CN110825087A - 一种集成式agv控制器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种集成式AGV控制器，针对安装空间受限和要适配多种车型的特点，采用多块电路板层叠设计，由外壳、接口电路板、控制电路板和电源电路板组成；外壳的上表面设置有物理接口；控制电路板设置处理单元MCU和FPGA，通信及接口丰富，还设置有多种数据接口，可满足各种场景下的AGV数据信号传输要求；电源板还提供过压、过流、反接、浪涌、短路、过热保护功能，提供电流、功率监测，以实现及时了解用电情况；接口电路板根据不同AGV车型需要连接的器件不同可以定制化。本发明可以实现做最小的更改适配更多车型的AGV，根据不同车型的AGV需要连接的具体被控器件和继电控制逻辑设计特定的接口电路板，电源板和控制电路板作为通用板不需要做任何的修改。

Description

一种集成式AGV控制器

技术领域

本发明涉及电控及自动导引运输车(AGV)技术领域，确切地说是用在AGV上的一种集成式AGV控制器。

背景技术

自动导引车AGV(Automated Guided Vehicle)是车间自动化物流系统的重要组成部分，是物流系统实现自动化、智能化柔性化的核心移动搬运单元之一，而控制器又是AGV实现整车控制的主要器件。

安装在AGV上的控制器需要功能丰富、体积小、重量轻、接口丰富，还需要插接线方便牢固，还存在安装受限等要求。

目前AGV控制器没有专用的可选择，通常采用PLC等工业控制领域通用的控制器。而这类控制器又不能满足上述种种要求，从一定程度上影响了AGV的发展。

发明内容

本发明针对AGV行业控制领域中，为克服传统的AGV一般采用PLC做控制器的不足，发明一种采用集成电路的设计方式的集成式AGV控制器。

本发明采用多块电路板层叠设计的立体式控制器，要比单块电路板设计的平面式控制器能更好的利用AGV有限的器件安装空间。

本发明的集成式AGV控制器根据AGV控制需求，完全自主灵活地设计所需要的功能，包括电源转换，处理单元MCU，各种各样的通信接口，数字量模拟量输入输出，PWM波输出，编码器接口，外扩存储器等等。

但是，把这么多电路模块集成到一块电路板上，势必造成电路板面积比较大，那么控制器呈扁平状，浪费AGV有限的器件安装空间，器件要根据实际情况设计成立体状的才能有效的利用空间，所以把控制器整个的硬件系统拆分成三个模块，包括电源模块，控制模块和器件接口模块，分别集成到一个电路板上，形成电源板、控制电路板和接口电路板，板与板之间采用特定的方式层叠连接在一起，构成整个控制器的三层硬件结构。

本发明的集成式AGV控制器主要由金属外壳、接口电路板、控制电路板和电源电路板组成，上述金属外壳通过间隔螺柱固定各电路板。

在上述金属外壳的上表面设置有连接接口电路板的激光头接口、伺服控制接口、传感器接口、通讯接口等多种功能的物理接口，上述接口电路板可根据不同AGV车型的需求进行定制，每一种车型可对应一种接口电路板，从而实现灵活的装配组合。

所述电源板采用LT8390EFE四开关单电感器架构芯片，针对最高达60V的输入电压，将其转化为24V的标准电路电压，通过双排插给给控制电路板供电。

所述控制电路板包括：MCU用来运行裸机程序和linux操作系统，FPGA可以处理一些实时性要求较高的操作，通信接口丰富，包括一路EtherCat、2路RS232、1路RS485、1路RS422、 1路蓝牙，一路RJ45网口、1路WIFI、2路CAN通信。IO点包括16路数字低有效量输入DI、 16路数字高有效量输入DI、16路数字低有效量输出DO、16路数字高有效量输出DO、4路模拟量输入AI(-10V～10V)，4路模拟量输出AO(-10V～10V)，2路PWM输出(2MHZ)，2个编码器接口。控制电路板上预留的无线JTAG调试功能可以极其方便的进行程序的调试。

所述控制电路板上的MCU可以选用ARM或X86架构的MCU，比如STM32系列的ARM处理单元MCU，配合FPGA，如ALTERA公司的EP4CE15F17I8N芯片，进行高速的数据信号采集处理。

所述控制电路板上还设置有多种通用数据接口，可满足各种场景下的AGV数据信号传输要求，包括一路EtherCat、2路RS232、1路RS485、1路RS422、1路蓝牙，一路RJ45网口、2路CAN通信等。

