Direct Drive на шаговом двигателе под управлением STM32

[dvkokh]

Всем привет!

Я новенький на форуме, поэтому заранее извините, если тема уже поднималась.

Я совсем недавно открыл для себя мир автосимуляторов и сразу погряз по уши. Поиграв пару месяцев на геймпаде понял, что это всё не то и нужен руль.

Пересмотрев кучу обзоров, выделил для себя несколько моделей, но ценник за более менее приличный руль довольно высокий и у каждой модели есть свои нюансы.

Поэтому, перелопатив кучу статей и форумов, принял решение собрать руль самому.

Выбор пал на  Direct Drive c шаговым двигателем, потому что у него есть ряд преимуществ, например простота в сборке (минимум узлов) и более точный force feedback.

На просторах интернета нашел более менее понятную инструкцию по сборке ( ссылка ), но не ясен один нюанс (о нем напишу в конце)

 

Компоненты для сборки руля

1. Шаговый двигатель (подобрал оптимальный по характеристикам/цене)

Rtelligent Nema 34 12nm - 8000 руб.

https://aliexpress.ru/

2. Роторный энкодер для отслеживания положения руля.

OMRON E6B2-CWZ6C 2000PR - 2000 руб.

https://aliexpress.ru/

3. Блок питания 24V 10A 250W

1200 руб.

https://aliexpress.ru/

4. Плата STM32 Discovery

2000 руб.

https://aliexpress.ru/

5. Кронштейн для двигателя

300 руб.

https://aliexpress.ru/

6. Руль. Пока подумываю о БУ руле от BMW E70 с кнопками и подрулевыми лепестками, но боюсь он будет великоват для симрейсинга, поэтому вопрос о руле пока остается открыт.

10 000 - 13 000 руб.

 

7. Конроллер шагового двигателя.

Этот пункт самый интересный, потому как я не в курсе какой именно контроллер нужен и нужно ли его настраивать.

В той статье используется (как он пишет) кастомный контроллер

.

 

Схема подключения понятная и простая, так же в той статье есть ссылки на прошивку для  STM32

 

Видео как это работает:

 

Хотелось бы дальше развить эту тему и получить консультацию знающих людей о нюансах и в первую очередь о контроллере шагового двигаетля (какой брать, как настроить, чтобы это всё работало)

 

 

 

[Beg]

не рекомендую рассматривать шаговый двигатель типа Nema, у них есть фиксация ротора по полюсам статора - т.е. если вращать такой двигатель в холостом режиме - то получится эффект как при вращении энкодера (типа ручки регулировки громкости например на автомобильной магнитолле/музыкальном центре)) - т.е. ступеньками) контроллер сделать реально - но для хорошего результата придется программно компенсировать эти ступени и сделать ступенчатый шаговый двигатель свободно вращающимся без сопротивления,

насколько мне известно все готовые промышленные контроллеры, которые работают по принципу закрытой петли (closed loop), т.е. которые отслеживают пропуск шагов - в первую очередь предназначены просто для поворота двигателя на заданный угол/количество шагов а не на вращение притом с разным мометом (могу ошибаться - если что поправьте)

по этой причине предпочтительней использовать бесколлекторные 3х фазные двигатели как раз без режима "фиксации" ротора в выключенном состоянии

 

либо как бюджетный вариант - использовать двигатель постоянного тока 4х щеточный (типа MY1020)

 

Изменено 19 мая, 2020 пользователем Beg

[dvkokh]

О таком свойстве шагового двигателя я не знал. Нужно еще углубиться в тему и понять стоит ли пытаться собрать руль на таком двигателе.

В сети довольно мало проектов на таких двигателях, поэтому информация по реализации такого решения довольно скудная. Хотя находил и коммерческие даже, которые продают за ценник в несколько раз выше цены комплектующих. 

[Sieben]

 

Видео в сообщении к схеме никакого отношения не имеет. Это совершенно другой проект. 

https://hackaday.io/project/44385/logs

 

https://www.xsimulator.net/community/threads/son-of-opensimwheel-an-experiment.7422/

 

Изменено 19 мая, 2020 пользователем Sieben

[dvkokh]

7 минут назад, Sieben сказал:

 

Видео в сообщении к схеме никакого отношения не имеет. Это совершенно другой проект. 

https://hackaday.io/project/44385/logs

 

https://www.xsimulator.net/community/threads/son-of-opensimwheel-an-experiment.7422/

 

Да, но этот проект основан как раз на проекте Rufusdufus.

Нашел его тему и некоторые моменты которые он описывает.

Здесь он пишет как раз о том о чем сказал  Beg

Цитата

 Unfortunately these (and most) stepper drivers are open loop and don’t react well when you apply more torque than they are setup for – they start losing steps and get very jerky.

то есть с таким контроллером руль никак не будет нормально передавать FFB

Цитата

It's not possible using stepper controllers "off the shelf". I had made modifications to the internal controller hardware and developed specific software to drive the motor.

А здесь он говорит о том, что невозможно использовать шаговый мотор из коробки и он модифицировал сам контроллер и написал ПО. Как я понял по сообщениям он реализовал это на Arduino. 

