我的高级现实人形机器人项目

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Project Goal: I'm working on making a series of humanoid robots. The goal is for these robots to have a musculoskeletal system inspired by the human body, advanced artificial intelligence, and to look human, at least to a casual observer from a distance. I want to use them as home assistants, doing chores and making things.


Here's a CAD image of my Abel robot showing the small BLDC motors I chose for each muscle replacement and mounted wherever space allowed in the CAD.
I don't speak Chinese, I speak English and am using a translation app

修行

This is a huge project.

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电机会使指关节收缩，但手镯绳会再次将其伸直。  为了创建这种手镯绳连接，我在手镯绳带的每一端打一个结，然后将尼龙线绑在手镯绳结内的手镯绳上。手链两端的绳结充当终点挡块。到目前为止似乎效果很好，并且比我之前提出的方法减少了材料。

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好的，手镯绳很快就会自动解开，所以我要回到之前用钓鱼压接套将手镯绳两端绑起来的方法。



当尝试用我的迷你斜切锯将钓鱼卷曲袖切成两半时，我注意到这是一个困难的过程并且并不理想。所以我想出了一个更简单的方法，它更快、更干净、安装和拆卸更少、不需要去毛刺等等！



方法是将打捞压接套筒放在平坦的表面上，将精确的刀片垂直于其顶部排列，然后施加适度的向下压力以在金属上刻痕，然后小心地前后滑动刀，形成完美的刻痕线，每次通过时刻痕线都会加深。经过几次之后，钓鱼压接套筒的两半干净地分开了！该方法使用与管道中使用的铜管切割机类似的原理。

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I installed two tensioners for the robot and they were seriously successful overall in testing. So much so that I am now confident enough in the entire pulley system to move onto the custom mini BLDC motor controller to get the motor to run motorized tests of finger movements next. Well after a couple very minor tweaks that is.



So the first tensioner I installed on the extension part of the index finger joint we are working on. I used the bracelet cord folded in half and fishing crimp sleeved then sewn into the bone fabric. It seems just about perfect except for one thing: I want to keep it under mild constant tension but the bone fabric creeps/moves slowly when put under constant tension like this because it is taped into place on the bone after all. The tape is allowing the movement. This means it does not stay put and my anchor points move over time so I can't set a tension and rely on it staying at that tension long term. To resolve this I need a mechanical connection at the tension point anchoring location.









To mechanically connect my anchor point, I have decided to use tiny self tapping screws. I have avoided screwing into the bones till now but I'm making an exception here. The screws won't be going that deep and the finger bones are unlikely to break anyways IMO. So I feel comfortable with this. Here's the screws I ordered for this from Amazon:









Next, I created a tensioner for the middlemost archimedes pulley. That pulley was creating significant drag and slowing down the finger extension during testing due to rope friction. So adding a tensioner line to pull it back down toward the fingers during extension was my solution for this. It worked amazingly well. To make this, first I tied off a fishing hook eye to the bottom of the radius bone just above where my TPFE guide tubing entrance is. Then I glued a 7cm piece of bracelet cord to a piece of 6lb test .08mm braided pe fishing line with 401 glue. I secured the top of the bracelet cord to the top of the archimedes pulley system and then threaded the other end through the fishing hook eye and back up and to the bottom of the archimedes pulley where I tied it off. So it ties off at top, comes down to bottom, goes through the fishing eye then comes back up and connects to my pulley. It creates just enough downward pull to delete the rope drag slowing down that pulley from coming down and this enables the system to unwind and extend back to its starting point after each time I contracts/pulls upward to cause finger contraction. This means the finger extension now happens swiftly with no hangups and the whole archimedes pulley system is now under constant tension at all times which keeps things neat and prevents tangling issues pre-emptively. This rig was a massive success and took up hardly ANY space at all.  I put the post it notes behind the archimedes pulley tensioner so you can see it. It's hard to see otherwise without a contrasting backdrop. It works amazingly well.

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Back to electronics again. I've been reviewing my BLDC motor schematic and making some minor adjustments. Here's the updated schematic. It combines many other schematics I found online with some help from ChatGPT. Level 1 is complete cluelessness, and level 10 is an absolute expert at BLDC motor schematics. I think I'm probably a level 5. So, please take my design with a grain of salt. It'll be interesting to see if it works. Notice that I've included some schematics from Electronoobs, an excellent YouTuber, on the left for reference and learning material. My schematic is the large one on the right. Electronoobs' video series on BLDC motor controllers was very helpful in helping me develop a basic understanding of these things.