所述控制电路板和接口电路板之间通过双排插进行数据传输。

所述电源板还提供过压、过流、反接、浪涌、短路、过热保护功能，提供电流、功率监测，以实现及时了解用电情况。

所述接口电路板根据不同AGV车型需要连接的器件不同可以定制化，每种车型对应一块特定的接口电路板，接口电路板相比于电源板和控制电路板设计较为方便快捷，只是根据具体车型的接口和各接口的引脚定义，把控制电路板上需要用到的IO点、通信接口等线路引到接口电路板上，IO点要么直接引到接口引脚上，作为裸IO点控制，要么引到接口电路板上专门设计的继电器组上，用来实现硬件逻辑控制，例如硬件急停，硬件解急停，急停互锁等功能，再由继电器输出去控制对应的器件。接口电路板的作用主要就是让控制器做很小的改动适配更多车型的AGV。

本发明的有益效果：本发明的集成式AGV控制器采用多块电路板层叠设计，可以实现做最小的更改适配更多车型的AGV，根据不同车型的AGV需要连接的具体被控器件和继电控制逻辑设计属于该车型特定的接口电路板，电源板和控制电路板作为通用板不需要做任何的修改。所以针对AGV器件安装空间受限和要适配多种车型的特点，三层板层叠式接口电路板可定制的控制器在AGV控制上有很大的优势。

附图说明

图1是本发明的集成式AGV控制器的三层电路板结构和金属外壳示意图；

图2是本发明的集成式AGV控制器的连接三层电路板之间的排插示意图；

图3是本发明的集成式AGV控制器的固定三层电路板的间隔螺柱示意图；

图4是本发明的集成式AGV控制器的控制电路板的电路功能模块结构示意图；

附图中的附图标记：1—机壳、2—接口电路板、3—控制电路板、4—电源板、5—连接电路板的双层排插结构、6—固定电路板的间隔螺柱、7—激光头接口、8—伺服控制接口、9—传感器接口、10—通讯接口、11—预留功能接口、12—FPGA、13—处理单元MCU(ARM/X86)、14 —DI-16(高有效)、15—DI-16(低有效)、16—DO-16(高有效)、17—DO-16(低有效)、18—AI-4(+-10V)、 19—AO-4(+-10V)、20—PWM(IN2Mhz)、21—PWM(OUT2Mhz)、22—RAM(32MB)、23— FLASH(512MB)、24—EtherCAT(1个)、25—CAN(2路)、26—网口(1个)、27—蓝牙(1个)、28—RS232(2 路)、29—RS485(1路)、30—RS422(1路)、31—编码器(2路)。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例,基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1—图4：

本发明描述的AGV控制器主要由控制器金属外壳1、接口电路板2、控制电路板3和电源电路板4组成，金属外壳1通过间隔螺柱6固定各电路板，并在上表面提供了联通接口电路板的各功能接口，如：激光头接口7、伺服控制接口8、传感器接口9、通讯接口10等，接口电路板可根据不同AGV车型的需求进行定制，每一种车型可对应一种接口电路板，从而实现灵活的装配组合。电源板4采用LT8390EFE四开关单电感器架构芯片，针对最高达60V的输入电压，将其转化为24V的标准电路电压，通过双排插5给给控制电路板3供电。控制电路板上的处理单元MCU13可以选用ARM或X86架构的MCU，比如STM32系列的ARM处理单元MCU，配合FPGA12，如ALTERA公司的EP4CE15F17I8N芯片，进行高速的数据信号采集处理。控制电路板3上搭有多种通用数据接口，可满足各种场景下的AGV数据信号传输要求，包括一路EtherCat 24、2路RS232通讯口28、1路RS485通讯口29、1路RS422通讯口30、1路蓝牙27，一路RJ45网口26、2路CAN通信25等。控制电路板3和接口电路板2之间通过双排插5进行数据传输。

所述三层电路板结构是指采用三层不同模块功能电路板层叠连接的方式实现控制器硬件电路，整体结构示意图如图1所示；

所述电源板提供较宽范围(7V～60V)的输入电压转换为稳定的大功率24V输出，最大电流达25A，为控制电路板和接口电路板以及连接接口电路板的用电器件供电，简化DCDC器件和节省安装空间，结构示意图如图2所示；

所述控制电路板集成AGV控制所需的功能，可实现处理单元MCU裸机程序或Linux操作系统的运行，处理单元MCU不限于是ARM处理器，也可以是X86处理器或是FPGA和处理器的组合，外围外设包括EtherCAT、RS232、RS485、RS422、CAN、WIFI、网口、蓝牙通信接口，外扩RAM，外扩FLASH，编码器，PWM，模拟量输入AI，模拟量输出AO，高有效和低有效数字量输入输出DO/DI，结构示意图如图3所示；

