在 Roboto 项目的 V1.0 版本中,电气系统采用了分立式模块架构——将电源分配、通讯转换等核心功能拆分为两块独立的 PCB 板卡。这种设计虽然增加了物理空间和连接复杂度,但显著降低了单块板卡的设计门槛,便于初学者理解电源与信号流的分离原则,也为故障排查提供了更清晰的物理边界。本文档将系统解析 Roboto_Power_v1.0 分电板与 Roboto_Usb2Can_v1.0 通讯模块的功能定义、接口规范、制造文件及与 V2.0 集成方案的演进关系。
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V1.0 电气系统架构
V1.0 的电气系统由四个功能实体协同构成:48V 锂电池组、Power 分电板、USB2CAN 通讯模块以及上位机(Orange Pi 5 Plus)。其中,Power 板负责能量的集中输入与分布式输出,USB2CAN 模块负责数字指令的协议转换与总线分发,两者通过 CAN 总线形成物理连接,共同支撑起四肢关节电机的驱动控制。
graph TD
A[锂电池组 48V] -->|XT60/XT90| B[Roboto_Power_v1.0<br/>分电板]
B -->|XT30 × 6| C[关节电机<br/>48V 供电]
B -->|GH1.25 CAN_H/L| D[CAN 总线集线器<br/>正面接口]
E[48V 转 5V 降压模块] -->|5V Type-C| F[Orange Pi 5 Plus<br/>上位机]
F -->|USB-C 数据+5V供电| G[Roboto_Usb2Can_v1.0]
G -->|GH1.25 CAN 1-4| H[CAN 总线输出]
H -->|可选经集线器| D
D --> C
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Roboto_Power_v1.0:核心分电板
功能定位与设计原则
Roboto_Power_v1.0 是 V1.0 电气系统的能量枢纽,其设计遵循"集中控制与分布式供电"原则。该板卡将电池输入的单路大电流 48V 电源,通过功率走线分配为 6 路 XT30 输出,直接为四肢关节电机供电;同时集成了 CAN 总线集线器功能,将原本需要星型或菊花链走线的 CAN 信号收敛到一块板卡上,极大地简化了机器人躯干内部的线束布局。
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接口定义一览
Power 板的接口分布在正反两面,正面承担大功率电源输入与电机分路输出的核心职能,背面则提供 CAN 信号的扩展与回连能力。
| 编号 | 位置 | 接口类型 | 规格 | 功能说明 |
|---|---|---|---|---|
| ① | 正面 | 电源输入 | XT60/XT90 公头 | 连接 48V 锂电池主电源 |
| ② | 正面 | 电源分流输出 | XT30 母头 × 6 | 分配给各个关节电机供电 |
| ③ | 正面 | CAN 信号集线器 | GH1.25 | 4 路 CAN 总线信号分发 |
| ④ | 背面 | CAN 信号扩展 | GH1.25 | 连接 USB 转 CAN 模块或扩展更多节点 |
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关键安全警示
Power 板直接承载 48V 大电流,任何极性反接或短路都可能导致电机驱动器永久性损毁。上电前必须使用万用表测量输入端正负极之间的阻抗,确认无短路后再连接电池。CAN 总线方面,板上丝印清晰标注了 H (High) 与 L (Low),接线时务必保证 CAN_H 接 CAN_H、CAN_L 接 CAN_L,一旦反接将导致整路通讯中断。
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Roboto_Usb2Can_v1.0:USB 转 4 路 CAN 通讯模块
功能定位与设计原则
Roboto_Usb2Can_v1.0 是一款高集成度的通讯协议转换设备,由 4 路独立的 CAN 控制器组成,能够将上位机(Orange Pi 5 Plus 等 Linux 主机)的 USB 信号并行转换为 4 路独立的 CAN 总线信号。该模块采用Linux-Only设计,利用 Linux 内核的原生 CAN 子系统(SocketCAN)实现低延迟、高稳定性的实时控制。4 路 CAN 的独立架构使得左右腿、左右臂可以分属不同总线,降低单路总线负载,提升控制帧的实时性。
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接口定义一览
Usb2Can 模块的物理接口相对精简:正面为 USB-C 数据口和 4 路 CAN 排针,背面预留 4 组 SWD 烧录接口,每个接口对应一路独立的 CAN 控制芯片。
| 编号 | 名称 | 类型 | 说明 |
|---|---|---|---|
| ①/④ | 固定孔 | 机械 | 标准安装孔位,用于板载固定 |
| ② | 烧录指示灯 | LED | 显示背部 4 路芯片的烧录状态 |
| ③ | USB-C | 数据/电源 | 连接上位机,5V 输入,仅 Linux 识别 |
| ④ | CAN 接口 | GH1.25 | 4 路 CAN 总线输出,丝印标识 4L/4H/3L/3H... |
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推荐拓扑与肢体分配
为便于线束管理与故障定位,建议将 4 路 CAN 按照机器人肢体进行逻辑划分,使每条物理总线对应一个机械子系统。
| CAN 通道 | 推荐连接肢体 | 说明 |
|---|---|---|
