RoboModule伺服电机驱动器用户手册.pdf
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直流伺服电机驱动器用户手册直流伺服电机驱动器用户手册深圳市靠岸科技有限公司深圳市靠岸科技有限公司Page1RoboModuleRoboModule直流伺服电机驱动器直流伺服电机驱动器用户手册用户手册V1.22015.3.26KaoanKaoan直流伺服电机驱动器用户手册直流伺服电机驱动器用户手册深圳市靠岸科技有限公司深圳市靠岸科技有限公司Page2感谢您购买本产品。
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Kaoan和RoboModule为深圳市靠岸科技有限公司所有的注册商标。
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另外需要特别注意：
1电机在剧烈运动情况下，对电流的需求会比较猛烈。
所以请合理设计或选型与本产品一起共用电源的其他模块，防止瞬间大电流情况下电源被拉低而导致的芯片复位。
2请勿带电插拔串口线、码盘线、电机线、CAN线等线材。
如需插拔，请先让电机驱动器断开电源。
因不按照本条执行而造成的损失，本公司概不负责。
3如多个驱动器一块使用CAN通信方案控制，请参考接口说明部分的第2点所述内容，拆掉CAN总线上多余的电阻，否则CAN通信将不正常。
4请务必确认，连接串口所用的串口线是TTL电平的，不可以是RS232电平的。
因为选错串口线造成的驱动器烧毁的损失，本公司亦不负责。
5注意电源不能接反，一旦接反，无力回天。
免责声明和警告免责声明和警告:
直流伺服电机驱动器用户手册直流伺服电机驱动器用户手册深圳市靠岸科技有限公司深圳市靠岸科技有限公司Page3感谢您使用本产品。
本产品是一款当前市面上性价比最高的一款直流伺服电机驱动器，它使用了表面沉金的四层板来制作PCB，并采用了世界一流的FUJI贴片机进行无铅工艺的生产贴片。
良好的加工工艺，是优良性能的基础。
它集成了开关电源降压电路、线性电源降压电路、功率驱动电路、电流采样电路、CAN通信电路、蜂鸣器报警电路、LED指示灯电路、STM32最小系统电路等在一块50mm*50mm的PCB电路板上。
体积小、质量轻、性能好。
它具有如下接口：
电源接口、CAN通信接口、增量式编码器数据采集接口、电机接口、TTL串行通信接口、SWD调试接口。
普通用户只需通过配套的“RoboModule电机驱动器调试软件”来进行电机的配置，即可完成所有的设置。
不需要写一行代码就可以得到一个高效、稳定、合适的直流伺服电机驱动器。
结合RoboModule电机驱动器调试软件，本驱动器具有如下七种工作模式：
1PWM模式，即控制电机开环转动，PWM占空比越大，转动越快。
2电流环模式，即给定电流越大，驱动器能输出的恒定力矩越大。
3速度环模式，即可以控制电机精确的转动速度。
4位置环模式，即可以控制电机以某个指定的转动速度转动到某个指定的位置。
5电机参数设置模式，即可以设置电机三个闭环环路的PID参数，电机转动的正方向，编码器反馈的正方向。
6驱动器编号设置模式，即可以设置驱动器在CAN总线上的各种功能对应的ID号。
7固件升级模式，即可以直接在配套的RoboModule电机驱动器调试软件上进行固件升级。
另外配套的RoboModule电机驱动器调试软件，还具备显示速度曲线，电流曲线、位置曲线的功能。
用户可以无需安装Matlab等数学软件，就可以清晰的观察到电机驱动器运行过程中的数据波形。
