本發(fā)明屬于激光測距領域，尤其涉及一種自動導引車的運行路面檢測系統(tǒng)及方法。

背景技術：

自動導引車及巡航機器設備廣泛應用于無人工廠自動裝配轉運車間、電力變電站等領域。然而，這些自動導引車及巡航機器設備只能自動運行于規(guī)劃好的路徑和環(huán)境中，只能檢測到人或物等突出于地面的障礙物，對于地面溝道則無法準確檢測，導致其應用范圍受到很大局限。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明實施例的目的在于提供一種自動導引車的運行路面檢測系統(tǒng)及方法，旨在解決現(xiàn)有技術中自動導引車及巡航機器設備只能自動運行于規(guī)劃好的路徑和環(huán)境中，只能檢測到人或物等突出于地面的障礙物，對于地面溝道則無法準確檢測，應用范圍受到局限的問題。

本發(fā)明實施例是這樣實現(xiàn)的，一種自動導引車的運行路面檢測系統(tǒng)，包括激光測距傳感器、與自動導引車的電機連接的電機編碼器、分別與自動導引車的電機和所述電機編碼器連接的電機驅動器、主控器以及連接在所述激光測距傳感器、所述電機驅動器與所述主控器之間的通信模塊，所述激光測距傳感器為漫反射型激光測距傳感器，其固定在自動導引車的車體上部，并按固定頻率和固定傾斜角度向自動導引車的運行路面發(fā)射檢測激光，所述檢測激光包括多路位于同一平面內且相鄰光束之間夾角相同的激光束。

優(yōu)選的，所述通信模塊包括接口轉換芯片及靜電保護單元，所述接口轉換 芯片通過第一RS232接口與所述激光測距傳感器連接、并通過與所述第一RS232接口對應的第一TTL電平通用異步串行通信接口與所述主控器連接并雙向通信，所述接口轉換芯片還通過第二RS232接口與所述電機驅動器連接、并通過與所述第二RS232接口對應的第二TTL電平通用異步串行通信接口與所述主控器連接并雙向通信，所述靜電保護單元一端接數(shù)字地、另一端分別與所述第一RS232接口和所述第二RS232接口連接。

優(yōu)選的，所述電機驅動器包括與所述電機連接的電機驅動芯片、與所述電機驅動芯片連接的連接座子以及一端與所述電機和所述電機驅動芯片共接、另一端接地的電機驅動保護單元，所述電機驅動芯片通過所述第一串行通信接口與所述通信模塊連接，所述電機驅動芯片通過所述連接座子與所述電機編碼器連接，所述電機驅動保護單元包括反向電壓驅動保護器和濾波電容組。

優(yōu)選的，所述控制器包括主控芯片、與所述主控芯片連接的晶振時鐘電路和燒寫接口，所述主控芯片分別通過所述第一TTL電平通用異步串行通信接口和所述第二TTL電平通用異步串行通信接口與所述通信模塊連接并雙向通信。

優(yōu)選的，所述控制器還包括與電源、所述主控芯片和數(shù)字地連接，以消除電源的高頻噪聲的電源濾波電路，所述電源濾波電路包括磁珠和旁路小電容組。

優(yōu)選的，所述控制器還包括連接與電源、所述主控芯片和數(shù)字地連接，以復位所述主控器的復位電路，所述復位電路包括復位開關。

優(yōu)選的，所述控制器還包括連接在電源和所述主控芯片之間，以指示所述自動導引車的運行自動導引車的運行路面檢測系統(tǒng)的工作狀態(tài)的LED顯示電路。

本發(fā)明實施例還提供一種自動導引車的運行路面檢測方法，所述方法通過控制如前所述的自動導引車的運行路面檢測系統(tǒng)來執(zhí)行，用于檢測地面溝道或障礙物的尺寸和檢測到溝道或障礙物時的最大剎車時間，該方法包括：

漫反射型激光測距傳感器按固定頻率和固定傾斜角度α向自動導引車的運行路面發(fā)射n路檢測激光束，以檢測n個地面反射點與漫反射型激光距離傳感 器之間的n個距離值S_n，所述n路檢測激光束位于同一平面且相鄰檢測激光束之間的夾角均為θ；

電機驅動器驅動自動導引車的電機運轉以帶動車輪轉動；

編碼器實時檢測電機的當前轉速ω并反饋給電機驅動器；

通信模塊將所述多個距離值S_n和所述電機的當前轉速ω傳遞給主控器；

控制主控器檢測同一時間發(fā)射的n路檢測激光束檢測到的多個距離值S_n大于或小于正常距離值的數(shù)量m，并檢測多個頻率周期內發(fā)射的檢測激光束檢測到的距離值S_n持續(xù)大于或小于正常距離值時的持續(xù)時間ΔT；

