第3章 機(jī)器人電源設(shè)計(jì)

1機(jī)器人控制技術(shù)與實(shí)踐2第三章機(jī)器人電路設(shè)計(jì)3.1機(jī)器人的電源系統(tǒng)3.2機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)器系統(tǒng)3.3機(jī)器人常見電路接口3.4機(jī)器人處理控制器3.5機(jī)器人的串口通信3第三章機(jī)器人電路設(shè)計(jì)

機(jī)器人是模仿人或者其他生物制作出來的自動(dòng)化機(jī)器。機(jī)器人如何給自身補(bǔ)充能量？如何執(zhí)行動(dòng)作？43.1機(jī)器人的電源系統(tǒng)

一、機(jī)器人供電方式1、電纜供電方式適用于功率較大的機(jī)器人53.1機(jī)器人的電源系統(tǒng)

一、機(jī)器人供電方式2、電池供電方式適用于移動(dòng)機(jī)器人63.1機(jī)器人的電源系統(tǒng)二、鋰電池

靠鋰離子在正負(fù)極之間的轉(zhuǎn)移來完成電池充放電工作73.1機(jī)器人的電源系統(tǒng)二、鋰電池1、鋰電池的主要參數(shù)（1）電池容量（2）標(biāo)稱電壓（3）充電終止電壓

83.1機(jī)器人的電源系統(tǒng)二、鋰電池1、鋰電池的主要參數(shù)航模電池中的參數(shù)25C20C指的是放電的倍率。航模電池還有一個(gè)參數(shù)叫放電量多少M(fèi)A，比如是3000MA，那么這個(gè)電池能承受的最大電流是：3000ma*25=75A,對(duì)應(yīng)選擇合適的電調(diào)。電池放電C率，1C,2C,0.2C是電池放電速率：表示放電快慢的一種量度。所用的容量1小時(shí)放電完畢，稱為1C放電；5小時(shí)放電完畢，則稱為1/5=0.2C放電。

93.1機(jī)器人的電源系統(tǒng)二、鋰電池2、鋰電池的正確使用方法（1）按照規(guī)定充電（2）切不可過分放電（3）長期不使用，需要取出

103.1機(jī)器人的電源系統(tǒng)二、鋰電池3、鋰電池的接插口

T型頭公母一對(duì)T60公母一對(duì)

113.1機(jī)器人的電源系統(tǒng)二、鋰電池3、鋰電池的接插口

品字型插頭

轉(zhuǎn)換頭

123.1機(jī)器人的電源系統(tǒng)三、直流穩(wěn)壓電路1、穩(wěn)壓二極管構(gòu)成的穩(wěn)壓電路

穩(wěn)壓二極管適合給那些電流消耗不大的電路（一般為1A或者2A）進(jìn)行穩(wěn)壓。133.1機(jī)器人的電源系統(tǒng)三、直流穩(wěn)壓電路1、穩(wěn)壓二極管構(gòu)成的穩(wěn)壓電路

穩(wěn)壓二極管適合給那些電流消耗不大的電路（一般為1A或者2A）進(jìn)行穩(wěn)壓。143.1機(jī)器人的電源系統(tǒng)三、直流穩(wěn)壓電路2、

集成式直流穩(wěn)壓模塊

穩(wěn)壓模塊在選用時(shí)要注意輸出電壓、輸入電壓和最大輸出電流參數(shù)153.1機(jī)器人的電源系統(tǒng)四、充電裝置

1、充電器技術(shù)參數(shù)輸入電壓：100-240V；輸入頻率：50-60HZ；單節(jié)鋰電池充電電壓:4.2V。163.1機(jī)器人的電源系統(tǒng)四、充電裝置

1、常見鋰電池充電器B3充電器，一般也叫簡易充電器，可以充2S電池（7.4V，即兩節(jié)單節(jié)大小為4.2V鋰電池串聯(lián)而成的電池）或者3S電池（11.1V，即三節(jié)單節(jié)大小為4.2V鋰電池串聯(lián)而成的電池）。每次只允許插入一種電池。173.1機(jī)器人的電源系統(tǒng)四、充電裝置

1、常見鋰電池充電器B6充電器，可以充1-6S電池（7.4V，即兩節(jié)單節(jié)大小為4.2V鋰電池串聯(lián)而成的電池充電。每次只允許插入一種電池。183.2機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)器系統(tǒng)一、驅(qū)動(dòng)器種類

