SAST Weekly
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在出色的设计中
【精准】是必不可少的
如果写字机械臂不够精准
写出的字就会歪歪扭扭
如果手术机械臂不够精准
病人就会瑟瑟发抖
精准控制——步进电机
步进电机是一种将电脉冲信号转换成相应角位移或线位移的电动机。每输入一个脉冲信号，转子就转动一个角度或前进一步，其输出的角位移或线位移与输入的脉冲数成正比，转速与脉冲频率成正比。
也就是说，通过输入一段脉冲，我们就能准确控制中心轴的角位移了。
常用的42步进电机，步距角可达1.8°，搭配10mm的丝杆，轴向就有了50μm的精度。
结构与原理
步进电机一般由轴承、中心轴、转子铁芯、定子铁芯等部分构成，步进电机也叫步进器，它利用电磁学原理，将电能转换为机械能，是由缠绕在电机定子齿槽上的线圈驱动的。
但我们只需要关注
定子铁芯和转子铁芯
反应式步进电机横剖面示意图
ABC是缠绕在定子铁芯上的三组线圈，它们中的一组或两组通电时，转子铁芯上的齿就会沿磁力线方向与定子铁芯上最近的齿对齐。
双齿简化模型示意图
在上图双齿简化模型中，转子齿与通电的A线圈所在的定子齿对齐，而当通电的线圈绕组切换时，转子就会旋转60°去跟新的通电线圈对齐。
而在多齿情况下，通过小学奥数合理的齿数设计，就可以保证每次通电线圈切换时转子都旋转一个小角度。
这个小角度就是步距角，它与相数、转子齿数和主极数之间有着严格的数学关系，感兴趣请参考文末链接。
控制与使用
我们以四线双极性步进电机为例，假设它的两个线圈叫做 A、B，通过对A、B通正、反向电流，我们就能控制转子向一个方向连续发生角位移，从而形成转动。
而按照不同的通电顺序，我们又有三种工作方式：
-
单拍(单四拍工作方式)
单拍工作方式就是说每次只给一个线圈通电，对本例而言就是(A)→(B)→(-A)→(-B)→(A)→… -
双拍(双四拍工作方式)
双拍工作方式就是：每次给两个线圈通电，对本例而言就是(A,B)→(B,-A)→(-A,-B)→(-B,A)→(A,B)→… -
单双拍(八拍工作方式)
单双拍工作方式就是单拍工作方式和双拍工作方式交替进行,即(A)→(A,B)→(B)→(B,-A)→(-A)→(-A,-B)→(-B)→(-B,A)→(A)→…
(其中负号表示反向通电)
八拍工作方式励磁表
而对应的电机驱动我们可以选择经典的L298N，将驱动板的A、B通道分别连至步进电机的A、B线圈。
L298n电机驱动
则4个输入端IN1、IN2、IN3、IN4的信号表与前文励磁表完全一致，只需将A、-A、B、-B对应到IN1、IN2、IN3、IN4；1、0对应高低电平即可。
Arduino控制代码示例
这样，我们就成功让步进电机转起来啦，快使用步进电机开启你的设计之路吧~
——THE END ——
相关链接：
一文看懂HB混合式步进电机与相数、转子齿数、主极数的关系(见阅读原文)
撰稿人 | 蒲钰
审稿人 | 刘洋