主控器根據數(shù)值α、S_n、ω、m和ΔT計算地面溝道或障礙物的尺寸和檢測到溝道或障礙物時的最大剎車時間；

其中，1≤n＜π/θ，1≤m≤n，且n為正整奇數(shù)，m為正整數(shù)。

優(yōu)選的，所述主控器根據數(shù)值α、S_n、ω、m和ΔT計算地面溝道的尺寸和檢測到溝道時的最大剎車時間的計算方法具體為：

對所述m個數(shù)值大于正常距離值的距離值S_n取平均值S_m1；

根據公式L₀₁＝S_m1*tan(m*θ)初步估算地面溝道的長度L₀₁；

若所述n路檢測激光束中，第i到第j束激光檢測到的距離值大于正常值，則當或時，根據公式：

精確計算地面溝道的長度L₁；

當時，根據公式：

精確計算地面溝道的長度L₁；

其中，S_i為第i束檢測激光檢測到的距離值，S_j為第j束檢測激光檢測到的距離值；

根據公式W₁＝V*ΔT，計算地面溝道的寬度W₁，其中，V為自動 導引車的運行速度，π為圓周率，為已知的自動導引車的車輪直徑；

根據公式H₁＝ΔS₁*cosα，ΔS₁＝S_m1-S₀計算地面溝道的深度H₁，其中，S₀為已知的正常距離值；

根據公式ΔT_1max＝W_max/V計算檢測到溝道時的最大剎車時間ΔT_1max，其中，W_max為已知的自動導引車所允許跨越的溝道的最大寬度；

根據公式h_min＝W_max/tanα計算漫反射型激光測距傳感器安裝在自動導引車上的最小高度h_min。

優(yōu)選的，所述主控器根據數(shù)值α、S_n、ω、m和ΔT計算地面障礙物的長度、寬度、高度和檢測到障礙物時的最大剎車時間的計算方法具體為：

對所述m個數(shù)值小于正常距離值的距離值S_n取平均值S_m2；

根據公式L₀₂＝S_m2*tan(m*θ)初步估算地面障礙物的長度L₀₂；

若所述n路檢測激光束中，第i到第j束激光檢測到的距離值小于正常值，則當或時，根據公式：

精確計算地面障礙物的長度L₁；

當時，根據公式：

精確計算地面障礙物的長度L₂；其中，S_i為第i束檢測激光檢測到的距離值，S_j為第j束檢測激光檢測到的距離值；

根據公式W₂＝V*ΔT，計算地面障礙物的寬度W₂，其中，V為自動導引車的運行速度，π為圓周率，為已知的自動導引車的車輪直徑；

根據公式H₂＝ΔS₂*cosα，ΔS₂＝S_m2-S₀計算地面障礙物的高度H₂，其中，S₀為已知的正常距離值；

當H₂≥H_max時，根據公式ΔT_2max＝(h-H₂)tanα/V，計算檢測到障礙物時的最大剎車時間ΔT_2max，其中，H_max為已知的自動導引車所允許跨越的障礙物 的最大高度，h為已知的漫反射型激光測距傳感器安裝在自動導引車上的高度。

本發(fā)明實施例與現(xiàn)有技術相比，有益效果在于：通過采用漫反射型激光距離傳感器，按固定頻率向自動導引車的運行路面發(fā)射多路位于同一平面內且相鄰光束之間夾角相同的激光束，方便后續(xù)通過相應的算法對路面溝道的長度、寬度、深度和自動導引車檢測到溝道時的最大剎車時間以實現(xiàn)對路面溝道的檢測；通過在通信模塊中設置靜電保護單元，可有效抑制激光距離傳感器和電機驅動器通過所述通信模塊與主控器進行數(shù)據通信時，通信線路中所產生的瞬間高壓，防止第一串行數(shù)據通信接口被高壓損壞；通過在電機驅動器中設置反向電壓驅動保護器，可在斷電情況下，有效避免自動導引車的電機受外力轉動所產生的反向電壓損壞電機驅動器；通過在電機驅動器中設置濾波電容組，可有效抑制電源線路產生高頻噪聲，避免高頻噪聲影響自動導引車的電機的運轉性能；通過在主控器中設置晶振時鐘電路，為主控器提供精確的工作時鐘；通過在主控器中設置掃寫接口，方便對主控器的內部程序進行燒寫和調試；通過在主控器中設置電源濾波電路，可有效率出電源線路產生的高頻噪聲；通過在主控器中設置復位電路，可在對主控器進行調試時，對系統(tǒng)進行復位；通過在主控器中設置LED指示電路，可以實時顯示運行自動導引車的運行路面檢測系統(tǒng)的工作狀態(tài)是否正常；通過自動導引車的運行路面檢測系統(tǒng)中各器件來檢測自動導引車運行路面上的溝道或障礙物的尺寸和檢測到溝道或障礙物時的最大剎車時間，使得所述自動導引車可以在規(guī)定路線以外的任意路面環(huán)境中工作，可實時檢測路面溝道或障礙物情況，并在檢測到溝道寬度大于可跨越的最大寬度或障礙物的高度大于最大可跨越高度時，及時剎車，避免掉進溝道造成車輛損壞。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例提供的自動導引車的運行路面檢測系統(tǒng)的基本結構框圖；

圖2是本發(fā)明的優(yōu)選實施例提供的自動導引車的運行路面檢測系統(tǒng)的具體結構框圖；

圖3是本發(fā)明的優(yōu)選實施例提供的通信模塊的電路結構示意圖；

圖4和圖5是本發(fā)明的優(yōu)選實施例提供的電機驅動器與電機編碼器連接時，電機驅動器的電路結構示意圖；

圖6和圖7是本發(fā)明的優(yōu)選實施例提供的電機驅動電路控制自動導引車的電機時，電機驅動器的電路結構示意圖；

圖8是本發(fā)明的優(yōu)選實施例提供的主控器的電路結構示意圖；

圖9是本發(fā)明的優(yōu)選實施例提供的利用自動導引車的運行路面檢測方法，來檢測路面溝道的長度的原理示意圖；

圖10是本發(fā)明的優(yōu)選實施例提供的利用自動導引車的運行路面檢測方法，來檢測路面溝道的深度的原理示意圖。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

圖1是本發(fā)明實施例提供的自動導引車的運行路面檢測系統(tǒng)的基本結構框圖。

如圖1所示，本發(fā)明實施例提供的運行自動導引車的運行路面檢測系統(tǒng)，包括激光測距傳感器10、與自動導引車的電機20連接的電機編碼器30、與自動導引車的電機20和電機編碼器30連接的電機驅動器40、主控器60以及連接在激光測距傳感器10、電機驅動器40和主控器60之間的通信模塊50，所述激光測距傳感器10為漫反射型激光測距傳感器。

圖2是本發(fā)明的優(yōu)選實施例提供的自動導引車的運行路面檢測系統(tǒng)的具體結構框圖。

如圖2所示，通信模塊50包括接口轉換芯片51及靜電保護單元52，所述接口轉換芯片51通過第一RS232接口511與所述激光測距傳感器10連接、并通過與所述第一RS232接口511對應的第一TTL電平通用異步串行通信接口512與主控器60連接并雙向通信，接口轉換芯片51還通過第二RS232接口521與電機驅動器40連接、并通過與所述第二RS232接口521對應的第二TTL電平通用異步串行通信接口522與所述主控器60連接并雙向通信，所述靜電保護單元52一端接數(shù)字地、另一端分別與所述第一RS232接口511和所述第二RS232接口521連接。

