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“全球領先”，“為運動和電機控制應用開發(fā)了世界上最先進的技術”,。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動器,。為此，機器人網(wǎng)&國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位于德國漢堡，成立于2004年,，主要是技術人員,，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,。
Trinamic的產(chǎn)品主要是：運動控制特制芯片、智能馬達驅動器,、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。
在中國,，這是一個典型的小微企業(yè),。
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：
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。
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),。
我們又從國外網(wǎng)站扒出了他們的一個視頻：
于是,，我們繼續(xù)了解了他們的產(chǎn)品。
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)將特定應用的運動控制芯片與開放式硬件和軟件平臺相結合,，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,、工業(yè)自動化甚至是使用機電一體化技術的消費產(chǎn)品的創(chuàng)新速度,。
這種新型設備通過將大多數(shù)基本控制功能“封裝”為硬件邏輯或經(jīng)驗證的軟件構建模塊，嵌入式開發(fā)人員可以使用與傳統(tǒng)應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),。
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變?yōu)椤爸悄茈姍C”,，使設計師能夠輕松、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：
?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)學研究或其他液體處理應用中使用的移液機器人,。同樣地，不斷調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,。
?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動電流的相位和幅度，以最高效率運行電動機的技術,。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用中提供更長的電池壽命,，更冷靜的操作和其他益處。
?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，并塑造其驅動脈沖以產(chǎn)生更平滑,，更安靜的步驟,。
直到最近，這些類型的功能太復雜,，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。
從大型機到大眾市場
最初由高端工作站和定制電子設備機架驅動,，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,，這為制造和其他工業(yè)自動化應用帶來了新的精度、靈活性和生產(chǎn)力水平,。
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,，該技術的采用仍然受到創(chuàng)建應用軟件所需的時間和專業(yè)知識的限制。盡管存在可重復使用的DSP和用于運動控制的FPGA代碼的庫,，但它們通常由設備制造商嚴格控制,。此外，大多數(shù)代碼沒有遵循可重用性的現(xiàn)代指導原則，因此為每個應用程序實現(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,。
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,。他們的單芯片設備集成了強大的運動控制算法和專門設計的硬件邏輯,，以加速運動控制算法，從實時關鍵任務中卸載處理器,。由于大多數(shù)嵌入式開發(fā)人員不是運動學或運動物理學方面的專家,，因此這些設備附帶了一個電機控制和運動控制功能庫,，可通過標準應用程序編程接口（API）訪問,。這種方法使設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,。
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使復雜的運動控制技術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代碼庫中構建其運動控制應用程序的基礎,，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計是獨一無二的。由于Trinamic的嵌入式運動控制器將其關鍵功能封裝在預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置一些參數(shù)并將代碼導出到您自己的固件。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用程序沒有太大差別,。
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?ssur - 主動修復技術的市場領導者 - 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，如機器人假肢,、腦機接口和電動外骨骼來完成日常任務,。
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)生復雜的運動，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動控制功能和開發(fā)平臺對經(jīng)過驗證的應用軟件的補充消除了與控制器固件開發(fā)相關的許多風險,，并縮短了驗證和測試通常所需的時間?？刂茀?shù)必須適應電機和設備應用的獨特要求,。
由于消除了通常與運動控制開發(fā)相關的許多步驟，設計團隊能夠在短短五個月內創(chuàng)建,，調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?ssur能夠獲得更高的利潤,，但這項新技術帶來的真正財富是它為用戶提供的自由和性能。
高功率BLDC / PMSM柵極驅動器
TMC6200是新型高壓柵極驅動器,，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。
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計,，具有與電機完美匹配的高電流曲線。
工程師在設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)成的構建塊實現(xiàn)了穩(wěn)健可靠的設計,。
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,。
柵極驅動器使用六個外部MOSFET和兩個或三個檢測電阻,，集成了PMSM驅動系統(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,，它可以驅動從Watt到Kilowatt的各種電機,，非常適合工業(yè)驅動，工廠或實驗室自動化，機器人,，CNC機床,，紡織機械，泵或其他使用PMSM FOC驅動器和BLDC電機的應用,。
該驅動器IC提供獨立操作和SPI控制操作（包括診斷）,，可靈活應用，可快速適應新的使用案例和要求,。 TMC6200采用9x9mm2 TQFP48封裝,。
特點和好處
高達100A線圈電流的三相電機（外部MOSFET）
8 ... 60V直流電壓范圍
可編程門驅動（0.5A / 1A / 1.5A）
通過SPI接口提供全面保護和診斷
SPI和獨立操作
100%工作循環(huán)運行的電荷泵
可選BBM先斷后合邏輯，用于單線控制
可編程短路和過載電流閾值并重試
可編程控制接口,，帶3線或6線驅動器
緊湊型9x9mm2 TQFP48封裝
雙引腳距離,，可在高壓下安全運行
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,。
就是這么一個30人的德國小微企業(yè)Trinamic，用他們長期的技術研發(fā)征服了我們和市場,，這是值得我們學習的地方,。