CN109143933A - 用于机器人的传感器电路板及其机器人 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种用于机器人的传感器电路板及其机器人。该用于机器人的传感器电路板包括惯性测量模块、控制模块、线性稳压模块、降压模块和多个信号输出模块，惯性测量模块的信号接收端与外部惯性传感器的信号输出端连接，惯性测量模块的信号输出端与控制模块的信号接收端连接，控制模块的信号输出端分别与多个信号输出模块连接，降压模块的电流输入端接入外部分流板，线性稳压模块的电流输入端与降压模块的电流输出端连接，线性稳压模块的电流输出端与惯性测量模块的电源端连接。本申请解决了机器人的传感器电路板电压调节能力差、信号输出途径缺失的技术问题。

Description

用于机器人的传感器电路板及其机器人

技术领域

本申请涉及一种电路板的改进，特别的，涉及一种用于机器人的传感器电路板，此外，本申请还涉及一种具有该种传感器电路板的机器人。

背景技术

机器人是自动执行工作的机器装置，它既可以接受人类指挥，又可以运行预先编排的程序，也可以根据以人工智能技术制定的原则纲领行动，它的任务是协助或取代人类工作的工作，例如生产业、建筑业，或是危险的工作。

随着机器人在各个领域越来越普及，对于其功能需求也越来越广泛，随之机器人需要采集的信号越来越多，因此根据机器人采集信号的不同需要在机器人本体上加装多种传感器件，这就给对机器人的传感信号的采集和传输提出了更高的要求。而现有的机器人中无法对传感器电路的供电电压进行调节和稳压，致使传感信号接收和传输的稳定性差。另外，由于传感器电路中传输路径的缺失，对传感信号采集后输出途径单一，设备的安全性和可扩展性不高。

针对相关技术中机器人的传感器电路板电压调节能力差、信号输出途径缺失的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本申请的主要目的在于提供一种用于机器人的传感器电路板及其机器人，以解决机器人的传感器电路板电压调节能力差、信号输出途径缺失的问题。

为了实现上述目的，根据本申请的一个方面，提供了一种用于机器人的传感器电路板。

根据本申请的用于机器人的传感器电路板，包括：惯性测量模块、控制模块、线性稳压模块、降压模块和多个信号输出模块，

所述惯性测量模块的信号接收端与外部惯性传感器的信号输出端连接，所述惯性测量模块的信号输出端与所述控制模块的信号接收端连接，以接收所述外部惯性传感器采集的机器人运动状态信息，并将所述机器人运动状态信息发送给所述控制模块；

所述控制模块的信号输出端分别与所述多个信号输出模块连接，以将接收到的机器人运动状态信息通过多个信号传输途径对外传输；

所述降压模块的电流输入端接入外部分流板，以对外接电压进行降压调节；

所述线性稳压模块的电流输入端与所述降压模块的电流输出端连接，所述线性稳压模块的电流输出端与所述惯性测量模块的电源端连接，以对外接电压进行稳压调节，并向所述惯性测量模块进行供电。

进一步的，所述多个信号输出模块包括通信输出模块、串口输出模块和总线输出模块，所述通信输出模块与外部工况机连接；所述串口输出模块与外部串口设备连接；所述总线输出模块与外部总线设备连接。

进一步的，所述传感器电路板还包括以太网接口模块，所述控制模块的信号输出端通过所述以太网接口模块与所述通信输出模块连接。

进一步的，所述以太网接口模块与所述通信输出模块之间设置有隔离变压器，所述隔离变压器用以将外部信号与所述通信输出模块的输出信号进行隔离。

进一步的，所述以太网接口模块包括型号为LAN8720A的PHY接口芯片；所述隔离变压器包括型号为H1102L的信号隔离芯片。

进一步的，所述总线输出模块包括CAN总线收发器，所述CAN总线收发器与所述控制模块之间设置有数据隔离芯片，所述数据隔离芯片将CAN总线收发器的外部电气接口与所述控制模块的信号输出端进行隔离。

进一步的，所述降压模块包括降压型DC-DC芯片、自举电路、充放电回路、分压电路和补偿电路，所述外部分流板接入所述降压型DC-DC芯片的输入引脚IN，所述充放电回路接入所述降压型DC-DC芯片的反馈引脚FB和开关控制引脚SW，所述充放电回路与所述自举电路连接，所述自举电路接入所述降压型DC-DC芯片的升压引脚BS，所述分压电路接入所述降压型DC-DC芯片的使能引脚EN，所述补偿电路接入所述降压型DC-DC芯片的补偿引脚COMP，通过所述降压模块将所述外部分流板提供的12V电压降压至5V。