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我开始对 BLDC 电机控制器的某些部分进行一些测试，遇到了一些问题并学到了一些东西。我正在与 chatgpt 合作解决每个问题，并一直在更新我的原理图以反映我所做的大量更改。我了解到的一件事是，对于高侧开关，从栅极到源极的电压必须比漏极电压高 10-12v，因为一旦开关打开，漏极电压就会与源极电压相同。然后，从栅极到源极的电压必须以电机输入电压 + 12 开始，同时仍符合数据表规定的从栅极到源极最大允许电压的范围，或者必须随着源极电压上升而动态上升，使得当源极电压上升成为漏极电压时，从栅极到源极的电压比源极电压高 12。
幸运的是，我可以为这个 2430 电机使用前者，因为我可以使用 6-8.4v 为电机供电，并且从栅极到源极的电压最大值为 20v。这意味着我可以使用从栅极到源极的 20V 电​​压，当 MOSFET 首次开启时，不会烧坏 MOSFET，但当源极上升到 8.4V 时，20V-8.4V 仍然是 11.6V，这足够高，使 MOSFET 能够在没有任何动态设置的情况下仍然保持开启状态。如果我想稍后在一些较大的电机上使用 12V 电机电源，我将需要一个自举电路来为高端 MOSFET 提供从栅极到源极的动态电压，该电压在源极电压上升时上升。所以我添加了该示意图以及一个选项。我也可以为此使用 MOSFET 驱动器，但希望通过仅使用分立元件而不是 IC 来降低成本和增加的体积。

不管怎样，为了在测试中进一步分解，我决定使用一对实验室电源来测试打开和关闭单个高边 MOSFET，一个提供 20v，另一个提供 8.4v。为了打开电源，我将栅极和源极连接到 20v 实验室电源，并将 8.4v 实验室电源的红色鳄鱼夹连接到漏极，然后从源极到 8.4v 电源的黑色引线进行测量，并在该测试中验证 8v 是否有效，证明 MOSFET 实际上已开启。然后，我从电源上取下 20V 实验室电源的黑色鳄鱼夹，并将源极与栅极短路，以耗尽 MOSFET 内部的内部电容器，然后从源极到黑色 8.4V 夹子进行测试，果然它接近 0V，因此关闭。但根据 chatgpt 的说法，由于电容耦合和泄漏，栅极到源极的短路被消除后，电压确实逐渐回升至 8.4V。因此，我需要在栅极和源极引脚之间添加一个 10k 欧姆电阻器，以自动将其短路，并在应该关闭时保持其完全排空和完全关闭。

因此，我计划逐步添加组件，并在添加每个组件后进行测试，以确保在每次微小更改后它仍然可以正常工作，并通过这种方式逐渐构建电路，证明每个组件都可以正常工作。这是因为事情有所有这些陷阱，“哦，你不知道这个小细节吗？”不断出现并证明它比我想象的更复杂。所以我必须边走边证明每一件小事。在构建整个组件之后尝试找出问题所在，比在添加单个组件并且在添加该组件之前该组件正常工作时找出问题所在要困难得多。这样我就能以最好的方式克服这一挑战。

注意：提醒：我正在构建一个定制的 BLDC 电机控制器，因为现成的控制器没有足够的小型化来适应我必须处理的狭小空间限制。此外，构建我自己的软件可以让我的软件更精确地控制旋转磁场的每一个微小的进步，同时我将能够对这些进步进行脉宽调制，使它们更平滑、噪音更小，并且还具有扭矩控制，这意味着手指可以根据需要粗暴而快速地运动，或者缓慢而柔和、精致或缓慢但有力等。我还可以创建与人类手指关节加速度相匹配的加速度曲线，以使运动看起来非常自然，就像人类的运动一样，这对我来说非常重要。当我感觉这是我自己的电路时，很多精细的精度是可能的。虽然现成的产品可能具有其中一些功能，但价格往往反映了这一点，因此价格令人望而却步。但无论如何，在这种水平的控制下，没有什么是现成的，并且能够如此精细地调整其外形尺寸和体积包络，以满足我在每个电机的空间中的确切需求。

