项目

C-饼干：机器人系统架构

2016年9月8日经过罗伯特·凯

跟随

当我们将各种系统组件结合到演示机器人时，C-Biscuit Saga继续。

C-饼干系列

复习和介绍

C-饼干代表Collaborative.B.ot.一世ntegrated.S.系统C矿石，你nmanned.一世任命性，和T.elemetry。它更像是一个平台对于机器人项目，而不是特定机器人。该平台基于羽脚板四边形它本质上是一种低成本嵌入式计算机，具有令人印象深刻的处理和输入/输出能力。Wandboard可以运行Linux和机器人操作系统（ROS）这是一个开源软件工具集合，可以帮助普通人探索机器人开发。

然而，我们需要测试和演示这个平台，为此我们需要一个实际的机器人。C-BISCUIT系列的前几篇文章讨论了整个项目的各种组件——例如，电源、软件设置、摄像机——以及总体系统设计。

现在，是时候确定系统架构并将组件集成到一个运行良好的机器中了!

正如生活中的惯例一样，最终版本并不像最初计划的那样。如果您查看以前的文章，您将看到我们正在尝试融入一些改进，这将导致具有更简化的系统设计具有更简化的更具视觉上吸引人的机器人。

更新的架构

此时，演示机器人的主要组件如下：

LynxMotion三轨机器人机箱
羽脚板四边形,外壳和SD卡含有活性氧
羽鹬天线套件为无线通信
Wandcam.（500万像素的相机，专为直接接口到羽棒板）
12 V，2800 MAH NIMH电池组
充电器
机器人控制板，定制设计的PCB

以下是一个系统图：

现在让我们来看看每个系统组件。

机器人的框架

关于三轨没什么好说的。我们喜欢坦克风格的踏面，我们喜欢它的外观，我们喜欢它只有两个马达，它似乎足够宽敞的C-BISCUIT硬件。

机器人的大脑

Wandboard在之前的C-BISCUIT文章中已经介绍过了，所以我们不需要在这里详细讨论它。在演示机器人中，Wandboard主要负责两件事:接收来自WandCam的图像数据，并将这些数据通过Wi-Fi传输到一台将显示图像的笔记本电脑上。

最终我们希望实现机器视觉算法，该算法将允许羽筒板基于从相机的输入来影响机器人的行为。羽棒板有一个RF连接器，允许我们在方便的位置使用安装的单独的天线。

机器人的愿景

Wandcam被讨论在C-BISCUIT:设计选择和论证．在写这篇文章的时候，我们在从Wandboard获取图像数据到PC上时遇到了一些困难，我们可能会尝试使用不同的相机作为解决方案。

为机器人提供动力

原始计划的电源是11.1 V, 5000毫安时锂聚合物(LiPo)电池。这个选择没有什么特别的错误，如果我们不满意上面提到的镍氢电池提供的2800毫安时，我们可能会回到LiPo。然而，以下考虑因素支持NiMH而非LiPo:

这款三轨道机器人的底盘配备了12伏电机。比经营一个电动机在其指定的电压,这是与脂肪并不容易,因为LiPo-pack电压来增加3.7 V(一个脂肪细胞生成3.7 V)。因此,如果你正在寻找12 V,最近的你可以是3个手机包,提供11.1 V。
脂质电池在充电、储存和运输方面更挑剔，而且通常被认为更危险，因为它们在严重不利的条件下有爆炸的倾向。
NiMH电池比Lipo更高的充电周期。当我们一起将这个演示机器人拉到一起时，我们可能正在进行很多充电和放电，并且我喜欢更持久的电源的想法。

将电池充电能力集成到机器人的电子设备中是方便的;yabosports官网这样，我们可以通过USB连接对电池充电，该USB连接也用于机器人和PC之间的通信。但那奖金功能没有成功，而是我们有一个储备的充电器，可以很好地完成这项工作。

控制机器人

我们的想法是将所有必要的控制和电源电路结合到一个定制设计的PCB。这将是一个更干净的整体解决方案。，更少的布线，更少的电路板确保到底盘，更紧密的集成和更大的定制。机器人控制板(RCB)具有以下要求:

与魔杖板沟通
控制移动机器人机箱的电机
将12V从电池转换为5 V，用于羽筒板，并在RCB上的低压电路
监控电池电压

羽蝶板Comms.