接口轉換芯片51用于接收激光測距傳感器10和電機驅動器20通過第一RS232接口511和第二RS232接口521傳遞的信號，并將該信號通過適配于主控器60的第一TTL電平通用異步串行通信接口521和第二TTL電平通用異步串行通信接口522傳遞給主控器60，以實現(xiàn)由RS232接口到TTL電平通用異步串行通信接口之間的轉換；

電機驅動器40包括與電機20連接的電機驅動芯片41、與電機驅動芯片41連接的連接座子42以及一端與所述電機20和所述電機驅動芯片41共接、另一端接地EGND的電機驅動保護單元43，電機驅動芯片41通過第一TTL電平通用異步串行通信接口521與通信模塊50連接，電機驅動芯片41通過連接座子42與電機編碼器30連接，電機驅動保護單元43包括反向電壓驅動保護器431和濾波電容組432；

控制器60包括主控芯片61、與主控芯片61連接的晶振時鐘電路62和燒寫接口63，主控芯片61分別通過第一TTL電平通用異步串行通信接口521和第二TTL電平通用異步串行通信接口522與所述通信模塊50連接；控制器60還包括與電源70、主控芯片61和數(shù)字地DGND連接，以消除電源70的高頻噪聲的電源濾波電路64，電源濾波電路64包括磁珠641和旁路小電容組642；控制器60還包括與電源70、主控芯片61和數(shù)字地DGND連接，用以復位控制器60的復位電路65，復位電路65包括復位開關651；控制器60還包括連接 在電源70和主控芯片61之間、以指示所述自動導引車的運行自動導引車的運行路面檢測系統(tǒng)的工作狀態(tài)的LED顯示電路66。

在具體應用中，第一TTL電平通用異步串行通信接口521和第二TTL電平通用異步串行通信接口522均為UART接口；通信模塊50中的接口轉換芯片51可選用TI(Texas Instruments，德州儀器)生產的MAX3232系列通信模塊，也可以選用其它廠家生產的具有將RS232接口轉換為UART接口功能的接口轉換芯片；靜電保護單元52用于有效抑制激光距離傳感器和電機驅動器通過所述通信模塊與主控器進行數(shù)據通信時，通信線路中所產生的瞬間高壓，防止第一串行數(shù)據通信接口被高壓損壞。

在具體應用中，電機驅動芯片41可選用美國Copley Controls公司生產的電機驅動芯片，該芯片支持14V～90V的直流電壓輸入，輸出的最大驅動電流為30A；反向電壓驅動保護器431具體選用BS0640-C型半導體放電管，又以有效避免斷電情況下，電機由于外力轉動造成過高的反向電壓，損壞電機驅動器；濾波電容組432包括多個濾波電容，可有效防止電源電路中出現(xiàn)高頻率的噪聲，影響電機的轉動性能。

在具體應用中，主控芯片61選用STM32F103系列單片機，也可選用其它型號的能實現(xiàn)軟件編程的單片機、FPGA、DSP、ARM等架構和平臺的控制器和處理器；晶振時鐘電路62選用可以提供8MHZ晶振頻率的時鐘芯片；磁珠641和旁路小電容組642用于消除電源70電路上的高頻噪聲；復位電路65的復位開關651主要用于對主控器60進行調試時用來復位主控器60的控制系統(tǒng)；燒寫接口63用于對主控器60進行調試時對主控芯片61燒寫軟件程序；LED顯示電路66包括多個LED指示燈，用于作為主控器60的工作狀態(tài)正常與否的指示標識。

圖3是本發(fā)明的優(yōu)選實施例提供的通信模塊的電路結構示意圖。

如圖3所示，通信模塊50包括接口轉換芯片U5，本實施例中可選用TI(Texas Instruments，德州儀器)生產的MAX3232EIDB型接口轉換芯片。

圖4和圖5是本發(fā)明的優(yōu)選實施例提供的電機驅動器與電機編碼器連接時，電機驅動器的電路結構示意圖。

如圖4和圖5所示，電機驅動器40包括電機驅動芯片41(由U1A、U1B、U1C三個功能部分組成)，具體選用美國Copley Controls公司生產的AP2-090-30型電機驅動器，圖4和圖5僅示出電機驅動芯片41與電機編碼器30連接的功能部分U1C。

圖8是本發(fā)明的優(yōu)選實施例提供的主控器的電路結構示意圖。

如圖8所示，主控器60包括主控芯片U2，主控芯片U2具體選用STM32F103RBT6型單片機。

如圖3～5和圖8所示，接口轉換芯片U5各引腳的電路連接情況如下：

1號引腳C1+和3號引腳C1-之間連接有電容量為0.1UF、額定電壓為50V的電容C29；

4號引腳C2+和5號引腳C2-之間連接有電容量為0.1UF、額定電壓為50V的電容C30；

11號引腳T1IN的連接端UART1_TXDYYI與主控芯片U2的42號引腳PA9/USART1_TX/TIM1_CH2的連接端UART1_TXD連接，還經電阻R22與電源端3V3連接；

10號引腳T2IN的連接端UART2_TXD與主控芯片U2的16號引腳PA2/USART2_TX/ADC_IN2/TIM2_CH3的連接端UART2_TXD連接，還經電阻R23與電源端3V3連接；

12號引腳R1OUT的連接端UART1_RXD與主控芯片U2的43號引腳PA11/USART1_CTS/CANRX/USBDM/TIM1_CH4的連接端UART1_RXD連接，還經電阻R24與電源端3V3連接；

9號引腳R2OUT的連接端UART2_RXD與主控芯片U2的17號引腳PA3/USART2_RX/ADC_IN3/TIM2_CH4的連接端UART2_RXD連接，還經電阻R25與電源端3V3連接；

16號引腳VCC接電源端3V3；

2號引腳V+、6號引腳V-分別經電容量為0.1UF的電容C31、C32，再經電容量為0.1UF的電容C33接電源端3V3；2號引腳V+、6號引腳V-還分別經電容量為0.1UF的電容C31、C32與數(shù)字接地端DGND連接；

