一种多轮独立驱动机器人控制器的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属于自动化技术及设备领域，具体涉及一种多轮独立驱动机器人控制器。
【背景技术】
[0002]随着智能机器人技术的快速发展和广泛应用，越来越多机器人代替了人力，比如工业机器人、家用机器人、搜救机器人等。上述智能机器人用途不同驱动轮的结构设计也不同，但是都需要大驱动力。为了提高机器人的动力，往往每个驱动轮用一个电机单独驱动来代替轴连接式的结构。在这种背景下，同时驱动多个电机的控制器设计成为一个备受关注的领域。现有的控制方案中，需要一个总控制板卡和六个驱动单元，每个驱动电机占用一个控制器，每个控制器都是一个独立的控制单元，其中包含电机保护、驱动桥、通信接口和固化的控制程序，且不可二次开发。这种控制模式中主控制板卡需要通过CAN通信接口向六个驱动单元发送大量的控制参数来实现同步控制和电机速度的闭环控制，需要可靠的通信协议和大量的通信时间。因此设计一款驱动结构简单，成本低，驱动能力强，同步性强的多轮机器人控制器非常有意义。
【实用新型内容】
[0003]针对现有技术中存在的上述技术问题，本实用新型提出了一种多轮独立驱动机器人控制器，设计合理，克服了现有技术的不足，结构简单，成本低廉，具有良好的效果。
[0004]为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案:
[0005]—种多轮独立驱动机器人控制器，包括一个主控单元、两个从控单元和一个配套的程序下载调试转接板卡；
[0006]所述主控单元包括主控微控制器、第一 CAN控制器、主控接口单元和主控稳压电源单元;所述主控接口单元包括一个CAN通信接口、两个USART接口、一个传感器模块数据采集接口、一个下载调试接口和一个电源接口；所述主控稳压电源单元与主控微控制器和主控接口单元分别连接;所述主控微控制器通过USART接口与第一 CAN控制器连接;所述主控单元包括两个第一 CAN控制器，与所述主控接口单元的两个USART接口分别对应；
[0007]所述两个从控单元都包括从控微控制器、第二CAN控制器、三个H桥驱动电路、三个电流检测和电流保护电路、三个控制信号逻辑运算单元、两个电源开关、从控接口单元和从控稳压电源单元;所述从控接口单元包括一个USART接口、三个传感器模块数据采集接口、一个下载调试接口和一个电源接口；所述从控稳压电源单元与从控主控微控制器、三个电流检测和电流保护电路、三个控制信号逻辑运算单元、两个电源开关、从控接口单元分别连接;所述从控微控制器与三个电流检测和电流保护电路、三个控制信号逻辑运算单元分别通过线路连接;所述从控微控制器通过USART接口与第二 CAN控制器连接；
[0008]所述主控单元通过CAN通信接口连接有上位机并与上位机进行通信；
[0009]所述主控单元与从控单元通过第一 CAN控制器和第二 CAN控制器分别进行通信连接；
[0010]所述下载调试接口与所述程序下载调试转接板卡连接。
[0011 ] 优选地，所述主控微控制器选用32位ARM核STM32F2或STM32F4系列单片机。
[0012]优选地，所述从控微控制器选用STM32F1系列单片机。
[0013]优选地，所述H桥驱动电路采用单独设计的PCB板卡，通过双排2.54mm的L型插针与从控单元的底板相连接;所述的每个H桥驱动电路通过5.08mm KF2EDGK-2P插接件连接有一个电机。
[0014]优选地，所述H桥驱动电路采用上半桥臂为P沟道MOS管，下半桥臂为N沟道MOS管的H桥驱动结构;所述P沟道MOS管采用IFR4905 ；所述N沟道MOS管采用IRF3205 ；所述P沟道MOS管和N沟道MOS都采用IR4426或IR4427或IR4428驱动。
[0015]优选地，所述主控稳压电源单元和从控稳压电源单元都选用LM2940和LM1117稳压芯片，所述LM2940的输出端和LMl 117的输入端通过线路连接，所述LMl 117稳压芯片的输出端连接有EMI静躁器。
[0016]优选地，所述第一 CAN控制器和第二 CAN控制器都选用TJA1040或TJA1050CAN芯片。
[0017]优选地，所述下载调试接口选用2.0mmSW或者JTAG插针，与所述的程序下载调试转接板卡连接。
[0018]优选地，所述控制信号逻辑运算单元将两个或非门的其中两个输入端连接在一起作为PWM信号控制端，另外两个输入端作为正反转控制端。
[0019]优选地，所述主控单元还包括导航仪。
[0020]优选地，所述传感器模块数据采集接口采用14针2.54_牛角座插接口。
[0021 ]本实用新型所带来的有益技术效果:
[0022]1、一个从控单元可以独立驱动三个电机，代替传统的一个控制单元控制一个电机，节省成本，而且每个控制板都预留有下载调试接口，方便二次开发和调试。
[0023 ] 2、在通信电路设计部分，微控制器上的片上USART控制器连接到CAN控制器接口芯片，两侧的接口芯片互联，这使得微控制器将数据发送给CAN控制器接口芯片后，数据以差分的形式传输，即充分利用单片机片上资源，又提高通信的可靠性和通信速率，降低通信成本;经过实际测试，这种数据传输模式在115.2K的通信速率，2m通信距离下仍然可靠传输。
[0024]3、在逻辑控制电路部分，该电路将两个或非门的输入连接在一起作为PWM信号控制端，另外两个输入作为正反转控制端，控制信号经过逻辑运算后作用于H桥电路，这使得只需一路PWM信号和两个单片机通用I/O 口就实现了一路电机控制，节省了单片机定时器资源，同时隔离电机运行过程中串扰主控芯片的干扰信号。
[0025]4、在电机驱动板卡设计时，为了缩小PCB板面积，将H桥驱动部分单独带设计成小板卡，将其用L型插接头焊接到驱动板卡中，这种设计结构缩小驱动板的面积，使PCB的开板费用降低，还有利于驱动芯片的散热，提高驱动板卡的载流量，而且便于维护和升级，使该系统更趋于产品化。
[0026]5、驱动板卡中的H桥电路采用上半桥臂为P沟道MOS管，下半桥臂为N沟道MOS管的结构；其中，上半桥臂MOS管IRF4905的源极接电源，下半桥臂MOS管IRF3205的源极接地，源极电平分别为OV和VCC，在MOS管的门极施加高低电平即可驱动;采用两片下半桥臂N沟道MOS管门极驱动芯片IR4426，实现整个H桥电路MOS管的驱动，整体驱动电路简单，可驱动直流电机四象限运行。
[0027]6、过流保护硬件立即响应电路，配合驱动电路的逻辑控制部分，实现硬件立即保护功能，避免软件计算过程中过电流对电机造成损害，而且该过流保护电路能通过DAC输出的方式定义保护电流的大小。
[0028]7、控制器最多可控制六个驱动轮的机器人，低于6个的也可以控制，只需对称的分配控制口即可。
[0029]8、将程序下载调试接口用转接板与仿真器连接，节省控制板卡PCB面积，有利于缩小控制器体积，减小PCB制板费用，所有接口采用标准插接件，插拔容易，方便调试和推广。
【附图说明】
[0030]图1为本实用新型一种多轮独立驱动机器人控制器的原理框图。
[0031]图2为本实用新型一种多轮独立驱动机器人控制器的程序下载调试转接板卡的结构图。
[0032]图3为本实用新型一种