机器人电气系统详解

步骤1：术语

数字信号：数字信号只有两种状态：打开或关闭。与数字信号通信的机器人组件通常通过改变它们在开和关之间交替的频率来实现。

模拟信号：与具有离散值的数字信号不同，模拟信号的输出具有连续的值范围。使用模拟信号的机器人组件通过改变信号电压进行通信。

PWM电缆：脉宽调制（PWM）电缆是一种通常用于允许机器人组件之间通过以下方式相互通信的电缆：数字或模拟信号。最常见的是，它们有3根电线，但是有些版本却有1至5根电缆。

CAN：在FRC中，控制器局域网（CAN）用于控制电机控制器。几个电机控制器串行连接到同一网络，然后由中央处理器控制。

编码器：编码器是用于测量旋转的传感器。它使用数字信号来传达其所连接的轴已经旋转了一定程度的“ 1个计数”。编码器之间每转一圈的计数数量会有所不同，但每转可以从一千到一千。 li》

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步骤2：CRIO

cRIO是FRC机器人的中央处理单元。使用在LabVIEW，C ++或Java中生成的代码，它从驱动器和传感器获取输入，并将指令输出到电动机，气动电磁阀和其他设备。尽管其操作就像将操纵杆值映射到电动机速度一样简单，但它也可以执行复杂的控制循环和自动命令。 cRIO是模块化的，允许团队对其进行自定义以满足其机器人的需求。

团队可能会遇到两种版本的cRIO。第一张图片显示了cRIO-FRC，第二张图片显示了cRIO-FRC II。这两个版本之间唯一的实际区别是它们支持的模块数量。 cRIO-FRC支持八个模块，而cRIO-FRC II支持四个模块。受支持的模块数量减少，也可以使cRIO变得更轻便，占地面积也更小。 cRIO-FRC II从2012年开始提供给新手团队，老兵团队可以选择购买一个。

作为机器人的隐喻大脑，cRIO与控制系统的许多不同部分相连。它的可交换模块可用于将其连接到Digital Sidecar，Analog Breakout和螺线管Breakout。 cRIO由配电板的24V连接供电。它通过以太网电缆连接到D-Link路由器，从而使其能够与连接到路由器的其他组件以及与Drive Station无线通信。最后，cRIO有一个串行端口，可用于通过CAN总线与Jaguars连接，这是控制Jaguars的一种选择。

图片来源：

http://www.chiefdelphi.com/media/photos/31871

https://decibel.ni.com/content/docs/DOC-19103

步骤3：控制板

Digital Sidecar是一个模块，充当发送到cRIO和从cRIO发送的数字信号的集线器。它接收的信号从输出数字信号的传感器（例如编码器或气压开关）发送。它发送的信号用于控制电机控制器或伺服电机等设备。

Digital Sidecar通过DB37带状电缆连接到cRIO模块。它通过PWM电缆连接到传感器，Jaguar和Victor电动机控制器以及Spike继电器。它由与配电板的12V连接供电，并通过2针PWM电缆为Signal LED供电。

Analog Breakout是允许cRIO将模拟信号作为输入的模块。模拟输入与电位计和红外测距仪等传感器一起使用。此外，它还提供了一个选项来测量来自模拟输入之一的电池电压。

模拟中断直接连接到cRIO NI 9201模拟输入模块。它通过12V连接到配电板的电源接收电力，并通过PWM电缆接收来自传感器的数据。

电磁阀中断是一个模块，允许cRIO控制气动系统中使用的电磁阀。它可以为12V或24V螺线管供电，但一次只能供电一种。

电磁阀分支直接连接到cRIO NI 9472数字源模块。它通过与配电板的12V连接或从也提供给cRIO的24V电源获得电源。电磁阀中断通过2针PWM电缆将命令发送到电磁阀。数码％20Sidecar.pdf结果http://www.usfirst.org/sites/default/files/uploadedFiles/Robotics_Programs/FRC/Game_and_Season__Info/2012_Assets/Analog%20Breakout.pdf点击HTTP：//www.usfirst。 org/sites/default/files/uploadedFiles/Robotics_Programs/FRC/Game_and_Season__Info/2012_Assets/Solenoid％20Breakout.pdf

