一种售货商用机器人精确定位机械手的主控制板电路的制作方法

本实用新型涉及自动售货商用机器人领域技术，尤其是指一种售货商用机器人精确定位机械手的主控制板电路。

背景技术：

自动售货机是一种全新的商业零售形式，由于能实现无人自动售货，无需人工现场管理，不受时间、地点限制，降低了销售成本，提高了效率，同时方便交易，因此得到了越来越广泛的应用。

自动售货机发展到今天，其功能日渐增多，现有的货物输送方式有多种形式，最常见的是在每个货道的后端分别设置电机，通过电机工作将货物输送到货道边缘处，直接掉落到出口处，这种结构比较笨重，占用空间较大，且每个货物的后方都设置电机，生产成本比较高，货道制造复杂化，故障率大大提高。该种输送方式存在易损坏物品，同时对物品的种类具有一定的限制，针对该种输送方式存在的缺陷，市场上出现了一种可接收货物的升降机械手，机械手主要由手部和运动机构组成。为了能抓取空间中的物体，机械手需要多个自由度，自由度越多，机械手的灵活性越大，通用性越广，其结构也越复杂，然而，在控制上会出现出货不精确的问题，这就要求更精确的电路设计控制各个自由度的伸展动作。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型针对现有技术存在之缺失，其主要目的是提供一种售货商用机器人精确定位机械手的主控制板电路，从而克服现有技术的不足。

为实现上述目的，本实用新型采用如下之技术方案：

一种售货商用机器人精确定位机械手的主控制板电路，包括主控制器、RS232接口电路、RS485接口电路、CAN接口电路、编码器接口电路、传感器接口电路和电源电路，各接口电路和电源电路均电相连于主控制器，所述主控制器采用STM32F103VBT6控制器，RS232接口电路分为RS232 A接口和RS232 B接口，RS485接口电路分为RS485 A接口和RS485 B接口，所述编码器接口电路有两组，传感器接口有4组。

作为一种优选方案，所述主控制器包括CPU、电源降噪模块、电源指示模块、时钟模块；

所述电源降噪模块连接于电源端VBAT和VCC上，电容C48－C53为去耦电容，用于消除电源上的噪声；电容E8为储能电容，能降低电源内阻、增加电源的响应速度；

所述电源指示模块连接于VCC端，指示灯LED3为电源指示灯，电阻R10是限制流电阻，用于控制通过指示灯LED3的电流；

时钟模块连接CPU的X2 IN端、X2 OUT端、X1 IN端、X1 OUT端，谐振器CY1、CY2是石英晶体谐振器，谐振频率有极高的稳定性，为CPU提供稳定工作时钟；电容C55－C58是谐振电路的匹配电容，有协助晶体起振与稳定振荡的作用；电阻R61和R62是阻尼电阻，用来预防晶振被过分驱动及降低电路的电磁干扰。

作为一种优选方案，所述RS232接口电路中，芯片U19是专用的RS232电平转换芯片，实现电平转换，电容C43－C46是电荷泵的储能电容，电容C47为去耦电容。

作为一种优选方案，所述RS485接口电路中，芯片U4是半双工的RS485电平转换芯片，实现电平转换；电容C11为去耦电容；电阻R9为上拉电阻，用于保证在没有控制时的电平的正确性；电阻R21是RS485总线的终端匹配电阻，用于总线的阻抗匹配；电感T1为共模电感，能有效的抑制总线的共模干扰，提高数据传输的可靠性；二极管D9－D11是6.8V的TVS管，用于保护电路，免静电或感应电的损坏，提高电路可靠性。

作为一种优选方案，所述CAN接口电路中，电阻R17为工作模式设置电阻，在这里把芯片U9设置为斜率控制模式，用于调整信号的速率，在使用非屏蔽电缆是可调整电路的电磁兼容性能。

作为一种优选方案，所述编码器接口电路中，芯片U10－U12是高速光耦，最大传输速率可达500Kbps；电容C27－C29为去耦电容；电阻R47-R49为限流电阻，控制流经光耦的电流；二极管D18－D20为高速二极管，用于反向续流及防止光耦反向击穿。