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好吧，在现实生活中大约一个月的绕道之后，我终于回到了电子产品上。各种各样的事情减慢了我这次会议的进度。但我还是完成了一些工作。0603 LED 到 0805 电阻器和一些镍带引线脱落。经过测试并正常工作。这将是指示灯，当低压 mosfet 为定制 BLDC 电机控制器的一部分打开时。0603 LED 对于手工焊接来说非常小，而且它们也不易于焊接。我原本打算使用蓝色 LED，但 chatgpt 说这会通过硅胶皮肤发出不真实的颜色，所以橙色会更好，以提供更自然和更少的硅胶皮肤刺穿指示灯。不知怎么的，我用完了 470ohm 电阻器，所以我不得不订购更多，现在我改用 200ohm 的。它们有点太亮了。但是 chatgpt 说我可以用一团染成黑色的硅胶来漫射 LED，使其光线变暗并漫射，这对我来说是个好主意。我打算用绕线器将这个组件拆下来并绑在东西上。不知怎么的，仅仅是把这两个部件连接起来并进行测试就花了我将近 3 个小时。从研究原理图来刷新我的记忆，到想象放置选项，再到 LED 过热并烧坏，试图找到正确颜色的 LED，再到购买 470ohm 的替换电阻，研究并替换为 200ohm 的电阻，再到与 chatgpt 讨论 LED 颜色选项，再到弄清楚如何手工将 0603 LED 直接焊接到 0805 电阻上，再到不小心将一个部件从镍带引线上折断，不得不重新连接等等，这一切都让人难以忍受。有时候，对电子产品很难保持耐心，而且我经常以低效的方式做事。从耐心的角度来看，学习什么可以做和什么不可以做是很困难的。但我坚持反复试验和实验，这需要时间。我只需要养成每天坚持的习惯，直到完成。这一切都很复杂。接下来，我正在尝试弄清楚如何将它们全部电子隔离。考虑用层压塑料胶带将它们全部包起来，这样我仍然可以看见它们，并直观地排除故障。此外，我还在考虑如何使用吸锡线编织物作为每个MOSFET的热管，并将其连接到液体冷却系统。但它不导电。所以它可以导热，但不能导电。我正在尝试弄清楚是否要为此创建一个Micah屏障或仅使用导热硅胶，以及所需的布线。我还在考虑是否需要微型同轴屏蔽电缆来连接每个电缆，或者在从微控制器到MOSFET等的线路时是否只需要普通的绕线。我还在尝试弄清楚我是否需​​要霍尔效应传感器或反电动势读数或不需要反馈，但需要电位器，以及每个选项的含义。所有这些需要考虑的事情太多了。而且所有这些考虑也让我的工作进度更加慢了，因为我必须对所有事情做出决定。这真的让人不知所措。

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好的，所以我决定用30号绕线，把它缠绕到连接到LED灯组的镍条上，然后剪掉多余的镍条。我喜欢这种绕线的原因是它非常细，几乎不占空间，而且由于可以缠绕，我不需要加热，避免了不小心把SMD元件焊掉。我还喜欢它已经绝缘并带有颜色编码，这样我就不用担心镍条在连接处的整个过程中需要绝缘了。为了给整个LED装置绝缘，我用了包装胶带，这样既能清楚地看到所有元件，又能保证它们之间的电气隔离。我就像合上书一样，把包装胶带折叠起来盖住整个组件。

注：绕线完成后，我发现线缠得不够紧。因为我的绕线工具丢了，所以没用，只好用尖嘴镊子手动绕了几圈。为了拧紧，我用剥线钳的钳头（那种带齿的钳子）压紧了连接处。这样处理后，连接看起来非常牢固。

eric2013

楼主这个还在持续更新，支持下

Devil_920

支持下，欢迎国际友人

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一些更新：一位观众用传统的常用格式重新绘制了我的无刷直流电机原理图，这种格式对大多数人来说更容易阅读和理解，因为他们更熟悉这种格式。所以我重新发布一下。原理图看起来基本准确，不过我后来在高侧 MOSFET 的栅极和源极之间加了一个 100nF 的陶瓷电容，以减少振铃问题。根据 chatgpt 的说法，这是标准做法。我还把 LED 的颜色改成了橙色，因为 chatgpt 说蓝色会透过硅胶外壳更明显，产生一种冷冷的内发光效果，而我们希望它看起来像真实的皮肤，所以不用蓝色。至于为什么高侧 MOSFET 需要 100nF 的陶瓷栅极电容而低侧没有，chatgpt 是这样解释的：高侧 MOSFET：它们的源极引脚会随着电机相位上下移动（它不是固定电位）。在开关过程中，漏极和源极都会快速移动，栅极电压必须精确地跟踪这种移动——任何振铃或感应噪声都可能导致 Vgs 瞬间过载。这就是为什么我们要在栅极和源极之间并联一个小电容：它可以抑制高频振铃，并有助于保持栅极相对于其移动的源极的稳定。- 低侧 MOSFET：它们的源极牢固地接地，因此栅极始终相对于一个固定的、稳定的参考电压摆动。它们不会经历同样的“浮动”栅极驱动或源极引脚上的大 dv/dt 变化。因此，栅极本身就更稳定，你不需要额外的 100 nF 栅极-源极电容。总之，这是观众提供的原理图：

