Lesson 2 硬件连接图

一、树莓派连接

树莓派作为Diego 1#机器人的主控制器,控制逻辑需要通过相关的接口与其他模块连接:

1. 一个USB 2.0接口与Arduino UNO 的USB Type B接口连接,通过串口方式发送命令给Arduino UNO,此USB接口同时给Ardunio UNO供电。

2. 一个USB 2.0接口与激光雷达的USB Micro连接,激光雷达通过串口的方式发送激光数据。

3. 直流降压模块通过USB接口给树莓派USB Micro接口供电。

下图是树莓派与其他模块的连接图:

二、Arduino UNO连接

UNO作为Diego 1#机器人的执行层面控制器,直接与相关执行机构硬件相连接:

1. 通过USB Type B接口与树莓派连接,接收来自树莓派的串口控制命令。

2. 通过IIC接口与舵机控制板连接,同时发送舵机控制命令。

3. 通过PWM接口与马达驱动板L298P连接,控制马达的转速。网上可以买到各种L298p的控制板,只是控制引脚不同,读者可以根据自己买的控制板,灵活修改代码中的引脚,即可使用。

4. 通过数字输出接口与马达驱动板L298P连接,控制马达的转动方向。

5. 通过外部中断口,和硬件中断pin与马达的霍尔传感器信号输出pin连接,获取马达实际的转动圈数

6. 5V电压输出为舵机控制板,和马达的霍尔传感器供电

下图是Arduino与其他模块的连接图:

三、舵机控制板与6自由度机械臂的连接

1. 舵机驱动板由于每个舵机的电流较大大约0.5A,6自由度机械臂加上机械爪的舵机,就需要控制7个舵机,需要3.5A的电流,所以舵机控制板需要单独供电

2.舵机控制板的0~5号通道用于控制机械臂,6号通道控制机械爪

四、电源部分连接

1. Diego 1#机器人中由于电子设备比较多,而且电流要求比较高,所以采用双电源供电方案,

2. 其中一路给树莓派,Arduino,和底盘马达供电

3. 另外一路给机械臂舵机供电

五、其他

1.Diego 1#的机械部分都是购买的成品解决方案,关于如何组装,可以参考卖方的说明

2. 安装过程中需要用到的不同规格的螺丝刀,电钻等工具

3.电源部分一定要保证地址设备的电源要求,否则会出现各种莫名其妙的问题

Lesson 1 硬件清单

Diego 1#分为普通版本和plus加强版本,普通版本使用树莓派3作为主控制器,而plus版本使用配置更高的迷你工控机作为主控制器,由于树莓派的运算能力有限,所以在普通版本中,未使用深度相机及其对应的软件功能,plus加强版本则是完整功能版。