产品综合介绍产品综合介绍直流伺服电机驱动器用户手册直流伺服电机驱动器用户手册深圳市靠岸科技有限公司深圳市靠岸科技有限公司Page4RoboModule直流伺服电机驱动器可以适用于任何有刷直流电机的控制的场合。
1适用于RoboCon、RoboTac、RoboMasters、RoboCup、电子设计竞赛等比赛场合的驱动电机的应用。
2可以应用于流水线传送带。
3可以应用于各种自动玻璃门、地铁屏蔽门、地铁刷卡通道门等。
4可以应用于三角形全向轮机器人底盘、正方向全向轮机器人底盘、麦克纳姆全向轮机器人底盘、履带式机器人底盘，普通差速轮机器人底盘。
5可用于并联机械臂、XYZ三轴机械臂的电机控制。
6可用于钢丝绳拉线伸缩臂的电机控制。
7可用于XYZ三轴雕刻机、3D打印机、高速贴片机、平面切割机、绘图仪、下棋机器人等应用。
8可用于LED旋转显示屏的电机精确控制。
典型典型应用应用场景场景直流伺服电机驱动器用户手册直流伺服电机驱动器用户手册深圳市靠岸科技有限公司深圳市靠岸科技有限公司Page5感谢您使用本产品。
本产品所有硬件电路的设计都经过精确计算和反复验证，保证稳定可靠。
相比于其他的直流伺服电机驱动器，它具有如下优点：
1.使用QFN36封装的STM32F103T8U6，性能和可靠程度大大优于LQFP封装的STM32。
体积小、重量轻、底部中央大面积外露焊盘用来良好散热，无外凸的引脚焊盘与内部导电路径短，自感系数小，封装体内的布线电阻小。
所以这种封装的STM32相比LQFP封装而言，具有显著优越的电性能。
2.超低开关电源纹波，24V对5V的转换，只产生了10mV左右的纹波。
超小体积（8mm*8mm）的开关电源电路设计，可以输出600mA的电流。
稳定可靠的电源，是一切电路的基础。
3.使用9个X7RmuRate陶瓷电容并联的高成本方案替代常规的单个铝电解电容来进行储能，储能和放电性能优越10倍以上。
4.采用CAN总线通讯方式，专业汽车电子通讯方案，通讯误码率为0%。
5.使用德州仪器最新的6.5MHz采样频率的OPA2374AID轨对轨运放芯片做电流采样，更精确，更稳定。
6.使用英飞凌的BTN7971B，PN结构的电机驱动芯片，PWM占空比可达100%，最大瞬间电流可达70A，对付普通直流电机绰绰有余。
（一般MAXON伺服电机线圈内阻在1.5左右，24V下通过电机的最大电流为16A）7.采用进口的阿尔卑斯ALPS按键SKRPACE010，2.55N的稳定按键力度，5万次的按键寿命，低抖动，绝非杂牌山寨按键可比。
8.台湾亿光11-22SURSYGC/S530-A2/TR8红绿双色LED，作为状态指示灯，质量保证，杜绝山寨杂牌。
9.增加小体积的有源蜂鸣器作为状态提醒和异常报警，可以用听觉知晓驱动器的特殊状态，不用把注意力一直放在指示灯上。
10.选择深圳一流的PCB加工厂代工生产PCB，高精度，军工级品质。
黑色沉金板四层板，有完整的参考地平面，大面积铺铜走线用来过电流电流，可以满足持续大电流的需求。
11.选择深圳一流的SMT加工厂代工贴装，使用世界顶级的富士贴片机无铅SMT焊接，贴片精度可达到0.03mm，焊接完美可靠，杜绝手工焊接的不良状况出现。
产品硬件介绍产品硬件介绍直流伺服电机驱动器用户手册直流伺服电机驱动器用户手册深圳市靠岸科技有限公司深圳市靠岸科技有限公司Page6电气参数整板供电电压范围8V28V整板典型供电电压24V整板最大峰值电流70A整板最大持续电流15A最大驱动电机功率360W开关电源输出电压电流5V600mA线性电源输出电压电流3.3V150mAMCU供电电压3.3VMCU工作频率72MHzPWM频率/周期14.4KHz/69.4usPWM占空比范围0%-100%编码器的类型增量式普通编码器，不支持差分编码器编码器的供电电压5V编码器的倍频数4倍频（相当于500