稚晖君自制迷你电视与FOC驱动器：技术宅的创新与AI融合

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    还记得今年3月份在B站爆红的技术极客君志辉先生吗？他的一段自制迷你电视视频在B站的浏览量达到了397万，超过了很多二次元视频，在全站排名中排名第5。

    为什么这个视频如此受欢迎？因为这部电视相当“硬核”，是圈内圈外人看完都会赞叹的那种。

    事实上，这是一台迷你Linux电脑，看起来像电视，可以用鼠标来使用！此外，它还集成了面部识别、语音助手等人工智能技术。它可以检测人脸并通过语音唤醒，充当迷你语音助手。

    自称狂野钢铁侠的人工智能算法工程师智辉君自己也做过很多机器人项目。不久前，他带着新作品来了。他自制了一个FOC（Field-）驱动器。

    这款驱动的厉害之处在于，志辉先生一个人花了三个月的时间制作出来，而且所有的软硬件都是他自己开发的。而且，该驱动器被称为“机器人的心脏”。甚至业界在制造机器人时也经常采用这种方式来驱动。例如，MIT Mini四足机器人的驱动单元就使用了FOC制造的基础部件。

    不仅如此，这款驱动还被智慧君称为“全能开发板”，除了用于机器人领域外，还可以用于模拟各种物理效果！

    话不多说，让我们一起来看看吧。

    驱动器变身全功能开发板，理论上可以搭载“机械外骨骼”

    志辉君表示，这款驱动器几乎可以驱动市面上所有类型的无刷电机，并且可以添加很多自定义功能。

    这是驱动器的全貌～具有CAN、USB、I2C等多种通讯接口，单通道最大驱动电流超过100A。此外，还有一块分辨率为 的小型 OLED 屏幕。

    迷你版双通道无刷电机驱动器

    这个板子可以用来做什么？它可以同时驱动两个无刷电机和两个舵机。是不是有点难以理解？考虑以下示例。

    例如，通过控制电机1（底部），也可以驱动电机0（顶部）：

    以上是最基本的。只需稍加调整，即可将其变成单向驱动棘轮。如下图所示，电机0可以跟随电机1顺时针方向同步旋转，但电机0不能逆时针旋转。只能进行单向间歇运动。

    看了这么多，这两个电机有什么用呢？接下来，我们将展示这块板子最酷的结果——模拟机器人部件之间的协作并展示机器人如何移动。

    现在两个电机对彼此不敏感。也就是说，当其中一方遇到阻力时，另一方并不知情。显然，这不能制造机器人。所以需要进行一些调整，让其中一方感受到力反馈。

    因此，志辉老师在固件中新建了一个用户APP，将电机1的位置同步到电机0，同时将电机0的扭矩降低5倍，然后同步到电机1。可以看到从下图可以看出，电机1收到电机0的反馈后，可以明显感觉到阻力~

    所谓机械装甲、机械外骨骼，就是人们用身体动作来控制机器人外壳做出一模一样的动作。看到志辉老师所展现出的效果，你是否感到愧疚呢~

    智慧君做出这样的司机，明显是想惹事生非！是的，这块板子是智慧君为后来的机器人项目准备的部件之一。该板将充当“机器人的心脏”。他此前还开发了 Quark Core 的一个版本，它将作为机器人项目的“大脑”。

    左手为“心”，右手为“脑”

    让我们一起期待智慧君的机器人项目吧~

    说了这么多，我们来看看志辉老师是如何制作这块板子的。

    历时三个月、多次失败，终于做出了这颗“机器人心脏”

    志辉君感叹，这是他做过的所有设计中最曲折的一块板子，花了他近三个月的时间。因为这是大功率器件，电流有几十安培，焊好的板子不能有任何bug，否则就没用了。

    智慧君做了个废板~

    一次次的失败也让志辉先生非常沮丧，但他并没有放弃。经过数十次软硬件的修复，终于成功制作了这款FOC矢量控制驱动程序~

    志辉君表示，这款驱动器的硬件设计是基于VESC和VESC。在此基础上，他做了一些改进，增加了很多功能。改进后的主板是什么样子的？

    迷你版双通道无刷电机驱动器

    别看板子这么小，接口却非常多，包括CAN、USB、I2C等通信接口，单通道最大驱动电流超过100A。此外，还有一块分辨率为 的小型 OLED 屏幕。

    最重要的是，该驱动器还具有两个可配置的 PWM 输出，这意味着该板可以同时驱动两个无刷电机和两个舵机。

    此板只是志辉君的设计之一。他还设计了分立堆叠板驱动器。分立设计的优点是控制电路和驱动电路可以分离。如果你想换更大功率的电机，只需更换下面的驱动电路即可。

    但他也表示，他还是喜欢第一个连体的设计。

      还在这里提供了原始视频。有兴趣的同学可以看看~

    除了机器人领域外，该驱动程序还可以用于模拟各种物理效果。

    志辉君表示，这款驱动器的电路设计其实并不是很复杂，其核心在于FOC算法和固件代码的实现。

    FOC（Field-），直译为磁场定向控制，也称为矢量控制（VC），是目前无刷直流电机（BLDC）和永磁同步电机（PMSM）高效控制的最佳方法之一。 FOC旨在精确控制磁场的大小和方向，使电机运动扭矩稳定、噪音低、效率高，并具有高速动态响应。

    FOC算法可以对无刷电机的扭矩、速度和位置进行三个闭环控制。 FOC驱动器可以驱动无刷电机在极高速度下保持扭矩，也可以保持超高速度。这也是无刷电机广泛应用于机器人项目的重要原因。

    更多关于FOC算法以及相关理论实现可以看志辉君的博客？

    ＃更多的

    最后我们来体验一下志辉先生所说的“全能驱动”。之所以用途广泛，是因为除了机器人领域之外，扭矩控制还可以用于模拟各种物理效果。

    比如这个无刷电机就可以模拟成各种旋钮的效果！

    它可以作为弹簧旋钮进行调节：

    如果设置了一定的阻尼，弹簧可以像这样慢慢回弹：

    还可以变成多位开关效果：

    最后，你可以放手了：

    看到这里，你是不是觉得很酷呢？

    视频最后，志辉先生表示，对于这颗“机器人心脏”，他还是有想法的，文摘网也很期待。我们下一个视频见~