Controlador de drivers (CL57T)

Esta placa de diseño propio genera las señales de paso para los tres drivers de motor del manipulador. Está basada en un ESP32-C3, y cada uno de los drivers que gobierna es un CL57T de lazo cerrado, compatible con NEMA17.

Nivel de replicación

Construible

Está la geometría acotada y el procedimiento. Tendrás que adaptarlos a tus herramientas y materiales.

Lo que encuentras aquí

Gerbers verificados (13 archivos, incluye taladros PTH) listos para pedido
Lista de materiales con designadores, cantidades y encapsulados
Archivo de posiciones y designadores para ensamble
Firmware completo, con pinout, protocolo, homing y rampas documentados
Resolución y rango de recorrido de cada eje

Lo que falta para llegar a «Reproducible»

Números de parte de proveedor: la columna LCSC del BOM está vacía
Configuración de los DIP switch del propio driver CL57T: micropasos y corriente por fase, que fijan la resolución real del eje
Diagrama de cableado entre la placa, los tres CL57T y sus fuentes de alimentación

Artefacto

Gerbers de fabricación — Controlador de drivers

112 KB

Artefacto

BOM — Controlador de drivers (CSV)

589 B

Artefacto

main_manipulador_final.py

30 KB

Requisitos

El controlador debía:

Mover los tres ejes del manipulador de forma independiente.
Generar las señales PUL, DIR y ENABLE hacia cada driver CL57T.
Aceptar finales de carrera para las rutinas de homing.
Recibir los comandos de posición desde la NUC por I²C, a través del Puente H maestro.

Driver CL57T

Parámetro	Valor	Unidad	Notas
Motor compatible	NEMA17	—
Tipo de lazo	Cerrado	—	encoder incremental
Señales de control	PUL, DIR, ENABLE	lógica 5 V

Resolución y rangos por eje

Resolución por eje (incluye reducción HTD3M + planetario 10:1 en codo y muñeca)

Parámetro	Valor	Unidad	Notas
Base	10 000	pasos/vuelta	−80° a +80° · 27,78 pasos/°
Codo	25 000	pasos/vuelta	0° a 136,5° · 69,44 pasos/°
Muñeca	25 000	pasos/vuelta	−220° a 0° · 69,44 pasos/°

La placa

Comparte arquitectura con el módulo Puente H —ESP32-C3, aislamiento óptico, conectores I²C encadenables— pero sin etapa de potencia: aquí solo salen señales lógicas hacia los drivers, que son los que manejan los motores. Por eso es más pequeña y usa optoacopladores PC817 en lugar de 4N25.

Esquemático en KiCad del controlador de drivers CL57T — Esquemático del controlador de drivers: el ESP32-C3, las salidas PUL/DIR hacia los tres CL57T y las entradas de final de carrera.

Especificación de fabricación

Parámetro	Valor	Unidad	Notas
Dimensiones	56,4 × 59,0	mm
Capas de cobre	2	F.Cu / B.Cu
Espesor de placa	1,6	mm
Vías	16	—
Ancho de pista	0,3 – 1,0	mm	Sin pistas de potencia: no las necesita

Lista de materiales — controlador de drivers

Designadores	Cant.	Valor	Encapsulado
ESP32-C3	1	ESP32-C3 SuperMini	Módulo SMD
U1–U6	6	PC817	DIP-4, zócalo SMD
VP_IN1–VP_IN4	4	Bornera de salida a driver	MX126-5.0, 2 P
DATA_IN1, DATA_OUT1	2	Conector I²C	JST EH 4 P vertical
CONN01X06	1	Header HC-05	JST EH 6 P vertical
R1, R3, R4, R7, R9–R11	7	330 Ω	1206
R20, R21	2	4,7 kΩ	1206
R16	1	10 kΩ	1206
R5	1	3,3 kΩ	1206
C1, C3	2	100 nF	1206
D2, D3	2	LED de datos y de potencia	1206
SW2	1	Pulsador	RS-032G05A3-SMRT

La placa lleva cuatro borneras de salida para tres ejes: la cuarta quedó como reserva y no se usa en esta configuración.

Asignación de pines ESP32-C3

Señal	GPIO	Función
`PUL_BASE` / `DIR_BASE`	GPIO20 / GPIO21	Base
`PUL_CODO` / `DIR_CODO`	GPIO7 / GPIO10	Codo
`PUL_MUNECA` / `DIR_MUNECA`	GPIO5 / GPIO6	Muñeca
`SW2` / `SW3`	GPIO3 / GPIO4	Finales de carrera codo / muñeca
`SDA` / `SCL`	GPIO8 / GPIO9	Bus I²C esclavo (dirección `0x0B`)
`BTN`	GPIO0	Botón local (homing sin NUC)

Layout de PCB de dos capas del controlador de drivers CL57T — Layout de dos capas. El mismo proceso de fabricación y el mismo costo por lote que el módulo Puente H.

