CN111762026A - 用于自动导引车的一体化机箱及充电桩的设计方法及*** - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于自动导引车AGV的一体化机箱及充电桩的设计方法及***，其中设计方法包括：S1、机箱内部所用控制板的电路设计与其印刷电路板PCB设计；S2、机箱内的电气线路设计；S3、机箱的箱体设计；S4、充电桩内部所用充电控制板的电路设计与其印刷电路板设计；S5、充电桩内的电气线路设计；S6、充电桩的箱体设计。配套***包括一体化机箱和充电桩，其中，一体化机箱包括一体化机箱箱体，一体化机箱箱体内置有控制板电路模块以及相关联的***电气模块；充电桩包括充电桩箱体，充电桩箱体内置有充电控制板电路模块以及相关联的***电气模块。与现有技术相比，本发明具有在保留性能的同时更为模块化，具有易用性与通用性等优点。

Description

用于自动导引车的一体化机箱及充电桩的设计方法及***
技术领域
本发明涉及自动导引车技术领域，尤其是涉及一种用于自动导引车的一体化机箱及充电桩的设计方法及***。
背景技术
随着人工智能的发展，无人导引车的应用范围已经越来越广：不论是高度无人化的流水线、货物集散中心，还是更贴近公众的医疗、服务行业，都有无人导引车的身影。无人导引车的底层硬件设计方案是无人导引车应用的重要前提，良好的底层硬件设计能够提升无人导引车在实际部署时的易用性与可靠性。
现有无人导引车硬件方案多以无人导引车自身为一整体，在其内部进行各种设备的安装、排布。就外观设计而言，大多质感优秀且美观，视觉一体性强。
另一方面，现有的无人导引车硬件方案多具有以下不足：
一是设计与导引车自身形态高度耦合。导引车的形态随其应用推广将逐渐呈现多元化。因此，非一体化的设计显得可扩展性有限、设计可改进空间较小。
二是维护难度高。成熟的无人导引车硬件设计需要考虑复杂环境下的设计指标，导致无人导引车本体的组装难度较大，只有开发方专业人员能够进行相应的维护工作。于是，使用方不但难以自主替换单一设备，也难以在导引车损坏时立刻实施功能替代。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种与导引车自身形态去耦合、维护难度较低的用于自动导引车的一体化机箱及充电桩的设计方法及***，从而实现部署易用性与可靠性的无人导引车硬件设计方案。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种用于自动导引车的一体化机箱及充电桩的设计方法，该设计方法包括以下步骤：
步骤1：设计用于自动导引车的一体化机箱内部的控制板电路模块；
步骤2：设计用于自动导引车的一体化机箱内部的与所述控制板电路模块相关联的***电气模块；
步骤3：设计用于内置所述控制板电路模块以及与所述控制板电路模块相关联的***电气模块的一体化机箱箱体；
步骤4：设计用于自动导引车的充电桩内部的充电控制板电路模块；
步骤5：设计用于自动导引车的充电桩内部的与所述充电控制板电路模块相关联的***电气模块；
步骤6：设计用于内置所述充电控制板电路模块以及与所述充电控制板电路模块相关联的***电气模块的充电桩箱体。
本发明还提供一种采用所述的用于自动导引车的一体化机箱及充电桩的设计方法的用于自动导引车的配套***，该***包括所述一体化机箱和所述充电桩，其中，所述一体化机箱包括所述一体化机箱箱体，所述一体化机箱箱体内置有所述控制板电路模块以及与所述控制板电路模块相关联的***电气模块；所述充电桩包括所述充电桩箱体，所述充电桩箱体内置有所述充电控制板电路模块以及与所述充电控制板电路模块相关联的***电气模块。
进一步地，所述与所述控制板电路模块相关联的***电气模块包括与所述控制板电路模块通信连接的工控机以及与所述控制板电路模块经总供电接线端分别连接的降压器和保护电路模块，所述降压器还与其他箱内设备相连接，所述保护电路模块还与固态继电器相连接，所述固态继电器与无刷电机驱动器相连接。