线编码器变成2000线）串口输入输出电平TTL电平串口波特率115200CAN总线波特率1Mbit/s按键力度2.55N机械参数PCB尺寸50mm*50mm*1.2mmPCBA尺寸58mm*50mm*15mmPCB层数4层PCB表面处理黑色阻焊层、白色丝印层、沉金安装孔内径3mm安装孔铜环6.3mm相邻安装孔间距42.888mm整板重量18克参数指标参数指标直流伺服电机驱动器用户手册直流伺服电机驱动器用户手册深圳市靠岸科技有限公司深圳市靠岸科技有限公司Page7接口说明接口说明24V电源输入输出接口124V电源输入输出接口2CAN总线输入输出接口1CAN总线输入输出接口2TTL串口调试接口电机接口SWD调试接口编码器接口功能按键直流伺服电机驱动器用户手册直流伺服电机驱动器用户手册深圳市靠岸科技有限公司深圳市靠岸科技有限公司Page8下面对上述所有接口进行详解：
1.24V电源输入输出接口1，24V电源输入输出接口2：
这两个接口功能是一样的，为什么留了两个？
考虑到一般应用环境下，用到的电机驱动器不止1个，比如机器人底盘，可能用到4个驱动器，为了整车布线的方便，可以将所有的电机驱动器的电源串联起来，2个24V的电源输入输出接口，一个作为电源的输入，一个作为电源的输出，将24V的电源传到下一个电机驱动器。
2.CAN总线输入输出接口1，CAN总线输入输出接口2：
这两个接口的功能也是一样的，为什么也留了两个？
跟上述电源接口一样，同样考虑到串联应用的连线方便。
不过要注意，CAN总线的硬件电路拓扑，一定是如下图的:
实际连接的时候，要把120的两个终端电阻放在最端点的两个电路板上。
如上图方式放置的时候，需要在驱动器1号和主控器上焊上120电阻，驱动器2号、驱动器3号、驱动器4号的原有的CAN总线上的120电阻应该拆掉。
（建议使用小口热风枪吹下，温度控制在360左右即可）。
120电阻在本驱动器上的位置在如下图示位置：
3.TTL串口调试接口：
其中丝印层上的T代表USART_TXD，G代表GND，R代表USART_RXD。
因为串口的特性，在外接其他串口设备的时候，需要按如下连接方式连接本驱动器和其他的串口设备：
120电阻位置丝印标识为121直流伺服电机驱动器用户手册直流伺服电机驱动器用户手册深圳市靠岸科技有限公司深圳市靠岸科技有限公司Page9本驱动器的T其他串口设备的R本驱动器的G其他串口设备的G本驱动器的R其他串口设备的T（备注：
在所有的通信接口中，只有串口需要T和R交叉连接）此串口调试接口，可以与USB转串口小板相连后与PC机通信，配合配套的“RoboModule电机驱动调试软件”来进行电机的编号设置、电机方向设置、编码器方向设置、各环路PID参数设置等。
此串口调试接口，同时也可以与主控设备相连。
用户不打算用CAN总线来操作驱动器来控制电机的时候，就可以选择使用串口来操作驱动器来控制电机。
4.SWD下载接口：
其中D代表SWDIO，C代表SWCLK，G代表GND。
本接口用于用户有兴趣自行编写程序定制特殊需求的情况，与本公司的“RoboModuleJlink转SWD小板”连接来调试下载程序。
“RoboModuleJlink转SWD小板”单独出售，不作为标配配件赠送。
连线时候，D对D连接，G对G连接，C对C连接。
5.电机接口：
此接口有两个触点，与电机的两个触点相连，不分正负。
可以在“RoboModule电机驱动器调试软件“上定义电机转动方向的正方向、编码器反馈的正方向，所以此处可以随意连接。
6.编码器接口：
其中G代表GND，A代表A相信号，V代表5V的输出，B代表B相信号。
编码器（encoder），当装在电机上的时候，可以测量电机的速度和位置。
