?機器人微型電機選擇重點(diǎn)要素

  在機器人行業(yè)中微型電機應用非常多，如機器人手指關(guān)節是通過(guò)舵機連接微型電機來(lái)進(jìn)行各種動(dòng)作。機器人常用的幾種微型電機有有刷直流電機、無(wú)刷直流電機、永磁同步電機及步進(jìn)電機，在常見(jiàn)的機器人產(chǎn)品中，有刷直流電機應用也是比較多的，下面我們來(lái)了解下機器人微型電機的選擇要素。

  一、微型電機的選擇要求

  現在市場(chǎng)上有非常多型號的微型直流電機，生產(chǎn)廠(chǎng)家更是多不勝數，所以在微型電機的選擇過(guò)程中性能參數是重點(diǎn)考慮因素，微型電機具有多條運行特性曲線(xiàn)，從機器人產(chǎn)品的角度來(lái)看，我們主要考慮工作電壓、轉速、轉矩、電流、物理參數及其他部件參數

  1.工作電壓：微型電機會(huì )存在多個(gè)電壓參數，最常用的為額定電壓，有的微型電機可以在超過(guò)額定電壓運行一段時(shí)間，但是不可以長(cháng)時(shí)間運行，不然還是會(huì )發(fā)熱燒毀；

  2.轉速：微型電機每分鐘的旋轉速度；

  3.轉矩：微型電機旋轉時(shí)候的扭力；

  4.電流：微型電機有額定電流、空載電流和堵轉電流參數；

  5.物理參數：微型電機的尺寸、軸尺寸等

  6.其他參數：微型電機的減速箱參數等

  微型直流電機的供電方式是直流電，所以是可以用電池供電的，這也是直流電機在機器人產(chǎn)品及各種電機產(chǎn)品上應用廣泛的原因，微型電機一般為高速低轉矩運轉，但是機器人產(chǎn)品要求扭矩大，所以需要在微型電機輸出軸之間增加減速器，也叫做齒輪組或減速機，通過(guò)減速器可以增加扭力降低轉速，即轉速越低，扭矩就越大，目前的機器人微型電機在生產(chǎn)時(shí)廠(chǎng)家都會(huì )帶減速機，不需要自己再去裝配，只要把轉速和扭矩參數給到微型電機生產(chǎn)廠(chǎng)家即可。

  微型減速電機輸出轉矩高、使用簡(jiǎn)單、選擇范圍大，但是精度較低，所以在機器人應用中，需要引入轉速閉環(huán)控制，而不可使用開(kāi)環(huán)控制

  二、機器人產(chǎn)品微型減速電機選擇考慮因素

  1.通用性：微型電機的通用性越強，價(jià)格就會(huì )越便宜；

  2.工作電壓：工作電壓范圍在6-20v；

  3.輸出轉矩：如0.1-0.5Nm之間的輸出轉矩，可用在20-30kg的機器人產(chǎn)品；

  4.轉速：如機器人產(chǎn)品是通過(guò)輪子運動(dòng)的，需要的轉速較高，并需要可調速。

  還有微型減速電機需要可以正反轉，雖然現在的微型電機都是可以正反轉的，但是有一些電機只能單方向旋轉，所以我們要注意這點(diǎn)參數。

  另外，機器人的運行環(huán)境因素也對選擇微型電機的選擇也是一個(gè)重要考慮范圍，如室外？室內？光滑地面？粗超地面？是否需要爬坡？等等，像掃地機器人是通過(guò)微型電機驅動(dòng)輪胎來(lái)進(jìn)行運動(dòng)的，所以它的運動(dòng)速度就取決于微型電機的轉速與輪胎的直徑了。而微型電機的旋轉速度取決于輸入的電壓和負載轉幾乎，在相同的供電電壓下，靠在轉速一家是高于負載轉速的，所以微型電機出力越大，它的轉速就會(huì )越低，電流也就越大，當輸出力增大到一定程度的時(shí)候，微型電機就會(huì )定制旋轉了，這個(gè)也就會(huì )我們參數中的堵轉，當微型電機電流最大時(shí)，如果電機長(cháng)時(shí)間堵轉將會(huì )引起電機溫度上升，嚴重時(shí)會(huì )造成電機損壞。

  下面為機器人輪胎速度與微型電機旋轉速度關(guān)系

  V=0.02*pi*w*R/60;

  其中：V為機器人運行速度(m/s);

  w為經(jīng)過(guò)減速器后電機旋轉速度(rpm);R為電機半徑(cm);

