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主题：型材车架 · 底盘搭建 · 动力布线 · 信号布线 建议时长：4–6 小时 实践目标：完成一台基础底盘的车架建模、实物搭建，并完成动力线与信号线的规范布线。

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今日目标

  1. 掌握铝型材车架的设计思路与常用连接方式；
  2. 能使用 SolidWorks/Rhino 完成型材车架的三维建模与出图；
  3. 能按图纸完成型材切割、攻丝、钻孔与车架搭建；
  4. 理解动力系统（电池 → 电调 → 电机）与信号系统（CAN/UART/编码器）的布线规范；
  5. 建立“机械-电控一体化”的装配思维。

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必读材料

底盘设计

差速/全向/麦轮底盘对比与选型，含 OpenTpuOmniWheel 开源全向轮资料。

全向轮底盘

全向轮结构、三轮布局运动学模型与设计要点。

麦轮底盘

麦克纳姆轮结构、运动学模型（X 型布局逆运动学）与设计要点。

HXC 电机控制

C620 / N630 / AM32 电机驱动与 CAN 控制基础。

HXC 开发环境

ESP32-S3 环境、PlatformIO 与硬件接线。

机械组十日集训

往届机械组培训的拆装与搭建实践经验。

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核心知识点

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铝型材车架选型

NEC 实验室常用铝型材规格： 选型原则：
  • 底盘框架优先选用 2040 或 3030，兼顾刚度与重量；
  • 电机与轴承座安装面需预留 M3/M4 螺纹孔或 T 型螺母槽；
  • 型材长度按“轮距 + 电机/电调安装空间 + 结构余量”计算，建议每端预留 10–20 mm。

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车架建模要点

1

确定底盘布局

根据赛题需求选择差速/全向/麦轮布局，确定轮距、轴距与重心位置。
2

绘制型材骨架

在 SolidWorks/Rhino 中绘制型材中心线，使用铝型材库（如 Misumi、MakerBeam）生成实体。
3

设计连接件

角码、L 型连接板、T 型连接板优先使用标准件；特殊位置可 3D 打印或机加工定制。
4

布置安装位

为电机、电调、电池、主控板、传感器预留安装孔和线束走线空间。
5

干涉检查与出图

检查型材、轮子、电机、结构件之间的干涉；输出 BOM 表与加工图纸。

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车架搭建流程

1

下料与加工

按图纸切割型材至长度，两端去毛刺；需要螺纹连接的位置进行攻丝或安装螺纹套。
2

预装配

不拧紧螺丝，先将型材、角码、连接板大致拼接成框架，确认几何尺寸与对角线。
3

安装运动部件

安装电机座、轮子、联轴器或减速箱，确认转动顺畅、无卡滞。
4

紧固框架

按对角顺序逐步拧紧螺丝，避免框架扭曲。使用扭力扳手时按标准力矩操作。
5

平面度检查

将底盘放在平面上，检查四轮是否同时着地；若有翘脚，调整安装座或垫片。
型材切割后务必去毛刺，否则容易划伤线束；攻丝时注意垂直度，避免螺纹歪斜。

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动力系统布线

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动力链路

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布线规范

1

线径选择

主电源线根据峰值电流选择：
  • 总电流 < 20 A：16 AWG
  • 总电流 20–40 A：14 AWG
  • 总电流 40–60 A：12 AWG
  • 信号线使用 22–26 AWG 硅胶线
2

电池连接

电池正负极分别接主电源开关，开关后接分电板。开关应便于紧急断电。
3

电调供电

每个电调电源输入尽量短而粗，避免长线导致压降；多电调共用地线时采用星型接地。
4

保护与绝缘

所有裸露焊点用热缩管或绝缘胶带包裹；XT60/XT90 接头用扎带固定防止松脱。
5

标识管理

正极用红色、负极用黑色、保护地线用黄绿色；在关键节点贴标签便于排查。

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安全注意

禁止过放、过充、短路；存放时电量保持在 3.8–3.9 V/节；鼓包电池立即停用并放入防爆箱。
使用万用表测量总电源正负极是否短路，确认电压正确后再接负载。
先接信号线 → 再接动力线 → 最后打开电源开关；断电顺序相反。

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信号系统布线

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常见信号类型

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HXC ESP32-S3 常见接口

参考 HXC 电机控制 文档：
  • CAN TX：GPIO8
  • CAN RX：GPIO18
  • UART0：RX=GPIO44, TX=GPIO43（无线烧录/外部链路）
  • USB CDC：GPIO19/20（原生 USB，代码中用 Serial）

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布线规范

1

强弱电分离

动力线（大电流）与信号线（小电流）分开走线，最小间距 20 mm；必须交叉时尽量垂直。
2

CAN 总线拓扑

采用干线+支线结构，避免星型连接；总线两端各加一个 120 Ω 终端电阻。
3

屏蔽与接地

编码器线、CAN 线建议使用屏蔽线，屏蔽层单端接地（通常在主控端）。
4

固定与保护

用扎带、线夹、拖链固定线束，避免与运动部件摩擦；转弯处保留弯曲半径，不要直角折弯。
5

接口防呆

相同接口的插头做不同颜色或标签区分；电源、CAN、UART 接头形状尽量不同。

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典型接线示例

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实践任务

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任务 1：型材车架建模

使用 SolidWorks 或 Rhino，完成一个四轮麦轮/全向底盘的型材车架建模：
  1. 确定轮距、轴距与型材规格；
  2. 绘制主框架并添加电机安装板；
  3. 输出型材切割清单（BOM）与至少两张装配示意图。

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任务 2：车架搭建

在实验室使用铝型材、角码、螺丝完成一个最小可行车架：
  1. 按图纸切割型材并去毛刺；
  2. 安装电机座与轮子，确保四轮共面；
  3. 安装电池仓与主控板安装位。

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任务 3：动力线布线

  1. 根据峰值电流选择合适线径；
  2. 完成电池 → 开关 → 分电板 → 电调的动力线连接；
  3. 测量总电源两端电阻，确认无短路。

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任务 4：信号线布线

  1. 完成 CAN 总线连接，确认两端有 120 Ω 终端电阻；
  2. 连接电机编码器线；
  3. 连接 UART0 或 USB 调试线；
  4. 整理线束，用扎带固定并贴标签。

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今日产出

  • 型材车架三维模型文件与 BOM 表；
  • 实物车架照片（含尺寸标注或参考物）；
  • 动力线接线照片与短路测试结果；
  • 信号线接线照片与 CAN 总线终端电阻测量值；
  • 遇到的问题清单与改进建议。

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常见问题

增加对角支撑、使用更大型材（如 3030 替代 2020）、在关键受力处使用钢板加强。
检查终端电阻是否为 60 Ω（两端并联后）；检查 CAN H/L 是否接反；确认波特率一致；缩短总线长度。
可能是编码器线未接好或相位错误；检查编码器接线与电调参数；尝试单电机调试模板。
重新规划走线路径，使用线夹或拖链固定；在运动部件附近留足余量但不要过长。

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前 5 天小结

恭喜你完成 NEC 10 日集训的前半段！前 5 天你建立了：
  • 团队协作与文档贡献能力；
  • 机械设计的基础语言（标准件、材料、工艺）；
  • 从图纸到实物的完整认知（建模 → 制造 → 车架搭建 → 布线）。
接下来 Day 6 开始进入嵌入式开发环境搭建。

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延伸阅读