RoboModule驱动器所涉及的编码器是增量式普通输出编码器，此类编码器有5个引脚或者4个引脚，如果是5个引脚，则悬空不用的Z相的引脚。
直流伺服电机常用的增量编码器如下图所示：
用户所使用的编码器因为品牌不同可能会有一些差别，但基本上引脚都是如图所示的排列方式。
从左往右，第一引脚为GND，第二引脚为Z相，第三引脚为A相，第四引脚为5V的电源输入，第五引脚为B相。
一般应用下，只用到A、B相，Z相悬空不用。
连线时候，按照GND连GND，A相连A相，5V连5V，B相连B相的方式连接。
直流伺服电机驱动器用户手册直流伺服电机驱动器用户手册深圳市靠岸科技有限公司深圳市靠岸科技有限公司Page10本段介绍如何使用这个驱动器。
每个驱动器在出货前都会下载好官方程序，所以用户不需要编写一行代码便可操作驱动器。
请先使用电脑和USB转TTL串口模块连接本驱动器，按照下面的连接方式，并使用“RoboModule电机驱动器调试软件”来进行驱动器和新电机的匹配调试。
下面介绍如何使用“RoboModule电机驱动器调试软件”进行驱动器和电机的匹配。
按照如上图的方式，进行连接。
注意两点问题：
1使用USB转TTL串口模块，不能使用RS232串口模块，因为此处串口电平是TTL的。
2请确认连接好串口线、码盘线、电机线，再进行24V通电，请不要在24V通电的过程中插拔串口线、码盘线、电机线。
确认好以上两点后，打开“RoboModule电机驱动器调试软件”。
如果电脑上已经插有USB转串口模块或者自带串口，则在串口号上会显示当前有效的串口号。
如果没有，上位机操作说明上位机操作说明直流伺服电机驱动器用户手册直流伺服电机驱动器用户手册深圳市靠岸科技有限公司深圳市靠岸科技有限公司Page11图示中串口号为空，无法继续进入调试模式。
点击“进入调试模式”按钮，则页面切换到如下界面，同时伴随着驱动器上蜂鸣器的一声长鸣，如果蜂鸣器没有一声长鸣，则关掉此窗口，重新打开软件，重新进入。
在此页面上，用户可以选择图示“模式选择”的7种模式，选中其中一种模式，则可以进入下一个对应的界面。
首先要选择PWM模式进入。
如下图是PWM模式的界面，进入此界面时，驱动器上的蜂鸣器会有一声短鸣。
PWM模式下，数据接收窗口反馈的是编码器在1ms时间内的转过的线数，即所谓的速度，两个相邻数据的间隔为10ms。
PWM模式是开环的模式。
有两种作用：
其一，用于辅助调整电机转动的正方向和编码器反馈的正方向。
其二，用于开环控制不带编码器的有刷直流电机。
直流伺服电机驱动器用户手册直流伺服电机驱动器用户手册深圳市靠岸科技有限公司深圳市靠岸科技有限公司Page12如何调整电机转动的正方向：
假如给定正数的PWM数值后，电机往顺时针方向转动，而用户想要让电机在给定正数的PWM数值的时候往逆时针方向转，则需要重启软件，切换到“电机参数设置模式”，点击电机转动方向取反的按钮，然后再重启软件，再次进入“PWM模式”，则可以看到，给定正数的PWM数值后，电机转动方向为逆时针，同理，给定负数的PWM数值后，电机转动方向为顺时针。
如何调整编码器反馈的正方向：
在调整好电机转动的正方向后，给定一个正数的PWM数值，观察“数据接收”窗口中反馈的编码器数据是否为正数，如果编码器的方向不是正数，则需要重启软件，再切换到“电机参数设置模式”，点击编码器方向取反的按钮，然后再重启软件，再次进入“PWM模式”，则可以看到，给定正数的PWM数值后，编码器反馈的数值也为正数。
给定负数的PWM数值后，编码器反馈的方向也为负值。
此处，给定+1000的数值表示1000/5000=1/5的占空比的PWM输出。
此处，编码器反馈的数值的意义为：
1ms的时间里面，编码器被带动转过的线数。