进一步地，所述与所述充电控制板电路模块相关联的***电气模块包括用于接收外部交流电源输入并与所述充电控制板电路模块相连接的开关电源以及用于传导充电输出并与所述充电控制板电路模块相连接的充电输出端口，所述开关电源还与降压模块相连接，所述降压模块还与散热风扇相连接。
进一步地，所述控制板电路模块包括电源管理模块、主控逻辑模块和外部设备通信模块，其中：
所述电源管理模块，包括相互连接的机箱电流电压检测电路模块和板载电源，用于针对外部直流输入进行电压、电流和功率检测；
所述主控逻辑模块，包括相互连接的主控制器、通讯与下载电路模块和输入保护电路模块，用于整体控制所述控制板电路模块；
所述外部设备通信模块，包括相互连接的IO输出/输入缓冲模块和I2C转发模块，用于与箱外设备交互以能够适应长距离的连接线路。
进一步地，所述充电控制板电路模块包括输入保护电路模块、功率电路模块、输出保护电路模块、充电控制电路模块和输出控制电路模块，其中：
所述输入保护电路模块，用于对所述功率电路模块的输入端进行保护；
所述输出保护电路模块，用于对所述功率电路模块的输出端进行保护；
所述功率电路模块，用于实现充电功能；
所述充电控制电路模块，用于对充电过程进行控制；
所述输出控制模块，用于控制所述充电控制板电路模块整体充电输出。
进一步地，所述主控制器的对应PCB板上电路部分包括型号为ATMEGA2560的芯片；所述的I2C转发模块的对应PCB板上电路部分包括型号为PCA9515的芯片以及型号为MX3.0的连接器；所述的IO输出/输入缓冲模块的对应PCB板上电路部分包括型号为MX3.0的连接器以及型号为SN74LVC2G17DBVR的芯片；所述通讯与下载电路模块的对应PCB板上电路部分包括型号为ATMEGA16U2-MU的芯片；所述机箱电流电压检测电路模块的对应PCB板上电路部分包括型号为INA193的芯片和型号为REF2925的芯片，所述板载电源的对应PCB板上电路部分包括型号为TPS5420的芯片。
进一步地，所述输入保护电路模块和所述输出保护电路模块采用附加电路板的方式设置于所述充电控制板电路模块上，所述功率电路模块的对应PCB板上电路部分包括型号为BQ24610的芯片，所述充电控制板电路模块还包括用于对充电芯片的工作状态进行监控，并处理接近开关输入信号的板载微处理器和用于对所述板载微处理器供电并与所述功率电路模块供电进行电气隔离的板载供电模块，所述板载微处理器的对应PCB板上电路部分包括型号为STM32F103C8T6TR的芯片，所述板载供电模块的对应PCB板上电路部分包括型号为TPS5420的芯片、型号为F5050S-2WR2的芯片以及型号为AMS1117的芯片。
进一步地，所述一体化机箱箱体的顶盖采用可拆式顶盖，所述一体化机箱箱体上设有充电触点接口、电源输入接口、空气开关安装位、第一散热风扇安装位、LCD屏幕安装位、第一散热风孔、电机霍尔信号输入接口、电机输出接口、网线接口、辅助电源接口、工控机操作面板预留孔位、I2C设备接口、IO接口以及电机驱动器安装位。
进一步地，所述充电桩箱体上设有充电触点机构安装位、第二散热风孔、交流输入接口、第二散热风扇安装位、辅助充电开关安装位、辅助充电接口、开关电源散热圆孔以及开关电源散热风孔。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)本发明将无人导引车的常用设备集成在一体化机箱内部，箱外提供丰富的可用接口，在无人导引车上实际部署时具有易用性，能够适应不同的应用场景。
(2)本发明设计了一体化充电桩，在触点充电以外还提供有线充电方案，能够适应不同的使用场景。
附图说明
图1为本发明中一体化机箱的功能模块示意图；
图2为本发明中一体化机箱中的控制板的功能模块示意图；
图3为本发明中充电桩功能模块示意图；
图4为本发明中充电桩中的充电控制板的功能模块示意图；