1、電器驅(qū)動(dòng)器2、液壓驅(qū)動(dòng)器3、氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)器等。193.2機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)器系統(tǒng)二、電機(jī)

電動(dòng)機(jī)是一種旋轉(zhuǎn)式電動(dòng)機(jī)器，它將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，它主要包括一個(gè)用以產(chǎn)生磁場的電磁鐵繞組或分布的定子繞組和一個(gè)旋轉(zhuǎn)電樞或轉(zhuǎn)子。1、電機(jī)種類按工作電源種類劃分：可分為直流電機(jī)和交流電機(jī)。按結(jié)構(gòu)及工作原理可劃分：無刷直流電動(dòng)機(jī)和有刷直流電動(dòng)機(jī)；交流電機(jī)可劃分：單相電機(jī)和三相電機(jī)。203.2機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)器系統(tǒng)二、電機(jī)2、電機(jī)型號(hào)Y2-160M1-8：Y表示機(jī)型為異步電動(dòng)機(jī)；2為設(shè)計(jì)序號(hào)，“2”表示第一次基礎(chǔ)上改進(jìn)設(shè)計(jì)的產(chǎn)品；160為中心高，是軸中心到機(jī)座平面高度；M1為機(jī)座長度規(guī)格，M是中型，其中腳注“2”是M型鐵心的第二種規(guī)格，而“2”型比“1”型鐵心長。8為極數(shù)，“8”是指8極電動(dòng)機(jī)。

213.2機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)器系統(tǒng)二、電機(jī)3、驅(qū)動(dòng)電路（LM298）

電機(jī)旋轉(zhuǎn)方式控制端IN1控制端IN2控制端IN3控制端IN4輸入PWM信號(hào)改變脈寬可調(diào)速調(diào)速端A調(diào)速端BM1正轉(zhuǎn)高低//高/反轉(zhuǎn)低高//高/停止低低//高/M2正轉(zhuǎn)//高低/高反轉(zhuǎn)//低高/高停止低低///高223.2機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)器系統(tǒng)三、舵機(jī)（伺服電機(jī)）

舵機(jī)主要由以下幾個(gè)部分組成，

舵盤、減速齒輪組、位置反饋電位計(jì)、直流電機(jī)、

控制電路板等。233.2機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)器系統(tǒng)三、舵機(jī)（伺服電機(jī)）

1、舵機(jī)的工作原理243.2機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)器系統(tǒng)三、舵機(jī)（伺服電機(jī)）

2、舵機(jī)的接口及供電方式舵機(jī)的輸入線共有三條，

紅色中間，

是電源線，一邊黑色（棕）的是地線，

這輛根線給舵機(jī)提供最基本的能源保證，主要是電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)消耗，還有一條白色（橙色）是信號(hào)線，用于調(diào)速。供電有6V或者4.8V直流。253.2機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)器系統(tǒng)三、舵機(jī)（伺服電機(jī)）

3、用單片機(jī)來控制舵機(jī)（1）控制速度舵機(jī)和角度舵機(jī)工作（2）角度舵機(jī)的調(diào)速方法（3）模擬舵機(jī)和數(shù)字舵機(jī)263.3機(jī)器人常見電路接口一、ADC接口電路

在機(jī)器人制作過程中經(jīng)常會(huì)用到模擬傳感器，模擬傳感器輸出的信號(hào)是模擬信號(hào)，由于單片機(jī)只能處理數(shù)字信號(hào)，不能直接讀取模擬信號(hào)。類型并行比較器分級(jí)型逐次逼近型積分型VFC型主要特點(diǎn)超高速高速速度、精度、價(jià)格等綜合性價(jià)比高高精度、低成本、高抗干擾能力低成本、高分辨率分辨率6108-168-1616-248-16轉(zhuǎn)換時(shí)間幾十ns幾十-幾百ns幾十-幾百kSPS幾十kSPS幾-幾十SPS價(jià)格高高中中低主要用途超高速視頻處理視頻處理高速數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)采集工業(yè)控制音頻處理數(shù)字儀表數(shù)字儀表簡易ADC典型器件TLC5510MAX1200TLC0831AD7705AD650273.3機(jī)器人常見電路接口二、上拉和下拉電路