以下是我根据上述修改后更新的原理图：

另外，我费力地把新的100nF陶瓷电容安装在了MOSFET的栅极和源极之间。由于它离10k欧姆的Vgs电阻和附近其他一些低温焊点很近，任何加热都肯定会导致这些焊点脱落，整个电路开始散架。所以我最后只好在100nF陶瓷电容（单独放在一旁）的两侧焊上镍条，然后用缝纫针尖在IRLR7843PBF MOSFET栅极和源极的镍条上涂抹少量导电银胶，再把陶瓷电容的镍条按压进去。我把它放在汞灯下烘烤了一个小时左右使其固化，然后在焊点上又涂了一层厚厚的导电银胶。之后我又把它放在汞灯下烘烤了7个小时。这张照片展示了最终效果。

看起来连接很牢固，我觉得在不能焊接的情况下，这是一种很棒的连接方式！从易用性的角度来看，在某些情况下它甚至可能比焊接更好，但这一点我还不能确定

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Okay, I've connected the LED and resistor to the front panel of the high-side MOSFET using 30-gauge wire. If problems arise later, I might apply conductive silver paste to the wire. However, I'm wondering if simply wrapping it tightly with electrical tape would be sufficient to prevent open circuits. We'll see.

I also completed the soldering of six braided copper solder wires, which will serve as heat sinks for my high-side MOSFETs. I'm still considering how to attach them to the back of the MOSFETs while ensuring both electrical isolation and thermal conductivity. I'm leaning towards using thermal tape.

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This is thermal tape for MOSFET heat dissipation that I bought from Amazon.

yono

Thank you for sharing the project—I’m following it closely!

I do need to point out something: while browsing, I noticed some images weren’t displaying, so I looked into it.
It appears your images weren’t uploaded to “this forum,” but are hosted on the image service of “another forum.”
Because internet controls in China are very strict, and that other forum seems to include some adult content, images served from there may be blocked from displaying.

phy1335

fantastic

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我刚刚测试了电机控制器中正向高侧开关部分，一切似乎都运行正常。图中用粗蓝色线条圈出的部分就是我刚刚成功测试过的部分，其中包含了所有相关组件。



输入端和接地线的焊点非常脆弱，稍微一动就会断裂。我考虑直接把所有元件都粘到 MOSFET 上，但我需要在这些元件下方安装散热片，所以我觉得不能直接粘上去。我需要一个底板或基板来固定这些元件（这正是电路板的作用）。这样可以显著减轻所有连接点的应力。看来我终于亲身体会到电路板的重要性了。如果没有一个平整的底板或基板，元件之间的连接点很容易弯曲和断裂。这让我很惊讶




为了进行测试，我使用了一个设置为 20V 的实验室电源和一个设置为 8.07V 的电源，并使用一块 18650 锂电池作为 4.12V 电源来模拟 Arduino 的输出引脚。我暂时用胶带仔细地将所有金属线路绝缘，以确保不会发生短路，然后用鳄鱼夹将实验室电源的引脚连接到正确的位置。最后，我将 4.12V 的 18650 锂电池连接到电路中，模拟 Arduino 开启 A09T MOSFET——我用两片镍片连接到电池上，并用钕磁铁固定。如果我手边有第三个可以输出 5V 的电源，我就会用它，但我当时没有，所以只能用电池代替。LED 灯亮了，我测试了连接到电机的输出线，确认电压确实是 8.07V。然后我断开了电池的正极，并验证了连接到电机的线路电压为 0V。确实是 0V——尽管如果我把万用表长时间连接在那条线上，我注意到电压会慢慢上升到大约 3.4V，但上次测试时也出现了类似的情况，ChatGPT 说这可能是万用表引起的寄生电容之类的，没什么好担心的。关键是，当我第一次连接时，电压会从 0V 开始，然后随着时间的推移在万用表屏幕上慢慢上升到 3V 左右，上次测试时这种现象也是正常的，所以应该没问题。我想一切都正常.