15號引腳GND與數(shù)字接地端DGND連接；

14號引腳T1OUT的連接端RS232_TXD1經TVS管D10與接地端DGND連接，并經阻值為10Ω的電阻R26與激光測距傳感器10(圖中未示出)連接；

7號引腳T2OUT的連接端RS232_TXD2經TVS管D8與接地端DGND連接，并經阻值為10Ω的電阻R27與電機驅動芯片U1C的PE40引腳RS232_TXD2的連接端RS232_TXD2連接；

13號引腳R1IN的連接端RS232_RXD1經TVS管D9與接地端DGND連接，并經阻值為10Ω的電阻R28與與激光測距傳感器10(圖中未示出)連接；

8號引腳R2IN的連接端RS232_RXD2經TVS管D10與接地端DGND連接，并經阻值為10Ω的電阻R36與電機驅動芯片U1C的PE39引腳RS232_RXD2的連接端RS232_RXD2連接；

TVS管D7～D10共同構成通信模塊50的靜電保護單元52。

如圖4和圖5所示，U1C為電機驅動芯片41與電機編碼器30連接的功能部分，U1C與兩個12引腳HEADER_6X2型雙排針CON6和CON7構成的連接座子42連接，在此實施例中，芯片U1C和兩個連接座子42分別與兩個電機20和兩個對應的電機編碼器30連接，故U1C的各引腳為對稱結構，雙排針CON6和CON7的結構相同。

如圖4所示，U1C通過雙排針CON6與其中一個電機20和電機編碼器30連接時，U1C各引腳的電路連接情況如下：

PC1引腳AXIS_A_HALL_W的連接端HALL_W_A是電機20的霍爾傳感器反饋信號；

PC3引腳AXIS_A_HALL_V的連接端HALL_V_A是電機20的霍爾傳感器 反饋信號；

PC5引腳AXIS_A_HALL_U的連接端HALL_U_A是電機20的霍爾傳感器反饋信號；

PC19引腳AXIS_A_ENC_S經阻值為10KΩ、靈敏度為1％的參考電阻R43與電源端+5V_A連接；

PC20引腳AXIS_A_ENC_/S置空，在此方案中不使用；

PC21引腳AXIS_A_ENC_A的連接端ENC_A_P_A是電機編碼器30的A相輸出差分信號；

PC22引腳AXIS_A_ENC_/A的連接端ENC_A_N_A是電機編碼器30的A相輸出差分信號；

PC23引腳AXIS_A_ENC_B的連接端ENC_B_P_A是電機編碼器30的B相輸出差分信號；

PC24引腳AXIS_A_ENC_/B的連接端ENC_B_N_A是電機編碼器30的B相輸出差分信號；

PC25引腳AXIS_A_ENC_X的連接端ENC_X_P_A是編碼器30的X相輸出差分信號；

PC26引腳AXIS_A_ENC_/X的連接端ENC_X_N_A是電機編碼器30的X相輸出差分信號；

PC27引腳AXIS_A_COS_N、PC28引腳AXIS_A_COS_P、PC29引腳AXIS_A_SIN_N和PC30引腳AXIS_A_SIN_P均置空，在此方案中不使用；

PC17引腳AXIS_A_+5VENC接電源端+5V_A；

PC18引腳SIGNAL_GND_1與數(shù)字接地端DGND連接。

如圖4所示，U1C通過雙排針CON6與其中一個電機20和電機編碼器30連接時，CON6各引腳的電路連接情況如下：

2號引腳與數(shù)字接地端DGND連接；

4號引腳HALL_U_A接收電機20的霍爾傳感器反饋信號，并通過U1C的 PC5引腳AXIS_A_HALL_U的連接端HALL_U_A傳遞給U1C；

6號引腳HALL_W_A接收電機20的霍爾傳感器反饋信號，并通過U1C的PC1引腳AXIS_A_HALL_W的連接端HALL_W_A傳遞給U1C；

8號引腳ENC_A_N_A接收電機編碼器30的A相輸出差分信號，并通過U1C的PC22引腳AXIS_A_ENC_/A的連接端ENC_A_N_A傳遞給U1C；

10號引腳ENC_B_N_A接收電機編碼器30的B相輸出差分信號，并通過U1C的PC24引腳AXIS_A_ENC_/B的連接端ENC_B_N_A傳遞給U1C；

12號引腳ENC_X_N_A接收電機編碼器30的X相輸出差分信號，并通過U1C的PC26引腳AXIS_A_ENC_/X的連接端ENC_X_N_A傳遞給U1C；

1號引腳接電源端+5V_A；

3號引腳MOTEMP_A是測量電機20溫度的溫度檢測引腳；

5號引腳HALL_V_A接收電機20的霍爾傳感器反饋信號，并通過U1C的PC3引腳AXIS_A_HALL_V的連接端HALL_V_A傳遞給U1C；

7號引腳ENC_A_P_A接收電機編碼器30的A相輸出差分信號，并通過U1C的PC21引腳AXIS_A_ENC_A的連接端ENC_A_P_A傳遞給U1C，7號引腳ENC_A_P_A和8號引腳ENC_A_N_A兩端并聯(lián)有阻值為120Ω的電阻R33，7號引腳ENC_A_P_A還經阻值為10KΩ、靈敏度為1％的參考電阻R37與電源端+5V_A連接；

9號引腳ENC_B_P_A接收電機編碼器30的B相輸出差分信號，并通過U1C的PC23引腳AXIS_A_ENC_B的連接端ENC_B_P_A傳遞給U1C，9號引腳ENC_B_P_A和10號引腳ENC_B_N_A兩端并聯(lián)有阻值為120Ω的電阻R32，9號引腳ENC_B_P_A還經阻值為10KΩ、靈敏度為1％的參考電阻R38與電源端+5V_A連接；

11號引腳ENC_X_P_A接收電機編碼器30的X相輸出差分信號，并通過U1C的PC25引腳AXIS_A_ENC_X的連接端ENC_X_P_A傳遞給U1C，11號引腳ENC_X_P_A和12號引腳ENC_X_N_A兩端并聯(lián)有阻值為120Ω的電阻 R29，11號引腳ENC_X_P_A還經阻值為10KΩ、靈敏度為1％的參考電阻R39與電源端+5V_A連接。

