ODriveとは

オープンソースのブラシレスモータードライバの一つです

最近はODrive Proとかいうものが出てきて、只でさえ足りない情報が埋もれるようになってしまいました…

公式のドキュメントはv0.5.5のやつで、間違って、最新版のドキュメントを見ないように注意してください

環境構築

現在はUbuntu環境でしか動作できません…

次のコマンドで、gccやmakeなどをインストールします

sudo apt install build-essential

次のコマンドで、ODrive独自のコンパイルシステムに必要なパッケージをインストールします

sudo apt install gcc-arm-none-eabi
sudo apt install tup
sudo apt install python3 python3-yaml python3-jinja2 python3-jsonschema

次のコマンドで、デバッガーをインストールします（arm-none-eabi-gdbにgdb-multiarchのシンボリックリンクを作成することで問題を解決している）

sudo apt install gdb-multiarch
ln -s /usr/bin/gdb-multiarch /usr/bin/arm-none-eabi-gdb

openocd v0.11をインストールします

git clone https://github.com/openocd-org/openocd.git
cd openocd
git checkout -b v0.11.0 refs/tags/v0.11.0
./bootstrap
./configure --enable-ftdi
make -j4
sudo make install

ODriveToolsでデバッグするために必要なパッケージをインストールします

pip install ipython PyUSB requests IntelHex matplotlib monotonic setuptools
echo 'SUBSYSTEM=="usb", ATTR{idVendor}=="1209", ATTR{idProduct}=="0d[0-9][0-9]", MODE="0666"' | sudo tee /etc/udev/rules.d/91-odrive.rules
sudo udevadm control --reload-rules
sudo udevadm trigger
pip install ipython==8.0.1

キャリブレーションで計測されるもの

モーターキャリブレーションでは、位相インダクタンスと位相抵抗が計測されます エンコーダーキャリブレーションでは、位相とエンコーダーの関係を示すオフセットとエンコーダーの回転方向を計測した後、CPR(Counts Per Revolution)と極数が正しいのかがチェックされます

ODriveの制御器

以下のように、位置制御ループ、速度制御ループ、電流制御ループのカスケードで構成されています

速度制御の注意点

最高速度の制限は様々な要因が関係するため、注意が必要です

エンコーダーによる制限

AMT102

AMT212

ODriveの動作周波数による制限

• 70000 / 極数 = (35000 / 極ペア数)

モーターによる制限

• 電圧 × KV

例

• エンコーダーにAMT112(2048ppr)を使う場合、8000RPM
• ブラシレスモーターの極が14である場合、5000RPM
• 24Vかつ170KVの場合、4080RPM

この場合、最高速度は4080RPMとなります

ODriveの設定コマンドまとめ

以下の2つに注意してください

• 初めの文字がdev0になっているが、これはデバイスの名前を表しているため、環境によってはodrv0だったり、dev1だったりする
• また、axis0はモーターの番号を示しており、2つ動かせるODriveの場合は、axis1が存在する

モーター設定

コマンド	値（例）	単位	詳細
dev0.axis0.motor.config.current_lim	100	A	モーターの電流制限
dev0.axis0.motor.config.current_lim_margin	10	A	モーターの電流制限を超えた場合の許容範囲
dev0.axis0.motor.config.requested_current_range	110	A	電流センサのゲイン且つ上限設定 (current_lim + current_lim_margin以上にする)
dev0.axis0.controller.config.vel_limit	50	rps(turns/s)	モーターの速度制限
dev0.axis0.motor.config.calibration_current	10	A	モーター初期化時の電流
dev0.axis0.motor.config.resistance_calib_max_voltage	4	V	モーター初期化時の最大の電圧 (電源電圧の半分未満にする必要がある)
dev0.axis0.motor.config.pole_pairs	7	極	永久磁石の極数の半分 (N/Sの組数)
dev0.axis0.motor.config.torque_constant	8.27/170	Nm/A	トルク定数 $\frac{8.27}{KV}$ (8.27は、KV値とトルク定数との関係を示す定数)
dev0.axis0.motor.config.motor_type	MOTOR_TYPE_HIGH_CURRENT	MotorType	MOTOR_TYPE_xxxのように書く (xxxはMotorType) ブラシレスモーターはHIGH_CURRENT 他には、GIMBAL, ACIMが選択できる

