一种基于光通信的自动化工厂的制作方法

本实用新型涉及自动化技术领域，具体涉及一种基于光通信的自动化工厂。

背景技术：

随着工厂自动化已经普及在各个领域,比如:汽车自动化生产线等等,自动化工厂需要采用ethercat、rs485、rs232、ethernet、can等等总线系统实现工厂内各个机器人之间，以及各个机器人与控制单元之间的通信。

现有的上述通信是通过线缆连接各个机器人和控制单元，以有线的方式进行通信，采用有线方式进行通信的缺陷在于，一方面限定了通信的区域范围；另一方面，线缆本身容易损坏需要经常维护、甚至在自动化生产过程中极易造成事故。

为克服上述问题，人们希望可以通过无线的方式实现上述的通信,目前普遍考虑采用无线通信的方式为通过无线局域网，例如无线保真(wireless-fidelity，wifi)、蓝牙通信(bluetooth)进行无线信号传输，但由于存在很多问题，因此，目前仍无法胜任自动化工厂无线信号传输的任务。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型提供一种基于光通信的自动化工厂。

本实用新型第一方面提供一种基于光通信的自动化工厂，所述基于光通信的自动化工厂包括：第一光通信单元、多个工作单元和多个第二光通信单元；

所述多个工作单元分别通信连接所述多个第二光通信单元；

所述多个第二光通信单元与所述第一光通信单元通过将所述工作单元发送的数据信号根据预设参数规则转换成对应的光信号，通过所述光信号使得所述多个工作单元之间彼此通过所述光信号进行通信；

其中，所述第一光通信单元的光照区域包括所述多个第二光通信单元所在的区域；所述多个第二光通信单元的光照区域包括所述第一光通信单元所在区域。

进一步，所述第二发射器，所述第一光通信单元包括第一发射器和/或第二接收器；所述多个第二光通信单元中的每个光通信单元包括第二发射器和/或第一接收器；

所述第二发射器，用于将收到的对应的所述工作单元发送的数据信号根据预设参数规则转换成对应的光信号进行发射；和/或

所述第一接收器，用于接收所述第一发射器发射的所述光信号，并将所述光信号转换成数据信号，发送给对应的所述工作单元；

所述第一发射器，用于将接收的所述第二接收器发送的所述数据信号根据预设参数规则转换成对应的光信号进行发射；和/或

所述第二接收器，用于将接收的所述第二发射器发射的光信号转换成数据信号发送给所述第一发射器。

进一步，所述第一光通信单元和所述第二光通信单元为lifi单元或激光通信单元。

进一步，多个第二光通信单元和所述第一通信单元分别对应不同的预设参数特征光信号，所述预设参数特征光信号与所述光信号一同进行通信。

进一步，所述第一通信单元设置在所述自动化工厂的上方中央区域。

进一步，所述参数为频率、振幅或相位。

进一步，所述第一光通信单元和/或所述多个第二光通信单元中的至少部分可调整角度的设置。

进一步，所述可调整角度的设置通过如下结构实现：

所述第一光通信单元和/或所述多个第二光通信单元连接转动驱动单元；或者

所述第一光通信单元和/或所述多个第二光通信单元外部设置可转动的反光镜。

本实用新型第二方面提供一种基于光通信的自动化工厂，所述基于光通信的自动化工厂包括：多个工作单元、第一光通信单元、多个第二光通信单元和控制单元；

所述多个工作单元分别通信连接所述多个第二光通信单元；

所述第一光通信单元通信连接所述控制单元；

所述多个第二光通信单元与所述第一光通信单元通过将所述工作单元和所述控制单元发送的数据信号根据预设参数规则转换成对应的光信号，通过所述光信号使得所述多个工作单元与所述控制单元之间彼此通过所述光信号进行通信；