图5为本发明中一体化机箱箱体的第一视角结构图；
图6为本发明中一体化机箱箱体的第二视角结构图；
图7为本发明中充电桩箱体的第一视角结构图；
图8为本发明中充电桩箱体的第二视角结构图；
图中，1为充电触点接口，2为电源输入接口，3为空气开关安装位，4为第一散热风扇安装位，5为LCD屏幕安装位，6为第一散热风孔，7为电机霍尔信号输入接口，8为电机输出接口，9为网线接口，10为辅助电源接口，11为工控机操作面板预留孔位，12为I2C设备接口，13为IO接口，14为电机驱动器安装位，15为充电触点机构安装位，16为第二散热风孔，17为交流输入接口，18为第二散热风扇安装位，19为辅助充电开关安装位，20为辅助充电接口，21为开关电源散热圆孔，22为开关电源散热风孔，23为顶盖。
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，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。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的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种应用于自动导引车的一体化机箱设计方案和配套充电桩设计方案，其特征在于，具体包括以下内容：
S1、一体化机箱内部的控制板电路设计方案；
S2、一体化机箱内部的电气线路设计方案；
S3、一体化机箱的箱体设计方案；
S4、充电桩内部所用的充电控制板的电路设计方案；
S5、充电桩内部的电气线路设计方案；
S6、充电桩的箱体设计方案；
步骤S1中的控制板电路设计方案，具体包括：外部直流输入通过电源管理电路实现电压、电流和功率检测，同时给箱内其他设备与微处理器(降压后)供电；微处理器通过IO与通信电路与箱外设备交互，能够适应较长的连接线路，提升稳定性。
步骤S2中的一体化机箱电气线路设计方案，具体包括：外部电源送入机箱后，经过控制板的监控后，通过总供电接线端给箱内设备进行供电；给无刷电机驱动器供电时进行保护，防止无刷电机反向送电至箱内其他设备。
步骤S3中的一体化机箱的箱体设计方案，具体包括：箱体背面提供网口(1个)、外部设备供电接口(2个)、IO接口(1个)和I2C设备接口(6组)；箱体两侧提供无刷电机接口(1对)；箱体正面提供外部电源输入接口；箱体顶盖附有LCD显示屏；箱内除自带散热风扇以外，可搭载诸多典型设备(如工控机或小型个人电脑)，并预留操作空间；箱体顶盖采用拼接结构，便于安装维护。
步骤S4中的充电控制板的电路设计方案，具体包括：外部交流输入经过开关电源后，作为充电控制板的主供电；充电控制板的输入、输出均有保护电路，保护板载器件；板载微处理器对充电芯片的工作状态进行监控，并处理接近开关输入信号；输出控制电路处理充电选择开关输入信号；充电控制板的输入、输出保护电路以附加电路板的形式进行安装；板载微处理器的供电与板上功率部分的供电具有电气隔离。
步骤S5中的充电桩电气线路设计方案，具体包括：外部交流输入通过开关电源得到直流输出；直流输出一方面经过降压器给散热风扇供电，一方面经过保护电路给充电控制板进行供电；外部的接近开关连接至板载微处理器；外部的充电选择开关连接至输出控制电路。
步骤S6中的充电桩箱体设计方案，具体包括：箱体侧面带有交流电源输入接口、充电选择开关和有线充电接口；箱体正面为充电触点，并附有标识二维码；箱体内自带散热风扇；箱体顶盖采用拼接结构，便于安装维护。
具体实施例
本实施例提供了一种应用于无人导引车的一体化机箱及充电桩设计方案，该方案的实施具体包括以下步骤：
S1、一体化机箱、充电桩的功能模块设计。
S2、控制板、充电控制板的原理图设计。
S3、控制板、充电控制板的PCB设计。
S4、控制板、充电控制板的电路组装。
S5、一体化机箱、充电桩的外观设计。
