ODrive踩坑（五）ODrive驱动云台电机、低齿槽转矩电机实现高精度定位

前几篇介绍了ODrive在Windows下的使用环境搭建，驱动3508 / 5008无刷电机、TLE5012B、AS5047P的ABI编码器配置、AS5047P-SPI绝对值编码器配置。

ODrive踩坑（一）windows下使用环境的搭建，odrivetool及USB驱动的安装
ODrive踩坑（二）电机和编码器参数配置、校准、位置闭环模式转动电机（TLE5012B - ABI）
ODrive踩坑（三）ODrive配置使用AS5047P磁编码器的ABI接口
ODrive踩坑（四）ODrive配置AS5047P-SPI绝对值磁编码器，不需每次上电校准无刷电机，直接上电可用

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一、航模无刷电机空载的定位精度问题

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  先前用ODrive驱动的电机，都是些航模无刷电机，高压 高转速 大功率，响应迅速并且能很好的进行闭环控制。不过使用的体验并没那么完美。差的地方主要体现在空载的定位精度不好，即使PI调节的很细致，空载时也多少有那么一点静差。而且效果因电机而异：尺寸小的电机，一般KV值大，定位效果也不好；尺寸大的电机，KV小，定位效果相对较好。

  使用普通航模电机，引起空载时定位精度差的主要原因有：电机磁极对数较少、齿槽转矩过大。

• 电机磁极对数较少 这个好理解，查电机的磁瓦数量呗，多就是多少就是少，像航模电机大多数都喜欢使用7对极。也通常与电机尺寸有关，大尺寸电机更容易安放更多的磁极，相对的磁极越多KV值也就越小。

• 齿槽转矩 指的是 永磁电机绕组不通电时，永磁体和铁芯之间相互作用产生的转矩。它的产生来源于永磁体和铁芯，这种力试图将它们对齐。轻轻转一下电机轴，就能判断一个电机齿槽转矩的大与小。

  航模电机 的 齿槽转矩通常较大。用手转动的 挫顿感 越强，齿槽转矩就较大，也就越不适合用在需要 空载高精度定位 的场合。

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  对于运动阻尼小、需要高精度定位 的应用，可以选用专门设计的电机，像云台电机。这类电机一般 磁极对数较多、相电阻偏大、磁极或者绕组可能特意优化过，以降低齿槽转矩，可以实现更高精度的定位。一般为扁平的外形，便于直驱载荷。不经过减速，就没有机械回差的影响。

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二、云台电机测试

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  从最近收到的一批云台电机说起，起初购买是图它尾部自带的磁钢，想着 配合磁编码器芯片进行闭环位置定位。以前都是拿普通电机在轴的尾部用胶水粘贴强磁，同心度完全看天意，而且也说不定哪天就掉了。而换成这种带磁铁安装卡座的电机，就没了安装上的顾虑，使用起来更为方便。

  经过一番测试，电机意外的好用。特点与上面说的一致，相电阻大、所需的驱动电流小，低转速大扭矩。最关键的是齿槽转矩小，小到几乎没有 挫顿感 ，进而运行起来异常丝滑，没有大电机的那种空载一卡一卡的情况，定位非常精准，闭环稳定后几乎没有静差。

  起初想看看里面的磁瓦数量，来确定极对数。但从外面很难看到里面，想卸掉底部的磁极和卡座，然后把转子卸下来。结果轴的尾部是设计过的，有一块突起，想要卸下转子只能从上面将轴敲下来。搞不定，不过勉强从缝隙中能看到转子的磁极，根本没有瓦片，是一整个环状…整个人傻了

  无奈，只能换一种方法。将一相通直流电，转动转子，转一周有7个卡顿的位置，也就是说它是7对极。

安装在以前的 万能电机转接板上，再将三相FPC排线转换成2.54的插针，便于引出。

  打个小广告。

  为了方便测试 AS5047P-SPI绝对值编码器，也便于扩展不同的电机，就有了下面这块万能转接板，支持 2208、2212、3508、5008、6010、6374、42步进、57步进 等不同电机的定位安装。

  图中AS5047P转接板购买链接，我的淘宝小店：AS5047P SPI磁编码器 3206云台无刷电机 带径向磁铁 Odrive电机

  店铺详情内有安装孔位、原理图、教程、资料，手机端可能因没做适配看不到，建议用电脑打开。

  根据选择的 编码器类型，选择合适的接线方式，我用的是 AS5047P-SPI绝对值磁编码器，接线及配置方法参照本专栏第（四）章节。

  既然也是7对极，那电机参数和控制器参数也先按照之前的配置。测试后发现控制效果竟然出奇的好，之前调出来的真是万能参数。๑乛◡乛๑嘿嘿

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三、ODrive配置

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• 首先根据自己的 编码器类型，照着本专栏的的（二）（三）或（四）撸一遍配置。
  例如：
  TLE5012B-E1000，ABI接口，按照（二）配置。
  AS5047P，ABI接口，按照（三）配置。
  AS5047P，SPI接口，按照（四）配置。（可在校准一次编码器后直接上电使用，不用像ABI编码器要每次上电都校准）

