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?直流电机是如何让机器人动起来的?


随着科技的飞速发展,各种机器人产品也走进的日常生活,比如扫地机器人通过直流电机驱动小扫把来清洁地面、智能早教机器人陪伴孩子成长、工业机械手臂机器人可以替代人工组装产品。


无论是何种机器人都是要有动力源来驱动,这个动力源就是直流电机了。在机器人设计中,直流电机是非常重要的驱动结构,它相当于人类的活动关节。直流电机通过把电能转化成机械能为机器人提供驱动转矩,所以直流电机安装在机器人需要活动的位置(如关节驱动、轮子等)。


机器人?


在机器人领域中,因为直流电机可以用电池的直流电源供电,所以才会采用直流电机,直流电机中有有刷直流电机和无刷直流电机,根据需求选择不同的直流电机,比如机器人舵机,大多用的是直流有刷电机,有刷直流电机结构简单,通过换向器进行换向,但是有刷直流电机有个缺点就是电机在运转时电刷与换向器会产生摩擦,会影响使用寿命,当然在一些机器人中有刷直流电机的使用寿命能够满足要求的条件下,还是会选择有刷直流电机。




而直流无刷电机就解决了有刷直流电机的问题,它没有换向器,采用的是电子换向,因此没有了磨损,使用寿命也比有刷直流电机要长的多,但是无刷直流电机的结构复杂一些,价格也比较贵,除非有刷直流电机的参没法满足才会选用无刷直流电机。


直流电机的转速、正反转控制也对机器人非常的重要,它的行走速度、工作速度都与转速息息相关,所以需要通过直流电机驱动器来控制了。


机器人电机?


直流电机转子在旋转时,定子绕组会产生反电动势,电机的结构洞它产生的反电支势波形也不同,即方波与正弦波。直流电机调速可以通过PWM调制方波的脉冲宽度改变输出电压,电压变化转速就随之改变。


利用正弦波电流驱动可以有效降低转矩脉动,不过缺点是控制过程复杂、成本高。虽然正弦波驱动直流电机的方式也是全桥电路,但它的调速方式与方波驱动不一样,在机器人中用的的是矢量控制方法(简称FOC)。


直流电机FOC控制:直流电机能够旋转是因为磁场和电流的相互作用产生了转矩,转矩的大小与磁场和电流相关,但是定子产生的磁场是固定的,所以控制电流就能控制转矩,也就是说直流电机的转速就可以控制了,不过无刷直流电机的电流不仅会产生转矩,还会此话定子中的磁通材料并产生磁场,也就是大家常说的励磁电流。这两个耦合在一起无疑是增加了控制的难度。


想要控制转速,就需要把这两个电流分离开来,单独控制,FOC采用坐标旋转改变分解定子的电流,分解后就可以分别控制这两个量转矩大了,力大了,直流电机的转速就上去了。FOC的好处是转矩脉动小,所以旋转非常平稳,但它算法复杂,成本也高。


通过控制直流电机转速就可以控制机器人的行走速度了,这样机器人也就动了起来!


直流电机?


最后总结机器人两种直流电机?


无刷电机没有电刷换向器结构,不需要定期维护,寿命较长。在驱动原理上,无刷电机的驱动又分为方波驱动和正弦波驱动,前者原理简单、成本较低,后者算法较复杂,但可以有效地抑制转矩脉动,使电机转动更平稳。


在实际的应用中,大家可以根据实际需求,综合考虑各方面因素,去选择合适的电机方案和驱动方案。直流有刷电机成本较低,机械磨损大,可以用作机器人的轮式底盘结构;无刷电机的一大优点是换向的时候不会产生电火花,所以广泛用于特种机器人上。

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