最近，德國(guó)一家做運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)和電機(jī)控制應(yīng)用開(kāi)發(fā)了世界上最先進(jìn)的技術(shù)”。先進(jìn)的集成電路，模塊和機(jī)電一體化系統(tǒng)使當(dāng)今的軟件工程師能夠快速，可靠地開(kāi)發(fā)高效，平穩(wěn)和靜音工作的高精度驅(qū)動(dòng)器。為此，機(jī)器人網(wǎng)&國(guó)際電子商情前往探訪。

　　首先，我們從網(wǎng)上扒出了他們的資料：

　　Trinamic位于德國(guó)漢堡，成立于2004年，主要是技術(shù)人員，大概30人左右，在中國(guó)還沒(méi)有任何總部，目前只有一個(gè)工程師在蘇州地區(qū)負(fù)責(zé)。

　　Trinamic的產(chǎn)品主要是：運(yùn)動(dòng)控制特制芯片、智能馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器、嵌入式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。其實(shí)主要的產(chǎn)品就是運(yùn)動(dòng)控制芯片。

　　在中國(guó)，這是一個(gè)典型的小微企業(yè)。

　　在慕尼黑上海展會(huì)上我們?cè)诂F(xiàn)場(chǎng)看了一個(gè)運(yùn)動(dòng)控制方面的小實(shí)驗(yàn)，后來(lái)從網(wǎng)上下載了這個(gè)視頻：

　　對(duì)此，Trianamic的銷(xiāo)售總監(jiān)用了一句話(huà)解釋?zhuān)簩?duì)德國(guó)人來(lái)說(shuō)，每一滴啤酒都是很寶貴的。

　　德國(guó)人的邏輯與嚴(yán)謹(jǐn)在全世界都是出了名的最NB，看了這個(gè)關(guān)于運(yùn)動(dòng)控制方面的小視頻后，不由得對(duì)這個(gè)公司肅然起敬，哪怕他是一個(gè)很小的小微企業(yè)。

　　我們又從國(guó)外網(wǎng)站扒出了他們的一個(gè)視頻：

　　于是，我們繼續(xù)了解了他們的產(chǎn)品。

　　通過(guò)嵌入式運(yùn)動(dòng)控制加速創(chuàng)新

　　Trinamic推出的嵌入式運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)使得3D打印機(jī)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(yùn)動(dòng)控制芯片與開(kāi)放式硬件和軟件平臺(tái)相結(jié)合，是第四次工業(yè)革命的一部分。這一趨勢(shì)正在加速機(jī)器人技術(shù)、工業(yè)自動(dòng)化甚至是使用機(jī)電一體化技術(shù)的消費(fèi)產(chǎn)品的創(chuàng)新速度。

　　這種新型設(shè)備通過(guò)將大多數(shù)基本控制功能“封裝”為硬件邏輯或經(jīng)驗(yàn)證的軟件構(gòu)建模塊，嵌入式開(kāi)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(kù)來(lái)簡(jiǎn)化機(jī)電一體化產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)。除了大大縮短開(kāi)發(fā)周期外，嵌入式運(yùn)動(dòng)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(lèi)別產(chǎn)品的出現(xiàn)。

　　智能電機(jī)智能世界

　　嵌入式運(yùn)動(dòng)控制器可以將幾乎所有的電機(jī)轉(zhuǎn)變?yōu)椤爸悄茈姍C(jī)”，使設(shè)計(jì)師能夠輕松、經(jīng)濟(jì)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：

　　?高級(jí)斜坡運(yùn)動(dòng)（也稱(chēng)為“S”形斜坡運(yùn)動(dòng)）：上面視頻中所示的“啤酒移動(dòng)器”是一種奇特的“啤酒移動(dòng)器”，它演示了如何使用加速形狀在兩點(diǎn)之間快速移動(dòng)一個(gè)裝滿(mǎn)啤酒的玻璃杯，而不會(huì)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(jī)器人。同樣地，不斷調(diào)整機(jī)械臂的加速和減速率，使其能夠達(dá)到更高的速度，并且仍然能精確地到達(dá)其下一個(gè)位置，對(duì)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(yùn)輸車(chē)快速、高效地移動(dòng)重型載荷。

　　?磁場(chǎng)定向電機(jī)控制（也稱(chēng)為“矢量控制”）：通過(guò)計(jì)算實(shí)時(shí)傳送到定子的驅(qū)動(dòng)電流的相位和幅度，以最高效率運(yùn)行電動(dòng)機(jī)的技術(shù)。該算法是眾所周知的，并且廣泛用于大型電動(dòng)機(jī)，但它可以在電動(dòng)自行車(chē)，電動(dòng)工具和其他消費(fèi)者應(yīng)用中提供更長(zhǎng)的電池壽命，更冷靜的操作和其他益處。

