本實(shí)用新型屬于智能移動(dòng)機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種全向AGV運(yùn)動(dòng)控制卡，尤其適用于基于麥克納姆輪的全向多驅(qū)AGV系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

目前，公知的AGV運(yùn)動(dòng)控制卡主要適用于舵輪系統(tǒng)、差速輪系統(tǒng)，一般采用can總線控制方式，或模擬量結(jié)合編碼器的速度環(huán)控制方式。大量應(yīng)用于非全向AGV系統(tǒng)，對(duì)于全向應(yīng)用較少且需要多套運(yùn)動(dòng)控制卡組合控制，系統(tǒng)復(fù)雜，控制效率低。而且并不適用于更高運(yùn)動(dòng)效率的麥克納姆輪系統(tǒng)的控制，1.總線控制采用協(xié)議解析，在多驅(qū)動(dòng)應(yīng)用時(shí)會(huì)產(chǎn)生延時(shí)且實(shí)時(shí)性較差；2.模擬量控制方式實(shí)時(shí)性高，但在多驅(qū)動(dòng)應(yīng)用時(shí)易受到干擾，很難保證控制精度。

另外常規(guī)運(yùn)動(dòng)控制卡功能單一，隨著AGV系統(tǒng)功能與性能要求的提高，也急需要一種可選擇性擴(kuò)展AGV功能的更高集成度的控制模塊，更加安全及智能。同時(shí)，在運(yùn)輸時(shí)，或者使用時(shí)受到大力的沖擊后，容易造成主板的損壞進(jìn)而影響使用且增加維修成本。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：

本實(shí)用新型的目的在于提供一種全向AGV運(yùn)動(dòng)控制卡，其目的是解決以往所存在的問題，其改進(jìn)電路結(jié)構(gòu)，提供多軸同步控制接口，使其適用于更高運(yùn)動(dòng)效率的麥克納姆輪全向系統(tǒng)，并且預(yù)留多功能接口，使其在全向AGV系統(tǒng)中的應(yīng)用集成度更高，通用性更強(qiáng)。具備主處理器看門狗功能，提高AGV安全性和穩(wěn)定性。同時(shí)，增加緩沖器，提高其使用的穩(wěn)定性。

技術(shù)方案：

一種全向AGV運(yùn)動(dòng)控制卡，其特征在于：該控制卡包括嵌入式處理器、PFM驅(qū)動(dòng)電路、伺服驅(qū)動(dòng)器、編碼器、超聲波傳感器、wifi和藍(lán)牙4.0模塊；

核心嵌入式處理器通過定時(shí)器通道與PFM驅(qū)動(dòng)電路相連，PFM驅(qū)動(dòng)電路通過位置環(huán)的脈沖信號(hào)線與伺服驅(qū)動(dòng)器相連，伺服驅(qū)動(dòng)器的伺服驅(qū)動(dòng)狀態(tài)接口通過隔離狀態(tài)IO與嵌入式處理器相連，編碼器通過編碼采集電路與嵌入式處理器相連，嵌入式處理器通過串行總線與wifi和藍(lán)牙4.0模塊相連，嵌入式處理器通過IIC總線與超聲波傳感器相連。

該控制卡還包括電源隔離模塊，該電源隔離模塊連接隔離狀態(tài)IO、嵌入式處理器和隔離串口模塊，隔離串口模塊連接嵌入式處理器。

嵌入式處理器、PFM驅(qū)動(dòng)電路、伺服驅(qū)動(dòng)器、編碼器、超聲波傳感器、wifi和藍(lán)牙4.0模塊均設(shè)置在PCB主板上，PCB主板與接口板分開設(shè)計(jì)，PCB主板與接口板通過單排圓孔連接器相連接，PCB主板通過六角螺柱連接在防護(hù)殼內(nèi)，通過HT3.96型PCB連接器和D型穿板連接器與外部設(shè)備相連。

PCB主板與防護(hù)殼內(nèi)壁之間通過六角螺柱和緩沖器連接；緩沖器連接在防護(hù)殼的內(nèi)壁，緩沖器內(nèi)為空腔結(jié)構(gòu)，在空腔結(jié)構(gòu)內(nèi)設(shè)置有兩個(gè)斜坡面，兩個(gè)斜坡面將緩沖器的內(nèi)部圍攏成V形空腔，在V形空腔的頂端設(shè)置有條形限位滑孔，條形限位滑孔的長(zhǎng)度方向由其中一個(gè)斜坡面的最高點(diǎn)延伸至另一個(gè)斜坡面的最高點(diǎn)；