上拉就是將不確定的信號(hào)通過一個(gè)電阻鉗位在高電平，電阻同時(shí)起限流作用，下拉同理，上拉是對(duì)器件注入電流，下拉是輸出電流。在電路連接上，上拉電阻就是電阻一端接VCC，一端接邏輯電平接入引腳(如單片機(jī)引腳)，如圖4-26所示。下拉電阻就是電阻一端接GND，一端接邏輯電平接入引腳(如單片機(jī)引腳)，如圖4-27所示。283.3機(jī)器人常見電路接口二、上拉和下拉電路

上拉和下拉電阻有很多應(yīng)用的場合(1)當(dāng)TTL電路驅(qū)動(dòng)COMS電路時(shí)，如果TTL電路輸出的高電平低于COMS電路的最低高電平（一般為3.5V），這時(shí)就需要在TTL的輸出端接上拉電阻，以提高輸出高電平的值。(2)OC門電路必須加上拉電阻，才能使用。(3)為加大輸出引腳的驅(qū)動(dòng)能力，有的單片機(jī)管腳上也常使用上拉電阻。(4)在COMS芯片上，為了防止靜電造成損壞，不用的管腳不能懸空，一般接上拉電阻產(chǎn)生降低輸入阻抗，提供泄荷通路。(5)芯片的管腳加上拉電阻來提高輸出電平，從而提高芯片輸入信號(hào)的噪聲容限增強(qiáng)抗干擾能力。293.3機(jī)器人常見電路接口二、上拉和下拉電路

上拉和下拉電阻有很多應(yīng)用的場合(6)提高總線的抗電磁干擾能力。管腳懸空就比較容易接受外界的電磁干擾。(7)長線傳輸中電阻不匹配容易引起反射波干擾，加上下拉電阻是電阻匹配，有效的抑制反射波干擾。(8)對(duì)于非集電極(或漏極)開路輸出型電路(如普通門電路)提升電流和電壓的能力是有限的，上拉電阻的功能主要是為集電極開路輸出型電路輸出電流通道。303.3機(jī)器人常見電路接口三、OC/OD門電路

04機(jī)器人的供電方式3.4機(jī)器人處理控制器一、單片機(jī)字長：CPU能并行處理二進(jìn)制的數(shù)據(jù)位數(shù)8位機(jī)、16位機(jī)、32位機(jī)和64位機(jī)；內(nèi)存容量：存儲(chǔ)單元能容納的二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)；容量單位：1K，1M、8K、64K、16M、64M；運(yùn)算速度：CPU處理速度；內(nèi)存存取時(shí)間：內(nèi)存讀寫速度50nS、70nS、200nS。04機(jī)器人的供電方式3.4機(jī)器人處理控制器一、單片機(jī)04機(jī)器人的供電方式3.4機(jī)器人處理控制器二、51系列單片機(jī)端口線（4×8=32條）:P0;P1;P2;P3電源線（2條）:VCC;GND控制線（6條）:RST;晶振等04機(jī)器人的供電方式3.4機(jī)器人處理控制器二、51系列單片機(jī)端口線（4×8=32條）:P0;P1;P2;P3電源線（2條）:VCC;GND控制線（6條）:RST;晶振等04機(jī)器人的供電方式3.4機(jī)器人處理控制器二、51系列單片機(jī)04機(jī)器人的供電方式3.4機(jī)器人處理控制器二、STM32系列單片機(jī)04機(jī)器人的供電方式3.4機(jī)器人處理控制器二、STM32系列單片機(jī)①HSI是高速內(nèi)部時(shí)鐘，RC振蕩器,頻率為8MHz。②HSE是高速外部時(shí)鐘,可接石英/陶瓷諧振器,或者接外部時(shí)鐘源，頻率范圍為4MHz~16MHz。我們的開發(fā)板接的是8M的晶振。③LSI是低速內(nèi)部時(shí)鐘，RC振蕩器，頻率為40kHz。獨(dú)立看門狗的時(shí)鐘源只能是LSI,同時(shí)LSI還可以作為RTC的時(shí)鐘源。④LSE是低速外部時(shí)鐘，接頻率為32.768kHz的石英晶體。這個(gè)主要是RTC的時(shí)鐘源。⑤PLL為鎖相環(huán)倍頻輸出，其時(shí)鐘輸入源可選擇為HSI/2、HSE或者HSE/2。倍頻可選擇為2~16倍，但是其輸出頻率最大不得超過72MHz383.5機(jī)器人中的串口通信一、串行通信和并行通信

并行通信

串行通信393.5機(jī)器人中的串口通信二、串行通信原理

1、異步通信方式403.5機(jī)器人中