[实用新型]一种适合移动机器人的三轴运动控制卡

说明书

技术领域

本实用新型涉及自动化控制领域，尤其是一种适合移动机器人的三轴运动控制卡。 

背景技术

目前国内移动机器人的配件尚不够丰富，特别是移动机器人专用的运动控制卡，让很多移动机器人爱好者、发烧友、学校机器人竞技（CCTV机器人大赛）、公司产品开发者制作和开发困难。国内也有几家机器人配件公司在生产类似产品，也有三轴甚至多轴的运动控制卡，然而的价格昂贵，控制协议和控制方式都不太适合移动机器人。 

所以为了解决这样的问题，我们将步进电机作为控制对象，需要发明一种满足以下功能的控制卡： 

1） 响应协议指令实时

2） 能够长期、实时地、频繁的急停，急转

3） 能够平稳地的加减速，使得运动体验平稳

4） 每次协议维持时间定时

5） 程序跑飞自动重启

6） 调速范围和调速精度较高

7） 价格便宜，使用方便可靠

     而对于头部运动而言： 

1） 能够以不同速度转动不同角度

2） 能够限位，而且限位成功率100%

3） 能够归零

能够满足这样功能的集成控制卡市场上还没有，而一些基于DSP、FPGA、ARM的控制卡，其功能强大，但是不一定适合移动机器人的制；另一方面它们的价格也让爱好者和学生望而却步。

   所以面临这样的情况，无论我们自己研发机器人还是为了满足发烧友需求，一款能够满足机器人运动基本属性的、高性能、高性价比的运动控制卡的研发和设计都是迫在眉睫的。 

    为了满足上述机器人功能的需求，利用高价格的DSP或者ARM或者ARM加FPGA等方式实现上述功能不是很难，市场上也有相应的产品；或者利用高价的8位单片机实现对单轴的控制也不难，也有相应的产品。但是如何利用低价格8位单片机，分别能够满足机器人头部和脚部等三轴功能需要并集成，市场上也没有相应的产品。技术难点主要集中在满足机器人的功能需耗相当多的资源，而如何充分利用和分配芯片的资源以及外围电路的合理设计，并设计出简单、可靠、高效率的硬件和软件为关键难点技术。 

实用新型内容

本实用新型的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种适合移动机器人的三轴运动控制卡，满足机器人运动基本属性且高性能、高性价。 

本实用新型采用的技术方案是这样的：一种适合移动机器人的三轴运动控制卡，包括中央处理单元、中央处理单元分别连接电源管理单元、通信单元、协议时间保持单元、平滑运动单元、限位传感器采集处理单元、计数单元、频率可变脉冲产生控制单元； 

其中，中央处理单元，为各单元提供统一时针信号、控制寄存器和端口连接；

电源管理单元，用于将电源电压转为线性电压；

通信单元，分别与协议解析单元和协议时间保持单元连接，和上位机采用串口通信；

协议时间保持单元，与平滑运动单元连接，保证定时器每条正确的协议能够维持在规定时间内；

平滑运动单元，分别与限位传感器采集处理单元及频率可变脉冲产生控制单元连接，根据协议中平滑时间实现梯形加减速；

限位传感器采集处理单元，分别与频率可变脉冲产生控制单元和计数单元连接，通过外部中断去计算脉冲个数；

频率可变脉冲产生控制单元，根据控制协议为步进电机分配相应脉冲；

计数单元，计算控制电机的脉冲个数。

作为优选，还包括过流保护单元，分别与电源输入端口、电源管理单元、中央处理单元连接，用于电源电压过大、或者内部出现短路现象时，断开电路的物理连接。 

作为优选，还包括继电器控制单元，分别与过流保护单元、电源管理单元及中央处理单元连接，用于在需要的时候关闭电机电流。 

作为优选，还包括指示灯单元，分别与中央处理单元和电源管理单元连接，保障程序正常运行和电源正常的指示。 

作为优选，还包括自动复位单元，与中央处理单元连接，起到程序跑飞或者死机时的重启。 

作为优选，电源管理单元中，所述的电源电压为7V到24V,线性电压为5V。 

作为优选，所述的电源管理单元在输入和输出均增加了旁路滤波电容。 

作为优选，所述的继电器控制单元采用24V/6A继电器，并使用三极管作为驱动。