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原链接：https://docs.kunhong-elec.com/zh/applications/robotics/openarm-link-optimization.html
前言
在开源机器人领域，OpenArm 无疑是一个非常成功的项目。从教学、科研到个人开发，OpenArm 都具有非常高的参考价值。
但如果从工程产品的角度来看，一个系统从"能够运行（Works）"到"稳定可靠（Reliable）"，往往还需要经历细致的工程化打磨。
我们在对 OpenArm 进行测试和调试的过程中，发现其 CAN 总线物理链路仍然存在几处明显有待优化的地方。这些问题在日常使用场景下可能不明显，但在一些更严格的通信环境中可能会带来潜在风险。
问题汇总速览
表面上看，官方提供的整机表现上没什么问题，但用户在进行调试时又经常遇到各种问题。
在进一步对 CAN 总线进行检查后，我们发现其中存在一些典型但容易被忽视的问题：
- CAN 终端电阻布置错误（开源文档没有任何关于终端电阻设置的提示）
- 电源线缆多余的CAN线产生 60cm 长的 CAN 悬空分支
- 电机CAN_GND未和CAN适配器直接连接
原始开源设计下测试的CAN通讯波形
从示波器测量出的波形（配合德国PEAK PCAN-USB FD PRO），可以发现：
- 波形存在严重的信号变形
- 波形反射和振铃严重
- 存在大量的错误帧（导致BUS OFF掉线错误）
本文将对以上问题进行具体的分析，并给出改进建议。另外还会对整机现在的通讯状态进行分析。
一、CAN 总线拓扑分析
1. 主干结构基本合理
首先值得肯定的是：OpenArm 主臂部分的 CAN 连接方式整体是合理的。
其结构基本遵循 CAN 总线推荐的 Daisy Chain（手拉手）拓扑：
J1、J2 两个电机虽然属于分支结构，但分支不长（小于 30cm），符合 CAN 总线的推荐规范。
2. 过长的悬空分支
整机布线存在一个比较典型的问题：电源线缆多余的CAN线产生 60cm 长的 CAN 悬空分支 。
- 电源线附带了 CAN 信号线，且没有连接任何 CAN 节点，产生了从 HUB 接线板到电源接头的 60cm 长的悬空分支。
- 与电源线并行，会对信号造成更大的影响。
在 CAN 网络中，长分支是最常见的稳定性杀手之一。
它会导致：
- 阻抗不连续：信号遇到阻抗突变产生反射，分支越长越明显
- 信号振铃：反射信号叠加导致振铃现象
因此，这条 60 cm 的悬空分支明显不符合工程规范。
二、终端电阻：隐藏的"60Ω 陷阱"
另一个容易被忽视的问题是终端电阻配置。
很多人在调试 CAN 网络时都知道使用万用表测量 CANH 与 CANL 之间的电阻。
理论上：
- 两端各有一个 120Ω 终端电阻
- 因此，测量结果为 60Ω 通常被认为是"正常"
但在 OpenArm 中，测量结果却具有一定的误导性。
实际情况
在实际检查 OpenArm CAN 总线结构后发现：机械臂末端并没有独立的终端电阻。
在机械臂上测量得到的 60Ω 来自于：
- CAN 收发器端自带的 120Ω(CAN适配器出厂默认开启了内置终端电阻)
- DB9转接板板载 120Ω 电阻
- 两个电阻实际都在适配器端，一个在内部，一个在外部DB9转接板上
虽然测量值仍然是 60Ω，但由于能量反射无法正确的在物理末端被吸收。这会导致总线末端阻抗不匹配，信号质量严重下降。
三、共地问题：被忽视的 CAN 稳定性因素
在检查 OpenArm 的 CAN 通信链路时，我们还发现了另一个容易被忽视的问题：CAN 线束中没有提供信号地（GND）。