注意，必须使给定PWM的数值和编码器反馈的数值同为正数或者同为负数，即符号相同，否则进入速度模式和位置模式后有可能烧坏电机或者驱动器。
如下图是电流环模式的界面，进入此界面时，驱动器上的蜂鸣器会有两声短鸣。
（如果无需用到电流环，可以直接跳过，电流环与速度位置两环相对独立，无关联）电流环模式下，“数据接收”窗口反馈的是当前AD采样的电流值，两个相邻数据的间隔为10ms。
给定的电流数值正比于当前驱动器输出的力矩。
给定的数值越大，当前驱动器输出的力矩越大。
当给定的电流数值是负值，则输出力矩方向为相对电机转动正方向的相反方向。
电流环模式用于对外提供一个恒定的力，与速度无关。
在电流环模式下，给定一个较小的电流值，让电机处于输出恒定力矩的状态，即使长时间堵转电机，也不会烧毁电机和驱动器。
直流伺服电机驱动器用户手册直流伺服电机驱动器用户手册深圳市靠岸科技有限公司深圳市靠岸科技有限公司Page13另外，如果需要调试电流环的PID参数值，则需要重启软件，并切换到“电机参数设置模式”。
先点击“读取电机参数”，则电机当前的PID参数会显示在文本框中，然后修改电流环对应的PID参数后，再点击“写入电机参数”，则修改参数成功。
重启软件后再进入“电流环模式”，则可以观察修改参数后的效果。
如下图是速度环模式的界面，进入此界面时，驱动器上的蜂鸣器会有三声短鸣。
速度环模式下，数据接收窗口反馈的是编码器在1ms时间内的转过的线数，即所谓的速度，两个相邻数据的间隔为10ms。
速度环模式需要建立在电机转动的正方向和编码器反馈的正方向一致的条件下，即：
在PWM模式下，给正数的PWM数值后，必须得到正数的编码器反馈数值。
给负数的PWM数值，必须得到负数的编码器反馈数值。
发送指令包含两部分，第一部分是限制PWM的最大值。
如果担心在运行过程中发生堵转烧毁电机，则可以限制PWM占空比在很小的数值。
如果需要快速响应给定速度值，则在限制PWM占空比的文本框中填入比较大的数值，比如最大值5000。
此处限制值为绝对值，只支持正数的输入。
第二部分是给定速度值，这里的速度值的含义是：
在1ms的时间内，编码器被带动转过的线数。
每个电机的最大速度值都有上限。
如果给定速度值超出上限，则按能达到的最大速度值运转。
注意：
1假如进入后，给定速度值没有反应或者反应异常，则请点击“电机参数设置模式”下的“读取电机参数”，如果都为零，请点击“读取出厂参数”，再点击“写入电机参数”。
2当用户对当前的速度调节状态不满意的时候，可以重启软件，切换到“电机参数设置模式”下，修改当前速度环下的PID参数值。
操作方式与电流环模式下的操作方式相同。
直流伺服电机驱动器用户手册直流伺服电机驱动器用户手册深圳市靠岸科技有限公司深圳市靠岸科技有限公司Page14如下图是位置环模式的界面，进入此界面时，驱动器上的蜂鸣器会有四声短鸣。
位置环模式下，数据接收窗口反馈的是电机当前的位置值。
位置环模式是建立在速度环模式之上，也就是速度环模式调试ok之后，才能去调试位置环模式，否则会出现振荡，甚至烧毁电机和驱动器。
发送的指令包含3部分：
第一部分是限制的PWM值，文本框中所填的值越大，响应速度则越快，同时输出电流也越大。
当可能存在堵转的情况下，用户可以适当的下调限制PWM值的数值。
从而减少堵转情况下烧毁电机的可能，但同时也会降低其响应速度。
第二部分是限制的速度值，与速度环中所调试的内容意义一致。
速度越大，到达目标的位置时间越短。
速度越小，到达目标位置的时间越长。
第三部分是给定位置值，范围是-5000000线到+5000000线。
如何计算位置：
假如一个电机接了500线的编码器，带了1：
16的减速箱。
如果要让电机输出轴转动一圈，则需要填入多少的数值呢？