所述接口电路板是为了线束化生产，简化AGV各个器件的接线，插座与车载单器件功能实现对应，根据不同车型只需要设计该车型对应的接口电路板，电源板和控制电路板不需要重新设计，实现了控制器最小的改动适配更多的AGV车型，结构示意图如图3所示；

所述的电源板电压转换功能主要分为：

401：采用宽电压输入设计(电池输入7V～60V)，总电源输出24V，最大电流25A；

402：提供过压、过流、反接、浪涌、短路、过热保护；

403：提供电流监测功能，可预留12V(一体机)和5V(编码器)电源输出；

所述的控制电路板控制功能如下：

301：处理单元MCU可以运行裸机程序或是linux操作系统，FPGA实现高性能实时处理；

302：提供EtherCAT、RS232、RS485、RS422、CAN、WIFI、网口、蓝牙通信接口；

303：提供各16路低有效数字量输入DI、高有效数字量输入DI、低有效数字量输出DO、高有效数字量输出DO；

304：提供各4路模拟量输入AI、模拟量输入AO；

305：提供无线JTAG调试功能，方便离线动态调试程序；

所述的接口电路板功能如下：

201：接口电路板根据不同AGV车型实现定制化，不同车型对应不同的接口电路板；

202：根据各种车型的器件功能进行接口插座和线束脚位定义；

203：根据各种车型的继电逻辑进行设计。

Claims (8)

1.一种集成式AGV控制器，其特征在于：

所述集成式AGV控制器由金属外壳、接口电路板、控制电路板和电源电路板组成，所述接口电路板、控制电路板和电源电路板自上而下依次层叠设置且相互之间通过间隔螺柱固定并置于所述金属外壳内；

所述金属外壳的上表面设置有连接接口电路板的至少一种物理接口和/或接线端子；

所述电源板通过双排插给控制电路板供电，采用LT8390EFE四开关单电感器架构芯片，输入电压60V，输出电压24V；

所述控制电路板包括处理单元MCU和FPGA，至少包括1路EtherCat、2路RS232、1路RS485、1路RS422、1路蓝牙、一路RJ45网口、1路WIFI和2路CAN通信；

所述控制电路板和接口电路板之间通过双排插进行数据传输。

2.根据权利要求1所述的集成式AGV控制器，其特征在于：

所述控制电路板上的处理单元MCU选用ARM或X86架构的MCU，所述FPGA选用ALTERA公司的EP4CE15F17I8N芯片。

3.根据权利要求1所述的集成式AGV控制器，其特征在于：

所述控制电路板上还设置有1路EtherCat、2路RS232、1路RS485、1路RS422、1路蓝牙、1路RJ45网口和2路CAN通信。

4.根据权利要求1所述的集成式AGV控制器，其特征在于：

所述接口电路板根据不同AGV车型需要连接的器件不同可以定制化，每种车型对应一块特定的接口电路板。

5.根据权利要求1所述的集成式AGV控制器，其特征在于：

所述电源板还具有过压、过流、反接、浪涌、短路和过热保护功能，提供电流和功率监测。

6.根据权利要求1至5任一项所述的集成式AGV控制器，其特征在于，所述的电源板电压转换功能包括：

采用宽电压输入设计(电池输入7V～60V)，总电源输出24V，最大电流25A；

提供过压、过流、反接、浪涌、短路、过热保护；

提供电流监测功能，可预留12V(一体机)和5V(编码器)电源输出。

7.根据权利要求1至5任一项所述的集成式AGV控制器，其特征在于，所述的控制电路板功能包括：

可以运行裸机程序或是linux操作系统，FPGA实现高性能实时处理；

提供EtherCAT、RS232、RS485、RS422、CAN、WIFI、网口、蓝牙通信接口；

提供各16路低有效数字量输入DI、高有效数字量输入DI、低有效数字量输出DO、高有效数字量输出DO；

提供各4路模拟量输入AI、模拟量输入AO；

提供无线JTAG调试功能，方便离线动态调试程序。

8.根据权利要求1至5任一项所述的集成式AGV控制器，其特征在于，所述的接口电路板功能包括：

根据不同AGV车型实现定制化，不同车型对应不同的接口电路板；

根据各种车型的器件功能进行接口插座和线束脚位定义；

根据各种车型的继电逻辑进行设计。

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