进一步的，所述线性稳压模块包括稳压芯片、滤波电容组和退耦电容组，所述稳压芯片的输入引脚IN与所述降压模块的输出端连接，所述稳压芯片的输出引脚OUT与所述惯性测量模块的电源端连接，所述滤波电容组接入所述降压模块的输出端与所述稳压芯片的输入引脚IN之间，所述退耦电容组接入所述稳压芯片的输出引脚OUT与所述惯性测量模块的电源端之间，通过所述线性稳压模块将降压后的5V电压调整为3.3V供电电压。

进一步的，所述控制模块1包括型号为STM32F407的MCU，所述线性稳压模块包括型号为AMS1117-3.3的低压差线性稳压芯片；所述降压模块包括型号为MP1591的降压型DC-DC芯片。

为了实现上述目的，根据本申请的另一个方面，提供了一种机器人。

根据本申请的机器人，包括：包括机器人本体和设置在所述机器人本体下部的底盘，所述底盘包括采集所述机器人运动状态信号的惯性传感器和与所述惯性传感器连接的传感器电路板，所述传感器电路板包括上述的传感器电路板。

在本申请实施例中，采用通过设置降压模块和线性稳压模块的方式，依次通过降压模块和线性稳压模块的两次对供电电压进行调节后向惯性测量模块进行供电，达到了提高电压调节能力、稳定地向惯性测量模块进行供电的目的，另外，设置有多种信号输出通道，可通过以太网接口、串口和CAN总线进行信号的传输，从而实现了信号传输通道多样性的技术效果，进而解决了传感器电路板电压调节能力差、信号输出途径缺失的技术问题。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，使得本申请的其它特征、目的和优点变得更明显。本申请的示意性实施例附图及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1是本发明用于机器人的传感器电路板的结构框图；

图2是本发明用于机器人的传感器电路板中降压模块的结构框图；

图3是本发明用于机器人的传感器电路板中线性稳压模块的结构框图；

图4是本发明用于机器人的传感器电路板中太网接口模块的电路结构图；

图5是本发明用于机器人的传感器电路板中隔离变压器的电路结构图；

图6是本发明用于机器人的传感器电路板中CAN总线收发器的电路结构图；

图7是本发明用于机器人的传感器电路板中数据隔离芯片的电路结构图；

图8是本发明用于机器人的传感器电路板中隔离电源模块的电路结构图；

图9是本发明用于机器人的传感器电路板中降压模块的电路结构图；

图10是本发明用于机器人的传感器电路板中线性稳压模块的电路结构图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，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，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语“包括”和“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，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本申请中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本发明及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。

并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本发明中的具体含义。

此外，术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”、“套接”应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

如图1所示，本申请涉及一种用于机器人的传感器电路板，该用于机器人的传感器电路板包括惯性测量模块2、控制模块1、线性稳压模块4、降压模块5和三个信号输出模块，惯性测量模块2的信号接收端与外部惯性传感器的信号输出端连接，惯性测量模块2的信号输出端与控制模块1的信号接收端连接，以接收外部惯性传感器采集的机器人运动状态信息，并将机器人运动状态信息发送给控制模块1；控制模块1的信号输出端分别与多个信号输出模块连接，以将接收到的机器人运动状态信息通过多个信号传输途径对外传输；降压模块5的电流输入端接入外部分流板，以对外接电压进行降压调节；线性稳压模块4的电流输入端与降压模块5的电流输出端连接，线性稳压模块4的电流输出端与惯性测量模块2的电源端连接，以对外接电压进行稳压调节，并向惯性测量模块2进行供电。采用通过设置降压模块5和线性稳压模块4的方式，依次通过降压模块5和线性稳压模块4的两次对供电电压进行调节后向惯性测量模块2进行供电，达到了提高电压调节能力、稳定地向惯性测量模块2进行供电的目的，另外，设置有多种信号输出通道，可通过以太网接口、串口和CAN总线进行信号的传输，从而实现了信号传输通道多样性的技术效果。

本发明的一些实施例中，外部惯性传感器采用三个角速度传感器和三个加速度传感器，以对应采集X轴、Y轴和Z轴方向上机器人的运动状态信息。

本发明的一些实施例中，外部分流板的输入电压为直流12V。

本发明中，控制模块1包括控制器，该控制器采用ST意法半导体的ARMCORTEX-M4内核的STM32F407系列的MCU，自身需要3.3V供电，外接CY28M晶体，该MCU的BOOT0引脚下拉表示从内部FLASH(闪存)启动，复位为内部POR复位(上电复位)方式。该MCU的功能主要完成传感器电路板中IMU(惯性测量)数据的读取和以太网接口的数据的发送，同时可完成CAN总线通信以及传感器数据的采集。

