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[知识点] 机器人大赛动力系统及其选型(供电系统篇)

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机器 人大赛动力系统及其选型(供电系统篇)

机器人的供电系统的作用是,把电源输出的电流进行合理的分配,输送给各用电器。供电系统主要包括导线和各种升降压模块

工业上强电、弱电的概念同样适合在机器人上面。强电主要进行能量输送弱电主要进行信号输送

导线

供电系统中,新手最容易忽略的就是导线。很多人不会专门采购合适的导线,直接拆杜邦线使用,而杜邦线是典型的弱电导线,载流量很小,导致部分系统工作不稳定,动力输出差。

在此推荐大家购买使用截面积0.5mm的导线,用于大部分的强电线路和部分电流较大的弱电线路。这样规格的导线标称载流约5A,可以满足大部分情况下的要求,在电池直接输出的地方也可以用两根并联的方式来增加载流能力。但对于部分功率要求较大的项目,如武术擂台赛、医疗服务项目,建议用截面积1平方毫米及以上的导线。

弱电与稳压模块

机器人上的弱电,根据电子元器件的选择,一般为5V或3.3V,或者二者皆有。其主要任务是为单片机、传感器等进行供电,部分微小型的舵机也适用5V供电。

由于锂电池的标称电压是3.7V,并且随剩余电量有不小的波动,所以必须用稳压模块将电源处的电压变成稳定的5V或3.3V。电源电压一般是3s或4s,所以稳压模块一般采取降压模块。

降压模块按工作原理主要分为线性稳压开关稳压。具体工作原理不表,此处推荐大家使用开关稳压的型号。市面上大部分降压模块都是开关稳压,因为线性稳压效率低、功率小,而开关稳压的缺点基本是可以克服的。

某宝上可以搜到很多体积极小的稳压模块,但我不推荐这些。因为小体积的稳压模块一般效率低、功率小,而且纹波较大,可能会增加意外故障的概率。而一款电流较大的稳压模块即使在发生轻微短路的情况下也可以保护你的机器人不至于立即报废。稳压模块,我只推荐下面这一种,型号为XL4015:

这种模块允许电流大,大小电容滤波模式让它的纹波较低,价格便宜,体积也不算太过巨大。大小比赛中我一直在用这种降压模块,没有出过问题。很多时候,机器人的5V不止要负责信号电,还负责给一些只适用低压的模块供电,如较小的电机、舵机等等,如果弱电仅具有2A的输出能力往往是不够的。这样一个具有5A输出能力的降压模块基本可以独自担负起所有的5V输出,对简化系统有不小的帮助。

强电

强电用作动力输出,电压电流都比弱电大不少。大部分的强电系统都是直接从电源(电池)处引出的,但偶尔也会需要一个降压模块来给部分低于电源电压的元器件供电。有时候,为了追求更高的稳定性,避免锂电池电压浮动对动力系统的调试造成干扰,会在电源后接一个功率较大的降压模块,使供给执行机构的电压保持稳定。不过,大多数情况下不会安装,因为这样的影响不是过于严重,而大功率的稳压模块体积不小。

不过,强电更要求线路的载流能力。除了使用更粗的导线之外,在电路的连接方面也要加倍用心,绝对不能用杜邦头进行连接,最好用足量的焊锡把所有接口都牢固地焊起来,然后做好绝缘防护和防断路防护(避免意外脱落、折断)。

部分地方会用到螺丝拧的接线端子,类似这样:

一定要注意,相邻的引脚不能短路;螺丝拧好后一定要稍用力拽一拽,检查压接是否牢固。

作者:南京航空航天大学,周子阳
本文未获得作者授权,不得转载
2019/7/6

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