作为一种优选方案，所述电源电路中，芯片U1、U2为TI的电源管理芯片；电容C1、C2、C7、C8、C25、C26为滤波电容分别为输入电源和电源输出进行滤波，使电源更干净；电容E1－E4及E9为储能电容，响应速度极高，能为电路提供瞬时的电能；电阻R1－R4为EN脚提供电源的分压，实现欠压保护功能；电阻R7、R18和R8、R19为VSEN脚提供输出的分压，实现输出电压的闭环控制；电容C3、C4为软启动电容，能实现电源电路的软启动，减少电路的电流应力和电压应力；电容C21－C24和电阻R5、R6为环路补偿电路，使用电源的控制环路更稳定，提高电源的可靠性及电源的动态性能；电容C5、C6为电荷泵的储能电容，用于芯片内部半桥的供电；电感L1、L2为储能电感，电源电路的能量都通过这2个电感传送；二极管D3、D4为续流二极管，用于电感的续流。

作为一种优选方案，所述电源电路连接RTC电路，RTC电路中，二极管D6和电阻R24组成电池组的充电电路，二极管D6起到电压降的作用，使电池充电时不过压；电容E24起到限流的作用，使电池充电时不过流；开关D7为正常工作时的供电开关，开关D8为电池供电时的供电开关。

本实用新型与现有技术相比具有明显的优点和有益效果，具体而言，由上述技术方案可知，其主要是在主控制板上设置了主控制器、RS232接口、RS485接口、CAN接口、编码器接口、传感器接口和电源等电路，当手动调试介面，由主控制器发出控制命令，负责完成工控机出货指令的执行，具体分为机械手的控制，货道出货、货斗接货及出货口出货的指令转换、输出，协调各电路板完成取货及出货的动作。本电路实现通过RS232串行接口接收工控机的指令，控制2坐标机械手运动到指定的位置，并通过RS485总线控制货道控制板和出货控制板完成取货、出货动作。

为更清楚地阐述本实用新型的结构特征和功效，下面结合附图与具体实施例来对本实用新型进行详细说明。

附图说明

图1是本实用新型之实施例的整体结构框图。

图2是本实用新型之实施例的主控制器的电路图。

图3是本实用新型之实施例的RS232接口的电路图。

图4是本实用新型之实施例的RS232接口的示意图。

图5是本实用新型之实施例的RS485接口的电路图。

图6是本实用新型之实施例的CAN接口的电路图。

图7是本实用新型之实施例的编码器接口的电路图。

图8是本实用新型之实施例的电源电路图。

图9是本实用新型之实施例的RTC电路图。

附图标识说明：

1、主控制器 2、RS232接口电路

3、RS485接口电路 4、CAN接口电路

5、编码器接口电路 6、传感器接口电路

7、电源电路。

具体实施方式

请参照图1至图9所示，其显示出了本实用新型之较佳实施例的具体结构，是一种售货商用机器人精确定位机械手的主控制板电路，主要负责完成工控机出货指令的执行，具体分为机械手的控制、货道出货、货斗接货及出货口出货的指令转换、输出，协调各电路板完成取货及出货的动作。

如图1所示，一种售货商用机器人精确定位机械手的主控制板电路的硬件结构是由主控制器1、RS232接口2、RS485接口3、CAN接口4、编码器接口5、传感器接口6和电源7等电路组成，各电路（2、3、4、5、6、7）均电相连于主控制器1。本实施例中，所述主控制器采用STM32F103VBT6控制器，RS232接口电路分为RS232 A接口和RS232 B接口，RS485接口电路分为RS485 A接口和RS485 B接口，所述编码器接口电路有两组，传感器接口有4组。

其中，如图2所示，主控制器1采用的是ST公司的STM32F103VBT6，最高工作频率72MHZ，内部带有20KB的SRAM，128KB的FLASH及非常丰富的接口资源。主控制器1电路如下：包括CPU、电源降噪模块、电源指示模块、时钟模块。

电源降噪模块连接于电源端VBAT和VCC上，电容C48－C53为去耦电容，用于消除电源上的噪声。电容E8为储能电容，能降低电源内阻、增加电源的响应速度。

电源指示模块连接于VCC端，指示灯LED3为电源指示灯，电阻R10是限制流电阻，用于控制通过指示灯LED3的电流。

时钟模块连接CPU的X2 IN端、X2 OUT端、X1 IN端、X1 OUT端，谐振器CY1、CY2是石英晶体谐振器，谐振频率有极高的稳定性，为CPU提供稳定工作时钟。电容C55－C58是谐振电路的匹配电容，有协助晶体起振与稳定振荡的作用。电阻R61和R62是阻尼电阻，用来预防晶振被过分驱动及降低电路的电磁干扰。

