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智元靈犀X1 PowerFlow R系列執行器產品手冊

發布時間：2025-01-14 16:12:44

1. 安全須知

· 了解產品：在使用該產品之前，請仔細閱讀產品手冊，了解產品的功能、操作方式以及安全注意事項。

· 遵循使用要求：確保機器在適宜環境中進行使用，避免過高或過低的溫度、潮濕環境等。

· 電源安全：操作前確保所有電纜、插頭、插座完好無損。遇到異常情況(如短路、過熱等)時立即斷開電源。

· 定期檢查：定期進行維護和檢查，確保機器的組件如電機、電源等正常運行，避免因老化或損壞導致的危險。

· 防止誤用：確保機器不會用于任何不當、危險或法律禁止的場景。

2. 產品簡介

2.1 產品概述

智元靈犀X1 PowerFlow R系列執行器包含三款，分別為 PowerFlow R86-3， PowerFlow R86-2， PowerFlow R52。它們通過高度集成一體化的設計，將減速器、電機、電機驅動器進行整合優化，各模塊結構緊湊，便于安裝拆卸。

其中PowerFlow R86-3和R86-2 電機都采用了經典分數槽配合，選取最優的極槽配合，有效降低了齒槽轉矩幅值和轉矩波動，在繞組上，采用了集中式繞組，提高了槽滿率和轉矩密度。減速方式采用行星減速器，PowerFlow R86-3采用了三級減速比(48:1)，而PowerFlow R86-2則采用了二級減速比(16:1)。

PowerFlow R86-3執行器

PowerFlow R86-2執行器

PowerFlow R52減速方式也為行星減速器，采用了二級減速比(36:1)

PowerFlow R52執行器

R系列三款執行器都具有很高的承載能力和壽命；同時自研了高集成的驅動方案，雙編碼器反饋實現閉環控制，使其具備速度環、力矩環、位置環、MIT混合控制；不僅如此，還具備過流、過壓欠壓、超速、過溫等多重保護機制，保證產品穩定可靠運行。

2.2 主要特性

· 低成本QDD關節

· 中空走線*

· 高集成度FOC驅動

· 多圈絕對值編碼方案

· 模塊化動力配置

*只有PowerFlow R86-3和R86-2采用了中空走線

2.3 產品參數

PowerFlow R系列執行器性能規格表
類型	參數	單位	PFR86-3	PFR86-2	PFR52
關節性能參數	電機極對數	/	14	14	7
	工作電壓	V DC	15~55	15~55	15~55
	額定電壓	V DC	48	48	48
	額定轉速	rpm	30	70	50
	額定電流	Arms	10.4	9.8	1.9
	額定轉矩	N.m	60	20	6
	峰值電流	Arms	35	42	6.8
	峰值轉矩	N.m	200	80	19
	峰值轉速	rpm	85	260	130
	反電動勢系數	Vrms/Krpm	133.6	133.6	228.6
	轉矩系數	N.m/A	3.97	1.366	1.894
減速器參數	減速比	/	48	16	36
減速器參數	減速器背隙	arcmin	18	12	12
其他	重量	kg	1.28	0.81	0.45

3. 產品尺寸信息

PowerFlow R86-3產品尺寸信息

PowerFlow R86-2產品尺寸信息

PowerFlow R52產品尺寸信息

4. 電氣接口互聯

R系列三款執行器，電氣接口采用歸一化設計，三款執行器的接口引腳定義如下，

電源CAN通訊口引腳定義：XT30(2+2)

序號	PIN定義	功能描述
1	PGND	總電源地
2	DC-BUS	總電源輸入 48V
3	CAN_L	CAN總線-低
4	CAN_H	CAN總線-高

3PIN燒錄口引腳定義：

序號	PIN定義	功能描述
1	SWDIO	燒錄數據線
2	SWCLK	燒錄時鐘線
3	GND	電源地

5. CMD上位機控制方式

R系列執行器基本操作所需要的命令如下:

ref0 #查看關節固件信息 fw_version=329(v3版本)；fw_version=327(v2版本)
ref0.motor.config #查看關節參數信息
ref0.motor.request_state(1) #關節使能(狀態:綠燈常亮)
ref0.motor.request_state(0) #關節失能(狀態:綠燈閃爍)
ref0.motor.config.ctrl_mode=0/1/2/3/4/5/6 #切換不同模式，針對關節進行控制，整機使用默認模式6才可以
# 0 電流環模式
# 1 電流環梯形加減速模式
# 2 速度環
# 3 速度環梯形加減速模式
# 4 位置環模式
# 5 位置環梯形加減速模式
# 6 MIT模式
ref0.motor.ctrl.set_vel(0) #速度模式下，輸出轉速為0rad/s，設置為(1)為正向，設置為(-1)為反向
ref0.motor.ctrl.set_cur(0) #電流環模式下，輸出控制電流0A，方向設置同轉速一致
ref0.motor.ctrl.set_pos(0) #位置環模式下，輸出位置為0點位置
ref0.motor.ctrl.set_mit((0),(0),(0),(0),(0)） #MIT模式下，輸出控制
ref0.can_node_id=1 #設置關節ID號
ref0.save_config() #保存參數設置
ref0.motor.apply_user_offset() #設置關節零位
ref0.save_config() #保存參數設置

執行器報紅燈指南:

ref0.motor.error_code #查詢故障代碼
# 0 代表無錯誤
# 2 代表過壓
# 4 代表欠壓
# 8 代表超過轉速限制
# 16 代表mos溫度超過限制
# 32 代表過流
# 512 代表關節未標定
# 256 代表關節標定失敗