第4步：配电

12伏铅酸电池为FRC机器人上的所有电气系统供电。

12V电池的正极端子。连接到120 Amp断路器，而负极端子直接连接到配电板。

120 Amp断路器是机器人的打开/关闭开关。它还可以将机器人上所有电子设备的电流消耗限制为120A，尽管该限制可以在短时间内断开。

120 Amp断路器在一个端子上从机器人12V电池的正极直接连接，将其连接到配电板的正极端子。

配电板将电源从12V电池分配到机器人上的所有不同组件。它还通过使用20、30和40安培自动复位断路器来调节每个组件的功耗。

配电板几乎连接到控制系统的每个部分。其主要正极端子连接到120 A断路器，而其主要负极端子直接连接到电池。它具有用于cRIO和电磁突围的24V连接，用于摄像机的5V连接以及用于路由器电源转换器的专用12V连接。它具有8个12V连接，可以吸收40安培的电流，还有12个12V端子，可以吸收30安培的电流。这些端子连接到许多组件，例如电动机控制器，cRIO分支板，甚至是定制电路。

机器人配电系统的最后一部分是路由器电源转换器。此组件将专用于路由器的12V电源转换为D-Link路由器所需的电压。

路由器电源转换器连接到配电板的12V路由器连接以及D-Link路由器本身。

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http://www.usfirst.org/sites/default/files/uploadedFiles/Robotics_Programs/FRC/Game_and_Season__Info/2012_Assets/Power%20Distribution%20Board.pdf点击http://www.andymark.com/product- p/am-0899.htm

第5步：电机控制器

Jaguar马达控制器有两种版本：一种是黑色塑料，另一种是灰色塑料。这两个版本之间的差异是相当技术性的，因此在本教程中我不会解决。捷豹为其连接的电动机提供速度和方向控制。控制它们的最常见方法是使用PWM电缆，但是它们可以通过CAN总线连接。通过CAN总线连接Jaguars可以释放电动机控制器中的其他功能。例如，CAN连接将允许团队将编码器连接到Jaguar，并使用其处理能力来进行速度和位置的闭环控制。

Jaguar电动机控制器的主要连接是配电板的12V电压之一。输出并连接到电动机。尽管Jaguar必须以正确的极性连接到配电板上的端子，但是可以在Jaguar的输出上交换电动机的极性。但是，这样做会根据代码给出的方向交换电动机的旋转方向。此外，如果使用PWM控制，则捷豹通过PWM电缆连接到Digital Sidecar，如果使用CAN控制，则连接到cRIO的串行端口。最后，可以将编码器连接到Jaguar的5针PWM端口，以进行闭环速度和位置控制。

Victor 884电动机控制器与Jaguar电动机控制器非常相似。像捷豹一样，它可以控制与其相连的电动机的速度和方向。但是，只能用PWM电缆控制Victor，因此无法利用CAN总线提供的优势。尽管如此，许多经验丰富的团队仍继续使用Victor，因为它们的占地面积更小且被认为更可靠。

Victor电动机控制器通过其12V端子之一连接至配电板，并直接连接至电动机。它由Digital Sidecar通过PWM控制。最后，必须将Victor的冷却风扇与走线到配电板的电线连接。

Spike继电器实质上是用作组件的开/关开关。当与电动机一起使用时，可用于正向，反向或断开驱动它们。 Spike还可以用于打开或关闭其他电子设备，例如灯或压缩机。最后，除了配电板上的断路器外，Spike继电器还有一个用于20安培断路器的端口。