在很多"能够运行"的系统中，是因为电机供电的负极通过电源适配器和CAN适配的USB GND间接的回路。这种连接方式确实能够正常工作，但从工程规范角度来看，它存在一定风险。
CAN 接收器是通过 CANH 与 CANL 的电压差来判断逻辑状态，而不是单独看某一根线对地的电压。
但这里有一个容易被忽略的问题：每个 CAN 节点内部的收发器，仍然是以本地地（GND）作为电压参考的。
如果不同节点之间的地电位差超过这个范围，就可能导致：
- 接收器无法正确判断信号
- 信号边沿变形
- 通信错误增加
四、为什么系统依然能够正常通信？
OpenArm 开源至今，存在很多使用者反馈调试困难 、通讯稳定性差等问题。
我们在测试中也发现：不同 CAN 适配器的表现差异非常明显。例如：使用经典 CAN 设备 （PEAK CAN）时，系统总线完全无法进行通讯。而使用一些现代适配器，例如：KH-UCANFD、Pibiger 却能够正常通信。
原因其实很简单，许多现代 CAN 适配器在设计时进行了额外优化，例如：
- 更强的信号容错能力
- 更好的模拟滤波
- 更智能的错误恢复
这解释了为什么OpenArm团队测试了很多USB-CANFD适配器却只有少部分能够使用，且即使使用了容忍度更高的CAN适配器 OpenArm 底层物理链路的缺陷仍会导致丢帧或错误帧。
"能通信"不等于可靠和稳定,这种"能通信"是靠吃掉CAN总线可靠性余量换来的。产生的后果是整个系统无法在工业场景或复杂工况稳定运行，又或者时常出现莫名其妙的意外问题 - 如很多用户遇到的手臂异常抽动、动作不连贯。
五、实际整改过程
针对上述问题，我们对 OpenArm 的 CAN 总线进行了简单整改。整改过程主要包括三个步骤。
1. 优化布线
- 将原有 60 cm 悬空 CAN 线直接移除
- 避免 CAN 线与电源线长距离并行
②为原本的线路，①为优化后的布局（去掉悬空分支、接入地线）。
2. 规范终端电阻
重新确认 CAN 网络终端电阻配置：
- 移除CAN适配器端重复的终端电阻（关闭适配器内部软控电阻或取下DB9转接板的跳线帽）
- 在末端电机（夹抓电机J8空余的XT30接口）上添加120Ω终端电阻。
3. 添加共地线
可参考以下示意，在CAN通信线端子的电源负极处接出一根地线到CAN适配器的CAN_GND。
- 由于DM电机没有设计单独的CAN_GND, 这样的电机只能使用电源地作为CAN_GND
六、整改后的测试结果
我们将 OpenArm 的其中一条手臂进行了整改，另外一条机械臂进行对比测试。
测试结果非常明显，整改后的机械臂：
- 使用经典 CAN 设备，也不再出现通讯异常情况 提升了整个系统的兼容性
- 示波器观测到的波形明显改善 ：
- 信号反射明显减少
- 振铃基本消失
- 边沿更加干净稳定
- 总线错误消失
整改前波形：
整改后波形（配合KUNHONG KH-UCANFDX4）：
一个稳定可靠的 CAN 总线环境，往往是由每一个工程细节共同构筑的。针对 CAN 通讯环境故障的排查优化，我们在另外的文章中也有详细的说明。
七、结语
OpenArm 作为一个开源项目，本身已经做得非常优秀。而类似通信链路结构问题，其实在很多开源硬件项目中都很常见。通过一些简单的工程整改，就可以大幅提升系统稳定性。作为从业者更应该不断为开源项目贡献改进和优化的力量，改进并完善开源项目，而不是一味的将开源资料奉为"原版""官方"而不敢或不愿意去改进。
从某种意义上说：开源项目的真正价值，不只是提供一个能够运行的系统，更是通过社区不断迭代，让它变得越来越完善和具有工程化的价值。