センサレスコントロール設定

コマンド	値（例）	単位	詳細
dev0.axis0.config.sensorless_ramp.vel	100	ラジアン/s	センサレスの速度制限
dev0.axis0.config.sensorless_ramp.current	10	A	センサレスの電流制限
dev0.axis0.motor.config.current_lim	2*10	A	2*sensorless_ramp.current (±の合計のため、2倍している？)
dev0.axis0.controller.config.vel_limit	150 / 2*3.14 * 7	rps (turns/s)	$\frac{sensorless_ramp.velより大きい値}{2\pi\times pole_pairs}$ 単位変換してるだけっぽい
dev0.axis0.sensorless_estimator.config.pm_flux_linkage	5.51328895422 / (7 * 170)	Wb	鎖交磁束（磁束とコイルの巻き数の積) $\frac{5.51328895422}{pole_pairs\times KV}$
dev0.axis0.config.enable_sensorless_mode	True	T/F	センサレスモードの有効化

エンコーダー設定

コマンド	値（例）	単位	詳細
dev0.axis0.encoder.config.mode	ENCODER_MODE_INCREMENTAL	Mode	ENCODER_MODE_xxxのように書く (xxxはMode) INCREMENTAL, HALL, SINCOS, SPI_ABS_CUI(AMT23), SPI_ABS_AMS(AMS AS504), SPI_ABS_AEAT(AEAT-8800), SPI_ABS_RLS(RLS Orbisシリーズ), SPI_ABS_MA732(MA732)がある
dev0.axis0.encoder.config.cpr	8000	cpr	Counts Per Revolution インクリメンタルの場合は、PPR*4 アブソリュートの場合は、2**出力ビット
dev0.axis0.encoder.config.calib_range	0.05	割合	初期化時に許容する、1回転あたりの誤差の割合

マイクロスイッチ

VEL_RAMPで速度制御してスイッチまで移動し、その後オフセット位置までTRAP_TRAJで位置制御

コマンド	値（例）	単位	詳細
dev0.axis0.min_endstop.config.gpio_num	2	GPIO_NUM	スイッチを繋いだピンを選択
dev0.axis0.min_endstop.config.enabled	True	T/F	スイッチでの初期化の有効化
dev0.axis0.min_endstop.config.offset	0.0	turns	スイッチ発見後、どのくらい移動した地点を初期値にするか
dev0.axis0.min_endstop.config.debounce_ms	50.0	ms	スイッチのチャタリングを防ぐ
dev0.axis0.min_endstop.config.is_active_high	True	T/F	GPIOが浮いている状態？よくわからないので、違ったら変更して
dev0.axis0.controller.config.homing_speed	0.5	rps	スイッチ初期化時の目標速度

状態設定

コマンド	値（例）	単位	詳細
dev0.axis0.requested_state	AXIS_STATE_FULL_CALIBRATION_SEQUENCE	AxisState	AXIS_STATE_xxxのように書く (xxxはAxisState) FULL_CALIBRATION_SEQUENCE (モーターとエンコーダーの初期化) MOTOR_CALIBRATION (モーターの初期化) ENCODER_OFFSET_CALIBRATION (エンコーダーの初期化) ENCODER_INDEX_SEARCH (Z相サーチ) CLOSED_LOOP_CONTROL (閉ループ制御実行) IDLE (PWM無効化) HOMING (インタラプタ初期化)など
dev0.axis0.motor.config.pre_calibrated	False	T/F	モーターが初期化済みの場合は、これを有効にすると、次回から初期化しなくていい
dev0.axis0.encoder.config.pre_calibrated	False	T/F	アブソリュートエンコーダーを使っており、初期化済みの場合は、これを有効にすると、次回から初期化しなくていい
dev0.config.enable_brake_resistor	False	T/F	ブレーキ抵抗がついているか
dev0.config.brake_resistance	0.05	Ω	ブレーキ抵抗がついている場合、その値を入力
dev0.config.dc_max_positive_current	120	A	電源の最大電流
dev0.config.dc_max_negative_current	-120	A	電源の最大負電流
dev0.config.dc_bus_overvoltage_trip_level	53	V	電源の最大電圧 ブレーキ抵抗がない場合には、これを上げておかないと、逆起エラーで止まる (48Vの場合は48*1.1=52.8程度にしておけば大丈夫)

