最近，德國一家做運動控制的公司Trinamic在慕尼黑上海電子展上宣傳“全球領(lǐng)先”，“為運動和電機控制應(yīng)用開發(fā)了世界上最先進的技術(shù)”。先進的集成電路，模塊和機電一體化系統(tǒng)使當今的軟件工程師能夠快速，可靠地開發(fā)高效，平穩(wěn)和靜音工作的高精度驅(qū)動器。為此，機器人網(wǎng)&國際電子商情前往探訪。 XJaesmc

首先，我們從網(wǎng)上扒出了他們的資料： XJaesmc

Trinamic位于德國漢堡，成立于2004年，主要是技術(shù)人員，大概30人左右，在中國還沒有任何總部，目前只有一個工程師在蘇州地區(qū)負責(zé)。 XJaesmc

Trinamic的產(chǎn)品主要是：運動控制特制芯片、智能馬達驅(qū)動器、嵌入式計算機控制系統(tǒng)。其實主要的產(chǎn)品就是運動控制芯片。 XJaesmc

在中國，這是一個典型的小微企業(yè)。XJaesmc

在慕尼黑上海展會上我們在現(xiàn)場看了一個運動控制方面的小實驗，后來從網(wǎng)上下載了這個視頻： XJaesmc

對此，Trianamic的銷售總監(jiān)用了一句話解釋：對德國人來說，每一滴啤酒都是很寶貴的。 XJaesmc

德國人的邏輯與嚴謹在全世界都是出了名的最NB，看了這個關(guān)于運動控制方面的小視頻后，不由得對這個公司肅然起敬，哪怕他是一個很小的小微企業(yè)。 XJaesmc

我們又從國外網(wǎng)站扒出了他們的一個視頻： XJaesmc

于是，我們繼續(xù)了解了他們的產(chǎn)品。 XJaesmc

通過嵌入式運動控制加速創(chuàng)新

Trinamic推出的嵌入式運動控制技術(shù)使得3D打印機和下一代“智能”假肢成為受益者。這些系統(tǒng)將特定應(yīng)用的運動控制芯片與開放式硬件和軟件平臺相結(jié)合，是第四次工業(yè)革命的一部分。這一趨勢正在加速機器人技術(shù)、工業(yè)自動化甚至是使用機電一體化技術(shù)的消費產(chǎn)品的創(chuàng)新速度。 XJaesmc

這種新型設(shè)備通過將大多數(shù)基本控制功能“封裝”為硬件邏輯或經(jīng)驗證的軟件構(gòu)建模塊，嵌入式開發(fā)人員可以使用與傳統(tǒng)應(yīng)用程序相同的豐富工具集和代碼庫來簡化機電一體化產(chǎn)品的開發(fā)。除了大大縮短開發(fā)周期外，嵌入式運動控制器還可以為現(xiàn)有產(chǎn)品添加新功能，并支持許多新類別產(chǎn)品的出現(xiàn)。XJaesmc

XJaesmc

智能電機智能世界

嵌入式運動控制器可以將幾乎所有的電機轉(zhuǎn)變?yōu)?span lang="EN-US">“智能電機”，使設(shè)計師能夠輕松、經(jīng)濟地創(chuàng)造出性能、效率更高的產(chǎn)品，在某些情況下，還可以創(chuàng)造出全新的功能。其中包括：XJaesmc

•高級斜坡運動（也稱為“S”形斜坡運動）：上面視頻中所示的“啤酒移動器”是一種奇特的“啤酒移動器”，它演示了如何使用加速形狀在兩點之間快速移動一個裝滿啤酒的玻璃杯，而不會溢出一滴啤酒。同樣的原理也適用于醫(yī)學(xué)研究或其他液體處理應(yīng)用中使用的移液機器人。同樣地，不斷調(diào)整機械臂的加速和減速率，使其能夠達到更高的速度，并且仍然能精確地到達其下一個位置，對其有效載荷的干擾最小。這些算法還可以幫助工業(yè)物料運輸車快速、高效地移動重型載荷。XJaesmc

•磁場定向電機控制（也稱為“矢量控制”）：通過計算實時傳送到定子的驅(qū)動電流的相位和幅度，以最高效率運行電動機的技術(shù)。該算法是眾所周知的，并且廣泛用于大型電動機，但它可以在電動自行車，電動工具和其他消費者應(yīng)用中提供更長的電池壽命，更冷靜的操作和其他益處。 XJaesmc

•更智能的步進電機：步進電機價格低廉且易于使用，但在精確度方面存在局限性，并且運行噪音較大。這些問題可通過智能控制算法克服，這些算法可實現(xiàn)微步進，使其表現(xiàn)得像更昂貴的伺服電機，并塑造其驅(qū)動脈沖以產(chǎn)生更平滑，更安靜的步驟。XJaesmc