如圖3和圖5所示，U1C通過雙排針CON7與另一個電機20和電機編碼器30連接時，U1C各引腳的電路連接情況如下：

PC2引腳AXIS_B_HALL_W的連接端HALL_W_B是電機20的霍爾傳感器反饋信號；

PC4引腳AXIS_B_HALL_V的連接端HALL_V_B是電機20的霍爾傳感器反饋信號；

PC6引腳AXIS_B_HALL_U的連接端HALL_U_B是電機20的霍爾傳感器反饋信號；

PC9引腳AXIS_B_ENC_S經阻值為10KΩ、靈敏度為1％的參考電阻R44與電源端+5V_B連接；

PC10引腳AXIS_B_ENC_/S置空，在此方案中不使用；

PC11引腳AXIS_B_ENC_A的連接端ENC_A_P_B是電機編碼器30的A相輸出差分信號；

PC12引腳AXIS_B_ENC_/A的連接端ENC_A_N_B是電機編碼器30的A相輸出差分信號；

PC13引腳AXIS_B_ENC_B的連接端ENC_B_P_B是電機編碼器30的B相輸出差分信號；

PC14引腳AXIS_B_ENC_/B的連接端ENC_B_N_B是電機編碼器30的B相輸出差分信號；

PC15引腳AXIS_B_ENC_X的連接端ENC_X_P_B是編碼器30的X相輸出差分信號；

PC16引腳AXIS_B_ENC_/X的連接端ENC_X_N_B是電機編碼器30的X相輸出差分信號；

PC31引腳AXIS_B_COS_N、PC32引腳AXIS_B_COS_P、PC33引腳 AXIS_B_SIN_N和PC34引腳AXIS_B_SIN_P均置空，在此方案中不使用；

PE39引腳RS232_RXD2的連接端RS232_RXD2與接口轉換芯片U5的8號引腳R2IN的連接端RS232_RXD2連接；

PE40引腳RS232_TXD2的連接端RS232_TXD與接口轉換芯片U5的27號引腳T2OUT的連接端RS232_TXD2連接；

PC7引腳AXIS_B_+5VENC接電源端+5V_B；

PC8引腳SIGNAL_GND_0與數(shù)字接地端DGND連接。

如圖4所示，U1C通過雙排針CON7與另一個電機20和電機編碼器30連接時，CON7各引腳的電路連接情況如下：

2號引腳與數(shù)字接地端DGND連接；

4號引腳HALL_U_B接收電機20的霍爾傳感器反饋信號，并通過U1C的PC6引腳AXIS_B_HALL_U的連接端HALL_U_B傳遞給U1C；

6號引腳HALL_W_B接收電機20的霍爾傳感器反饋信號，并通過U1C的PC2引腳AXIS_B_HALL_W的連接端HALL_W_B傳遞給U1C；

8號引腳ENC_A_N_B接收電機編碼器30的A相輸出差分信號，并通過U1C的PC12引腳AXIS_B_ENC_/A的連接端ENC_A_N_B傳遞給U1C；

10號引腳ENC_B_N_B接收電機編碼器30的B相輸出差分信號，并通過U1C的PC14引腳AXIS_B_ENC_/B的連接端ENC_B_N_B傳遞給U1C；

12號引腳ENC_X_N_B接收電機編碼器30的X相輸出差分信號，并通過U1C的PC16引腳AXIS_B_ENC_/X的連接端ENC_X_N_B傳遞給U1C；

1號引腳接電源端+5V_B；

3號引腳MOTEMP_B是測量電機20溫度的溫度檢測引腳；

5號引腳HALL_V_B接收電機20的霍爾傳感器反饋信號，并通過U1C的PC4引腳AXIS_B_HALL_V的連接端HALL_V_B傳遞給U1C；

7號引腳ENC_A_P_B接收電機編碼器30的A相輸出差分信號，并通過U1C的PC11引腳AXIS_B_ENC_A的連接端ENC_A_P_B傳遞給U1C

9號引腳ENC_B_P_B接收電機編碼器30的B相輸出差分信號，并通過U1C的PC13引腳AXIS_B_ENC_B的連接端ENC_B_P_B傳遞給U1C

11號引腳ENC_X_P_B接收電機編碼器30的X相輸出差分信號，并通過U1C的PC15引腳AXIS_B_ENC_X的連接端ENC_X_P_B傳遞給U1C；

7號引腳ENC_A_P_B和8號引腳ENC_A_N_B兩端并聯(lián)有阻值為120Ω的電阻R26；

9號引腳ENC_B_P_B和10號引腳ENC_B_N_B兩端并聯(lián)有阻值為120Ω的電阻R27；

11號引腳ENC_X_P_B和12號引腳ENC_X_N_B兩端并聯(lián)有阻值為120Ω的電阻R28。

在具體應用中，所述自動導引車的運行路面檢測系統(tǒng)可以包括多個電機以及對應的多個電機驅動器、電機編碼器和連接座子，具體連接電路與上述圖4的電路圖原理相同。

圖6和圖7是本發(fā)明的優(yōu)選實施例提供的電機驅動電路控制自動導引車的電機時，電機驅動器的電路結構示意圖。

如圖6所示，當電機驅動芯片41分別與兩個電機20和對應的兩個電機編碼器30連接時，U1A為電機驅動芯片41與其中一個電機連接的功能部分，U1A各引腳的電路連接情況如下：

PD1引腳MOT_U_0、PD3引腳MOT_U_1、PD5引腳MOT_U_2、PD2引腳MOT_U_3、PD4引腳MOT_U_4以及PD6引腳MOT_U_5共接于MOT_U_A端，再經電感量為60μH的電感L1與電機相連，以向電機提供U相驅動電流，電感L1還經半導體放電管1D1與接地端EGND連接；

PD7引腳NC_0、PD8引腳NC_1、PD9引腳NC_2和PD10引腳NC_3均置空，在此方案中不使用；

PD11引腳MOT_V_0、PD13引腳MOT_V_1、PD15引腳MOT_V_2、PD12引腳MOT_V_3、PD14引腳MOT_V_4以及PD16引腳MOT_V_5共接于 MOT_V_A端，再經電感量為60μH的電感L2與電機相連，以向電機提供V相驅動電流，電感L2還經半導體放電管1D2與接地端EGND連接；