Diego 1#全部组装完后的规格
长:27厘米
宽:27厘米
高:41厘米
重量:4公斤 

如下表格列出了Diego 1#所用硬件物料的详细清单,包括每个硬件图片、名称、数量、功能特性和在Diego 1#机器人中的作用。

 
图片名称数量功能参数diego 1#中的作用
树莓派 PI31•Broadcom BCM2837 芯片组,运行频率 1.2 GHz
•64 位四核 ARM Cortex-A53
•802.11 b/g/n 无线局域网
•蓝牙 4.1(经典和低能耗)
•双核 Videocore IV® 多媒体协处理器
•1 GB LPDDR2 存储器
•支持所有最新的 ARM GNU/Linux 分发和 Windows 10 IoT
•MicroUSB 连接器,用于 2.5 A 电源
•1 x 10/100 以太网端口
•1 x HDMI 视频/音频连接器
•1 x RCA 视频/音频连接器
•4 个 USB 2.0 端口
•40 个 GPIO 引脚
•芯片天线
•DSI 显示连接器
•microSD 卡插槽
•尺寸:85 x 56 x 17 mm
•主控制板
•运行Ubuntu mate 16.04
•运行ROS kinetic
•运行ROS 其他的功能包
Arduino UNO1•处理器 ATmega328
•工作电压 5V
•输入电压(推荐) 7-12V
•输入电压(范围) 6-20V
•数字IO脚 14 (其中6路作为PWM输出)
•模拟输入脚 6
IO脚直流电流 40 mA
•3.3V脚直流电流 50 mA
•Flash Memory 32 KB (ATmega328,其中0.5 KB 用于 bootloader)
•SRAM 2 KB (ATmega328)
•EEPROM 1 KB (ATmega328)
•工作时钟 16 MHz
•控制底盘两路驱动电机PWM信号输出
•采集底盘两路电机的里程数据
•通过IIC与舵机控制板连接控制6自由度舵机
•运行ROSArduinoBridge-diego
Arduino L298P两路电机控制板1•电机驱动电压:外部输入3-35V 内部输入:6-12V
•逻辑端消电流:<30MA
•驱动电流:2A
•驱动峰值电流:4A
•最大功率:25W
•工作温度:-25℃-130℃
•PWMA:D5(~)引脚
•DIRA:D4引脚
•PWMB:D6(~)引脚
•DIRB:D7引脚
•控制底盘两路驱动电机
•为底盘两路驱动电机提供外接9v两路直流电源
•网上有各种L298P驱动板,区别只是在于连接Arduino的控制引脚不同,读者可以根据自己购买的控制板实际情况,修改代码。
16路舵机控制板1•I2C通信
•内置16路PWM驱动器
•支持级联最多62块舵机驱动板相连
•控制6自由度机械臂的6个MG996R舵机
•控制机械爪的一个MG996R舵机
5A输出降压模块1•大功率5A输出,低纹波
•板载USB输出
•恒压恒流两种可调模式
•过流保护
•板载电压、电流、功率显示
•为树莓派提供5v USB供电
10A输出降压模块1•大功率10A输出,低纹波•为舵机提供5V电源
Micro SDHC 32G1•速度:80 M/S
•速度等级:Class 10
•树莓派OS存储
9V 18650电池组1•标称电压 :9V
•放电电流 :3.0A
•充电电流 :0.5A
•内阻 :≤60mΩ
•最高充电电压 :9.0V
•为底盘电机马达供电
•为树莓派供电
•为Arduino供电
12V 18650电池组1•标称电压 :12V
•放电电流 :6.0A
•充电电流 :0.5A
•内阻 :≤60mΩ
•最高充电电压 :12.6V
•最低放电电压 :9.0V
•为6自由度机械臂舵机供电
•为机械爪舵机供电
T300履带底盘1•材料:铝合金
•表面:已氧化处理
•颜色:银色
•履带:金属(银色)
•大小:270*270*110mm (长*宽*高)
•重量:1.6kg
•工作载重:约7KG
•机器人底盘
RPLIDAR A2 SLAMTEC激光雷达1•360度全方位扫描,10赫兹自适应扫描频率,每秒4000次激光测距
•不低于8米的测距范围,测量量程1%的解析度
•噪音低,寿命长
•Class 1 激光安全标准
•为机器人提供2D平面360度的测量数据,作为SLAM绘制地图,导航的基础数据
6自由度机械臂1•机架材质选用加厚硬质合金数控加工而成
•全手臂采用MG996R金属齿轮舵机
•所有运动关节采用优质轴承链接。
•机臂后加有主控板固定底座,随机械臂运动。
•设计的体积和精度,适合于教学与试验。
•手臂底座采用优质全钢大轴承固定。
•产品标配带夹具固定盘
•作为机器人的手臂
机械爪1•材质:硬质铝合金
•重量:约40g(不含舵机)
•最大张角间距:86mm
•整体长:83mm(闭合时的整体最长长度)
•整体宽1:150mm(张开时的最大整体宽度)
•整体宽2:55mm(闭合时的最大整体宽度)
•整体厚:54mm(带舵机爪子的最大整体厚度)
•作为机器人的手
舵机连接延长线3•线材类型:黑红白并线
•插头分为:标准型插头
•长度分为:30cm
•舵机线规格:22AWG 60芯
•由于机械臂和机械手的原配舵机线不够长,需要延长线
通用舵机多功能支架2•材料:2mm铝板
•表面处理:喷砂氧化
•尺寸:58*37*25.5mm
•重量:16克
•固定组合支架
通用舵机长U型支架2•材料:2mm铝板
•表面处理:喷砂氧化
•尺寸:37*55*20mm
•重量:12克
•固定组合支架
通用舵机U型梁4•材料:2mm铝板
•表面处理:喷砂氧化
•尺寸:90*55*44mm
•重量:50克
•固定组合支架
亚克力板3•颜色:黑色
•厚度:4mm
•固定机械臂
•固定Arduino UNO
•固定树莓派 3
USB2.0线 TypeA~USB micro B1•USB Type A micro B接口•给树莓派供电
USB2.0线 Type A~Type B1•USB Type B 接口•连接树莓派与Arduino
DC母插头2•DC母插头
•线长20cm
•电池与降压模块连接
电源连接线n•导体结构:17/0.12TS 镀锡铜丝•连接降压模块与舵机控制模块
•连接9V电池与电机控制模块
杜邦线n•母头-母头
•母头-公头
•连接Arduino 扩展板与舵机控制版
小铜柱n•m3
•m2.5
•固定零件
•树莓派使用m2.5
螺丝n•m3
•m2.5
•固定零件
•树莓派使用m2.5
螺帽n•m3
•m2.5
•固定零件
•树莓派使用m2.5

硬件安装过程中使用的到工具,螺丝刀,老虎钳,电钻等工具未列出来,读者可以根据实际需求自行准备。

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