小米铁蛋一代电机驱动开发（二）

性能参数前面我们只是基于铁蛋一代驱动板外部云台电机进行开发这里我们基于小米铁蛋一代电机本体和驱动板进行固件开发首先电机各项参数如上图机械结构关于电机的机械结构我们可以参考小米官方的专利 CN214591037U - 机器人及其伺服电机 - Google Patents拆解图如下1、拧开侧面的8颗螺丝就能拆开电机和减速机侧面8颗螺丝都打了螺纹胶电机形态为大直径薄型。2、可以看到电机定子是36槽内转子外圆表贴磁钢为21对极磁钢贴在太阳轮外圈和转子轴同轴。这种转子和减速机太阳轮一体同轴的设计有惯量小、扭转刚度高、轴向长度短的优点。绕组为FSCW。减速机齿轮拓扑结构是三个行星轮组成的一级 NGW 型N内啮合 G公用行星轮 W外啮合行星机构同一个行星轮同时一边和太阳轮做外啮合另一边和内齿圈做内啮合就是最常见的单级行星减速器整个动力链传输路径是三相 PMSM │ ▼ 转子轴/太阳轮 │ ├── 电机侧磁编码器 │ ▼ 3 × 行星轮 │ 固定内齿圈 │ ▼ 行星架 │ ├── 输出端 Hall 磁铁 │ ▼ 关节输出轴 / 输出法兰系统理念类似高转矩密度 PMSM 低减速比 planetary都是 QDDQuasi-Direct Drive准直驱 关节思路通过低减速比使输出端仍然保留很强的力透明性和动态性同时尽量让输出端保持良好的反驱性提高抗冲击能力这种设计优点是高动态、爆发输出但不适合长时间大转矩静态保持因为小减速比的原因会导致大转矩电流也大发热严重同时行星齿轮的齿隙也比谐波减速机大。反驱是外部力量作用关节-减速器反向转动-带动电机转子, 比如机器狗脚落地后地面对腿产生冲击力。如果关节具有很好的反驱性那么外力可以把输出轴推回去进而带动电机转子运动保证冲击力大部分由电机柔性吸收而不是直接完全由硬性减速机吸收你用手去掰一个断电关节如果很轻松就能转动就是反驱性好如果像锁死一样很难动就是反驱性差。真正决定反驱性的主要不是有没有减速器而是减速比摩擦传动效率电机反射惯量其中减速比尤其重要。编码器设计总体思路为高精度电机单圈角度 输出端粗绝对扇区 关节绝对角度根据小米专利设计说明输出端Hall传感器数量和减速比一致。电机端编码器AS5047 14bit高精度磁编码器输出端编码器六个MT9105线性Hall编码器60度间隔环形排列 行星架条形磁铁。MT9105的电压-磁场关系如下编码器磁铁和磁场如下这里我们用磁极观察片(膜)观察电机端编码器磁铁和输出端编码器磁铁的磁场膜片上方有有一片彩色区域对应输出端长条磁铁的磁场图像没有线条将其分割说明是厚度充磁。 膜片中间有一片彩色区域对应电机端圆柱形磁铁的磁场且有线条分割说明是径向充磁。【如何使用磁极观察片(膜)观察圆柱形和方形磁铁的充磁方式】-CSDN博客电机输出端旋转一圈后实际采集的六个线性Hall的电压如下可以看到由于输出端编码器条形磁铁是厚度充磁对于Hall传感器来说只有单方向磁场所以输出的电压在1.65V - 3.3V之间而不是0V-3.3V。电机参数对电机进行参数辨识得到Ld为195uHLq为393uH电阻0.26欧姆磁链3.694 mWb参考系是FOC等幅值变换、转子等效转动惯量J7.92e-5 kg·m²。这里奇怪的地方关键在于Ld和Lq电感差异为何如此之大作为表贴式的电机是比较反常的根据前面电机的定子槽数和极对数我们可以认为电机绕组是FSCW Fractional-Slot Concentrated Winding分数槽集中绕组设计。优点是端部绕组短相电阻小铜耗发热低、容易做成短轴向大直径结构、制造方便缺点是槽效应明显、空间谐波较多所以我这里通过HFI辨识得到的电感不一定完全是有效基波电感更可能是 L(θ) L0 L2*cos2θ Lh(θ) 其中Lh(θ)是各种槽谐波且HFI辨识的频率和电机实际工作点电频率不完全一致至于dq轴电感差异大的具体原因还需要进一步探究也不能仅仅根据这一点就认定可以进行MPTA控制更保险的是测定不同dq电流下的磁链数据表固件链接Baseline-K/xiaomi_cyberdog1 还有很多不完善的地方仅供参考