PD17引腳NC_4、PD18引腳NC_5、PD19引腳NC_6和PD20引腳NC_7均置空，在此方案中不使用；

PD21引腳MOT_W_0、PD23引腳MOT_W_1、PD25引腳MOT_W_2、PD22引腳MOT_W_3、PD24引腳MOT_W_4和PD26引腳MOT_W_5共接于MOT_W_A端，再經電感量為60μH的電感L3與電機相連，以向電機提供W相驅動電流，電感L3還經半導體放電管1D3與接地端EGND連接；

MOT_U_A端、MOT_V_A端和MOT_W_A端還分別經電容量為1000pF、額定電壓為100V的電容C2、C1和C3與接地端EGND連接，電容C1～C3共同構成電機驅動器40的濾波電容組432；

半導體放電管1D1～1D3構成電機驅動器40的反向電壓驅動保護器431。

如圖7所示，當電機驅動芯片41分別與兩個電機20和對應的兩個電機編碼器30連接時，U1B為電機驅動芯片41與另一個電機連接的功能部分，U1B各引腳的電路連接情況如下：

PF1引腳MOT_U_0、PF3引腳MOT_U_1、PF5引腳MOT_U_2、PF2引腳MOT_U_3、PF4引腳MOT_U_4以及PF6引腳MOT_U_5共接于MOT_U_B端，再經電感量為60μH的電感L6與電機相連，以向電機提供U相驅動電流，電感L6還經半導體放電管1D8與接地端EGND連接；

PF7引腳NC_0、PF8引腳NC_1、PF9引腳NC_2、和PF10引腳NC_3均置空，在此方案中不使用；

PF11引腳MOT_V_0、PF13引腳MOT_V_1、PF15引腳MOT_V_2、PF12引腳MOT_V_3、PF14引腳MOT_V_4以及PF16引腳MOT_V_5共接于MOT_V_B端，再經電感量為60μH的電感L5與電機相連，以向電機提供V相驅動電流，電感L5還經半導體放電管1D7與接地端EGND連接；

PF17引腳NC_4、PF18引腳NC_5、PF19引腳NC_6和PF20引腳NC_7 均置空，在此方案中不使用；

PF21引腳MOT_W_0、PF23引腳MOT_W_1、PF25引腳MOT_W_2、PF22引腳MOT_W_3、PF24引腳MOT_W_4和PF26引腳MOT_W_5共接于MOT_W_A端，再經電感量為60μH的電感L4與電機相連，以向電機提供W相驅動電流，電感L4還經半導體放電管1D6與接地端EGND連接；

MOT_U_B端、MOT_V_B端和MOT_W_B端還分別經電容量為1000pF、額定電壓為100V的電容C9、C8和C7與接地端EGND連接，電容C7～C9共同構成電機驅動器40的濾波電容組432；

半導體放電管1D6～1D8構成電機驅動器40的反向電壓驅動保護器431。

如圖8所示，主控器60包括主控芯片U2，與主控芯片U2連接的晶振時鐘電路62、燒寫接口63、電源濾波電路64、復位電路65和LED顯示電路66。

如圖3和圖8所示，主控芯片U2各引腳的電路連接情況如下：

1號引腳VBAT、13號引腳VDDA、19號引腳VDD_4、32號引腳VDD_1、64號引腳VDD_3以及48號引腳VDD_2共接于電源控制端3V3_MCU；

2號引腳PC13-ANTI_TAMP、3號引腳PC14-OSC32_IN和4號引腳PC15-OSC32_OUT均置空，在此方案中不使用；

5號引腳PD0/OSC_IN接晶振時鐘電路62的MCU_CLK_8M端，以輸入晶振時鐘電路62頻率為8MHZ的晶振信號；

6號引腳PD1/OSC_OUT置空，在此方案中不使用；

7號引腳NRST接復位電路65的復位端NRST，以輸入復位電路65的復位信號；

8號引腳PC0/ADC_IN10置空，在此方案中不使用；

9號引腳PC1/ADC_IN11接LED顯示電路66的LED0端，以向LED顯示電路66輸入控制信號，控制LED燈點亮或熄滅；

10號引腳PC2/ADC_IN12接LED顯示電路66的LED1端，以向LED顯示電路66輸入控制信號，控制LED燈點亮或熄滅；

11號引腳PC3/ADC_IN13置空，在此方案中不使用；

12號引腳VSSA、18號引腳VSS_4、31號引腳VSS_1、63號引腳VSS_3以及47號引腳VSS_2共接于數(shù)字地端DGND；

14號引腳PA0-WKUP/USART2_CTS/ADC_IN0/TIM2_CH1_ETR和15號引腳PA1/USART2_RTS/ADC_IN1/TIM2_CH2均置空，在此方案中不使用；

16號引腳PA2/USART2_TX/ADC_IN2/TIM2_CH3與接口轉換芯片U5的10號引腳T2IN的連接端UART2_TXD連接；

17號引腳PA3/USART2_RX/ADC_IN3/TIM2_CH4與接口轉換芯片U5的9號引腳R2OUT的連接端UART2_RXD連接；

20號引腳PA4/SP11_NSS/USART2_CK/ADC_IN4、21號引腳PA5/SP11_SCK/ADC_IN5、22號引腳PA6/SP11_MISO/ADC_IN6/TIM3_CH1、23號引腳PA7/SP11_MOS1/ADC_IN7/TIM3_CH2、24號引腳PC4/ADC_IN14、25號引腳PC5/ADC_IN15、26號引腳PB0/ADC_IN8/TIM3_CH3、27號引腳PB1/ADC_IN9/TIM3_CH4、28號引腳PB2/BOOT1、29號引腳PB10/I2C2_SCL/USRT3_TX、30號引腳PB11/I2C2_SDA/USRT3_RX、62號引腳PB9/TIM4_CH4和61號引腳PB8/TIM4_CH3均置空，在此方案中不使用；