在V形空腔內(nèi)設(shè)置有移動(dòng)套管組件，該移動(dòng)套管組件包括上管和下管，上管的下端伸進(jìn)下管內(nèi)并能相對(duì)于下管做上下移動(dòng)，上管伸進(jìn)下管內(nèi)的部分套有下緩沖彈簧，下緩沖彈簧的上端連接下管頂端，下緩沖彈簧的下端連接上管的底端；上管的頂端設(shè)置有防至上管從條形限位滑孔滑出的止卡；下管的底端設(shè)置有能在兩個(gè)斜坡面上移動(dòng)的滾輪；

六角螺柱穿過PCB主板之后下端伸進(jìn)上管內(nèi)，六角螺柱與PCB主板之間以及六角螺柱與上管之間均通過螺紋連接，PCB主板與緩沖器之間留有緩沖間隙。

在PCB主板與緩沖器之間的六角螺柱上套有上緩沖彈簧，上緩沖彈簧的上端連接PCB主板，上緩沖彈簧的下端連接緩沖器。

優(yōu)點(diǎn)效果：

本實(shí)用新型提供一種全向AGV運(yùn)動(dòng)控制卡，該全向AGV運(yùn)動(dòng)控制卡針對(duì)麥克納姆輪的控制特點(diǎn)及AGV應(yīng)用設(shè)計(jì)，主要由隔離電源轉(zhuǎn)換電路、核心處理器系統(tǒng)及IO擴(kuò)展電路、隔離總線電路、伺服接口電路、無線模塊接口電路組成。

采用多路獨(dú)立定時(shí)器PFM模式，搭建脈沖調(diào)頻電路伺服驅(qū)動(dòng)器接口，可4路并發(fā)獨(dú)立脈沖調(diào)頻信號(hào)，實(shí)現(xiàn)多路高同步性控制的目的。在伺服位置環(huán)脈沖控制模式下通過脈沖調(diào)頻達(dá)到調(diào)速的目的，增強(qiáng)了線上抗干擾能力同時(shí)也保證了控制精度。

預(yù)留wifi及藍(lán)牙嵌入式模塊接口，可直接與AGV外部設(shè)備無線連接。作為AGV系統(tǒng)協(xié)處理器或備份處理器與主處理器和AGV外部監(jiān)控設(shè)備交互數(shù)據(jù)。當(dāng)主處理器或傳感器異常時(shí)，協(xié)處理器會(huì)立即通過交互數(shù)據(jù)的比對(duì)判定，及時(shí)進(jìn)入保護(hù)狀態(tài)并上報(bào)數(shù)據(jù)。

針對(duì)AGV系統(tǒng)應(yīng)用，預(yù)留IO控制接口，連接燈光可擴(kuò)展燈控功能、連接避障傳感器可擴(kuò)展避障功能等；預(yù)留總線接口，連接循跡傳感器，可擴(kuò)展循跡導(dǎo)航功能，連接地標(biāo)傳感器可擴(kuò)展定位功能；預(yù)留模擬量接口，可連接電池?cái)U(kuò)展電源管理功能。

PCB主板與接口板分開設(shè)計(jì)，接口板與主板通過DC-DC模塊隔離電源，通過光耦隔離信號(hào)，通過板板連接器互相連接，可分別更換。安裝在防護(hù)殼體內(nèi)，通過PCB連接器與穿板連接器與外部設(shè)備連接。

具體特點(diǎn)如下：

1：多路并發(fā)控制信號(hào)同步性能更好，解決了控制延時(shí)造成的全向AGV運(yùn)動(dòng)誤差，增強(qiáng)了運(yùn)動(dòng)控制的可靠性；