• 仅进行其中的 主板参数配置、电机参数配置、编码器参数配置、控制器参数配置 即可，电机和编码器校准要另外配置。

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• 进行电机和编码器校准前，需要先更改云台电机的电流 和 电机类型。

# 配置过流保护阈值（A）
odrv0.config.dc_max_positive_current = 6.0

# 配置电机0的电流采样阈值（A）
odrv0.axis0.motor.config.requested_current_range = 10

# 配置电机0的限制电流（A）（根据自己电机的额定电流更改）
odrv0.axis0.motor.config.current_lim = 3

# 配置电机0校准时的电流阈值（根据自己电机的负载状况酌情配置）（A）
odrv0.axis0.motor.config.calibration_current = 3

# 配置电机0类型。
# 目前支持两种电机：大电流电机（MOTOR_TYPE_HIGH_CURRENT）和云台电机（MOTOR_TYPE_GIMBAL）
odrv0.axis0.motor.config.motor_type = MOTOR_TYPE_GIMBAL

# 保存参数
odrv0.save_configuration()

# 重启驱动器
odrv0.reboot()
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四、电机和编码器校准

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校准云台电机的编码器。

# 测试AS5047P-SPI磁编码器能否正常读数（手动拨动下电机）
odrv0.axis0.encoder.shadow_count

# 如上述读数始终为0，建议断电重启，再重新检查编码器读数是否正常

# 进行校准，（运行后，电机会正转一圈再反转一圈）
# 注意这个指令跟先前用的都不一样
odrv0.axis0.requested_state = AXIS_STATE_FULL_CALIBRATION_SEQUENCE
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之后进入闭环模式，电机会保持位置，用手扭动电机，电机会产生反抗并回到原来位置：

# 配置电机为闭环模式
odrv0.axis0.requested_state = AXIS_STATE_CLOSED_LOOP_CONTROL
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测试运动。电机会按照之前设置的梯形轨迹运行到指定位置：

# 控制电机运行到10圈的位置
odrv0.axis0.controller.input_pos = 10

# 控制电机运行到0圈的位置
odrv0.axis0.controller.input_pos = 0
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经过上面的校准后，ODrive已经能够驱动云台电机，并用AS5047P磁编码器进行闭环控制。

但并不会在重启后自动进入闭环，仍需在重启后手动进入闭环，略有不便。下面设置上电自动进入闭环运行。

# 设置电机预校准。（不用每次上电都哔~的一声）
# 驱动器会将本次校准值保存，避免上电启动后自动校准，以加快启动速度。
odrv0.axis0.motor.config.pre_calibrated = True

# 设置编码器预校准。（不用每次上电都右转一圈又左转一圈）
# 驱动器会将本次校准值保存，避免上电启动后自动校准，以加快启动速度。
odrv0.axis0.encoder.config.pre_calibrated = True

# 设置ODrive上电启动时，自动进入闭环模式
odrv0.axis0.config.startup_closed_loop_control = True

# 保存参数
odrv0.save_configuration()

# 重启驱动器
odrv0.reboot()

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运动过程丝滑流畅，齿槽转矩小的体验就是不一样。定位效果超级好，稳定后几乎没有静差。

不过跟先前的几个电机一样，闭环运行时的噪音较大，估计参数还要再重调一次。

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五、错误修复、注意事项

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多用odrv0.axis0.error去检错，多用odrv0.axis0.motor、odrv0.axis0.encoder去检查参数。

用odrv0.axis0.encoder.shadow_count可以测试AS5047P-SPI磁编码器能否正常读数。

odrv0.vbus_voltage：检查ODrive的供电电压。

如果你的ODrive无法正常工作，用如下查看错误列表：
dump_errors(odrv0) 查看错误
dump_errors(odrv0, True) 清除错误（如果报错ODrive不会继续执行电机旋转指令）

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如需重新对 AS5047P 进行软硬件设计，有以下文章可供参考：
AS5047P磁编码器应用设计大全解：硬件电路设计、SPI通信时序、逻辑波形分析、注意事项

相关传感器：
TLE5012B 硬件电路设计、4线SPI通信，驱动完美兼容4线SPI不用改MOSI开漏推挽输出