S6、一体化机箱、充电桩的装配。
在步骤S1的实施过程中，得到大致的功能分布框图，如图1、图2、图3和图4所示。
在步骤S2的实施过程中，使用电子设计自动化(Electrical Design Automation，EDA)软件进行原理图设计。
在步骤S3的实施过程中，使用电子设计自动化软件进行PCB设计，包括元器件的布局设计以及走线设计。
在步骤S4的实施过程中，可以纯手工焊接，也可以辅以表面贴装技术(SurfaceMounting Technique,SMT)进行电路组装；电路组装包括分立、集成元器件的焊接以及接插件的安装。
在步骤S5的实施过程中，使用计算机辅助设计(Computer Aided Design,CAD)软件进行外观设计；采用先设计箱体每面的平面，后采用拼接方式构成箱体的设计方式。
在步骤S6的实施过程中，按照功能分布框图，依照步骤S5中给出的安装设计进行箱体内部设备及其相关线缆的装配。
如图5和图6所示为一体化机箱箱体的两个视角结构图，如图所示，一体化机箱箱体的顶盖23采用可拆式顶盖，一体化机箱箱体上设有充电触点接口1、电源输入接口2、空气开关安装位3、第一散热风扇安装位4、LCD屏幕安装位5、第一散热风孔6、电机霍尔信号输入接口7、电机输出接口8、网线接口9、辅助电源接口10、工控机操作面板预留孔位11、I2C设备接口12、IO接口13以及电机驱动器安装位14。
如图7和图8所示为充电桩箱体的两个视角结构图，如图所示，充电桩箱体上设有充电触点机构安装位15、第二散热风孔16、交流输入接口17、第二散热风扇安装位18、辅助充电开关安装位19、辅助充电接口20、开关电源散热圆孔21以及开关电源散热风孔22。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种用于自动导引车的一体化机箱及充电桩的设计方法，其特征在于，该设计方法包括以下步骤：
步骤1：设计用于自动导引车的一体化机箱内部的控制板电路模块；
步骤2：设计用于自动导引车的一体化机箱内部的与所述控制板电路模块相关联的***电气模块；
步骤3：设计用于内置所述控制板电路模块以及与所述控制板电路模块相关联的***电气模块的一体化机箱箱体；
步骤4：设计用于自动导引车的充电桩内部的充电控制板电路模块；
步骤5：设计用于自动导引车的充电桩内部的与所述充电控制板电路模块相关联的***电气模块；
步骤6：设计用于内置所述充电控制板电路模块以及与所述充电控制板电路模块相关联的***电气模块的充电桩箱体。
2.一种采用如权利要求1所述的用于自动导引车的一体化机箱及充电桩的设计方法的用于自动导引车的配套***，其特征在于，该***包括所述一体化机箱和所述充电桩，其中，所述一体化机箱包括所述一体化机箱箱体，所述一体化机箱箱体内置有所述控制板电路模块以及与所述控制板电路模块相关联的***电气模块；所述充电桩包括所述充电桩箱体，所述充电桩箱体内置有所述充电控制板电路模块以及与所述充电控制板电路模块相关联的***电气模块。
3.根据权利要求2所述的一种用于自动导引车的一体化机箱及充电桩的设计方法的用于自动导引车的配套***，其特征在于，所述与所述控制板电路模块相关联的***电气模块包括与所述控制板电路模块通信连接的工控机以及与所述控制板电路模块经总供电接线端分别连接的降压器和保护电路模块，所述降压器还与其他箱内设备相连接，所述保护电路模块还与固态继电器相连接，所述固态继电器与无刷电机驱动器相连接。
4.根据权利要求2所述的一种用于自动导引车的一体化机箱及充电桩的设计方法的用于自动导引车的配套***，其特征在于，所述与所述充电控制板电路模块相关联的***电气模块包括用于接收外部交流电源输入并与所述充电控制板电路模块相连接的开关电源以及用于传导充电输出并与所述充电控制板电路模块相连接的充电输出端口，所述开关电源还与降压模块相连接，所述降压模块还与散热风扇相连接。