Flujo de comando de eje

Meta Quest (XR)
    │ ZMQ cmd (manip_cmd)
    ▼
NUC (Python 3.12)
    │ Serial COM4
    ▼
Puente H maestro (ESP32-C3)
    │ I²C addr 0x0B (texto ASCII)
    ▼
Controlador CL57T (ESP32-C3)
    │ PUL / DIR / ENABLE
    ▼
Driver CL57T × 3 → NEMA17 + reductor planetario × 3

Protocolo ASCII por I²C (esclavo 0x0B)

Comandos principales — todos bloquean hasta que el movimiento termina

Comando	Argumento	Respuesta	Descripción
PING	—	PONG	Verificar que el esclavo responde
STATE?	—	OK busy=0 sw2=0 sw3=0 calibrated=1 base=… codo=… muneca=…	Estado completo
HOME_ALL	—	OK / ERR HOME_ALL	Homing de codo + muñeca
BASE_GOTO	grados	OK BASE …	Posición absoluta de base
CODO_GOTO	grados	OK CODO …	Posición absoluta de codo
MUNECA_GOTO	grados	OK MUNECA …	Posición absoluta de muñeca
POSE	base codo muneca	OK POSE …	Los 3 ejes en una sola trama

Rutina de homing — 4 fases

El codo y la muñeca necesitan homing en cada encendido. La base no lo necesita: no tiene final de carrera, y arranca desde la posición en la que haya quedado.

Fase 1 — Búsqueda rápida:  avanza hacia el switch a 1 800 µs/paso
Fase 2 — Backoff:          retrocede 220 pasos a 3 200 µs/paso
Fase 3 — Búsqueda fina:    avanza de nuevo a 3 200 µs/paso (más precisión)
Fase 4 — Clearance final:  retrocede 120 pasos → posición cero reproducible

Una pulsación larga del botón físico (GPIO0) ejecuta HOME_ALL sin intervención de la NUC. Esa vía sirve durante el desarrollo y para recuperar el brazo tras un error. La lectura de cada final de carrera aplica un debounce de 5 ms con doble confirmación.

Compensación mecánica de muñeca

La transmisión de correa HTD3M entre el codo y la muñeca acopla físicamente ambos ejes: cuando el codo gira, la muñeca gira con él aunque nadie se lo haya ordenado.

El firmware compensa ese arrastre emitiendo pulsos hacia el motor de muñeca en paralelo con los del codo. El efecto es que las dos variables se separan: el ángulo lógico que ve el operador (pos_muneca) permanece estable, mientras la posición física del motor (pos_muneca_motor) sí cambia.

Rampas de velocidad

Cada eje usa su propio perfil trapezoidal: aceleración lineal, crucero y deceleración lineal. Esa forma de arrancar y frenar evita la pérdida de pasos al inicio y la vibración al detenerse.

Los tres ejes comparten los mismos valores. El periodo entre pulsos es inverso a la velocidad, así que un periodo mayor significa ir más despacio: el movimiento arranca a 2 500 µs por paso, acelera hasta 1 600 µs de crucero, y vuelve a 2 500 µs para frenar.

Perfil trapezoidal — idéntico en base, codo y muñeca

Parámetro	Valor	Unidad	Notas
Periodo de arranque	2500	µs/paso
Periodo de crucero	1600	µs/paso
Periodo de frenada	2500	µs/paso
Pasos de aceleración	1500	pasos
Pasos de deceleración	1500	pasos
Asentamiento tras cambio de DIR	200	µs	El driver necesita ver DIR estable antes del primer pulso

La base añade una regla propia: si un movimiento cruza el cero y recorre más de 60°, se parte en dos tramos. Un giro largo de la base a través del origen mueve todo el brazo, y partirlo evita el tirón en el punto de cruce.

Conexiones de los drivers CL57T — Cableado de los drivers CL57T, alojados dentro de la estructura en «C» que eleva el manipulador.

Artefacto

Script de calibración del manipulador

16 KB

Verificación

El controlador alcanza los rangos de cada eje sin pérdida de pasos detectada, y la rutina de homing funciona con los finales de carrera. El control remoto desde la interfaz XR seguía pendiente de integración completa en la última verificación registrada. El detalle está en Verificación del robot móvil.