60號引腳BOOT0經阻值為4.7KΩ、精度為1％的參考電阻R6接數(shù)字地端DGND；

59號引腳PB7/I2C1_SDA/TIM4_CH2置空，在此方案中不使用；

58號引腳PB6/I2C1_SCL/YIM4_CH1的連接端PB6_GPIO4、57號引腳PB5/I2C1_SMBAL的連接端PB5_GPIO3、56號引腳PB4/JNRTRST的連接端PB4_GPIO2和55號引腳PB3/JTDO/TRACESWO的連接端PB3_GPIO1均為通用輸入輸出接口，在此方案中不使用；

54號引腳PD2/TIM3_ETR、53號引腳PC12、52號引腳PC11、51號引腳PC10和50號引腳PA15/JTDI均置空，在此方案中不使用；

49號引腳PA14/JTCK/SECLK接燒寫接口63的DEBUG_CLK端；

46號引腳PA13/JTMS/SEDIO接燒寫接口63的DEBUG_DIO端；

45號引腳PA12/USART1_RTS/CANTX/USBDP/TIM1_ETR置空，在此方案中不使用；

44號引腳PA11/USART1_CTS/CANRX/USBDM/TIM1_CH4置空，在此方案中不使用；

43號引腳PA11/USART1_CTS/CANRX/USBDM/TIM1_CH4的連接端UART1_RXD與接口轉換芯片U5的12號引腳R1OUT連接；

42號引腳PA9/USART1_TX/TIM1_CH2的連接端UART1_TXD與接口轉換芯片U5的11號引腳T1IN連接；

41號引腳PA8/USART1_CK/TIM1_CH1/MCO置空，在此方案中不使用；

40號引腳PC9、39號引腳PC8以及38號引腳PC7置空，在此方案中不使用；

36號引腳PB15/SPI2_MISO/TIM1_CH3N的SPI_MOSI端經阻值為22Ω、精度為1％的參考電阻R9，阻值為10KΩ、精度為1％的參考電阻R29與電源端3V3連接；

35號引腳PB14/SPI2_MISO/USART3_RTS/TIM1_CH2N的SPI_MOS0端經阻值為10KΩ、精度為1％的參考電阻R30與電源端3V3連接；

34號引腳PB13/SPI2_SCK/USART3_CTS/TIM1_CH1N的SPI_SCK端經阻值為22Ω、精度為1％的參考電阻R10，阻值為10KΩ、精度為1％的參考電阻R31與電源端3V3連接；

33號引腳PB12/SPI2_NSS/I2C2_SMB/USART3_CK/TIM1_CBKIN的SPI_CSN端經阻值為22Ω、精度為1％的參考電阻R13，阻值為10KΩ、精度為1％的參考電阻R32與電源端3V3連接。

如圖8所示，晶振時鐘電路62包括晶振頻率為8MHZ的4引腳晶振芯片Y1，其各引腳的電路連接情況如下：

VCC引腳經磁珠B1接電源端3V3，磁珠B3的兩端分別經電容量為0.1UF、 額定電壓為50V的電容C10、C11接數(shù)字地端DGND；

NC引腳置空，此方案中不使用；

OSC引腳經阻值為22Ω、精度為1％的參考電阻R5與主控芯片U2的5號引腳PD0/OSC_IN連接；

GND引腳接數(shù)字地端DGND。

如圖8所示，燒寫接口63包括5引腳連接接口CON2，CON2各引腳的電路連接情況如下：

1號引腳與電源端3V3連接；

2號引腳接數(shù)字地端DGND；

3號引腳NRST端與主控芯片U2的7號引腳NRST連接；

4號引腳DEBUG_CLK端與主控芯片U2的49號引腳PA14/JTCK/SECLK連接；

5號引腳DEBUG_DIO端與主控芯片U2的46號引腳PA13/JTMS/SEDIO連接，5號引腳還經阻值為10KΩ、精度為1％的參考電阻R15與電源端3V3連接。

如圖8所示，電源濾波電路64包括：

一端接電源端3V3、一端接數(shù)字地端DGND的電容量為1UF、額定電壓16V的電容C20和電容量為0.1UF額定電壓50V的電容C21；

由一端接主控芯片U2的電源控制端3V3_MCU、一端數(shù)字地端DGND的電容量為0.1UF、額定電壓50V的電容C22～C27組成的旁路小電容組；

連接在電源端3V3和電源控制端3V3_MCU之間的磁珠B3。

如圖6所示，LED顯示電路66的電路連接情況如下：

綠色(green)發(fā)光二極管D3一端接主控芯片U2的9號引腳PC1/ADC_IN11，另一端經阻值為47Ω、精度為1％的參考電阻R11與電源端3V3連接；

綠色(green)發(fā)光二極管D4一端接主控芯片U2的10號引腳PC2/ADC_IN12，另一端經阻值為47Ω、精度為1％的參考電阻R12與電源端 3V3連接；

如圖8所示，復位電路65包括復位開關SW1，復位電路65的電路連接情況如下：

復位開關SW1一端經阻值為4.7KΩ、精度為1％的參考電阻R7接電源端3V3，另一端接數(shù)字地端DGND，復位開關SW1與參考電阻R7的共接端連主控芯片U2的7號引腳NRST，復位開關SW1與參考電阻R7的共接端和數(shù)字地端DGND之間還并聯(lián)有電容量為0.1UF、額定電壓50V的電容C12；

阻值為4.7KΩ、精度為1％的參考電阻R8一端接電源端3V3，另一端與電容量為0.1UF、額定電壓50V的電容C13共接于RST_IMU端，RST_IMU端用于通過程序對其它外圍模塊電路進行復位，本方案中RST_IMU端僅做兼容處理，不予使用，電容C13的另一端接數(shù)字地端DGND。

本發(fā)明實施例還提供一種自動導引車的運行路面檢測方法，該方法通過前述自動導引車的運行路面檢測系統(tǒng)來執(zhí)行，該方法包括：

漫反射型激光測距傳感器按固定頻率和固定傾斜角度α向自動導引車的運行路面發(fā)射n路檢測激光束，以檢測n個地面反射點與漫反射型激光距離傳感器之間的n個距離值S_n，所述n路檢測激光束位于同一平面且相鄰檢測激光束之間的夾角均為θ；