直到最近，這些類型的功能太復(fù)雜，無法在許多商業(yè)和消費產(chǎn)品中實施。然而，這種情況正在發(fā)生變化，因為運動控制受益于同樣的“硅革命”，它幫助計算機從20世紀60年代的早期大型機發(fā)展到今天功能強大且價格合理的PC。 XJaesmc

從大型機到大眾市場

最初由高端工作站和定制電子設(shè)備機架驅(qū)動，早期的運動控制系統(tǒng)體積龐大，價格昂貴。這些早期的系統(tǒng)很快就證明了其強大的價格標簽具有獨特的功能，例如可變加速和負載感應(yīng)，這為制造和其他工業(yè)自動化應(yīng)用帶來了新的精度、靈活性和生產(chǎn)力水平。 XJaesmc

在接下來的十年里，越來越強大的數(shù)字信號處理器（DSP）和更大的低成本現(xiàn)場可編程門陣列（FPGAS）使運行復(fù)雜算法的控制器的成本大幅降低，這些算法對機械的運動學(xué)建模和需要以精確的方式移動的電機控制信號是必要的。盡管如此，該技術(shù)的采用仍然受到創(chuàng)建應(yīng)用軟件所需的時間和專業(yè)知識的限制。盡管存在可重復(fù)使用的DSP和用于運動控制的FPGA代碼的庫，但它們通常由設(shè)備制造商嚴格控制。此外，大多數(shù)代碼沒有遵循可重用性的現(xiàn)代指導(dǎo)原則，因此為每個應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)這些代碼仍然需要花費許多人幾個月的時間，即使對于經(jīng)驗豐富的開發(fā)人員也是如此。 XJaesmc

Trinamic的嵌入式運動控制器克服了軟件障礙，該控制器在電機方面有豐富的實際經(jīng)驗。他們的單芯片設(shè)備集成了強大的運動控制算法和專門設(shè)計的硬件邏輯，以加速運動控制算法，從實時關(guān)鍵任務(wù)中卸載處理器。由于大多數(shù)嵌入式開發(fā)人員不是運動學(xué)或運動物理學(xué)方面的專家，因此這些設(shè)備附帶了一個電機控制和運動控制功能庫，可通過標準應(yīng)用程序編程接口（API）訪問。這種方法使設(shè)計人員在無需成為電機物理專家的情況下也能夠為其3D打印機，真空清潔機器人或生物分析儀提供先進的功能 - 例如加速成型，微步進和步進噪聲抑制。 XJaesmc

XJaesmc

大膽的發(fā)展周期

嵌入式運動控制器進一步簡化了開發(fā)周期，因為它們的開發(fā)平臺通常設(shè)計為與常用嵌入式系統(tǒng)通用的許多軟件工具以及它們支持的大型開源參考代碼庫兼容。因此，通過產(chǎn)品化其數(shù)十年的專業(yè)知識，Trinamic使復(fù)雜的運動控制技術(shù)和組件易于使用和實施。因此，開發(fā)人員可以從現(xiàn)有Java，C / C + / C＃和Linux代碼庫中構(gòu)建其運動控制應(yīng)用程序的基礎(chǔ)，并將他們的大部分精力集中在5％到10％的代碼上，這些代碼對它們的設(shè)計是獨一無二的。由于Trinamic的嵌入式運動控制器將其關(guān)鍵功能封裝在預(yù)先驗證的芯片和軟件中，因此開發(fā)周期的這一部分從算法開發(fā)，實施和測試的多個周期減少到設(shè)置一些參數(shù)并將代碼導(dǎo)出到您自己的固件。因此，生物測定移液機器人或高速定量食品分配器的開發(fā)工作流程與非機電一體化嵌入式應(yīng)用程序沒有太大差別。 XJaesmc

從胡克船長到鋼鐵俠：一個真實的成功故事

最近開發(fā)的先進假肢為嵌入式運動控制器如何加速創(chuàng)新機電產(chǎn)品的開發(fā)提供了一個真實案例。冰島制造商Össur - 主動修復(fù)技術(shù)的市場領(lǐng)導(dǎo)者 - 開發(fā)了第一個用于批量生產(chǎn)的，具有電動膝蓋和踝關(guān)節(jié)的假肢。它在2016年Cybathlon上首次亮相，這是由蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院組織的一項國際比賽。在該比賽中，殘疾選手使用最先進的輔助技術(shù)，如機器人假肢、腦機接口和電動外骨骼來完成日常任務(wù)。 XJaesmc