　　?更智能的步進(jìn)電機(jī)：步進(jìn)電機(jī)價(jià)格低廉且易于使用，但在精確度方面存在局限性，并且運(yùn)行噪音較大。這些問(wèn)題可通過(guò)智能控制算法克服，這些算法可實(shí)現(xiàn)微步進(jìn)，使其表現(xiàn)得像更昂貴的伺服電機(jī)，并塑造其驅(qū)動(dòng)脈沖以產(chǎn)生更平滑，更安靜的步驟。

　　直到最近，這些類(lèi)型的功能太復(fù)雜，無(wú)法在許多商業(yè)和消費(fèi)產(chǎn)品中實(shí)施。然而，這種情況正在發(fā)生變化，因?yàn)檫\(yùn)動(dòng)控制受益于同樣的“硅革命”，它幫助計(jì)算機(jī)從20世紀(jì)60年代的早期大型機(jī)發(fā)展到今天功能強(qiáng)大且價(jià)格合理的PC。

　　從大型機(jī)到大眾市場(chǎng)

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

　　在接下來(lái)的十年里，越來(lái)越強(qiáng)大的數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）和更大的低成本現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列（FPGAS）使運(yùn)行復(fù)雜算法的控制器的成本大幅降低，這些算法對(duì)機(jī)械的運(yùn)動(dòng)學(xué)建模和需要以精確的方式移動(dòng)的電機(jī)控制信號(hào)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(shí)間和專(zhuān)業(yè)知識(shí)的限制。盡管存在可重復(fù)使用的DSP和用于運(yùn)動(dòng)控制的FPGA代碼的庫(kù)，但它們通常由設(shè)備制造商嚴(yán)格控制。此外，大多數(shù)代碼沒(méi)有遵循可重用性的現(xiàn)代指導(dǎo)原則，因此為每個(gè)應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)這些代碼仍然需要花費(fèi)許多人幾個(gè)月的時(shí)間，即使對(duì)于經(jīng)驗(yàn)豐富的開(kāi)發(fā)人員也是如此。

　　Trinamic的嵌入式運(yùn)動(dòng)控制器克服了軟件障礙，該控制器在電機(jī)方面有豐富的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)。他們的單芯片設(shè)備集成了強(qiáng)大的運(yùn)動(dòng)控制算法和專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的硬件邏輯，以加速運(yùn)動(dòng)控制算法，從實(shí)時(shí)關(guān)鍵任務(wù)中卸載處理器。由于大多數(shù)嵌入式開(kāi)發(fā)人員不是運(yùn)動(dòng)學(xué)或運(yùn)動(dòng)物理學(xué)方面的專(zhuān)家，因此這些設(shè)備附帶了一個(gè)電機(jī)控制和運(yùn)動(dòng)控制功能庫(kù)，可通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用程序編程接口（API）訪問(wèn)。這種方法使設(shè)計(jì)人員在無(wú)需成為電機(jī)物理專(zhuān)家的情況下也能夠?yàn)槠?D打印機(jī)，真空清潔機(jī)器人或生物分析儀提供先進(jìn)的功能 - 例如加速成型，微步進(jìn)和步進(jìn)噪聲抑制。

　　大膽的發(fā)展周期

　　嵌入式運(yùn)動(dòng)控制器進(jìn)一步簡(jiǎn)化了開(kāi)發(fā)周期，因?yàn)樗鼈兊拈_(kāi)發(fā)平臺(tái)通常設(shè)計(jì)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(kāi)源參考代碼庫(kù)兼容。因此，通過(guò)產(chǎn)品化其數(shù)十年的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，Trinamic使復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)和組件易于使用和實(shí)施。因此，開(kāi)發(fā)人員可以從現(xiàn)有Java，C / C + / C＃和Linux代碼庫(kù)中構(gòu)建其運(yùn)動(dòng)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(duì)它們的設(shè)計(jì)是獨(dú)一無(wú)二的。由于Trinamic的嵌入式運(yùn)動(dòng)控制器將其關(guān)鍵功能封裝在預(yù)先驗(yàn)證的芯片和軟件中，因此開(kāi)發(fā)周期的這一部分從算法開(kāi)發(fā)，實(shí)施和測(cè)試的多個(gè)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(cè)定移液機(jī)器人或高速定量食品分配器的開(kāi)發(fā)工作流程與非機(jī)電一體化嵌入式應(yīng)用程序沒(méi)有太大差別。

　　從胡克船長(zhǎng)到鋼鐵俠：一個(gè)真實(shí)的成功故事

　　最近開(kāi)發(fā)的先進(jìn)假肢為嵌入式運(yùn)動(dòng)控制器如何加速創(chuàng)新機(jī)電產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)提供了一個(gè)真實(shí)案例。冰島制造商?ssur - 主動(dòng)修復(fù)技術(shù)的市場(chǎng)領(lǐng)導(dǎo)者 - 開(kāi)發(fā)了第一個(gè)用于批量生產(chǎn)的，具有電動(dòng)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(xiàng)國(guó)際比賽。在該比賽中，殘疾選手使用最先進(jìn)的輔助技術(shù)，如機(jī)器人假肢、腦機(jī)接口和電動(dòng)外骨骼來(lái)完成日常任務(wù)。