出于保護使用者，執行器做了電流保護功能，輸出力矩會受到影響，如需放開限制，請輸入以下代碼操作:

ref0.motor.config.current_limit=70 #修改線電流限制 86-2/3的閾值是70A，52-2的閾值是12A
ref0.motor.config.protect_over_current=30 #修改母線電流限制 86-2/3的閾值是30A，52-2的閾值是8A
ref0.save_config() #保存以上參數設置

6. 通信接口及協議

PowerFlow R系列執行器支持 CANFD 通信方式，仲裁域波特率 1M，采樣點80%，數據域波特率5M，采樣點75%。

6.1 使能 / 失能

執行器在控制之前需要先使能，控制協議如下：

MSG ID	DLC	D0	D1
can_node_id	2	Cmd	State

can_node_id: 執行器的節點ID，可通過上位機進行修改
Cmd: 0x01
State: 目標狀態，00 失能，01 使能

發送后可根據 6.1.3上行狀態中的 "State" 字段來判斷是否使能成功。

6.2 MIT模式控制

使用MIT模式前，需要根據上位機將執行器的控制模式切換至 "6 MIT模式"，該模式可以保存，上電后自動切換。

MIT模式控制目前只支持在廣播模式下運行，廣播模式說明如下：

MSG ID	DLC	D0 - D7	D8 - D15	D16 - D23	D24 - D31	D32 - D39	D40 - D47	D48 - D55	D56 - D63
0	64	id 1	id 2	id 3	id 4	id 5	id 6	id 7	id 8

廣播模式下，報文ID固定為0，數據域長度為64。

每個節點根據其ID選用數據域中的8個字節，例如 ID為2的執行器取用的數據段為 D8 - D15。

注：由于數據長度有限，該模式下每條總線最多串聯8個節點，ID設置的范圍為 1 - 8 。

每個執行器取用廣播幀中的8個字節，定義如下：

Pos [15:8]

Pos [7:0]

Vel [11:4]

Vel [3:0] 4bit H

Kp [11:8] 4bit L

Kp [7:0]

Kd[11:4]

Kd[3:0] 4bit H

tor[11:8] 4bit L

tor[7:0]

該模式下，所有的目標參數都有設定的限制范圍，在上位機中可以使用如下命令進行查看:

ref0.motor.config.mit_params // 打印所有MIT模式參數

默認情況下，出廠設置為：

型號	Pos Max (rad)	Vel (rad/s)	Tor (Nm)	Kp	Kd
R86 - 3	-6.28 ~ 6.28	-12.56 ~ 12.56	-100 ~ 100	0 ~ 500	0 ~ 8
R86 - 2	-6.28 ~ 6.28	-12.56 ~ 12.56	-100 ~ 100	0 ~ 500	0 ~ 8
R52	-6.28 ~ 6.28	-12.56 ~ 12.56	-50 ~ 50	0 ~ 500	0 ~ 8

在下發控制報文時，需要把目標值的浮點數轉為整形填入報文，參考轉換方法如下，需要傳入范圍值與目標值，以及數據占用的位數

int MitFloatToUint(float x, float x_min, float x_max, int bits) {
/// Converts a float to an unsigned int, given range and number of bits ///
float span = x_max - x_min;
float offset = x_min;
return (int)((x - offset) * ((float)((1 << bits) - 1)) / span);
}

例如,目標位置值的轉換，需要按照如下方法調用，然后將轉換完成的目標值填入報文對應的字段即可。

int pos_cmd = MitFloatToUint(target_pos, -6.28, 6.28, 16);

6.3 上行狀態

每當執行器收到一幀數據并成功解析后，會上報一幀狀態數據，具體定義如下所示：

MSG ID

DLC

can_node_id

Pos [15:8]

Pos [7:0]

Vel [11:4]

Vel [3:0] 4bit H

Cur [11:8] 4bit L

Cur [7:0]

Error Code 4bit H

State 3bit

Heartbeat 1bit L

Reserved

? MSG ID: 執行器的節點ID，在上位機中對應 ref0.can_node_id

? State: 執行器當前的狀態，00 為失能，01 為使能

? Hearbeat：心跳數據包，每次發送數據都會取反一次

? ErrorCode: 錯誤碼，對應下方表格數據取 log2

錯誤碼	錯誤描述
0	無錯誤
0x0001	控制模式無效
0x0002	過壓
0x0004	欠壓
0x0008	過速
0x0010	過溫
0x0020	過流
0x0040	相電阻超出范圍
0x0080	相電感超出范圍
0x0100	極對數超出范圍
0x0200	未校準

上報的狀態數據中包含扭矩速度位置等信息，需要參考以下方法將整形數據從報文中取出，并轉成浮點值，使用方法和數據范圍參考6.2小節。

float MitUintToFloat(int x_int, float x_min, float x_max, int bits) {
/// converts unsigned int to float, given range and number of bits ///
float span = x_max - x_min;
float offset = x_min;
return ((float)x_int) * span / ((float)((1 << bits) - 1)) + offset;
}

7. 其他

本手冊基于 PowerFlow R86-3 硬件 Ver3.0/Ver1.3， PowerFlow R86-2 硬件 Ver3.0/Ver1.3， PowerFlow R52 硬件 Ver3.0/Ver1.3，驅動軟件版本Ver3.2.7(V1.3硬件)以及Ver3.2.9(V3.0硬件)編寫。

其他產品手冊中未注明事項，請查閱智元官網，或聯系智元服務人員獲取信息。

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