  假設我們要求機器人運行平均速度為Vavg,那么要求減速電機轉速為：

  w=60*Vavg/(0.02*pi*R)

  三、微型電機轉矩要求

  如果是機器人運行地面有摩擦及爬坡，那么轉矩的要求就不一樣，假設機器人運行地面摩擦因數為C,機器人質(zhì)量為m(kg),此時(shí)機器人在地面勻速運行要求轉矩為：

  T=0.01Ff*R=0.01C*mg*R;

  其中Ff為摩擦力(N),R為輪胎半徑(cm);

  在勻速運動(dòng)之外，可能我們還會(huì )規定機器人的最大爬坡角度theta以及要求的最大加速度a等，此時(shí)，可以將兩者等效為摩擦，此時(shí)：

  C=C0+sin(theta)+a/g;

  其中，C0為固有的地面摩擦系數，theta為最大爬坡解讀，a為最大加速度，g為重力加速度；

  T=0.01CmgR；

  上述1式和2式即為機器人電機轉速和轉矩選擇方法。

  四、微型電機的運行條件

  當微型電機在開(kāi)始供電時(shí)，微型電機的軸還沒(méi)開(kāi)始旋轉，這個(gè)時(shí)候電機是處于堵轉狀態(tài)的，微型電機電流最大為iS，所產(chǎn)生的轉矩也最大，所以微型電機開(kāi)始旋轉，隨著(zhù)電機的轉速上升，因微型電機反電勢增大，微型電機電流下降、轉矩下降電機轉矩與負載轉矩相等時(shí)，電機達到平衡狀態(tài)，即為平衡狀態(tài)電機轉速。

  在機器人中，負載轉矩主要包括摩擦、爬坡、加速等因素，在多人還是比較關(guān)心微型電機在不同負載條件下所能達到的最高轉速。比如在空載條件下微型電機能達到的最大轉速，空載轉速為w0；在負載條件下，微型電機堵轉時(shí)所能產(chǎn)生的轉速為最大轉矩，堵轉轉矩為Ts，在其他條件下，微型電機運行在兩者之間的線(xiàn)性連線(xiàn)上，如果負載為T，那么此時(shí)，微型電機的最高轉速為w=w0×（1-T÷Ts）

  假如微型電機最高轉速為w，那么微型電機所能產(chǎn)生的最大轉矩為T=Ts×(1=w÷w0)

  上圖為微型電機的最大轉速與最大轉矩、轉矩與電流之間的線(xiàn)性關(guān)系

  微型電機空載最高轉速為w0，空載電流為i0，隨著(zhù)負載轉矩的增大，微型電機的轉速便線(xiàn)性下降，電流增大，直到負載轉矩達到最大轉矩，微型電機堵轉，在微型電機轉矩為T時(shí)，電機的電流為i=i0+(is-i0)×T÷Ts

  其中i0為空載電流，is為堵轉電流，Ts為堵轉轉矩

  所以在選擇機器人微型電機時(shí)我們需要考慮微型電機的運行電壓、空載轉速、一定轉矩下的轉速、一定轉矩下的電流這電流表因素

  1. 微型電機的運行電壓：前現我們講過(guò)大部分機器人產(chǎn)品微型電機的運行電壓在6~24V，對于小型機器人來(lái)說(shuō)一般使用的是鎳氫電池，電壓在3.6~48不等，對于12V的微型電機一般使用7.2V或者9.6V供電；

  2. 微型電機的轉速：一般選擇在額定電壓和額定轉矩下所能滿(mǎn)足條件的微型電機轉速，假如是輪胎尺寸為5-20cm的機器人來(lái)說(shuō)，微型電機的轉速40-300rpm就足夠了；

  3.微型電機的轉矩：對于微型電機的轉矩我們一般計算的基礎上留有50%的裕量；另外，如果電機數量多于一個(gè)，一般可以對電機轉矩要求除以相應的數量。

  4.微型電機的電流：微型電機的電流決定著(zhù)機器人的運行時(shí)間，一般是根據微型電機的電流數據就可以大概評估其應用范圍，如0.01A的微型電機，就適合于大多數機器人人產(chǎn)品；

  還有一個(gè)尺寸問(wèn)題，設計機器人產(chǎn)品時(shí)要確保微型電機能夠安裝

  ?以上就有關(guān)機器人產(chǎn)品選擇微型電機需要注意的問(wèn)題，更多的微型電機資訊請繼續關(guān)注天孚電機。