XJaesmc

該項目的目的是創(chuàng)造一種新型假肢，以逼真的方式移動，為用戶提供舒適，穩(wěn)健和運動效率。四肢的兩個動力關(guān)節(jié)都依賴于TRINAMIC運動控制開發(fā)的嵌入式運動控制器來產(chǎn)生復(fù)雜的運動，并最有效地利用四肢有限的電池容量。 XJaesmc

控制器豐富的硬件運動控制功能和開發(fā)平臺對經(jīng)過驗證的應(yīng)用軟件的補充消除了與控制器固件開發(fā)相關(guān)的許多風(fēng)險，并縮短了驗證和測試通常所需的時間?？刂茀?shù)必須適應(yīng)電機和設(shè)備應(yīng)用的獨特要求。 XJaesmc

XJaesmc

由于消除了通常與運動控制開發(fā)相關(guān)的許多步驟，設(shè)計團隊能夠在短短五個月內(nèi)創(chuàng)建，調(diào)試和驗證肢體定制電機控制器系統(tǒng)的功能。這有助于保持雄心勃勃的發(fā)展計劃并及時在蘇黎世的2016年Cybathlon比賽中勝出（觀看參考資料5中的YouTube視頻，了解Power Knee的實際運行情況）。雖然Power Knee的快速上市意味著Össur能夠獲得更高的利潤，但這項新技術(shù)帶來的真正財富是它為用戶提供的自由和性能。 XJaesmc

高功率BLDC / PMSM柵極驅(qū)動器

XJaesmc

TMC6200是新型高壓柵極驅(qū)動器，具有在線電機電流檢測功能，可使用外部MOSFET實現(xiàn)高達100A的BLDC電機和PMSM伺服電機。 XJaesmc

這是2019年4月1日TRINAMIC剛剛推出的，該芯片具有強大而靈活的設(shè)計，具有與電機完美匹配的高電流曲線。 XJaesmc

工程師在設(shè)計過程中處理了一些限制，其中時間是最重要的限制。TMC6200補充了基于TMC4671硬件的伺服控制器構(gòu)建塊，并提供了例如短檢測和超溫閾值的可編程安全功能，使用現(xiàn)成的構(gòu)建塊實現(xiàn)了穩(wěn)健可靠的設(shè)計。 XJaesmc

三個在線檢測電阻可實現(xiàn)對PWM噪聲具有魯棒性的電流測量。這使得TMC6200非常適用于TMC4671中實現(xiàn)的Δ-Σ電流測量。這種類型的測量比底部分流測量更有效，底部分流測量需要在切換事件周圍消除，并且只能與SAR ADC一起使用。 XJaesmc

柵極驅(qū)動器使用六個外部MOSFET和兩個或三個檢測電阻，集成了PMSM驅(qū)動系統(tǒng)的全高壓部分，適用于12V，24V或48V。包括帶可編程放大的在線電流檢測放大器。因此，它可以驅(qū)動從Watt到Kilowatt的各種電機，非常適合工業(yè)驅(qū)動，工廠或?qū)嶒炇易詣踊瑱C器人，CNC機床，紡織機械，泵或其他使用PMSM FOC驅(qū)動器和BLDC電機的應(yīng)用。 XJaesmc

該驅(qū)動器IC提供獨立操作和SPI控制操作（包括診斷），可靈活應(yīng)用，可快速適應(yīng)新的使用案例和要求。 TMC6200采用9x9mm2 TQFP48封裝。 XJaesmc

特點和好處 XJaesmc

•高達100A線圈電流的三相電機（外部MOSFET） XJaesmc

•8 ... 60V直流電壓范圍 XJaesmc

•可編程門驅(qū)動（0.5A / 1A / 1.5A） XJaesmc

•通過SPI接口提供全面保護和診斷 XJaesmc

•SPI和獨立操作 XJaesmc

•100%工作循環(huán)運行的電荷泵 XJaesmc

•可選BBM先斷后合邏輯，用于單線控制 XJaesmc

•可編程短路和過載電流閾值并重試 XJaesmc

•可編程控制接口，帶3線或6線驅(qū)動器 XJaesmc

•緊湊型9x9mm2 TQFP48封裝 XJaesmc

•雙引腳距離，可在高壓下安全運行 XJaesmc

最后，我們從市場了解到，Trinamic占據(jù)了3D打印機芯片市場份額的40%。每年大概有100萬 pcs的出貨量。他們預(yù)計經(jīng)過一個規(guī)律性的衰退性周期發(fā)展后，隨著消費市場的崛起，到2025年，3D打印機市場會增長很大。 XJaesmc

就是這么一個30人的德國小微企業(yè)Trinamic，用他們長期的技術(shù)研發(fā)征服了我們和市場，這是值得我們學(xué)習(xí)的地方。 XJaesmc