機械人之伺服馬達

好吧...

我們就來談有關機械人常用的伺服馬達控制器來談關於電子問題吧，

針對這個問題其實可以分成兩個層面來說：

第一：就是大家好玩的，兜兜一些系統應用版，做出一隻機械人或是機械手臂。

接下來，大家比較在乎的是：這隻機械人或是機械手臂活動的靈不靈活？

或是感覺會不會太僵硬？！當然啊，牽涉的就是調整整個控制系統的協調度，

所以，在系統上，如何提供一些人機介面的調適機制，可以讓機構或是

控制系統中那些輸出給伺服馬達的PWM值，可以適時適地的很「協調」的輸出到每一個伺服馬達之上。

這也是大家比較會留意到說：要不要提供一個PC連線功能？！有一支美美的PC應用程式，

可以在PC 端模擬出整個系統的協調度。

當然啊，以這樣的應用，人家就大概比較不太會在乎或留意到，我該用哪一種MCU 或是控制平台？

因為，玩這些的人，他們比較在乎的可能就是機構外型或是比較沒時間再去

鑽研每一支程式的小細節了。

或是說：不要花太多時間在細節的電子控制電路版或是程式架構上吧。

所以，像SSC-32 這樣的東西就蠻合適的。相對來說：人家就比較在乎就是伺服馬達的支持數量。

我們就可以從以下幾張圖示可以看出：我們就可以利用一些TTL IC 支持來完成這樣的功能。

情況一 : 直接用MCU 之I/O !

情況二：利用外部TTL IC 可以增加 I/O 數。

情況三 ：使用外部TTL IC 可以增加I/O 數，並可以降低MCU 的資源利用率。

＊其實，如果您用一般的CPLD 或是小型FPGA 都可以的！

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第二：就是說：在電子控制上，我們都知道伺服馬達的單價是蠻高的，我們可不可以適度的降低

其成本，或是說：我們是否可以進一步的整合到說：每幾個伺服馬達共用一組控制器？

那我們來看：每一個伺服馬達的基本架構：就是一棵普通的有刷馬達，外加一棵控制IC ！

（我想：短期幾年內，應該不會出現無刷馬達的吧...而且應該還是以換相馬達為主吧---

為了扭力考量！！）

我們就來看目前比較主要的控制IC：NE544 與M51660L...（喔, Futaba 的不一定用這一種的！）

在此提一下個人經驗，關於馬達電子控制來說，在業界有一個蠻好玩的認知落差：

一般作馬達業者都會說：馬達控制需要一個"驅動器"...他們指的是"整個電子系統"；

但對於我們作電子的人來說：馬達控制是包含"控制器" 及 "驅動器"兩部分。

當然控制器就是MCU啊或是簡單的邏輯電路，如我們在上述的第一部份的那種SSC-32。

而驅動器指的就是負責高功率的驅動電路--

----我們把PWM訊號送到伺服馬達上時，伺服馬達內的IC就是負責這一部份啊！。

以版主跑市場的經驗，所有一般客戶都是把這兩個東西當作"一個"零件報價。

等您搞清楚您們兩者之間的差異時，才發現：價格成本上的落差。

呵...呵...所以，像一般的MCU （Such as 8051,PIC or FxxA...） 就不是很合適的扮演這個角色。

因為我們看一下主流市場的那兩顆IC的一個規格：Output Current : 400mA... 呵..呵...

您說一般MCU 的 I/O 推力有這麼強嗎？！您就是非得要加上我們電子人的"驅動器"啊..

那您說：您MCU如何完成多組伺服馬達共用一組控制器（或是說控制IC呢？）

----您MCU幹嘛沒事把I/O 做成 400mA 的Drive Current ？！當然，您能否有此技術可以完成

這樣的需求這又是另一個產品與技術開發議題了。...這是再清楚不過的觀念與想法了。

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所以啊，我們綜合以上的分析，就以一個很清楚的產品企畫與市場開發觀點討論。

（好的產品不單是來自於優異的產品技術開發，還有良好得市場趨勢分析！）

很清楚的，您就可以瞭解到：為何大家還是回到第一的技術議題上：

設計出一個既便宜又容易上手的SSC-32 還是主要Issue 吧。

但是，若針對這個問題來說：又有碰到一個蠻好玩的IC 本身的成本架構。

就是I/O 數量問題。您希望所能控制的伺服馬達數量夠，您的IO就要足夠。SSC-32 就是32 I/O ！！

很簡單...以MCU 市場來說，I/O 數越多，代表他的本身與封裝成本。

IC 本身的成本就是來自所謂IC 本身的Pad Limited 問題（而非Core Limited，

如果您是有聽過IC設計人員說過的話，您就會懂這兩者的差異。）。

而一般MCU市場目前也走向 M 型兩極化的市場型態。要嘛就是很貴﹑很高檔的MCU 平台，

要嘛就是便宜﹑簡易上手的MCU ---小而美 ，就是比那王子麵一包便宜的MCU。

對於多 I/O 數的MCU 有一個很明顯的趨勢：就是32 Bits MCU （像ARM 平台）簡單容易。

因為他們的市場需求平台量大，無論是開發平台或周邊支持度與價格相對來說，

都具有相當的市場說服力。----我想這是一個您不得不重視的Issue。

連版主這種LKK 的老技師，也都不得不得留意此一趨勢。不要說一般冷門的MCU，

就連一些過去傳統用 8051 + 8255 的應用市場，都有被ARM侵蝕的跡象。

（所以啊, 國內8051的售價一直在破盤堅守市場啊...您可以想像在幾年後嗎？！）

所以，當您如果真的想利用一些電子技術來開發一些機械人的控制系統時，

您在選擇您的電子解決方案時，您就會面臨這些相關議題。

這沒有所謂個人所鍾愛的平台或是IC 乃至熟悉的環境等。這是一個很現實的問題。

那我們應該也可以體會到人家日本人或國外的所做的東西嗎？！

因為在技術的開發是需要不斷的累積經驗與技術升級，這是一個長時間的琢磨。

所以，相關周邊與系統應用的配合度是一項很重要指標。

技術與產品開發真的不難，難的地方是如何將這些許許多多跟技術看似相干又不是很牽涉到

很細節的技術Issue ，連結起來所完成的事情。---一個人開發一個個人化的東西很容易。

但是要拿到公司裡結合眾人力量開發與得到市場的肯定，那又是另一回事。

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後記：之所以會寫這篇文章是因為要釐清一下個人過去所發表相關伺服馬達控制方式的

一種認知上的落差，當然也是有人希望聽聽個人在過去這段歲月所累積的一些個人觀點。

，我必須承認：過去或許真的比較執著於技術開發，比較沒有市場或成本觀念，

也沒有很客觀的從產品本身特色去分析相關技術的優劣點。

還是強調一點：技術的養成與成長，是需要更多包容與涵養。當您可以接受別人多一點的指教，

您就可以有一點機會多接觸您以前所排斥的領域。也相對會有多一點空間成長。

不就是人家所說的：有捨就有得啊！---感謝網路上諸多同好的指教與批評。

當然還有這些很"現實"的老闆們，您們用一些非常現實且很尖銳的問題拷問我，

讓我不得不思考這些問題的。也把這個經驗分享。---謝謝！