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# Day 5：底盘制作与布线

> NEC 10 日集训第 5 天：铝型材车架绘制与搭建、动力系统与信号系统布线规范。

**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。

***

## 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。

***

## 必读材料

<CardGroup cols={2}>
  <Card title="底盘设计" icon="car" href="/mechanical/chassis">
    差速/全向/麦轮底盘对比与选型，含 OpenTpuOmniWheel 开源全向轮资料。
  </Card>

  <Card title="全向轮底盘" icon="arrows-up-down-left-right" href="/mechanical/chassis-omniwheel">
    全向轮结构、三轮布局运动学模型与设计要点。
  </Card>

  <Card title="麦轮底盘" icon="arrows-spin" href="/mechanical/chassis-mecanum">
    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。
  </Card>

  <Card title="HXC 电机控制" icon="bolt" href="/embedded-software/hxc-motor-control">
    C620 / N630 / AM32 电机驱动与 CAN 控制基础。
  </Card>

  <Card title="HXC 开发环境" icon="microchip" href="/embedded-software/development-setup">
    ESP32-S3 环境、PlatformIO 与硬件接线。
  </Card>

  <Card title="机械组十日集训" icon="graduation-cap" href="/mechanical/ek-team-25-mechanical-training">
    往届机械组培训的拆装与搭建实践经验。
  </Card>
</CardGroup>

***

## 核心知识点

### 铝型材车架选型

NEC 实验室常用铝型材规格：

| 型材型号 | 截面       | 典型用途       |
| ---- | -------- | ---------- |
| 2020 | 20×20 mm | 轻型框架、传感器支架 |
| 2040 | 20×40 mm | 底盘主梁、电机安装座 |
| 3030 | 30×30 mm | 中型底盘、承重结构  |
| 3060 | 30×60 mm | 重载底盘、电池仓   |

**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。

### 车架建模要点

<Steps>
  <Step title="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。
  </Step>

  <Step title="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。
  </Step>

  <Step title="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。
  </Step>

  <Step title="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。
  </Step>

  <Step title="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。
  </Step>
</Steps>

### 车架搭建流程

<Steps>
  <Step title="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。
  </Step>

  <Step title="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。
  </Step>

  <Step title="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。
  </Step>

  <Step title="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。
  </Step>

  <Step title="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。
  </Step>
</Steps>

<Warning>
  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。
</Warning>

***

## 动力系统布线

### 动力链路

```text theme={null}
电池（LiPo / 锂聚合物）
   │
   ▼
主电源开关 / 保险丝 / 电流计
   │
   ▼
分电板 / 电源分配端子
   ├──► C620 / N630 电调（电机驱动）
   ├──► 主控板电源（DC-DC 降压）
   └──► 其他大功率负载（泵、电磁铁等）
```

### 布线规范

<Steps>
  <Step title="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
  </Step>

  <Step title="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。
  </Step>

  <Step title="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。
  </Step>

  <Step title="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。
  </Step>

  <Step title="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。
  </Step>
</Steps>

### 安全注意

<AccordionGroup>
  <Accordion title="锂电池安全">
    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。
  </Accordion>

  <Accordion title="上电前检查">
    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。
  </Accordion>

  <Accordion title="通电顺序">
    先接信号线 → 再接动力线 → 最后打开电源开关；断电顺序相反。
  </Accordion>
</AccordionGroup>

***

## 信号系统布线

### 常见信号类型

| 信号类型          | 用途             | 线材建议          | 注意事项                 |
| ------------- | -------------- | ------------- | -------------------- |
| **CAN 总线**    | 电调、主控、传感器通信    | 双绞线 22–24 AWG | 终端电阻 120 Ω，干线尽量短     |
| **UART**      | 调试串口、无线烧录、视觉模块 | 杜邦线/硅胶排线      | 注意 TX/RX 交叉连接        |
| **编码器**       | 电机转速/位置反馈      | 屏蔽双绞线         | 远离动力线，避免电磁干扰         |
| **PWM/DSHOT** | 电调/舵机控制        | 硅胶线           | AM32 使用 DSHOT300/600 |
| **I2C/SPI**   | IMU、OLED、距离传感器 | 短距离排线         | I2C 注意地址冲突，SPI 注意片选  |
| **限位开关**      | 归位/安全检测        | 普通信号线         | 接触防抖，避免机械振动误触发       |

### HXC ESP32-S3 常见接口

参考 [HXC 电机控制](/embedded-software/hxc-motor-control) 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`）

### 布线规范

<Steps>
  <Step title="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。
  </Step>

  <Step title="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。
  </Step>

  <Step title="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）。
  </Step>

  <Step title="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。
  </Step>

  <Step title="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。
  </Step>
</Steps>

### 典型接线示例

```text theme={null}
电池 ──► 主开关 ──► 分电板
                      │
      ┌───────────────┼───────────────┐
      ▼               ▼               ▼
   C620 电调 1     C620 电调 2     C620 电调 3 ...
      │               │               │
      ▼               ▼               ▼
    电机 1          电机 2          电机 3
      │               │               │
      └───────────────┴───────────────┘
                  CAN H / CAN L
                      │
                      ▼
                ESP32-S3 主控
                  │ UART0 │
                  ▼       ▼
              无线烧录   上位机/视觉
```

***

## 实践任务

### 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。

### 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。

### 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。

### 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。

***

## 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。

***

## 常见问题

<AccordionGroup>
  <Accordion title="型材车架刚度不够怎么办？">
    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。
  </Accordion>

  <Accordion title="CAN 总线通信不稳定？">
    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。
  </Accordion>

  <Accordion title="电机上电后不转但有电流声？">
    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。
  </Accordion>

  <Accordion title="线束容易被轮子磨到？">
    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。
  </Accordion>
</AccordionGroup>

***

## 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](/embedded-software/development-setup) 开始进入嵌入式开发环境搭建。

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## 延伸阅读

* [底盘与机构设计](/mechanical/chassis)
* [全向轮底盘](/mechanical/chassis-omniwheel)
* [麦轮底盘](/mechanical/chassis-mecanum)
* [HXC 电机控制项目](/embedded-software/hxc-motor-control)
* [HXC 开发环境搭建](/embedded-software/development-setup)