其中，所述第一光通信单元的光照区域包括所述多个第二光通信单元所在的区域；所述多个第二光通信单元的光照区域包括所述第一光通信单元所在区域。

进一步，所述第一光通信单元包括第一发射器和/或第二接收器；所述第二光通信单元中的每个通信单元包括第二发射器和/或第一接收器；

所述第一发射器，用于将接收的控制单元发送的数据信号根据预设参数规则转换成对应的光信号进行发射；

所述第二接收器，用于将接收的所述第二发射器发射的光信号转换成数据信号发送给所述控制单元；

所述第二发射器，用于将收到的所述工作单元发送的数据信号根据预设参数规则转换成对应的光信号进行发射；和/或

所述第一接收器，用于接收所述第一发射器发射的对应的光信号，并将接收的所述光信号转换成数据信号，发送给对应的所述工作单元。

进一步，所述第一光通信单元和所述第二光通信单元为lifi单元或激光通信单元。

进一步，所述多个第二光通信单元和所述第一通信单元分别对应不同的预设参数特征光信号，所述预设参数特征光信号与所述光信号一同进行通信。

进一步，所述第一通信单元设置在所述自动化工厂的上方中央区域。

进一步，所述参数为频率、振幅或相位。

进一步，所述第一光通信单元和/或所述多个第二光通信单元中的至少部分可调整角度的设置。

进一步，所述可调整角度的设置通过如下结构实现：

所述第一光通信单元和/或所述多个第二光通信单元连接转动驱动单元；或者

所述第一光通信单元和/或所述多个第二光通信单元外部设置可转动的反光镜。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例技术方案，下面将对实施例和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实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本实用新型一种实施例提供的基于光通信的自动化工厂的整体结构示意图。

图2为本实用新型另一种实施例提供的基于光通信的自动化工厂的整体结构示意图。

具体实施方式

为了使本领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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它实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。

本实用新型提供一种基于光通信的自动化工厂，由于光通信具有延时性低的优点，因此可以适应自动化工厂对机器人控制实时性有较高的要求。

实施例一、

图1为本实用新型一种实施例提供的基于光通信的自动化工厂的整体结构示意图。

本实用新型实施例提供一种基于光通信的自动化工厂，通过光通信进行自动化工厂内的信号传输，从而实现自动化工厂无线信号传输的目的。

如图1所示，本实用新型实施例提供一种基于光通信的自动化工厂，本实用新型实施例以所述基于光通信的自动化工厂包括：3个工作单元a1、a2、m3；一个第一光通信单元l1,3个第二光通信单元l2、l2’、l2”为例进行说明；

所述多个工作单元a1、a2、m3分别通信连接所述多个第二光通信单元l2、l2’、l2”；

所述多个第二光通信单元与所述第一光通信单元通过将所述工作单元发送的数据信号根据预设参数规则转换成对应的光信号，通过所述光信号使得所述多个工作单元之间彼此通过所述光信号进行通信；

其中，所述第一光通信单元的光照区域包括所述多个第二光通信单元所在的区域；所述多个第二光通信单元的光照区域包括所述第一光通信单元所在区域。这样保证第一光通信单元发送的光信号可以发送给每个第二光通信单元；而每个第二光通信单元发送的光信号能够发送给第一光通信单元，从而使得第一光通信单元与多个第二光通信单元彼此之间可以进行光通信。

由于光通信具有延时性低的优点，因此可以适应自动化工厂对机器人控制实时性有较高的要求，比如：插机、焊接等等工作。又由于光通信基于的是光信号进行传输，从而对于光照外的任何区域，相对现有无线传输可以实现很好的保密效果。另外，光信号是原有工厂必须使用的，通过使用光通信可以达到同一损耗可同时实现两个功能的目的，因此可以有效的节约能源，降低自动化工厂的能源损耗。综上所述，采用光通信可以很好的适应自动化工厂无线通信的目的。

需要说明的是，第一光通信单元可以为一个(如图1所示)，也可以为大于1的任意个(图未示意出)，比如：可以根据工厂的区域或功能，分别设置多个第一光通信单元，每个第一光通信单元对应多个第二光通信单元。除了上面所述的3个第二光通信单元，所述第二光通信单元的个数可以是任意多个。