| CAN 1 | 左腿 | 包含左髋、左膝、左踝等关节电机 |
| CAN 2 | 右腿(含腰关节) | 包含腰部及右侧下肢关节电机 |
| CAN 3 | 左臂 | 包含左肩、左肘等关节电机 |
| CAN 4 | 右臂 | 包含右肩、右肘等关节电机 |
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固件烧录流程
Usb2Can 模块出厂前需要对 4 路芯片逐一烧录固件。背部预留的 SWD 接口采用 1.25mm 间距排针,需配合 ST-Link 或兼容烧录器使用。烧录流程分为三步:首先从 roboto_usb2can release 获取固件;随后将烧录针按 GND → 3V3 → CLK → DIO 的从左至右顺序与烧录器对接;最后依次对 4 个烧录口进行固件写入,每完成一路,对应的 LED 指示灯将给出状态反馈。
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V1.0 分立模块与 V2.0 集成主板对比
V1.0 的分立设计是项目早期验证阶段的技术路线选择,而 V2.0 的 RBE_Board V2.0 集成主板 则将 48V 转 5V 降压、分电、USB 转 CAN 三大功能整合至一块 80mm × 60mm 的板卡上。理解两者的差异,有助于开发者根据自身的制造能力和调试需求做出版本选型。
| 对比维度 | V1.0 分立模块 | V2.0 集成主板 (RBE_Board) |
|---|---|---|
| 架构形态 | 2 块独立 PCB + 外置降压模块 | 单块集成 PCB |
| 电源输入 | XT60/XT90,48V | XT60,48V |
| 电机供电输出 | XT30 母头 × 6 路 | XT30 (2+2) × 4 组 |
| 上位机供电 | 依赖外置 48V 转 5V 降压模块 | 板载降压,Type-C 输出,最高 8A |
| CAN 通讯 | 4 路独立 CAN,USB2CAN 模块外置 | 板载 USB 转 CAN |
| CAN 集线器 | Power 板集成 GH1.25 集线器 | 板载集成 |
| 系统风扇供电 | 无 | GH1.25 5V 风扇接口 |
| 制造复杂度 | 需分别打样 2 块板,分别贴片 | 单块板一次性制造 |
| 故障排查 | 模块物理分离,便于替换定位 | 单点故障需整板替换 |
| 空间占用 | 较大,需多块板卡布局空间 | 紧凑,80mm × 60mm |
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制造文件索引
若您选择复刻 V1.0 分立模块,可直接使用以下制造文件提交至 PCB 代工厂和贴片厂。
Roboto_Power_v1.0
| 文件类型 | 文件名 | 存放路径 |
|---|---|---|
| Gerber | POWER_BOARD_GERBER_V1.0 .zip |
01_Gerber/ |
| BOM | BOM_POWER_BOARD-V1.0.xlsx |
02_Assembly/ |
| 贴片坐标 | PickAndPlace_POWER_BOARD_V1_0.xlsx |
02_Assembly/ |
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Roboto_Usb2Can_v1.0
| 文件类型 | 文件名 | 存放路径 |
|---|---|---|
| Gerber | Gerber_Roboto_uUsb2Can_V1.0_1_2026-4-8.zip |
01_Gerber/ |
| BOM | BOM_Roboto_uUsb2Can_V1.0_1_2026-4-8.xlsx |
02_Assembly/ |
| 贴片坐标 | PickAndPlace_Roboto_uUsb2Can_V1.0_1_2026-4-8.xlsx |
02_Assembly/ |
| 3D 结构 | 3D_Roboto_uUsb2Can_V1.0_1_2026-4-8.step |
00_Docs/ |
| 原理图 | SCH_Roboto_Usb2Can_V1.0_1.pdf |
00_Docs/ |
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关键注意事项汇总
在 V1.0 系统的装配与调试过程中,以下三条原则是避免硬件损毁的底线,请务必在每次上电前逐项核对。
- 电源极性不可反: Power 板的 48V 输入与所有 XT30 输出都必须严格遵循红正黑负。上电前使用万用表通断档测量输入端是否短路。
- CAN 线序不可反: Power 板与 Usb2Can 模块的 GH1.25 接口均按
H/L丝印标注,CAN_H 必须对接 CAN_H,CAN_L 必须对接 CAN_L。 - 终端电阻不可漏: 每条 CAN 总线物理末端的节点必须提供 120Ω 终端电阻。若伺服电机内部已集成,则无需外接;否则必须在总线末端并联电阻,否则会导致信号反射和通讯丢包。
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推荐阅读路径
V1.0 分立模块的装配并非孤立环节,它与整机电气走线、机械结构安装紧密耦合。建议您按照以下顺序继续阅读:
- 若需了解 V2.0 如何将上述功能集成到单块主板,请参阅 RBE_Board V2.0 集成主板架构。
- 若已确定使用 V1.0 路线并准备进行整机布线,请参阅 电气走线与接线规范。
- 若需理解 CAN 通讯在软件层面的协议细节,请参阅 USB 转 CAN 通讯协议与拓扑。
- 若需查看整机物料清单以便同步采购这两个模块的元器件,请参阅 物料清点与 BOM 概览。