接下来该怎么做呢？嗯，我想我会先制作半桥的另一部分（低侧），然后测试整个半桥，确保它都能正常工作。我觉得这样我的设计就足够完善了，可以开始制作一些用于连接主功率MOSFET的柔性PCB板了.

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我成功制作了一个可用的柔性PCB

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好的，这是组装好的电路板。我用 5V 正极和地线进行了测试，LED 灯亮了，所以可以确定没有短路，并且电路是导通的，因此很可能一切正常。下一步测试将是完整的低侧开关电路，这块电路板将作为主 MOSFET 的驱动电路。验证成功后，我们就可以测试整个半桥电路（包括高侧和低侧开关）。如果测试通过，接下来的步骤就是重复上述过程，制作完整的电机控制器（总共需要三个半桥电路）.

注：我暂时不想安装散热片，因为我想先验证一下第一个半桥电路，等电子测试没问题后，我再安装散热片，然后继续后续步骤.

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我有两项重大突破要宣布.

首先，我突然想到，我不需要先把图案打印到PCB转印纸上，然后再把图案转移到覆铜的Pyralux柔性电路板上，而是可以直接把覆铜的Pyralux柔性电路板贴到信封上，然后直接送入激光打印机进行打印。之前我在研究这个问题的时候排除了这种方法，因为我当时打算使用FR-4电路板，而FR-4电路板既不柔韧也不平整，无法直接送入打印机。但是，现在我使用的是平整且柔韧的空白电路板，据我所知，没有理由不能直接把它送入激光打印机。我还没有测试过这种方法，但如果可行，那将彻底改变一切。这将使DIY电路板的制作过程更加快速便捷!

接下来，关于如何将六根焊锡编织线连接到MOSFET的问题，我一直在苦苦思索各种方法，试图找到一种能够将它们牢固地夹在MOSFET漏极上，并在连接点处添加电绝缘层的方案。由于空间非常狭窄，需要一个非常小的夹紧机构，而且从大多数方向来看，任何我设想的夹具设计都会受到其他部件的阻碍。在我看来，这简直是个噩梦般的问题。然而，我今天想到的解决方案彻底改变了局面：我将直接把焊锡编织线焊接到MOSFET的漏极上！由于金属与金属直接接触，这将最大限度地提高漏极到编织线之间的导电性，并且完全无需任何夹具。不幸的是，这将使这些编织线带电，但我意识到这并不是什么大问题。我只需用玻璃纤维窗纱将它们包裹起来，这样既可以保证良好的空气流通和散热，从而有效地散发MOSFET漏极产生的热量，同时玻璃纤维窗纱还可以作为物理屏障，防止它们接触到其他带电的金属部件。在我看来，窗纱也是非导电的，并且具有良好的耐磨性。我预计这些短的编织线不会与任何东西发生太多接触，因为它们只是从电机连接到水冷管，而且支撑橡胶外壳的骨架网格会提供足够的间隙和缓冲，防止外部物体碰撞或接触。总而言之，我认为这在很大程度上是一个安全的解决方案，而且我们还会安装保险丝，以防止在低风险情况下，两组相邻的焊锡编织线从窗纱中脱落并相互接触，从而导致电路短路。我认为这种情况发生的可能性极低，但无论如何，保险丝都能提供保护.

综上所述，我们现在可以将电绝缘层设置在焊芯编织线末端与铜质液冷管的连接处。在这个连接点，我会在焊芯编织线和管道之间放置电绝缘导热胶带，并在连接处用电工胶带紧密缠绕固定。与在MOSFET漏极处进行同样的操作相比，这样做要简单得多。因此，我们将电绝缘和固定问题转移到了比MOSFET漏极连接点更下游的位置，从而使问题变得轻而易举.

注：ChatGPT建议我给编织铜焊芯镀锡，以防止其氧化，因为氧化可能会降低其导热性。我不太确定这个说法是否正确，但为了保险起见，我可能会这样做，到时候再看吧。我会使用MG Chemicals的液态锡来完成这项工作，我手头正好有这种产品，之前是用来给电路板镀锡的.