需要说明的是，所述第一光通信单元和所述第二光通信单元可以为可见光无线通信(lightfidelitylifi)单元，或所述第一光通信单元和所述第二光通信单元为激光通信单元等等现在已经开发或将来开发的光通信单元。

lifi单元的第一发射器和第二发射器是通过给普通的光源(比如：led或卤素光)装上控制组件(比如微芯片)，微芯片根据数据信息结合预设参数规则控制光源闪烁，比如：亮了表示1，灭了代表0，使得某些二进制的数据就被编码成光信号，预设参数可以为光信号的频率、振幅或相位等等。lifi单元相对激光通信单元，通过设定不同的光照区域，可以任意划定各工作单元之间信号传输区域，从而使得各工作单元之间的自动化通信实现更高的柔性控制。

激光通信单元的第一发射器和第二发射器讲要传送的数据信号送到与激光源相连的光调制器中，调制到一个由激光器产生的激光束(激光载波)上，并控制这个载波的某个预设参数(频率、振幅或相位等)，使它按数据信号的规律变化；激光通信单元的第一接收器和第二接收器在接收端接收激光信号，还原成原来的数据信号。

具体的，所述工作单元可以包括自动化装置或设备、控制单元或各种传感器(比如位置传感器、图像传感器)等等各种需要进行数据信号接收和/或发送的单元；比如图像传感器采集图像数据后经过对应的第二光通信单元发送光信号给第一光通信单元，再经过第一光通信单元转换成某一工作单元对应的第二光通信单元对应的频率的光信号并发射给该第二光通信单元，从而完成数据的传输。

具体的，所述自动化装置和设备可以包括：工业机器人；各种功能的自动化设备，可以包括：交通设备(比如：地铁或磁悬浮列车中应用直线电机)；精密仪器(比如：绘图仪器、医疗设备、航空航天仪器等)；传送设备(比如：电梯)；加速设备(比如：发射装置)；生活设备(比如：电动推拉门、电动开关窗帘)等等。其中，工业机器人可以看作是一种高级的自动化设备。

具体的，控制单元可以包括可编程逻辑控制器(programmablelogiccontroller，plc)、现场可编程门阵(field-programmablegatearray，fpga)、计算机(personalcomputer,pc)、工业控制计算机(industrialpersonalcomputer,ipc)或服务器等等中的任意一个，或者其中任意两个的组合，或者3个的组合等等。

以计算机和工业控制计算机为例，工业控制计算机具有重要的计算机属性和特征，因此它们都具有计算机中央处理单元(centralprocessingunit，cpu)、硬盘、内存等内部存储设备，还具有插接式硬盘，智能存储卡(smartmediacard,smc)，安全数字(securedigital,sd)卡，闪存卡(flashcard)等外部存储设备，并有操作系统、控制网络和协议、计算能力、友好的人机界面，是为其他各结构/设备/系统提供可靠、嵌入式、智能化的计算机和工业控制计算机。计算机和工业控制计算机还包括，但不仅限于处理器、存储器。

继续如图1所示，在一些优选实施例中，为实现上述目的，第一光通信单元可以设置在整个自动化工厂的上方中央区域，这样可以使得该第一光通信单元的光照范围能够相对更好的包括每个第二光通信单元所在区域。

继续如图1所示，在一些实施例中，为方面理解下面以其中3个工作单元a1、a2、m3分别包括两个机器人的驱动控制单元a1、a2和一个可编程逻辑器件(plc)m3进一步详细说明。

每个第二光通信单元l2、l2’、l2”分别对应通信连接一个工作单元a1、a2、m3。

所述第一光通信单元l1包括：第一发射器l11和/或第二接收器l12。

第一发射器l11，根据所述第二接收器l12发送的数据信号，将所述数据信号根据预设参数规则转换成对应的光信号进行发射。

第二接收器l12，将接收的3个第二发射器l22、l22’、l22”发射的光信号转换成数据信号发送给所述第一发射器l11。

需要说明的是，所述第一发射器l11和第二接收器l12可以分开独立设置(如图1所示)，也可以合成为一个整体部件(图未示意出)。

所述3个第二光通信单元l2、l2’、l2”包括：3个第二发射器l21、l21’、l21”和/或3个第一接收器l22、l22’、l22”。

各个第二发射器l21、l21’、l21”将收到的各自对应的工作单元发送的数据信号根据预设参数规则转换成光信号进行发射。

各个第一接收器l22、l22’、l22”接收所述第一发射器发射的对应的光信号，并将接收的光信号转换成数据信号后发送给各自对应的发送和/或接收单元a1、a2、m3。