電機驅動器驅動自動導引車的電機運轉以帶動車輪轉動；

編碼器實時檢測電機的當前轉速ω并反饋給電機驅動器；

通信模塊將所述多個距離值S_n和所述電機的當前轉速ω傳遞給主控器；

控制主控器檢測同一時間發(fā)射的n路檢測激光束檢測到的多個距離值S_n大于或小于正常距離值的數(shù)量m，并檢測多個頻率周期內發(fā)射的檢測激光束檢測到的距離值S_n持續(xù)大于或小于正常距離值時的持續(xù)時間ΔT；

主控器根據數(shù)值α、S_n、ω、m和ΔT計算地面溝道或障礙物的尺寸和檢測到溝道或障礙物時的最大剎車時間；

其中，1≤n＜π/θ、1≤m≤n，且n為正整奇數(shù)、m為正整數(shù)。

在具體應用中，漫反射型激光測距傳感器向地面發(fā)送的激光束數(shù)量為奇數(shù)，中間光束垂直于所述n束激光束所在平面與理想的水平地面的相交線，以下優(yōu)選實施例均以所述中間光束為參考進行相關計算，所述中間光束，即第束檢測激光束。

在一優(yōu)選實施例中，所述主控器根據數(shù)值α、S_n、ω、m和ΔT計算地面溝道的尺寸和檢測到溝道時的最大剎車時間的計算方法具體為：

對所述m個數(shù)值大于正常距離值的距離值S_n取平均值S_m1；

根據公式L₀₁＝S_m1*tan(m*θ)初步估算地面溝道的長度L₀₁；

若所述n路檢測激光束中，第i到第j束激光檢測到的距離值大于正常值，則當或時，根據公式：

精確計算地面溝道的長度L₁；

當時，根據公式：

精確計算地面溝道的長度L₁；

其中，S_i為第i束檢測激光檢測到的距離值，S_j為第j束檢測激光檢測到的距離值；

根據公式W₁＝V*ΔT，計算地面溝道的寬度W₁，其中，V為自動導引車的運行速度，π為圓周率，為已知的自動導引車的車輪直徑；

根據公式H₁＝ΔS₁*cosα，ΔS₁＝S_m1-S₀計算地面溝道的深度H₁，其中，S₀為已知的正常距離值；

根據公式ΔT_1max＝W_max/V計算檢測到溝道時的最大剎車時間ΔT_1max，其中，W_max為已知的自動導引車所允許跨越的溝道的最大寬度；

根據公式h_min＝W_max/tanα計算漫反射型激光測距傳感器安裝在自動導引車上的最小高度h_min。

在另一優(yōu)選實施例中，所述主控器根據數(shù)值α、S_n、ω、m和ΔT計算地面障礙物的長度、寬度、高度和檢測到障礙物時的最大剎車時間的計算方法具體為：

對所述m個數(shù)值小于正常距離值的距離值S_n取平均值S_m2；

根據公式L₀₂＝S_m2*tan(m*θ)初步估算地面障礙物的長度L₀₂；

若所述n路檢測激光束中，第i到第j束激光檢測到的距離值小于正常值，則當或時，根據公式：

精確計算地面障礙物的長度L₂；

當時，根據公式：

精確計算地面障礙物的長度L₂；

其中，S_i為第i束檢測激光檢測到的距離值，S_j為第j束檢測激光檢測到的距離值；

根據公式W₂＝V*ΔT，計算地面障礙物的寬度W₂，其中，V為自動導引車的運行速度，π為圓周率，為已知的自動導引車的車輪直徑；

根據公式H₂＝ΔS₂*cosα，ΔS₂＝S_m2-S₀計算地面障礙物的高度H₂，其中，S₀為已知的正常距離值；

當H₂≥H_max時，根據公式ΔT_2max＝(h-H₂)tanα/V，計算檢測到障礙物時的最大剎車時間ΔT_2max，其中，H_max為已知的自動導引車所允許跨越的障礙物的最大高度，h為已知的漫反射型激光測距傳感器安裝在自動導引車上的高度。

圖9是本發(fā)明的優(yōu)選實施例提供的利用自動導引車的運行路面檢測方法，來檢測路面溝道的長度的原理示意圖。

如圖9所示，漫反射型激光測距傳感器10固定在自動導引車的車體上部，距離地面高度為h，并按固定頻率和固定傾斜角度α向自動導引車的運行路面 發(fā)射檢測激光，所述檢測激光包括11路位于同一平面內且相鄰光束之間夾角均為θ＝8°的激光束，若第4、5、6束激光束測得的距離值S4～S6大于正常距離值，即可以判斷出第4、5、6束激光束掃描到溝道，那么對第4、5、6束激光束檢測到的距離值S₄～S₆取平均值S≈S6，通過公式L₀₁＝S_m1*tan(m*θ)初步估算地面溝道的長度L₀₁＝S₆*tan24°；其中第6激光束為中間光束；

由于4＜5＜6，根據公式：

精確計算地面溝道的長度L₁＝S_i*sin 16°-S_j*sin8°。

圖10是本發(fā)明的優(yōu)選實施例提供的利用自動導引車的運行路面檢測方法，來檢測路面溝道的深度的原理示意圖。

如圖10所示，已知激光傳感器安裝在運動車體的上部，距離地面高度為h，并按固定頻率和固定傾斜角度α，檢測激光束檢測到的距離值S₁～S₁₁持續(xù)大于正常距離值時的持續(xù)時間ΔT；編碼器實時檢測電機的當前轉速ω，根據公式計算自動導引車的運行速度為V；

根據公式W₁＝V*ΔT，計算地面溝道的寬度W₁，其中，V為自動導引車的運行速度，π為圓周率，為已知的自動導引車的車輪直徑；

根據公式H₁＝ΔS₁*cosα，ΔS₁＝S_m1-S₀計算地面溝道的深度H₁＝(S_m1-S₀)*cosα，其中，S₀為已知的正常距離值；

根據公式ΔT_1max＝W_max/V計算檢測到溝道時的最大剎車時間ΔT_1max，其中，W_max為已知的自動導引車所允許跨越的溝道的最大寬度。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。