2：PFM信號(hào)傳輸抗干擾能力更強(qiáng)，解決了多路模擬信號(hào)之間的誤差，增強(qiáng)了系統(tǒng)的控制精度；

3：模塊功能的集成度更高，通用性更強(qiáng)，作為協(xié)處理器或主處理器的看門狗功能，增強(qiáng)了AGV系統(tǒng)的安全性和可靠性；

4：防護(hù)殼體與接口設(shè)計(jì)增強(qiáng)防護(hù)能力與接口固定連接的可靠性

5：緩沖器防止整個(gè)裝置在遭受大力沖擊時(shí)，主板與防護(hù)殼體內(nèi)壁之間撞擊給主板或者防護(hù)殼體帶來的損毀。

附圖說明：

圖1 是本實(shí)用新型連接框圖；

圖2 是本實(shí)用新型嵌入式處理器系統(tǒng)電路原理圖；

圖3是本實(shí)用新型超聲波接口電路原理圖；

圖4是本實(shí)用新型PFM驅(qū)動(dòng)電路原理圖；

圖5是本實(shí)用新型編碼器采集電路原理圖；其中5-1為主電路圖，5-2為與5-1連接的接口圖；

圖6是本實(shí)用新型隔離電源系統(tǒng)電路原理圖；其中6-3為主電路圖，6-1和6-2為與6-3連接的局部電路圖；

圖7是本實(shí)用新型隔離總線接口電路原理圖；其中7-1為RS485總線接口，7-2為與7-1連接的局部電路，7-3（ADμm1201）為can總線接口，7-4為與7-3連接的局部電路，7-7為RS232接口電路，7-5和7-6為與7-7連接的局部電路；

圖8是本實(shí)用新型無線模塊接口電路原理圖；其中8-1為wifi電路，8-2為與8-1連接的局部電路，8-3為藍(lán)牙模塊電路；

圖9是接口板PCB布局尺寸圖；

圖10 是防護(hù)殼體爆炸圖；

圖11是側(cè)板開口尺寸圖；

圖12是頂板開口尺寸圖；

圖13是緩沖器的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式：

下面結(jié)合附圖對(duì)實(shí)用新型做進(jìn)一步描述

一種全向AGV運(yùn)動(dòng)控制卡，其特征在于：該控制卡包括嵌入式處理器、PFM驅(qū)動(dòng)電路、伺服驅(qū)動(dòng)器、編碼器、超聲波傳感器、wifi和藍(lán)牙4.0模塊；

核心嵌入式處理器通過定時(shí)器通道與PFM驅(qū)動(dòng)電路相連，PFM驅(qū)動(dòng)電路通過位置環(huán)的脈沖信號(hào)線與伺服驅(qū)動(dòng)器相連，伺服驅(qū)動(dòng)器的伺服驅(qū)動(dòng)狀態(tài)接口通過隔離狀態(tài)IO與嵌入式處理器相連，編碼器通過編碼采集電路與嵌入式處理器相連，嵌入式處理器通過串行總線與wifi和藍(lán)牙4.0模塊相連，嵌入式處理器通過IIC總線與超聲波傳感器相連。

該控制卡還包括電源隔離模塊，該電源隔離模塊連接隔離狀態(tài)IO、嵌入式處理器和隔離串口模塊，隔離串口模塊連接嵌入式處理器。

嵌入式處理器、PFM驅(qū)動(dòng)電路、伺服驅(qū)動(dòng)器、編碼器、超聲波傳感器、wifi和藍(lán)牙4.0模塊均設(shè)置在PCB主板1上，PCB主板與接口板分開設(shè)計(jì)，PCB主板與接口板通過單排圓孔連接器相連接，PCB主板通過六角螺柱2連接在防護(hù)殼3內(nèi),通過HT3.96型PCB連接器和D型穿板連接器與外部設(shè)備相連。

PCB主板與防護(hù)殼3內(nèi)壁之間通過六角螺柱2和緩沖器4連接；緩沖器4連接在防護(hù)殼3的內(nèi)壁，緩沖器4內(nèi)為空腔結(jié)構(gòu)，在空腔結(jié)構(gòu)內(nèi)設(shè)置有兩個(gè)斜坡面5，兩個(gè)斜坡面將緩沖器4的內(nèi)部圍攏成V形空腔6，在V形空腔6的頂端設(shè)置有條形限位滑孔7，條形限位滑孔7的長(zhǎng)度方向由其中一個(gè)斜坡面的最高點(diǎn)延伸至另一個(gè)斜坡面的最高點(diǎn)；