需要说明的是，每个第二发射器和与之对应的第一接收器可以分开独立设置(如图1所示)，也可以合成为一个整体部件(图未示意出)。

在一些优选实施例中，所述多个第二光通信单元和所述第一通信单元分别对应不同的预设参数特征光信号，所述预设参数特征光信号与所述光信号一同进行通信。所述预设参数特征可以包括各种类型，比如：一定的光源闪动频率特征，将该代表不同通信单元的预设参数特征光信号与数据信号转换的光信号一同发射(比如，预设参数特征光信号位于该段光信号的头端或者尾端)，从而可以知道该光信号是从哪个工作单元发出的，具体发出了什么光信号。从而使得各个工作单元可以更加有序的进行彼此之间的通信工作，从而更方便完成整个工厂的无线信号传输。

在一些优选实施例中，为防止因自动化工厂内的各种设备移动造成光信号遮挡和削弱而造成的无线信号传输失败等问题的发生，可以使得所述第一光通信单元和第二光通信单元可调整照射角度的设置。这样，可以保证所述第一光通信单元的光照区域包括所述多个第二光通信单元所在的区域；所述多个第二光通信单元的光照区域包括所述第一光通信单元所在区域。

所述可调整角度的设置可以包括各种结构方式实现：比如：所述第一光通信单元和/或所述多个第二光通信单元连接转动驱动单元；或者

所述第一光通信单元和/或所述多个第二光通信单元外部设置可转动的反光镜。

实施例二、

图2为本实用新型另一种实施例提供的基于光通信的自动化工厂的整体结构示意图。

如图2所示，在另一些优选实施例中，以所述基于光通信的自动化工厂包括：3个工作单元a1、a2、a3、1个第一光通信单元l1、3个第二光通信单元l2、l2’、l2”，控制单元c为例进行说明。

所述多个工作单元a1、a2、a3分别通信连接所述多个第二光通信单元l2、l2’、l2”；

所述第一光通信单元l1通信连接所述控制单元c；

所述多个第二光通信单元与所述第一光通信单元通过将所述工作单元和所述控制单元发送的数据信号根据预设参数规则转换成对应的光信号，通过所述光信号使得所述多个工作单元与所述控制单元之间彼此通过所述光信号进行通信；

其中，所述第一光通信单元的光照区域包括所述多个第二光通信单元所在的区域；所述多个第二光通信单元的光照区域包括所述第一光通信单元所在区域。

由于光通信具有延时性低的优点，因此可以适应自动化工厂对机器人控制实时性有较高的要求。又由于光通信基于的是光信号进行传输，从而对于光照外的任何区域，相对现有无线传输可以实现很好的保密效果。另外，光信号是原有工厂必须使用的，通过使用光通信可以达到同一损耗可同时实现两个功能的目的，因此可以有效的节约能源，降低自动化工厂的能源损耗。

需要说明的是，第一光通信单元可以为一个(如图1所示)，也可以为大于1的任意个(图未示意出)，比如：可以根据工厂的区域或功能，分别设置多个第一光通信单元，每个第一光通信单元对应多个第二光通信单元。除了上面所述的3个第二光通信单元，所述第二光通信单元的个数可以是任意多个。

需要说明的是，所述第一光通信单元和所述第二光通信单元可以为可见光无线通信(lightfidelitylifi)单元，或所述第一光通信单元和所述第二光通信单元为激光通信单元等等现在已经开发或将来开发的光通信单元。

lifi单元的第一发射器和第二发射器是通过给普通的光源(比如：led或卤素光)装上控制组件(比如微芯片)，微芯片根据数据信息结合预设参数规则控制光源闪烁，比如：亮了表示1，灭了代表0，使得某些二进制的数据就被编码成光信号，预设参数可以为光信号的频率、振幅或相位等等。lifi单元相对激光通信单元，通过设定不同的光照区域，可以任意划定各工作单元和控制单元之间信号传输区域，从而使得各工作单元和控制单元之间的自动化通信实现更高的柔性控制。