如图1所示，三个信号输出模块分别为通信输出模块6、串口输出模块7和总线输出模块8，通信输出模块6与外部工况机连接；串口输出模块7与外部串口设备连接；总线输出模块8与外部总线设备连接。

具体的，通信输出模块6采用RJ45连接器；串口输出模块7采用RS232串口；总线输出模块8采用CAN通讯总线。

如图1所示，传感器电路板还包括以太网接口模块3，控制模块1的信号输出端通过以太网接口模块3与通信输出模块6连接。以太网接口模块3与通信输出模块6之间设置有隔离变压器，隔离变压器用以将外部信号与通信输出模块6的输出信号进行隔离。

具体的，如图4所示，以太网接口模块3中的PHY(以太网)接口芯片采用MICROCHIP公司生产的LAN8720A芯片，如图5所示，隔离变压器采用的型号为H1102L的隔离芯片与外部信号隔离。

本发明的一些实施例中，总线输出模块8包括CAN总线收发器，CAN总线收发器与控制模块1之间设置有数据隔离芯片，数据隔离芯片将CAN总线收发器的外部电气接口与控制模块1的信号输出端进行隔离。

具体的，如图6所示，CAN总线收发器采用TI公司的VP230型号的CAN总线收发器；如图7所示，数据隔离芯片采用ADI公司的ADuM1201双通道数据隔离芯片。

本发明的一些实施例中，CAN总线收发器与向CAN总线收发器供电的电源板之间设置有隔离电源模块，保证电源板的大功率电路和小电流控制电路的独自安全工作，如图8所示，隔离电源模块采用金升阳公司的直流5V转3.3V的隔离电源模块，将两部分电路隔离(图8中为+5V电源CC和+3.3V电源CC_CAN)，用于给CAN总线收发器供电，以便将CAN总线接口与系统隔离。

如图2、图9所示，降压模块5包括降压型DC-DC芯片501、自举电路502、充放电回路503、分压电路504和补偿电路505，外部分流板接入降压型DC-DC芯片501的输入引脚IN，充放电回路503接入降压型DC-DC芯片501的反馈引脚FB和开关控制引脚SW，充放电回路503与自举电路502连接，自举电路502接入降压型DC-DC芯片501的升压引脚BS，分压电路504接入降压型DC-DC芯片的使能引脚EN，补偿电路505接入降压型DC-DC芯片的补偿引脚COMP，通过所述降压模块5将外部分流板提供的12V电压降压至5V。通过自举电路502对充放电回路503反馈的电压进行升压，并输入到降压型DC-DC芯片501内；通过分压电路504为降压型DC-DC芯片501的使能引脚EN提供安全的使能电压；通过补偿电路505保证降压型DC-DC芯片501的稳定工作。

本发明的一些实施例中，充放电回路503为电感L1、二极管D2和电容C36组成的典型BUKE充放电电路。

本发明的一些实施例中，降压型DC-DC芯片501具体采用型号为MPS1591的降压芯片。

如图3、图10所示，线性稳压模块4包括稳压芯片401、滤波电容组402和退耦电容组403，稳压芯片401的输入引脚IN与降压模块5的输出端连接，稳压芯片401的输出引脚OUT与惯性测量模块2的电源端连接，滤波电容组402接入降压模块5的输出端与稳压芯片401的输入引脚IN之间，退耦电容组403接入稳压芯片401的输出引脚OUT与惯性测量模块2的电源端之间，通过线性稳压模块4将降压后的5V电压调整为3.3V供电电压。通过稳压芯片401对输入电压进行调节，并通过滤波电容组402和退耦电容组403增强稳压能力，从而提高稳压效果、满足精密调压的需求。

具体的，控制模块1采用型号为STM32F407的MCU；线性稳压模块4采用型号为AMS1117-3.3的低压差线性稳压芯片；降压模块5采用型号为MP1591的降压型DC-DC芯片。

本申请涉及一种机器人(图中未示出)，该机器人包括机器人本体和底盘，底盘设置在机器人本体的下部，底盘上设置有采集机器人运动状态信号的惯性传感器和与惯性传感器连接的传感器电路板，传感器电路板包括上面所描述的传感器电路板。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于机器人的传感器电路板，其特征在于，包括：惯性测量模块(2)、控制模块(1)、线性稳压模块(4)、降压模块(5)和多个信号输出模块；