コントローラー設定

コマンド	値（例）	単位	詳細
dev0.axis0.controller.config.control_mode	CONTROL_MODE_VELOCITY_CONTROL	ControlMode	CONTROL_MODE_xxxのように書く (xxxはControlMode) TORQUE_CONTROL (トルク制御) VELOCITY_CONTROL (速度制御) POSITION_CONTROL (位置制御)
dev0.axis0.controller.config.input_mode	INPUT_MODE_VEL_RAMP	InputMode	PASSTHROUGH (input_xxx を xxx_setpoint に直接渡すため、フィルタを通さないで制御器に送ることになる) VEL_RAMP (台形速度で速度制御器にわたす) POS_FILTER (マス-バネ-ダンパを模倣するような2次の位置追跡フィルタをかけて位置制御器にわたす) TRAP_TRAJ (台形速度で位置制御器にわたす) TORQUE_RAMP (台形トルクでトルク制御器にわたす) TUNING (制御器のチューニング用の正弦波駆動モード)
dev0.axis0.controller.config.vel_ramp_rate	0.5	rps (turns/s)	1秒に速度が増える量 (加速度)
dev0.axis0.controller.config.input_filter_bandwidth	2.0	Hz	マス-バネ-ダンパを模倣するような2次の位置追跡フィルタの周波数
dev0.axis0.trap_traj.config.vel_limit	5.0	rps	台形速度で位置制御するときの最大速度
dev0.axis0.trap_traj.config.accel_limit	1.0	rps/s	台形速度で位置制御するときの最大加速度
dev0.axis0.trap_traj.config.decel_limit	1.0	rps/s	台形速度で位置制御するときの最大減速度
dev0.axis0.controller.config.pos_gain	5.0	rps / turn	位置制御のゲイン
dev0.axis0.controller.config.vel_gain	0.64	Nm/rps	速度制御のゲイン
dev0.axis0.controller.config.vel_integrator_gain	1.28	Nm/(rps * s)	速度制御の積分ゲイン
dev0.axis0.motor.config.current_control_bandwidth	100	ms	トルク(電流)制御の時定数
dev0.axis0.controller.input_pos	1	turns	絶対値入力 目標回転数を入力フィルタに投げる
dev0.axis0.controller.input_vel	1	rps (turns/s)	絶対値入力 目標回転速度を入力フィルタに投げる 速度上限は、rps = 75% * bus_voltage * motor_kv / 60 で大方求められる
dev0.axis0.controller.input_torque	1	Nm	絶対値入力 目標トルクを入力フィルタに投げる
dev0.axis0.controller.move_incremental	10, True	turns, T/F	相対値入力 (これを実行するたびに、指定の回転数だけ回る) True→input_posに相対 False→pos_setpointに相対
dev0.axis0.controller.pos_setpoint	1	turns	直接入力 (フィルタを通さない) 目標回転数を位置制御器に直接入力する
dev0.axis0.controller.vel_setpoint	1	rps (turns/s)	直接入力 (フィルタを通さない) 目標回転速度を速度制御器に直接入力する
dev0.axis0.controller.torque_setpoint	1	Nm	直接入力 (フィルタを通さない) 目標トルクをトルク制御器に直接入力する

デバッグ

コマンド	値（例）	単位	詳細
start_liveplotter(lambda:[COMMAND1, COMMAND2, …])	dev0.axis0.encoder.pos_estimate	Commands	matplotlibでグラフが出せる 同時に2つとか入力すると、同じグラフに同時にプロットされる
dump_errors(DEVICE)	dev0	Devices	エラー出力
dev0.clear_errors()			エラー消去
dev0.save_configuration()			コマンド(コマンド内にconfigとあるやつ)の現在値を保存
dev0.reboot()			ODrive再起動