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今天我用我的巨型Weller W100P烙铁将六根焊锡吸线焊接到高侧MOSFET的背面，焊接过程非常顺利，瞬间就焊好了。我在两者的接触面上都涂抹了大量的低温焊锡膏，然后用左手将它们压在一起，同时用美工刀的刀尖从背面压住焊锡吸线。接着我用这把巨大的烙铁进行焊接，尽管涉及的金属量很大，但它在短短一秒钟内就熔化了焊锡，因为它储存了大量的热能，可以快速释放。这比用普通的小尖头烙铁进行大型焊接任务要轻松得多，用小烙铁经常会导致虚焊等问题。而且，由于焊锡熔化速度很快，附近的元件都没有脱焊，这真是一个巨大的优势

接下来：将焊锡吸线添加到镍片的底部，以降低电阻，然后对这个高侧开关组件进行绝缘处理，并将其安装到电机上，开始最终确定布线方案。之后，我可以对低侧开关组件重复相同的步骤。这样，我就完成了电机控制器三个半桥中的一个.

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我成功地在高端MOSFET电路的镍片上加了一层编织焊锡线，并用折叠的红色电工胶带进行了绝缘。我还对其他大部​​分可见部件也进行了绝缘处理。由于原来的控制电路损坏了，我重新制作了一个扁平柔性PCB式的电路，这样应该会更耐用。我还为主MOSFET栅极引脚的20V输入线添加了一根黄色30号线。我还准备好了玻璃纤维窗纱网，用于绝缘充当散热器的焊锡线。现在这个装置已经接近可以安装的状态了，但我还是想再次测试一下，以确保在进行了这么多重大改动和反复调试之后，它仍然能够正常工作.










另外，我注意到将 0.1mm x 4mm x 100mm 的镍带和编织焊锡线叠放在一起以降低电阻并提高导电性，会导致线路比我预期的要粗一些，尤其是在贴上胶带之后。因此，为了解决这个问题，我决定使用手工切割的 0.2mm x 6mm x 100mm 纯铜片。我之前并不知道有这种选择，但在亚马逊上找到了可以用于此用途的卷装 0.2mm 厚度的铜片。由于铜的厚度更大且电阻远低于镍，我应该能够以低于 1W 的热损耗通过 30A 的电流，这非常棒。而且，这样做最终的线路厚度仍然比我第一次尝试的方案要薄得多，同时由于完全去除了用于大电流部分的镍带（除了我计划保留的分流电阻镍带），电阻也更低.

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我最近一直在和ChatGPT聊天，聊到我最近一直在为我的机器人制作无刷直流电机控制器，感觉很费力。ChatGPT随机提到集成式半桥功率模块，说我可以利用这种模块来减轻制作电机控制器的工作量。这立刻引起了我的注意，因为我以前从未听说过这种东西，而且它听起来很有意思。我之前一直在自己搭建低侧开关和高侧开关，它们共同构成一个半桥。这需要大量的焊接连接和许多分立元件。而集成式半桥的概念——意味着两个大功率MOSFET以及所有驱动电路都集成在一个芯片上——这将大大减小尺寸并减少元件数量。所以我研究了一下是否有能够满足我的2430无刷直流电机8V 30A需求的集成式半桥模块。结果发现确实有一些这样的产品。起初我考虑的是德州仪器（TI）的CSD95377Q4M半桥驱动器（30A），它可以提供30A的持续电流，非常适合我的需求。但是，我不想被某个特定供应商的芯片所限制，因为这种芯片有一天可能会停产。我更喜欢那种有很多竞争对手生产的、可以在速卖通上买到的通用型产品。这样可以确保我的设计具有前瞻性，不必担心某个制造商停产我使用的零件，导致价格飙升或零件根本买不到。所以，经过一番深入研究，我在速卖通上找到了CSD95481RWJ QFN芯片组，有好几家供应商在销售，而且价格不到1美元一个。也就是说，它相当于两个功率MOSFET加上每个功率MOSFET的所有驱动电路，而价格却不到1美元。这款芯片的持续电流额定值为60A。它的尺寸只有5毫米 x 6毫米，这简直太不可思议了。它比我之前使用的方案小得多，但功率却一样强大。它们通常用于小型降压转换器，并直接用于显卡PCB、服务器、汽车PCB等等。总之，使用三个这样的半桥芯片就可以驱动一个无刷直流电机。将这么多元件集成到如此小的封装中，真是让我大开眼界。所以我订购了 60 个这种芯片——足够驱动 20 个无刷直流电机。如果使用这些芯片比使用我之前用的分立元件更容易，我倾向于将它们用于所有电机控制器。我认为使用它们成本更低——不过我还需要计算一下具体成本。它们甚至内置了温度传感器，我们可以读取温度，这是一个额外的优势。它们的内置电流传感功能不适用于无刷直流电机，所以我仍然需要使用外部的分流电阻电流传感电路，但这没关系。总而言之，这些芯片似乎可以彻底改变现状，减少元件数量，从而减少潜在的故障点，还可以缩小电路板尺寸，使我的电子设备更加小型化，这对我们来说非常有利。我现在还需要研究如何设计相应的 PCB 电路以及需要哪些外部分立元件来支持它。它采用顶部散热方式，这一点也很有意思。我设想使用硅胶导热胶将一个铜垫粘到芯片上，铜垫上已经焊好了编织焊芯线。这些焊芯线会将热量传导到我的水冷管道系统中.

