用4根数据线进行通信，而剩余的数据端口则可作为其他总线的数据传输，实现在物理以太网口集成多种通信总线接口，能够解决采集器产品程序烧写更新复杂繁琐的问题。
68.综上，本领域技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。
69.以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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权利要求范围之内。