筒板通信将通过USB和逻辑级UART获得。

从长期来看，USB是首选选择，原因如下：

Wandboard有一个标准的USB连接器，而用于RCB通信的UART信号只能作为测试点。
适当屏蔽的USB电缆很容易获得。
USB采用差分信令并包含循环冗余校验（CRC）进行错误检测。

我通常不会在2）和3）上大量强调，但我们将有电机驱动的电流接通和关注，并在我看来转化为相当嘈杂的电子设备的环境。yabosports官网通过屏蔽，差分信令和CRC，与UART的单端3.3 V色带电缆连接相比，USB更有可能提供强大的通信接口。

但是，USB无法在固件/软件简单方面与UART竞争。我可以处理一些微控制器USB开发，但我完全知道在Linux中实现USB通信，所以我想确保我们有UART作为备份。

电机控制

机器人底盘配备了两个12v直流刷电机。RCB将使用电机驱动ic控制这些，使我们能够轻松实现正向/反向旋转，PWM速度控制和电流限制。

图片礼貌Robotshop.．

在一个点，我们希望找到一个合适的机器人底盘，配有步进电机而不是刷牙的直流电机，但搜索证明是徒劳的。步进电机允许高精度的运动，但控制它们更复杂，并且这种增加的复杂性可能部分解释基于步进基底的机箱选项的短缺。然而，我们不想放弃基于步进电机的机器人的可能性，因此我们决定将步进驱动功能合并到RCB中。

此时，我们更有可能使用步进驱动电路来进行额外的机器人特征，而不是用于移动机器人本身。

调节电压

电池给我们12 V，但我们需要5 v的羽鹬。对于RCB的逻辑电平电路，有5 V也可以方便，因为我们正在使用EFM8单片机具有片上5V-TO-3.3 V线性稳压器。

Wandboard有相当高的电流要求用户指南推荐电源，可以源至少2 A.因此，线性调节器不是最佳选择;我们想要开关稳压器的效率，并在我们的终点上简化设计过程我们将雇用一个μmodule.直流电技术的DC / DC转换器。

线性技术的概念对为什么您可以选择一个μmodule，取自μmodule产品指南．我发现这张图片非常有趣，并诚实是我对定制设计的开关调节器的感受非常好的视觉表现。

适当照顾NiMH电池

微控制器的模数转换器将用于监测来自电池的电压。我认为大多数设计师都会直观地认识到，需要确保电池供电系统知道其电源产生的电压。但当我们处理可充电电池时，电池监测的重要性远远不止于此，因为过度放电实际上会损坏电池。

电池两端的电压随着对系统提供电流而降低;下图，取自Energizer的NIMH手册和应用手册，描绘了NiMH电池的典型放电曲线。

图片礼貌劲量

如果微控制器知道电池电压，它可以使用该曲线来估计放电百分比，然后可以采取动作以防止过度放电。Energizer文件说明如下：“防止对电池不可逆转造成的可能性。．．强烈建议在总放电之前从电池中移除负载。“

一些谷歌搜索表明，每个单元格不应超过0.9 V的NiMH电池组，尽管1.0 V或1.1 V可能更安全。如果我们使用每个单元格作为截止值，我们需要在我们的十个电池电池电压达到11 V时关闭机器人。

一世f you look back at the discharge profile, you can see that there is no need to push the cutoff to the absolute minimum because the voltage drops off so rapidly after about 1.1 V. Bottom line, I’d rather shut down the bot a little prematurely than risk damage to the battery.

结论

我们现在拥有C-Biscuit示范机器人更新系统设计的鸟瞰图。保持调整为未来的文章，将更详细地探索机器人的各个部位。

系列的下一篇文章:C-BISCUIT: rcb单片机原理图设计，电机控制器

为自己提供这个项目！得到bom。