在V形空腔6內(nèi)設(shè)置有移動(dòng)套管組件，該移動(dòng)套管組件包括上管8和下管9，上管8的下端伸進(jìn)下管9內(nèi)并能相對(duì)于下管9做上下移動(dòng)，上管8伸進(jìn)下管9內(nèi)的部分套有下緩沖彈簧10，下緩沖彈簧10的上端連接下管9頂端，下緩沖彈簧10的下端連接上管8的底端；上管8的頂端設(shè)置有防至上管8從條形限位滑孔7滑出的止卡11；下管9的底端設(shè)置有能在兩個(gè)斜坡面5上移動(dòng)的滾輪13；

六角螺柱2穿過PCB主板1之后下端伸進(jìn)上管8內(nèi)，六角螺柱2與PCB主板1之間以及六角螺柱2與上管8之間均通過螺紋連接，PCB主板1與緩沖器4之間留有緩沖間隙。

在PCB主板1與緩沖器4之間的六角螺柱2上套有上緩沖彈簧12，上緩沖彈簧12的上端連接PCB主板1，上緩沖彈簧12的下端連接緩沖器4。

緩沖器4使用時(shí)，如果遇到上下方向的較大沖擊力，則上緩沖彈簧12和下緩沖彈簧10提供上下方向的緩沖，而當(dāng)遇到橫向較大沖擊力時(shí)，滾輪13向斜坡面5上移動(dòng)，而由于止卡11限制了上管8向上的移動(dòng)，所以，下緩沖彈簧10逐漸被壓縮直至滾輪13停止移動(dòng)完成橫向緩沖。

如圖所示

U1為核心嵌入式處理器STM32F103VET6

U13為四路差分線接收器26LS32

U7為寬輸入開關(guān)電源12V轉(zhuǎn)換芯片LM2576HVS-12

U8為12V轉(zhuǎn)5V 6W隔離電源模塊VRB1205YMD-6WR2

U9為12V轉(zhuǎn)5V 2W隔離電源模塊B1205M-2W

VR1為3.3V輸出線性電源芯片AMS1117-3.3

U3為RS232串口電平轉(zhuǎn)換芯片MAX3232CSE

U4為can接口電平轉(zhuǎn)換芯片TJA1050

U5為雙通道雙向磁偶隔離芯片ADum1201

U6 為隔離型RS485電平轉(zhuǎn)換芯片ADM2483BRW

P1為HC-SR04超聲波測(cè)距模塊接口，作為協(xié)處理器校驗(yàn)主處理器避障功能

P1-2經(jīng)過上拉電阻R1與U1-55連接，傳輸超聲波觸發(fā)信號(hào)

P1-3經(jīng)過下拉電阻R5和限流電阻R3與U1-35連接，傳輸超聲波反饋信號(hào)

P19為伺服驅(qū)動(dòng)器的接口，連接位置環(huán)模式下的脈沖線接口

U1-25定時(shí)器2輸出接口通過R52限流電阻和R62限流電阻與Q1-1 NPN型三極管9013基極連接，傳輸PFM驅(qū)動(dòng)前端信號(hào)

Q1-3集電極輸出通過R50限流電阻與P19-2連接，輸出PFM驅(qū)動(dòng)后端信號(hào)，與外部伺服驅(qū)動(dòng)器脈沖輸入連接

Q2-3集電極輸出通過R55限流電阻與P19-3連接，輸出方向驅(qū)動(dòng)后端信號(hào)，與外部伺服驅(qū)動(dòng)器方向信號(hào)輸入連接

Q3-3集電極輸出通過R80限流電阻與P19-4連接，輸出使能驅(qū)動(dòng)后端信號(hào)，與外部伺服驅(qū)動(dòng)器使能信號(hào)輸入連接

J1為DB9型編碼器采集接口，連接增量型編碼器，采集位置反饋信息

J1-2與U13-2連接、J1-3與U13-1連接，輸入編碼器A相差分信號(hào)

J2-2與U14-2連接、J2-3與U14-1連接，輸入編碼器Z相差分信號(hào)

U13-3與U1-40定時(shí)器1輸入連接，輸入編碼器A相單端轉(zhuǎn)換信號(hào)

U14-3與U1-63定時(shí)器1輸入連接，輸入編碼器Z相單端轉(zhuǎn)換信號(hào)