所述惯性测量模块(2)的信号接收端与外部惯性传感器的信号输出端连接，所述惯性测量模块(2)的信号输出端与所述控制模块(1)的信号接收端连接，以接收所述外部惯性传感器采集的机器人运动状态信息，并将所述机器人运动状态信息发送给所述控制模块(1)；

所述控制模块(1)的信号输出端分别与所述多个信号输出模块连接，以将接收到的机器人运动状态信息通过多个信号传输途径对外传输；

所述降压模块(5)的电流输入端接入外部分流板，以对外接电压进行降压调节；

所述线性稳压模块(4)的电流输入端与所述降压模块(5)的电流输出端连接，所述线性稳压模块(4)的电流输出端与所述惯性测量模块(2)的电源端连接，以对外接电压进行稳压调节，并向所述惯性测量模块(2)进行供电。

2.根据权利要求1所述的用于机器人的传感器电路板，其特征在于，所述多个信号输出模块包括通信输出模块(6)、串口输出模块(7)和总线输出模块(8)，所述通信输出模块(6)与外部工况机连接；所述串口输出模块(7)与外部串口设备连接；所述总线输出模块(8)与外部总线设备连接。

3.根据权利要求2所述的用于机器人的传感器电路板，其特征在于，所述传感器电路板还包括以太网接口模块(3)，所述控制模块(1)的信号输出端通过所述以太网接口模块(3)与所述通信输出模块(6)连接。

4.根据权利要求3所述的用于机器人的传感器电路板，其特征在于，所述以太网接口模块(3)与所述通信输出模块(6)之间设置有隔离变压器，所述隔离变压器用以将外部信号与所述通信输出模块(6)的输出信号进行隔离。

5.根据权利要求4所述的用于机器人的传感器电路板，其特征在于，所述以太网接口模块(3)包括型号为LAN8720A的PHY接口芯片；所述隔离变压器包括型号为H1102L的信号隔离芯片。

6.根据权利要求2所述的用于机器人的传感器电路板，其特征在于，所述总线输出模块(8)包括CAN总线收发器，所述CAN总线收发器与所述控制模块(1)之间设置有数据隔离芯片，所述数据隔离芯片将CAN总线收发器的外部电气接口与所述控制模块(1)的信号输出端进行隔离。

7.根据权利要求1所述的用于机器人的传感器电路板，其特征在于，所述降压模块(5)包括降压型DC-DC芯片(501)、自举电路(502)、充放电回路(503)、分压电路(504)和补偿电路(505)，所述外部分流板接入所述降压型DC-DC芯片(501)的输入引脚IN，所述充放电回路(503)接入所述降压型DC-DC芯片(501)的反馈引脚FB和开关控制引脚SW，所述充放电回路(503)与所述自举电路(502)连接，所述自举电路(502)接入所述降压型DC-DC芯片(501)的升压引脚BS，所述分压电路(504)接入所述降压型DC-DC芯片的使能引脚EN，所述补偿电路(505)接入所述降压型DC-DC芯片的补偿引脚COMP，通过所述降压模块(5)将所述外部分流板提供的12V电压降压至5V。

8.根据权利要求7所述的用于机器人的传感器电路板，其特征在于，所述线性稳压模块(4)包括稳压芯片(401)、滤波电容组(402)和退耦电容组(403)，所述稳压芯片(401)的输入引脚IN与所述降压模块(5)的输出端连接，所述稳压芯片(401)的输出引脚OUT与所述惯性测量模块(2)的电源端连接，所述滤波电容组(402)接入所述降压模块(5)的输出端与所述稳压芯片(401)的输入引脚IN之间，所述退耦电容组(403)接入所述稳压芯片(401)的输出引脚OUT与所述惯性测量模块(2)的电源端之间，通过所述线性稳压模块(4)将降压后的5V电压调整为3.3V供电电压。

9.根据权利要求1所述的用于机器人的传感器电路板，其特征在于，所述控制模块(1)包括型号为STM32F407的MCU，所述线性稳压模块(4)包括型号为AMS1117-3.3的低压差线性稳压芯片；所述降压模块(5)包括型号为MP1591的降压型DC-DC芯片。

10.一种机器人，包括机器人本体和设置在所述机器人本体下部的底盘，所述底盘包括采集所述机器人运动状态信号的惯性传感器和与所述惯性传感器连接的传感器电路板，其特征在于，所述传感器电路板包括权利要求1至9中任意一项所述的传感器电路板。