[Beg]

@dvkokh  вот вроде как на этом форуме автор проекта описывал процесс создания (и сложности, с которыми столкнулся) контроллера для управления шаговиком https://www.xsimulator.net/community/threads/son-of-opensimwheel-an-experiment.7422/

[Sieben]

Не особо он распространялся по своему проекту в качестве общедоступности, распространяя свои переделки плат, и потом вообще его свернул. 

В плане DD, следует так же, обратить внимание на AC Servo. 

$450 Mige Direct Drive Wheel using MMOS and AASD

https://www.xsimulator.net/community/threads/450-mige-direct-drive-wheel-using-mmos-and-aasd.14657/

Building OSW using SimuCube and MiGe 130ST-M10010

https://opensimhardware.wordpress.com/building-osw-using-sumicube-and-mige-130st-m10010/

И BLDC. В Фанатеках DD тоже, этот тип мотора.

https://www.xsimulator.net/community/threads/dd-wheel-with-hoverboard-motor.13178/page-18#post-198121

Изменено 19 мая, 2020 пользователем Sieben

[Beg]

тогда уже проще взять аккуфорс за 600 баксов, да чуть дороже, зато если что он ликвидней будет на вторичке потом (если что его хотябы реально будет продать в отличии от самоделки)

самоделка должна оправдывать соотношение - полученный эффект/затраченные деньги (если это не делается только ради получения опыта)

[Sieben]

34 минуты назад, dvkokh сказал:

Да, но этот проект основан как раз на проекте Rufusdufus.

Разве? Описание какой тип управления нужен, с его цитатами в своей теме на иксиме, это ведь не означает, что этот проект с хакэдей руфусдуфуса. ) 

12 минут назад, Beg сказал:

тогда уже проще взять аккуфорс за 600 баксов, да чуть дороже, зато если что он ликвидней будет на вторичке потом (если что его хотябы реально будет продать в отличии от самоделки)

самоделка должна оправдывать соотношение - полученный эффект/затраченные деньги (если это не делается только ради получения опыта)

Если не ошибаюсь, это проекты ТОРМОЗа. Можно поинтересоваться, и у автора на иксиме тоже, оправдано или нет. Ну и тему читкануть )  


https://opensimhardware.wordpress.com/building-osw-using-sumicube-and-mige-130st-m10010/

 

Изменено 19 мая, 2020 пользователем Sieben

[Buxou]

Не отразил была ли где-то тут такая ссылка, но поизучать можно.

https://www.xsimulator.net/community/threads/mmos-controller-with-cheap-servo-drive-and-motor.10319/

[dvkokh]

@Beg

Это как раз тема RufusDufus.

Нашел еще одного паренька с ником Ultrawipf который  тоже создал кастомный контроллер для шагового двигателя OpenFFB Board, но в отличии от Rufusdufus он выложил готовую схему платы и прошивку.

Его тема на simulator.net

 https://www.xsimulator.net/community/threads/openffboard-controller-for-custom-direct-drive-wheels.14405/

Проект на hackday.io

https://hackaday.io/project/163904-open-ffboard

Проект интересный и по всей видимости отлично работающий.

Можно заморочиться, заказать печатную плату и собрать её.

 

@Sieben

Проштудировал все ссылки и вот какие выводы сделал:

Решение с контроллером AASD дорогое, комплект из двигателя 10nm + контроллер выходит 26к+доставка около 6к итого 32к, в эти деньги хотелось бы уложить весь проект.

Решение на  Semicube еще дороже. Сама плата Semicube + контроллер шагового двигателя выходят в 386 евро, по курсу на данный момент это 29700. Слишком дорого за небольшую микросхему. Но зато решение готовое, как я понял, и всё будет работать из коробки.

BLDC интересная тема, попозже изучу поподробнее.

 

@Buxou

Интересная ссылка и в принципе готовое решение. Автор выложил подробный мануал по настройке и код для Arduino. Выходит довольно бюджетно, контроллер HBS86H стоит около 7000 руб. 

Буду склонятся к этому варианту, но смутили некоторые моменты на видео. FFB вроде отрабатывает, но в некоторых моментах, например при столкновении со стеной, руль никак не реагирует. Может дело в автосиме на котором он тестирует.

 

 

[dvkokh]

Вообщем ребят, спасибо всем за советы и ссылки. Проштудировав материал, понял что строить базу на шаговом двигателе то еще удовольствие и тёмный лес. Дорого, сложно и непонятный конечный результат. В итоге пока решил построить прототип на обычном 12-ти вольтовом моторчике от печки авто который у меня завалялся и реализовать это на ремённом приводе, если зайдет то буду собирать на более мощном моторе. Все необходимые комплектующие уже заказал.

Остановился на руле с AliExpress вот таком, дешевле и можно будет приколхозить площадку под кнопки и подрулевые лепестки.

 

Вероятнее всего в последствии буду использовать двигатель MY1016 + ременной привод.

Немного почитав о таком решении понял что не такое оно уж и плохое и обеспечит FFB в полном объёме.

Если считать все комплектующие вместе с мотором и блоком питания то выходит около 16к, что сопоставимо по цене с тем же Thrustmaster T150, а FFB я думаю у него будет гораздо лучше.