P16為外部電源輸入接口，寬范圍輸入，兼容24V、36V、48V直流電壓

P16-2與D6-1 肖特基二極管1N4007正極連接，輸入電源正極，防電源反接功能

D6-2通過濾波電容C42與U7-1開關(guān)電源輸入連接，輸入電源正極

D6-1與U7-3、U7-5連接，輸入電源負(fù)極和使能信號(hào)

U7-2通過L4功率電感與U7-1和穩(wěn)壓電容C43連接，輸出開關(guān)電源轉(zhuǎn)換后12V電壓

U7-1 與 U8-2 寬輸入6W隔離電源正極輸入連接，輸入12V電源正極

P16-1與U8-1 寬輸入6W隔離電源負(fù)極輸入連接，輸入12V電源負(fù)極

U8-3通過濾波電容C45與VR1-3連接，輸出隔離轉(zhuǎn)換后5V電源正極

U8-5與VR1-1連接，輸出隔離轉(zhuǎn)換后5V電源負(fù)極

VR1-2與整個(gè)系統(tǒng)3.3V供電芯片連接，輸出3.3V穩(wěn)壓電源正極

U7-1 與 U9-2 2W隔離電源正極輸入連接，輸入12V電源正極

P16-1與U9-1 2W隔離電源負(fù)極輸入連接，輸入12V電源負(fù)極

U9-4與濾波電容C50連接，輸出隔離轉(zhuǎn)換后5V電源正極，與整個(gè)系統(tǒng)隔離部分5V供電元件連接

P12為RS232電平接口1，連接AGV系統(tǒng)主處理器交互數(shù)據(jù)

U1-68 USART1數(shù)據(jù)輸出接口與U3-10連接，串行數(shù)據(jù)1輸出

U1-69 USART1數(shù)據(jù)輸入接口與U3-9連接，串行數(shù)據(jù)1輸入

P13為RS232電平接口2 ，連接RS232總線型傳感器

U1-47 USART3數(shù)據(jù)輸出接口與U3-11連接，串行數(shù)據(jù)2輸出

U1-48 USART3數(shù)據(jù)輸入接口與U3-12連接，串行數(shù)據(jù)2輸入

P14為can總線電平接口，連接can總線型傳感器

U1-71 CANT數(shù)據(jù)輸出接口與U5-3磁偶隔離輸入前端連接

U1-70 CANR數(shù)據(jù)輸入接口與U5-2磁偶隔離輸出前端連接

U5-6磁偶隔離輸出后端與U4-1 CAN電平轉(zhuǎn)換輸出連接

U5-7磁偶隔離輸入后端與U4-4 CAN電平轉(zhuǎn)換輸入連接，轉(zhuǎn)換為CANH和CANL信號(hào)。

P15為RS485電平接口，連接RS485總線型傳感器

U1-78 UART4數(shù)據(jù)輸出接口與U6-6連接，RS485串行數(shù)據(jù)輸出

U1-79 UART4數(shù)據(jù)輸入接口與U6-3連接，RS485串行數(shù)據(jù)輸入

U1-80 與U6-4和U6-5連接，傳輸RS485方向控制信號(hào)

P5為嵌入式wifi模塊接口，連接有人的USR-WIF232-T模塊，與外部設(shè)備透?jìng)鹘换?shù)據(jù)

P30為嵌入式藍(lán)牙模塊接口，適用TI的CC2541藍(lán)牙4.0模塊，與外部設(shè)備透?jìng)鹘换?shù)據(jù)

U1-86 USART2數(shù)據(jù)輸出接口與P5-5和P30-2連接，通過兩種無線模塊透?jìng)鞔袛?shù)據(jù)輸出

U1-87 USART2數(shù)據(jù)輸入接口與P5-6和P30-1連接，通過兩種無線模塊透?jìng)鞔袛?shù)據(jù)輸入。

PCB 頂板設(shè)計(jì)成專用接口板，主要布設(shè)PCB連接器和隔離部分的電路，與主板間采用單排圓孔板板連接器相連接，并通過六角螺柱固定在防護(hù)殼內(nèi)，防護(hù)殼體頂板開口尺寸與接口板HT3.96型PCB連接器尺寸相對(duì)應(yīng)，使PCB連接器可透過殼體頂板與外部設(shè)備連接。

防護(hù)殼體側(cè)板安裝D型穿板連接器，通過焊線方式與主板連接。