　　該項(xiàng)目的目的是創(chuàng)造一種新型假肢，以逼真的方式移動(dòng)，為用戶(hù)提供舒適，穩(wěn)健和運(yùn)動(dòng)效率。四肢的兩個(gè)動(dòng)力關(guān)節(jié)都依賴(lài)于TRINAMIC運(yùn)動(dòng)控制開(kāi)發(fā)的嵌入式運(yùn)動(dòng)控制器來(lái)產(chǎn)生復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)，并最有效地利用四肢有限的電池容量。

　　控制器豐富的硬件運(yùn)動(dòng)控制功能和開(kāi)發(fā)平臺(tái)對(duì)經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的應(yīng)用軟件的補(bǔ)充消除了與控制器固件開(kāi)發(fā)相關(guān)的許多風(fēng)險(xiǎn)，并縮短了驗(yàn)證和測(cè)試通常所需的時(shí)間?？刂茀?shù)必須適應(yīng)電機(jī)和設(shè)備應(yīng)用的獨(dú)特要求。

　　由于消除了通常與運(yùn)動(dòng)控制開(kāi)發(fā)相關(guān)的許多步驟，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)能夠在短短五個(gè)月內(nèi)創(chuàng)建，調(diào)試和驗(yàn)證肢體定制電機(jī)控制器系統(tǒng)的功能。這有助于保持雄心勃勃的發(fā)展計(jì)劃并及時(shí)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(shí)際運(yùn)行情況）。雖然Power Knee的快速上市意味著?ssur能夠獲得更高的利潤(rùn)，但這項(xiàng)新技術(shù)帶來(lái)的真正財(cái)富是它為用戶(hù)提供的自由和性能。

　　高功率BLDC / PMSM柵極驅(qū)動(dòng)器

　　TMC6200是新型高壓柵極驅(qū)動(dòng)器，具有在線電機(jī)電流檢測(cè)功能，可使用外部MOSFET實(shí)現(xiàn)高達(dá)100A的BLDC電機(jī)和PMSM伺服電機(jī)。

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

　　工程師在設(shè)計(jì)過(guò)程中處理了一些限制，其中時(shí)間是最重要的限制。TMC6200補(bǔ)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(cè)和超溫閾值的可編程安全功能，使用現(xiàn)成的構(gòu)建塊實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)健可靠的設(shè)計(jì)。

　　三個(gè)在線檢測(cè)電阻可實(shí)現(xiàn)對(duì)PWM噪聲具有魯棒性的電流測(cè)量。這使得TMC6200非常適用于TMC4671中實(shí)現(xiàn)的Δ-Σ電流測(cè)量。這種類(lèi)型的測(cè)量比底部分流測(cè)量更有效，底部分流測(cè)量需要在切換事件周?chē)⑶抑荒芘cSAR ADC一起使用。

　　柵極驅(qū)動(dòng)器使用六個(gè)外部MOSFET和兩個(gè)或三個(gè)檢測(cè)電阻，集成了PMSM驅(qū)動(dòng)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(cè)放大器。因此，它可以驅(qū)動(dòng)從Watt到Kilowatt的各種電機(jī)，非常適合工業(yè)驅(qū)動(dòng)，工廠或?qū)嶒?yàn)室自動(dòng)化，機(jī)器人，CNC機(jī)床，紡織機(jī)械，泵或其他使用PMSM FOC驅(qū)動(dòng)器和BLDC電機(jī)的應(yīng)用。

　　該驅(qū)動(dòng)器IC提供獨(dú)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。

　　特點(diǎn)和好處

　　高達(dá)100A線圈電流的三相電機(jī)（外部MOSFET）

　　8 ... 60V直流電壓范圍

　　可編程門(mén)驅(qū)動(dòng)（0.5A / 1A / 1.5A）

　　通過(guò)SPI接口提供全面保護(hù)和診斷

　　SPI和獨(dú)立操作

　　100%工作循環(huán)運(yùn)行的電荷泵

　　可選BBM先斷后合邏輯，用于單線控制

　　可編程短路和過(guò)載電流閾值并重試

　　可編程控制接口，帶3線或6線驅(qū)動(dòng)器

　　緊湊型9x9mm2 TQFP48封裝

　　雙引腳距離，可在高壓下安全運(yùn)行

　　最后，我們從市場(chǎng)了解到，Trinamic占據(jù)了3D打印機(jī)芯片市場(chǎng)份額的40%。每年大概有100萬(wàn) pcs的出貨量。他們預(yù)計(jì)經(jīng)過(guò)一個(gè)規(guī)律性的衰退性周期發(fā)展后，隨著消費(fèi)市場(chǎng)的崛起，到2025年，3D打印機(jī)市場(chǎng)會(huì)增長(zhǎng)很大。

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