为能完整实现机器人对工作的所有需求，我们需要提前对机器人的电机、主控板等一系列关键原件进行选型和试用，以便机器人能达到预期的工作状态。机器人运动需要各个部位协调统一的进行，同时需要考虑成本问题，尽可能购买性价比更高的元器件。于是在保证相同质量及性能的前提下挑选电机及驱动模块等元器件。

1.电机选型

（1）驱动电机——M3508减速电机

图1 M3508减速电机                 图2 57步进电机

机器人的行走驱动电机拟选择M3508减速电机，适用于全速度范围的有感无刷结构，功率密度极高但不适应低速、变速工况的无刷外转子电机M3508减速电机套装支持PWM，信号输入控制和CAN总线指令，CAN总线还可实时读取，电机转子位置等状态信息。使用RowboaterAssistant可对电机参数进行调整，让电机工，电机参数进行调整，让电机工作在最佳状态，配置定制FOC电调，可广泛应用于机器人移动平台力，驱动模块等机构，M3508最大功率220w，最大持续功率150w。

在价格相同的情况，为了保证机器人行动的万无一失，现在对两款不同类型的电机进行性能上的对比，如下表所示

表1电机性能对比

M3508减速电机套装拥有业界领先的功率密度，在提供大功率的同时，体积和重量仅为同度，在提供大功率的同时，体积和重量仅为同等级设备的20%，节省大量空间，输出更多动力，让竞技机器人高效运转。

步进电机的电机功能参数不能完全满足一些工作要求的实现，如果非要使用也不是不可以，但是为了防止不必要的麻烦，我们选择M3508减速电机更合适。其体积不仅小巧，且具备强劲的动力,卓越的智能保护为高效能机器人提供强有力的保障。M3508减速电机,C620电调M3508减速电机由电机与减速器完美集成,配备拥有FOC控制技术的C620电调,能将功能发挥极致。电机将电能转化为动能,而电调则根据控制信号调节电机的转速,两者构成了动力系统,可广泛应用于机器人移动平台动力、驱动模块等机构。产品多重优势，动力强劲和体积小，所以作为我们电机的首选款。

（2）C620 无刷电机调速器

图3 C620无刷电机调速器

支持两种可选控制方式

50-500Hz的PWM（脉宽调制）信号控制

CAN总线指令控制

最高支持20A的持续电流

支持对总线上的电调快速设置ID

支持通过CAN总线获取电机温度、转子位置和转子转速等信息，切换电机时可无需进行霍尔校准

M3508 减速电机套装参数

额定电压：24V

空载转速：482rpm

持续最大扭矩：3N²m

3N²m 下最大转速：469rpm

使用环境温度：0-50° C

M3508 直流无刷减速电机参数重量：365g外径：42mm总长度：98

输出轴：D 型带螺纹孔输出轴直径：10mm

C620 无刷电机调速器参数额定电压：24V

重量：35g

尺寸（长宽高，不含线）：49.4*25.8*11.5mm带线总长度：344±15mm 信号类型：CAN 指令、PWM 最大持续电流：20A。

2.主控板——STM32F103C8T6

在价格等因素的综合考虑之下，选择两款主控板备选，其中最终选择其中一款。参数对比图如下

图4 STM32F103C8T6最小系统板        图5 51单片机最小系统板

表格2主控板性能对比

STM32是32位微控制器，51是8位的，所以从内核速度上来讲就快很多，32里面总线都是32位的，也就是一个机器指令可以对32位数据进行一次操作，STM32用的是ARMCortex-M系列内核，才用ARMv7/8指令集。

时钟方面，51一般就8M、16M的样子，32不同系列支持的频率不一样，H7系列可以做到480MHz，其内部时钟系统也相当强大，进行不同程度的分频后用于不同的片内外设。

片内外设方面，STM32外设更加丰富，功能更加强大，51只有两个定时器，两个外部中断，32有很多定时器（大部分是8个），每个定时器的功能都非常，有自带的pwm模式，输入捕获，编码器模式等等，可配置多达16个外部中断，STM32还支持硬件IC，SPIDMA,SDIO，以太网等外设，而51对11C，SPI这些只能用CPU指令控制1O高低电平来模拟，这样非常占CPU资源，不利于执行多任高实时性的控制任务。

虽然价格上，STM32比51要贵一点，但从综合能力方面来看STM32已经远远甩掉了51，所以我们才选择STM32

3 编码器

机器人运动过程中，需要满足使用，同时兼顾使用时间、价格等因素，考虑的编码器主要有两种。其性能对比如下表所示。

图6 EPC-755A编码器                图7 AS5047磁吸编码器

表6编码器性能对比

EPC－755A是美国ENCODER PRODUCTS公司生产的微型光电编码器，具有重量轻、体积小、耐碰撞、易安装等优点，其直径和长度均为1.5英寸，采用能保证多年可靠工作的金属结构，具有多种灵活的安装方式，能大大降低安装成本。该光电编码器输出为双通道正交信号，具有校正基准信号，可方便地实现双向计数。