主板上的RS232、RS485和CAN接口都是使用CPU的内部接口，并通过常用的接口电平转换芯片实现，如下。

如图3和图4所示，RS232接口电路2中，芯片U19是专用的RS232电平转换芯片，实现电平转换。电容C43－C46是电荷泵的储能电容，电容C47为去耦电容。

如图5所示，RS485接口电路3中，芯片U4是半双工的RS485电平转换芯片，实现电平转换。电容C11为去耦电容。电阻R9为上拉电阻，用于保证在没有控制时的电平的正确性。电阻R21是RS485总线的终端匹配电阻，用于总线的阻抗匹配。电感T1为共模电感，能有效的抑制总线的共模干扰，提高数据传输的可靠性。二极管D9－D11是6.8V的TVS管，用于保护电路，免静电或感应电的损坏，提高电路可靠性。

如图6所示，CAN接口电路4中，电阻R17为工作模式设置电阻，在这里把芯片U9设置为斜率控制模式，用于调整信号的速率，在使用非屏蔽电缆是可调整电路的电磁兼容性能。

其它电路的作用是和RS485电路是一样的，在此不再赘述。

为保证机械手的控制性能，预留一路RS485总线，可单独用于机械手与主控制板的通信，提高控制性电路的可靠性，并且接口电路设置ESD器件及共模干扰抑制器件，更能大大的提高CAN和485接口可靠性。

EEPRAM采用的是ST公司的24C256，它是一颗IIC接口的256bit 的EEPRAM，直接连接到CPU的IIC接口即可。

通用传感器接口则采用CPU的IO脚实现通用的开关量的输入，实现传感器的检测。

由于本实施例的编码器采用12V电源，所以编码器接口采用的是高速光耦的方案。既起到电平转换的功能也实现隔离，提高产品可靠性。解码则由CPU内部的定时器实现正交信号计数。

编码器接口电路5如图7所示：编码器接口电路5中，芯片U10－U12是高速光耦，最大传输速率可达500Kbps。电容C27－C29为去耦电容。电阻R47-R49为限流电阻，控制流经光耦的电流。二极管D18－D20为高速二极管，用于反向续流及防止光耦反向击穿。

如图8所示，电源电路7考虑到成本和可靠性，选择了TI的低成本的电源方案TPS54231，它的工作频率在570KHZ左右，能降低电感器的成本。最大2A的电流输出能力，能完全满足我们的系统要求。并且TI公司本身有多个型号PIN－TO－PIN兼容，可满足更多不同电路需求。

板上设计有2路DC－DC电源，一路12V输出，可用于其它电路板供电，这样整个售货机只需要1个24V电源盒即，降低电源盒成本。另一路为控制电路提供逻辑控制电源。电路图如图8：

电源电路7中，芯片U1、U2为TI的电源管理芯片，成本低、可靠性高，并有多个兼容型号。电容C1、C2、C7、C8、C25、C26为滤波电容分别为输入电源和电源输出进行滤波，使电源更干净。电容E1－E4及E9为储能电容，响应速度极高，能为电路提供瞬时的电能。电阻R1－R4为EN脚提供电源的分压，实现欠压保护功能。电阻R7、R18和R8、R19为VSEN脚提供输出的分压，实现输出电压的闭环控制。电容C3、C4为软启动电容，能实现电源电路7的软启动，减少电路的电流应力和电压应力。电容C21－C24和电阻R5、R6为环路补偿电路，使用电源的控制环路更稳定，提高电源的可靠性及电源的动态性能。电容C5、C6为电荷泵的储能电容，用于芯片内部半桥的供电。电感L1、L2为储能电感，电源电路7的能量都通过这2个电感传送。二极管D3、D4为续流二极管，用于电感的续流。

RTC电路由于CPU内置比较简单，采用可充电电池给CPU的内部RTC供电即可。

RTC电路如图9：RTC电路中，二极管D6和电阻R24组成电池组的充电电路，二极管D6起到电压降的作用，使电池充电时不过压。电容E24起到限流的作用，使电池充电时不过流。开关D7为正常工作时的供电开关，开关D8为电池供电时的供电开关。

综上所述，本实用新型的设计重点在于，其主要是在主控制板上设置了主控制器1、RS232接口2、RS485接口3、CAN接口4、编码器接口5、传感器接口6和电源7等电路，当手动调试介面，由主控制器1发出控制命令，负责完成工控机出货指令的执行，具体分为机械手的控制，货道出货、货斗接货及出货口出货的指令转换、输出，协调各电路板完成取货及出货的动作。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型的技术范围作任何限制，故凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。