激光通信单元的第一发射器和第二发射器将要传送的数据信号送到与激光源相连的光调制器中，调制到一个由激光器产生的激光束(激光载波)上，并控制这个载波的某个预设参数(频率、振幅或相位等)，使它按数据信号的规律变化；激光通信单元的第一接收器和第二接收器在接收端接收激光信号，还原成原来的数据信号。

具体的，所述工作单元可以包括自动化装置或设备、或各种传感器(比如位置传感器、图像传感器)等等各种需要进行数据信号接收和/或发送的单元；比如图像传感器采集图像数据后经过对应的第二光通信单元发送光信号给第一光通信单元，再经过第一光通信单元转换成某一工作单元对应的第二光通信单元对应的频率的光信号并发射给该第二光通信单元，从而完成数据的传输。

继续如图2所示，在一些优选实施例中，为实现上述目的，第一光通信单元可以设置在整个自动化工厂的上方中央区域，这样可以使得该第一光通信单元的光照范围能够相对更好的包括每个第二光通信单元所在区域。

继续如图2所示，在一些实施例中，为方面理解下面以其中所述第一光通信单元l1包括：第一发射器l11和/或第二接收器l12；所述多个第二光通信单元l2、l2’、l2”中的每个第二光通信器分别包括第二发射器l21、l21’、l21”和/或第一接收器l22、l22’、l22”为例进一步详细说明。

所述第一发射器l11，用于将接收的控制单元发送的数据信号根据预设参数规则转换成对应的光信号进行发射；

所述第二接收器l12，用于将接收的所述第二发射器发射的光信号转换成数据信号发送给所述控制单元；

所述第二发射器l21、l21’、l21”，用于将收到的所述工作单元发送的数据信号根据预设参数规则转换成对应的光信号进行发射；和/或

所述第一接收器l22、l22’、l22”，用于接收所述第一发射器发射的对应的光信号，并将接收的所述光信号转换成数据信号，发送给对应的所述工作单元。

在一些优选实施例中，所述多个第二光通信单元和所述第一通信单元分别对应不同的预设参数特征光信号，所述预设参数特征光信号与所述光信号一同进行通信。所述预设参数特征可以包括各种类型，比如：一定的光源闪动频率特征，将该代表不同通信单元的预设参数特征光信号与数据信号转换的光信号一同发射(比如，预设参数特征光信号位于该段光信号的头端或者尾端)，从而可以知道该光信号是从哪个工作单元或控制单元发出的，具体发出了什么光信号。从而使得各个工作单元和控制单元可以更加有序的进行彼此之间的通信工作，从而更方便完成整个工厂的无线信号传输。

在一些优选实施例中，为防止因自动化工厂内的各种设备移动造成光信号遮挡和削弱而造成的无线信号传输失败等问题的发生，可以使得所述第一光通信单元和第二光通信单元可调整照射角度的设置。这样，可以保证所述第一光通信单元的光照区域包括所述多个第二光通信单元所在的区域；所述多个第二光通信单元的光照区域包括所述第一光通信单元所在区域。

所述可调整角度的设置可以包括各种结构方式实现：比如：所述第一光通信单元和/或所述多个第二光通信单元连接转动驱动单元；或者

所述第一光通信单元和/或所述多个第二光通信单元外部设置可转动的反光镜。

有关基于光通信的自动化工厂的其它相关描述参见具体实施例一，在此不再重复赘述。

当元件被表述“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。当一个元件被表述“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。本说明书使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”、“内”、“外”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本说明书中在本实用新型的说明书中所使用的属于只是为了描述具体的实施方式的目的，不是用于限制本实用新型。

本文术语中“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如：a和/或b,可以表示单独存在a,同时存在a和b,单独存在b这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

本实用新型的权利要求书和说明书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”等等(如果存在)是用来区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。此外，术语“包括”“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如：包括了一系列步骤或者模块的过程、方法、系统、产品或机器人不必限于清楚地列出的那些步骤或者模块，而是包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、系统、产品或机器人固有的其它步骤或模块。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

需要说明的是，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的结构和模块并不一定是本实用新型所必须的。

以上对本实用新型实施例所提供的直线电机及包括该电机的机器人进行了详细介绍，但以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想，不应理解为对本实用新型的限制。本技术领域的技术人员，依据本实用新型的思想，在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。