与磁吸编码器比较，PC－755A光电编码器具备良好的使用性能，在角度测量、位移测量时抗干扰能力很强，其转速虽然差了AS5407磁吸编码器一截，但是已经足够机器人使用，但其工作精度高于AS5407磁吸编码器，且还具有长达几年的寿命，远远的超出其他型号的编码器，还具有高精密度和易于安装的特点，非常适合用于机器人，因此，我们最终选择EPC-755A编码器。

下表为EPC-755A编码器完整参数：

4.电磁阀

电磁阀原理上分为三大类：直动式、分步直动式、先导式。考虑到机器人动作的速捷性，在这里我们采用了直通式的电磁阀，其优于另外两种电磁阀在于结构简单，动作可靠，在零压差和微真空下正常工作。赛制规定气瓶的气压为0.8M大气压，所以电磁阀的膜片工作时就需要能长时间在此压力下工作，复杂型的膜片结构就无法满足气动结构的快速动作，于是我们选择了直动式的膜片结构，能在0.05s内快速使气动机构动作，在机器人使用过程中气缸量较少，所以选用3口二位就能满足需求且简化结构，同时我们只需要一个信号控制采用单控的方式能极大地降低错误率。在快速操作下，电磁阀的励磁时间需要尽可能的小，这款产品可在0.05s内完成励磁，可满足快速操作的需求。

图8 电磁阀实物图

5.气缸

（1）小气缸MAL16X50-CA

机器人运动过程中，同时需要满足高稳定性以及高适应性，同时兼顾控制精度、价格等因素，考虑的气缸主要有两种。其性能对比如下表所示。

气缸MAL16X50                                 双联式气缸

图9 两种气缸对比图

表5气缸性能对比

本次选用的大气缸MAL16x50是笔形气缸，此气缸位于小车中部主要控制货叉叉臂的升降，对于挑起物体时平稳控制物体的上升。

与双轴气缸相比，具有结构紧凑，螺纹安装固定能有效节省安装空间的特点，还能够适应高频率的使用，以确保在赛场上时的可靠性和耐用性，且在具备实用性的同时还兼顾了外观，圆柱体形状的外观更加没关。

根据气缸压力公式分析：

F1=Pxπ/4x^2D

F2=Pxπ/4x^2D^2d

其中：F1无活塞杆端的最大理论输出力(N)

P-公称压力(Mps)D-气缸径(mm)d-活塞杆直径(mm)

气缸的工作温度为-20~70摄氏度，不仅适合低温工作，并且在常温下能工作较长的时间。

（2）大气缸MAL16X175

机器人运动过程中，同时需要满足高初速度以及高适应性，同时兼顾控制精度、价格等因素，考虑的气缸主要有两种。其性能对比如下表所示

对比双轴气缸，其直径只有双轴气缸的一半，直接节省了一半的空间，且MAL25x175的最大行程和温度适应范围都优于双轴气缸，除此之外，综上所述，最终采用了MAL25x175大气缸。

图大气缸MAL25X150                  图双联式气缸

图10 两种气缸对比图

表5气缸性能对比

本次选用的大气缸MAL25x175是笔形气缸，此气缸位于小车货叉装置的叉臂上，主要用于障碍横杆的弹射。

与双轴气缸相比，具有结构紧凑，螺纹安装固定能有效节省安装空间的特点，还能够适应高频率的使用，以确保在赛场上时的可靠性和耐用性，且在具备实用性的同时还兼顾了外观，圆柱体形状的外观显得更加好看。

对比双轴气缸，其直径只有双轴气缸的一半，直接节省了一半的空间，且MAL25x175的最大行程和温度适应范围都优于双轴气缸，并且因为动作方式的不同，笔形气缸的弹射速度高于双轴气缸，综上所述，最终采用了MAL25x175大气缸。

本次采用的MAL25x1175格在笔形气缸中属于大规格，所具备的

作用力也完全能够将障碍横杆弹射出去。

根据气缸压力公式分析：

F1=Pxπ/4x^2D

F2=Pxπ/4x^2D^2d

其中：F1无活塞杆端的最大理论输出力(N)

P-公称压力(Mps)D-气缸径(mm)d-活塞杆直径(mm)

气缸的工作温度为-20~70摄氏度，不仅适合低温工作，并且在常温下能工作较长的时间。