Spike连接到配电板的12V 30安培端子之一。它的输出可以连接到电动机，压缩机，照明灯或电磁阀。它通过与数字边车的PWM连接进行控制。

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步骤6：其他

在竞争中，D-Link DAP-1522路由器允许驾驶员无线控制机器人。它使用Wi-Fi在机器人和驾驶员控制站之间建立无线网桥。

D-Link路由器通过路由器电源转换器供电，并通过以太网电缆连接到cRIO。路由器还可以通过以太网连接到其他设备，从而允许它们与cRIO和驱动程序站进行通信。最常使用这种连接方式的设备是Axis摄像机。

Rockwell Signal LED用于警告机器人周围的人它正在运行，并传达有关其当前状态的其他信息。信号LED总共使用五种不同的闪烁模式。以下是不同模式及其指示的列表：

稳定开启：自主模式

短路关闭：（1500ms开启，100ms关闭）：遥控模式

慢速闪烁（打开900毫秒，关闭900毫秒）

快速闪烁（打开200毫秒，关闭200ms）：由于没有驾驶员站通讯，错误的cRIO图像，错误的团队ID而导致系统错误，或出现许多通信错误

快慢闪烁（打开200毫秒，关闭900毫秒）：电池电量低和系统被系统监视程序，用户监视程序或设置为禁用的Driver Station禁用。

Rockwell Signal LED通过2针PWM电缆连接到Digital Sidecar。

有两个摄像头可以连接到机器人，用作视觉处理的传感器，也可以用作反馈设备。司机。尽管有两种型号的摄像机，即Axis M1011和Axis 206，但它们在功能上是等效的。

摄像机通过专用的5V连接从配电板接收电源。它还通过以太网电缆连接到D-Link路由器，从而使其可以与cRIO和驱动程序站进行通信。

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http://www.andymark.com/product-p/am -0839.htm结果http://raise.rockwellautomation.com/RAConfig/config.asp？cmd=edit&CID=B4E7802D0FE341B89316216E3527C565点击http://www.icode.co.uk/icatcher/cctvshop/axis-m1011 -network-camera-p-372.html

http://www.vitechsecurity.co.uk/images/axis_206.jpg

第7步：驾驶员站

Driver Station便携式计算机是控制机器人的便携式计算机。尽管FIRST为该角色提供了Classmate上网本，但团队可以选择在其他笔记本电脑上安装Driver Station软件。通过提供比赛，软件开发和调试的重要信息，Driver Station充当控制机器人的仪表板。有些团队将诸如视觉处理的任务从cRIO转移到Driver Station，从而使代码运行得更快，并减轻了cRIO的负担。

Driver Station必须连接到团队希望使用的任何控件。这些控制器与可选的赛普拉斯板一起通过标准USB连接进行连接。在建造季节中，Driver Station可以通过Wi-Fi与机器人直接通信，但在比赛期间必须通过提供的以太网电缆插入。笔记本电脑由制造商使用的任何电源供电。竞赛期间，竞赛还提供了Classmate的电源连接。

赛普拉斯FirstTouch板是芯片上的Arduino供电系统，允许团队为他们的机器人创建自定义控制接口。

FirstTouch连接到驱动程序带有随附USB电缆的工作站笔记本电脑。它还可以连接到团队选择使用常规电缆使用的任何自定义按钮。

驱动程序控制站的最后一个组件是控制器本身。团队可以选择使用几乎任何USB供电的控制器，无论它是随附的操纵杆，Xbox 360游戏手柄还是他们选择的其他控制器之一。许多团队分散了控制机器人的职责，由一个人驾驶，另一人控制机器人。在这种情况下，团队可以混合使用并匹配其控制器，以迎合其驾驶员的喜好。

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第8步：文档

希望本教程可以帮助您熟悉FIRST机器人大赛中使用的控制系统。如果您想了解有关FRC控制系统的更多信息，最好的学习方法是阅读FIRST和零件制造商提供的技术文档。我在此步骤所附的压缩文件夹中包含了FIRST的一些技术和支持文档。技术文档更详细地讨论了各个组件，而支持文档则描述了它们如何一起使用。我希望您发现此合并资源有帮助。
       责任编辑：wv