開源電機驅動器開發(fā)方法與實現(xiàn)

一、項目概況

CLN17電機驅動器是一款開源、緊湊、高性能的閉環(huán)步進電機驅動器，專為 NEMA17 外形尺寸電機設計。該驅動器提供先進的功能，如靜音和平穩(wěn)的運動、高精度的位置控制和節(jié)能功能，使其成為各種應用的理想選擇，包括機器人、CNC 機床和 3D 打印機。

二、板框圖

三、項目特點

(1)位置控制和精度

閉環(huán)控制：電機驅動器支持閉環(huán)控制，集成編碼器進行實時位置監(jiān)控和調整，確保在具有挑戰(zhàn)性的條件下實現(xiàn)精確運動。

精細定位：0.01 度的卓越位置控制精度確保了位置信息的高效和低延遲處理，并將噪音降至最低，從而實現(xiàn)平穩(wěn)運行。

極其精確的無傳感器泊車：先進的無傳感器泊車算法無需額外的傳感器即可準確定位電機，防止系統(tǒng)損壞。

嵌入式 6 軸 IMU：LSM6DSO IMU 模塊通過 3 軸陀螺儀和 3 軸加速度計提供卓越的慣性測量功能，提供精確的運動反饋、系統(tǒng)振動檢測和應急響應。性能和效率

自適應轉矩控制和能源效率：電機驅動器根據(jù)負載要求調整扭矩，優(yōu)化能源效率，減少應力并延長電機壽命。

高性能：32 位 170MHz ARM Cortex-M4 微處理器為應用代碼提供了顯著的性能改進和充足的功能。

超靜音和平穩(wěn)運行：TMC2209超靜音驅動器可確保對噪聲和振動敏感的應用安靜平穩(wěn)運行。

被動制動和續(xù)流：被動制動和續(xù)流功能可實現(xiàn)電機的平穩(wěn)減速和滑行，從而增強控制和效率。

(2)兼容性和模塊化

開源方法：完全訪問硬件原理圖、PCB 布局、固件和軟件，促進透明度、協(xié)作和創(chuàng)新，從而創(chuàng)建定制解決方案。

增強的兼容性：多種連接選項，包括 UART、I2C、CAN 總線（支持 FD）和 USB2.0 Type-C（支持 PowerDelivery），有助于實現(xiàn)無縫通信并輕松集成到現(xiàn)有系統(tǒng)中。

模塊化概念：各種配置滿足尺寸和性能要求，同時保持成本效益，支持擴展板的附加功能。

網絡互聯(lián)：支持網絡配置架構，允許多個驅動程序相互連接，而無需額外的設備。

(3)安全可靠

可靠運行：通過寬溫度范圍、診斷功能以及內置的 ESD、電流限制、反極性、過載和 3.3V/5V IO 容差保護功能，確?？煽窟\行。

增強的安全算法：增強的安全算法可智能監(jiān)控電機狀況，以保護電機系統(tǒng)和用戶免受潛在傷害。

具有實時時鐘的精確定時：專用的 HSE 和 RTC 時鐘晶振可確保對時間關鍵型任務的精確定時、可靠的代碼執(zhí)行和準確的時間處理。

四、應用場景

CLN17 步進電機驅動器適用于廣泛的應用，包括但不限于下列應用。

(一)學習與研究

學習平臺：開源設計和清晰的文檔提供了通用的電機控制學習解決方案，促進了學生和教育工作者之間的創(chuàng)新和協(xié)作。例如：機械臂套件;太陽能跟蹤系統(tǒng)。

實驗室設備：精度、安全性和反饋功能對于可靠操作、準確結果和研究人員安全至關重要。例如：自動化液體處理系統(tǒng);精密樣品定位系統(tǒng)。

協(xié)作機器人和學習系統(tǒng)：精確的軸位置和速度檢測使電機驅動器適用于協(xié)作機器人和學習系統(tǒng)，從而實現(xiàn)安全的人機協(xié)作。例如：用于社交互動的人形機器人;用于裝配任務的協(xié)作式機械臂。

(二)機器人和自動運動

CNC機床和3D打印機：精確和無差錯的定位對于CNC機床和3D打印機的精確制造至關重要。例如：高速或大幅面3D打印機;激光切割雕刻機;臺式數(shù)控銑床。

機器人和自動化系統(tǒng)：精確的控制和運動提高了機器人和自動化的整體性能。例如：自主移動機器人;拾取和放置機器人系統(tǒng)。

工業(yè)運動控制系統(tǒng)：可靠性和與工業(yè)接口的兼容性提高了工業(yè)運動控制的性能。例如：輸送系統(tǒng)和三角機器人;自動化裝配線。

(三)觸覺和穩(wěn)定

觸覺和力反饋系統(tǒng)：精確的電流和力控制對于逼真的觸覺和力反饋體驗至關重要。例如：用于遠程控制的遠程操作系統(tǒng);具有力反饋的虛擬現(xiàn)實控制器。

相機/望遠鏡穩(wěn)定系統(tǒng)：相機和望遠鏡系統(tǒng)的穩(wěn)定方向依賴于精確的定位和位置保持，從而簡化了系統(tǒng)校準，以實現(xiàn)精確的組件對準。例如：電動望遠鏡支架;攝像機滑塊。

審核編輯：湯梓紅