【導讀】機器人係統可自動執行重複性任務
，承擔複雜而費力的作業
，並在對人類有危險或有害的環境中工作。集成度更高、性能更強的微控製器 (MCU) 可實現更高的功率效率、更平穩安全的運動以及更高的精度，從而提高生產力和自動化水平。例如
，更高的精度（有時在 0.1mm 以內）對於處理激光焊接、精密塗層或噴墨或 3D 打印的應用非常重要。

機器人係統可自動執行重複性任務
，承擔複雜而費力的作業，並在對人類有危險或有害的環境中工作。集成度更高、性能更強的微控製器 (MCU) 可實現更高的功率效率、更平穩安全的運動以及更高的精度
，從而提高生產力和自動化水平。例如
，更高的精度（有時在 0.1mm 以內）對於處理激光焊接、精密塗層或噴墨或 3D 打印的應用非常重要。

機械臂的軸數以及所需的控製架構類型（集中式或分布式）決定了適合該係統的 MCU 或電機控製集成電路 (IC)。現代工廠組合使用具有不同軸數和運動自由度（在 x
、y 或 z 平麵上移動和旋轉）的機器人，以滿足不同製造階段的需求；因此，整個工廠車間采用不同的控製架構。

在選擇 MCU 時
，選擇具有額外性能餘量的MCU能夠在未來實現可擴展性和支持附加功能。在設計過程中
，提前規劃可擴展性和附加功能也可以節省成本和時間，降低複雜性。

本文將探討集中式和分布式（或稱分散式）這兩種電機控製架構，以及實現這兩種架構的集成實時 MCU 的設計注意事項。

集中式架構

在集中式係統中，一個 MCU 用於控製多個軸。這種方法能在需要大型散熱器和冷卻風扇的較高功率電機驅動器（通常超過 2kW 至 3kW）中，有效解決散熱問題。在此架構中，位置數據通常通過連接到編碼器的旋轉變壓器板或聚合器從外部獲取。

通常，在這種架構中，多個功率級位於同一 PCB 上或距離很近，因此一個 MCU 可以控製多個軸。這種方法簡化了多軸之間的實時控製和同步
，因為多個電機控製 MCU 之間不需要較長的通信線路。

集中式架構中的電機控製 MCU/MPU 需要具備高性能實時處理內核（如 R5F 內核或 DSP）、實時通信接口（如 EtherCAT）
、充足的 PMW 通道以及用於電壓和電流檢測的外設。AM243x 等 MCU 可構建可擴展的多軸係統，為多達六個軸提供實時控製外設
，並在單芯片中實現實時通信。

過去，FPGA 或 ASIC 器件主要用於自動化係統中的集中式電機控製。但是
，基於 Arm Cortex 的現代 MCU（如 AM243x）近年來越來越受到青睞。這些 MCU 具有高集成度和成本效益
，有助於設計人員滿足其係統的性能要求，同時實現設計的可擴展性和靈活性。

雖(sui)然(ran)集(ji)中(zhong)式(shi)控(kong)製(zhi)架(jia)構(gou)可(ke)以(yi)滿(man)足(zu)重(zhong)有(you)效(xiao)載(zai)荷(he)工(gong)業(ye)機(ji)器(qi)人(ren)等(deng)大(da)功(gong)率(lv)自(zi)動(dong)化(hua)係(xi)統(tong)的(de)性(xing)能(neng)和(he)效(xiao)率(lv)設(she)計(ji)要(yao)求(qiu)，但(dan)這(zhe)些(xie)係(xi)統(tong)需(xu)要(yao)使(shi)用(yong)額(e)外(wai)電(dian)纜(lan)，連(lian)接(jie)機(ji)櫃(gui)和(he)關(guan)節(jie)的(de)機(ji)械(xie)電(dian)機(ji)，以(yi)及(ji)位(wei)置(zhi)傳(chuan)感(gan)器(qi)和(he)聚(ju)合(he)器(qi)。這(zhe)些(xie)電(dian)線(xian)不(bu)僅(jin)成(cheng)本(ben)高(gao)昂(ang)，而(er)且(qie)容(rong)易(yi)磨(mo)損(sun)，需(xu)要(yao)維(wei)護(hu)。

圖 1：適用於多軸係統的分散式電機控製架構的方框圖

分散式或分布式架構

最近
，分散式或分布式架構（圖 2）在具有較低功耗要求的係統中越來越受歡迎
，並已成為協作機器人機械手的標準方法。

分散式架構將多個單軸電機驅動集成到機器人的每個關節中，並通過 EtherCAT 等實時通信接口進行連接和同步。通常每個驅動控製一個軸

，並在本地處理某些安全功能。因此
，每個 MCU 都需要實時控製和通信功能
、單軸電機控製外設
、三到六個 PWM 通道、片上逐次逼近寄存器模數轉換器或 Δ-Σ 調製器輸入。

在這些應用中，位置傳感器通常靠近 MCU 
，因此這些 MCU 需要一個數字或模擬接口來讀取位置傳感器的數據。雖然這種架構需要更多的 MCU
，但由於電源總線和通信接口之間的布線需求較少
，因此可以大幅降低係統級成本。現代實時 MCU（如 F28P65x）bujinjichenglesuoyoubiyaodewaishe，haijichengleanquanwaishe，congerweifensanshijiagouzhongdejichengzhoutigongdanxinpianhuoshuangxinpianjiejuefangan
，bingyijiaoxiaodechicunshixiangaoxingneng。

圖2：適用於單軸係統的分散式電機控製架構的方框圖

結語

雖然電機在機器人領域可能並非當下最熱門的選擇（尤其是與支持人工智能的係統相比）

，但它們是維持工廠運轉的“肌肉”，也(ye)是(shi)現(xian)代(dai)製(zhi)造(zao)業(ye)中(zhong)至(zhi)關(guan)重(zhong)要(yao)的(de)部(bu)分(fen)，因(yin)此(ci)選(xuan)擇(ze)合(he)適(shi)的(de)控(kong)製(zhi)器(qi)件(jian)時(shi)需(xu)要(yao)進(jin)行(xing)多(duo)番(fan)考(kao)量(liang)。隨(sui)著(zhe)這(zhe)些(xie)器(qi)件(jian)集(ji)成(cheng)度(du)的(de)提(ti)升(sheng)，邊(bian)緣(yuan)計(ji)算(suan)和(he)無(wu)線(xian)連(lian)接(jie)等(deng)附(fu)加(jia)功(gong)能(neng)可(ke)能(neng)會(hui)融(rong)入(ru)電(dian)機(ji)控(kong)製(zhi)設(she)計(ji)中(zhong)。

（來源：德州儀器）

免責聲明：本文為轉載文章，轉載此文目的在於傳遞更多信息
，版權歸原作者所有。本文所用視頻
、圖片
、文字如涉及作品版權問題，請聯係小編進行處理。

推薦閱讀：

能使你的揚聲器聲音更洪亮的重要關鍵技術

高壓MOS在適配器產品上的應用

雙向無線電動汽車充電和智能電網集成

學子專區——ADALM2000活動：電感自諧振

了解嵌入式驅動器中的電源模塊