我有点惊讶，似乎没人用这些器件来控制无刷直流电机。它们看起来非常适合这个用途。也许我会引领一股潮流。前提是我不会以惨痛的教训发现为什么没人用它们来做这件事!

注：完整产品名称为：“(5个)100%原装全新 CSD95481RWJ 95481RWJ CSD59950RWJ 59950RWJ QFN 芯片组

注：在我之前的无刷直流电机控制器设计中，我需要使用 6 个数字 I/O 引脚来驱动单个无刷直流电机控制器的 6 个功率 MOSFET 及其控制电路。但对于使用 3 个 CSD95481RWJ H 桥芯片的无刷直流电机控制器设计，我只需要使用微控制器上的 3 个数字 I/O 引脚。这些 CSD95481RWJ H 桥芯片使用一个三态 PWM 引脚——您可以从微控制器向其发送高电平、低电平或浮空信号。数字输出高电平和低电平是常见的数字输出模式，而浮空模式则可以通过在代码中将引脚配置为数字输入引脚来实现。这三种状态输入到芯片后，芯片会输出 V+、V- 或处于关闭/浮空状态。这与我们之前使用分立元件的微控制器设计中使用的标准 H 桥的三种状态完美对应。因此，微控制器上数字 I/O 引脚使用量的减少意味着理论上每个微控制器可以驱动更多电机，这非常棒.

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好的，我现在想到，每个半桥都只是一个微型集成电路，而不是一对笨重的功率MOSFET，这样一来，我的整个无刷直流电机控制器所占用的空间大约只有3厘米 x 1厘米 x 2毫米，对于一个8V电压下可提供30A连续电流的电机控制器来说，这简直小得令人难以置信！这个发现让我重新思考，我是否还需要像最初设计那样，把整个电机控制器像马鞍一样安装在无刷直流电机的侧面——我最初的离散元件设计方案就是这么做的。但我现在意识到，由于元件尺寸变得如此之小，我可以简单地为每一相构建一个半桥，并将其作为内嵌元件集成到连接到无刷直流电机各相线的电缆中。因此，我不再需要为每个电机控制器预留专门的位置，而只需要在从无刷直流电机引出的相线上看到一个轻微的凸起，这个凸起内部就包含了处理该相线的半桥。所有元件都内嵌在电缆中。我认为这是最简单、最简洁的实现方式。这也意味着整个电机控制器将“悬空”在空中，实际上不会安装到任何电机或其他任何东西上。它只是线束的一部分，内嵌在其中。在我看来，这是一种非常激进的方法。之所以可行，完全是因为我们将设计尺寸缩小到了令人难以置信的程度

之前的电路图版本设计成可以像马鞍一样安装在电机侧面，呈L形，输入端从下方接入，输出端则从左侧引出，连接到电机相线。这些L形半桥电路会并排堆叠在一起。而在新版本中，所有元件都呈直线排列，输入端从右侧接入，输出端从左侧引出，连接到电机.

这是更新后的内联式电路图（不再像以前那样是L形布局）.

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我在为我的集成半桥IC芯片制作DIY柔性PCB时遇到了一些问题。这款芯片的引脚间距非常小，只有0.4mm，所以PCB的精度必须极高。我之前用分立元件制作的BLDC电机控制器，可以制作出更粗糙、精度要求更低的柔性PCB，也能正常工作。但这次的柔性PCB必须非常精细，执行精度也必须非常高。这可不是开玩笑。第一个问题是，我的激光打印机无法很好地粘附在我从亚马逊买的PCB转印纸上。打印出来的图案会镜像出现在转印纸上大约一英寸远的地方.  