5.根据权利要求3所述的一种用于自动导引车的一体化机箱及充电桩的设计方法的用于自动导引车的配套***，其特征在于，所述控制板电路模块包括电源管理模块、主控逻辑模块和外部设备通信模块，其中：
所述电源管理模块，包括相互连接的机箱电流电压检测电路模块和板载电源，用于针对外部直流输入进行电压、电流和功率检测；
所述主控逻辑模块，包括相互连接的主控制器、通讯与下载电路模块和输入保护电路模块，用于整体控制所述控制板电路模块；
所述外部设备通信模块，包括相互连接的IO输出/输入缓冲模块和I2C转发模块，用于与箱外设备交互以能够适应长距离的连接线路。
6.根据权利要求4所述的一种用于自动导引车的一体化机箱及充电桩的设计方法的用于自动导引车的配套***，其特征在于，所述充电控制板电路模块包括输入保护电路模块、功率电路模块、输出保护电路模块、充电控制电路模块和输出控制电路模块，其中：
所述输入保护电路模块，用于对所述功率电路模块的输入端进行保护；
所述输出保护电路模块，用于对所述功率电路模块的输出端进行保护；
所述功率电路模块，用于实现充电功能；
所述充电控制电路模块，用于对充电过程进行控制；
所述输出控制模块，用于控制所述充电控制板电路模块整体充电输出。
7.根据权利要求5所述的一种用于自动导引车的一体化机箱及充电桩的设计方法的用于自动导引车的配套***，其特征在于，所述主控制器的对应PCB板上电路部分包括型号为ATMEGA2560的芯片；所述的I2C转发模块的对应PCB板上电路部分包括型号为PCA9515的芯片以及型号为MX3.0的连接器；所述的IO输出/输入缓冲模块的对应PCB板上电路部分包括型号为MX3.0的连接器以及型号为SN74LVC2G17DBVR的芯片；所述通讯与下载电路模块的对应PCB板上电路部分包括型号为ATMEGA16U2-MU的芯片；所述机箱电流电压检测电路模块的对应PCB板上电路部分包括型号为INA193的芯片和型号为REF2925的芯片，所述板载电源的对应PCB板上电路部分包括型号为TPS5420的芯片。
8.根据权利要求6所述的一种用于自动导引车的一体化机箱及充电桩的设计方法的用于自动导引车的配套***，其特征在于，所述输入保护电路模块和所述输出保护电路模块采用附加电路板的方式设置于所述充电控制板电路模块上，所述功率电路模块的对应PCB板上电路部分包括型号为BQ24610的芯片，所述充电控制板电路模块还包括用于对充电芯片的工作状态进行监控，并处理接近开关输入信号的板载微处理器和用于对所述板载微处理器供电并与所述功率电路模块供电进行电气隔离的板载供电模块，所述板载微处理器的对应PCB板上电路部分包括型号为STM32F103C8T6TR的芯片，所述板载供电模块的对应PCB板上电路部分包括型号为TPS5420的芯片、型号为F5050S-2WR2的芯片以及型号为AMS1117的芯片。
9.根据权利要求2所述的一种用于自动导引车的一体化机箱及充电桩的设计方法的用于自动导引车的配套***，其特征在于，所述一体化机箱箱体的顶盖(23)采用可拆式顶盖，所述一体化机箱箱体上设有充电触点接口(1)、电源输入接口(2)、空气开关安装位(3)、第一散热风扇安装位(4)、LCD屏幕安装位(5)、第一散热风孔(6)、电机霍尔信号输入接口(7)、电机输出接口(8)、网线接口(9)、辅助电源接口(10)、工控机操作面板预留孔位(11)、I2C设备接口(12)、IO接口(13)以及电机驱动器安装位(14)。
10.根据权利要求2所述的一种用于自动导引车的一体化机箱及充电桩的设计方法的用于自动导引车的配套***，其特征在于，所述充电桩箱体上设有充电触点机构安装位(15)、第二散热风孔(16)、交流输入接口(17)、第二散热风扇安装位(18)、辅助充电开关安装位(19)、辅助充电接口(20)、开关电源散热圆孔(21)以及开关电源散热风孔(22)。
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