500线的编码器，实际转动1圈是2000线的数值（此处涉及编码器四倍频的问题），并且1：
16的减速，则需要2000*16=32000线，这就是让输出轴转动一圈要给定的位置值。
直流伺服电机驱动器用户手册直流伺服电机驱动器用户手册深圳市靠岸科技有限公司深圳市靠岸科技有限公司Page15如下图是电机参数设置窗口，进入此界面时，驱动器上的蜂鸣器会有五声短鸣。
本窗口在前面内容已经有所涉及。
窗口左侧，用以调试各个环路的PID参数值。
先读取电机的参数，然后修改参数，修改后写入电机参数。
如果调试到错乱的地步，可以读取出厂参数，然后写入电机参数，之后重新开始调试。
电流环的参数是独立出来的，与速度环和位置环不发生耦合。
调试位置环之前，需要先调试稳定速度环。
因为位置环是建立在速度环之上的。
窗口右侧，对应于PWM模式下，调整设置电机转动的正方向和编码器的正方向。
点击取反方向后立即生效，无需再点击写入电机参数。
直流伺服电机驱动器用户手册直流伺服电机驱动器用户手册深圳市靠岸科技有限公司深圳市靠岸科技有限公司Page16如下是驱动器编号设置模式的窗口，进入此界面时，驱动器上的蜂鸣器会有六声短鸣。
比如要设置当前的驱动器为2号驱动器，则需要先选中2号。
选中之后，后面打了问号的文本框会变成红色带*号字体，并展示了所有对应的CAN的ID号，如下图所示。
然后点击“写入电机编号“按钮，如果写入成功，则后面文本框的红色带*号字体会变成黑色普通字体。
如果写入失败，则红色带*号字体不会发生变化。
同样，可以通过点击“读取电机编号”按钮来读取验证的当前写入的编号值正确与否，如果正确，则会在文本框中显示黑色普通字体，如下图所示：
直流伺服电机驱动器用户手册直流伺服电机驱动器用户手册深圳市靠岸科技有限公司深圳市靠岸科技有限公司Page17如果脱离电脑使用，是用串口的方式来控制驱动器的运转，则不需要对驱动器进行编号。
驱动器编号适用于CAN总线来控制驱动器的场合。
如本界面的窗口左侧显示，驱动器编号范围是1号到15号，则表明当前设计的CAN总线通信方案，最多可以支持15个驱动器在同一条CAN总线上一起使用。
另外必须保证，同一条CAN总线上所挂的驱动器，编号不能一样，比如不能有两个2号驱动器共存。
本窗口的右侧部分的CAN_ID的编码，与下文CAN通信协议部分所述的CAN_ID编号方式一一对应。
如下图是驱动器的固件升级模式的界面，进入此界面时，驱动器上的蜂鸣器会有7声短鸣。
当需要固件升级的时候，请进入此模式，并点击“加载Bin文件”，然后从弹出的打开框中找到相应的Bin文件并打开后，界面会变化到如下形式：
然后点击“下载程序”，则驱动器将开始下载程序，同时，蜂鸣器会有十多声鸣叫，图示界面的下载进度会显示当前下载程序的进度。
更新完程序后，请点击“重新启动软件”。
注意，所述bin文件必须确认是从深圳市靠岸科技有限公司处获得，否则，驱动器有可能在更新后出现异常状态。
当更新固件后出现异常的时候，请按下电机驱动器的功能按键，然后重新打开“RoboModule电机驱动器调试软件”进入固件升级模式，来重新更新固件。
直流伺服电机驱动器用户手册直流伺服电机驱动器用户手册深圳市靠岸科技有限公司深圳市靠岸科技有限公司Page18在PWM模式、电流环模式、速度环模式、位置环模式，这四种模式下，可以使用“RoboModule电机驱动器调试软件”自带的绘图功能，将数据接受窗口中的接收数值绘制成曲线。
例如在速度环模式下，从0的速度，每次增加10，一直增加210，然后再每次减10，一直减到0。
就能生成如下图所示的曲线图。
操作方法是：
在窗口中有数
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