这意味着墨水没有充分附着在转印纸上，而是沾到了定影辊或其他部件上，导致定影辊损坏。随着时间的推移，这会严重影响打印机的性能，甚至导致所有打印件定影不全，即使是正常的办公用途也不例外。这意味着我打印在信封上的地址会在邮寄过程中晕染，导致信封在邮件系统中丢失。这非常非常糟糕。所以我不得不放弃使用这种转印纸.

幸好 chatgpt 推荐使用光面杂志纸，所以我试了一下。我用的是《今日心理学》杂志的纸，打印效果完美。我使用了 600 dpi 的分辨率，纸张厚度设置为普通纸。我先用 400 目砂纸打磨了我的铜箔柔性电路板（Pyralux），然后用酒精棉片擦拭。接下来，我用覆膜机将打印好的光面杂志纸覆膜到铜箔柔性电路板（Pyralux）上，覆膜了几遍。然后，我将杂志和柔性电路板“三明治”浸泡在 110 华氏度（约 43 摄氏度）的水中约 30 分钟，使光面杂志纸变得软烂。之后，我用手指从外边缘开始反复摩擦纸张，慢慢地、轻轻地将其撕下来。纸张分两层撕了下来。焊盘上会残留一些纸浆，但这没关系，不会影响后续的蚀刻过程，可以不用管它。用这种方法，我得到了有史以来最清晰的痕迹.





但是，当我准备蚀刻这块涂有碳粉的干净PCB板时，问题又出现了。我用的是室温水，也就是过硫酸铵晶体和水的混合液。水温是68华氏度（约20摄氏度）。我没有充分搅拌蚀刻液。蚀刻过程竟然花了2.5到3个小时！这蚀刻速度简直糟糕透了。较大的铜层蒸发得很慢，而较细的线路则出现了严重的侧蚀，导致碳粉下方的整块铜都被蚀刻掉并蒸发，碳粉也因为没有附着点而脱落，部分铜层甚至完全丢失。正常的蚀刻时间应该不超过5到15分钟。3个小时完全无法接受。后来我在chatgpt论坛上了解到，蚀刻时间过长的原因是我没有将蚀刻液加热到110到120华氏度（约43到49摄氏度），也没有充分搅拌混合物（搅拌、振动或其他任何方法都有帮助）。我还从 chatgpt 那里了解到，蚀刻剂温度每升高 10 华氏度，蚀刻时间就会减半。所以，如果温度升高到 110 华氏度，并且我充分搅拌，蚀刻时间很可能就会缩短到 5 分钟左右。蚀刻剂晶体容器上的说明说室温下无需搅拌即可。他们肯定错了.

为了完善蚀刻工艺，我计划使用我现有的带温度调节功能的交流电热板——那种用来加热锅具或水壶的。我还确定最简单的搅拌方法是将蚀刻液和PCB板放入一个小容器中，并制作一个装置，以有节奏的方式升降容器的一侧，使蚀刻液在PCB板上来回摇晃。下图是我设计的简易装置。这种方法的优点是，只要你拥有所需的少量零件，它就是免费的。我可以用实验室的电源为其供电。N20齿轮电机大约1美元。制作起来非常简单。可以轻松承受15克蚀刻液的晃动。制作简单。没有任何东西会进入酸液内部，从而避免了旋转并撞击PCB板可能造成的损坏。我们希望每个PCB板的蚀刻液用量都尽可能少，所以即使是带磁铁的旋转搅拌棒也会撞击PCB板，使其剧烈晃动等等。我不想这样，也不想让酸液接触到PCB板，然后还要费力地把它捞出来清洗。我们希望除了PCB板本身之外，没有任何东西接触到酸液。因此，摇晃整个容器是合理的，可以解决这个问题.

该摇臂装置由一个N20齿轮电机（速卖通售价1美元）、一个小轮子（纸和强力胶复合轮）、一根细绳以及一个小木块组成，该木块用于将电机抬高到高于蚀刻液容器的位置。当N20齿轮电机旋转时，它会带动细绳向上移动，从而抬起蚀刻液容器的一端。当电机旋转到180度（6点钟方向）时，蚀刻液容器就会落回原位。如此循环往复地升降容器，使蚀刻液在PCB板上来回晃动，从而提高化学蚀刻反应的速率，并更有效地将铜离子从待蚀刻的PCB表面带走。我认为不需要PWM电机控制器，因为可以通过改变实验室电源的电压设置和/或改变旋转轮的半径来改变摇臂的转速.