?機器人對TF電機要求

TF電機在機器人應用中非常多，如機器人的關(guān)節活動(dòng)、行走、各種動(dòng)作等等都是需要微型電機來(lái)驅動(dòng)的。拋開(kāi)大型的機器人不說(shuō)，小型的機器人就需要用到TF有刷電機、無(wú)刷電機、TF減速電機。

小型的機器人以TF電機與無(wú)刷電機比較常用，在市場(chǎng)上有許多品牌的直流電機廠(chǎng)家，除國外，國內的微型直流電機廠(chǎng)家就有上萬(wàn)家，對于微型直流電機，它有著(zhù)負雜的內部結構及各種參數，對于機器人產(chǎn)品來(lái)說(shuō)需要充分的考慮微型電機的性能。

在滿(mǎn)足機器人性能要求的情況下，微型電機的價(jià)格是需要在可以接受范圍，在有刷直流電機能滿(mǎn)足的條件下即選擇有刷直流電機，所以需要整體考慮TF電機的各個(gè)參數結合需求，選擇合適的TF電機。

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TF電機有多條運行特性曲線(xiàn)，對于機器人產(chǎn)品來(lái)說(shuō)主要關(guān)心的有工作電壓、轉速、轉矩、電流、尺寸。

(1)工作電機：在微型電機中可能會(huì )存在多個(gè)電壓參數，最常用就是額定電壓了，TF電機可以在額定電壓之上超過(guò)額定轉速和轉矩運轉，但不可長(cháng)時(shí)間運行，否則就會(huì )發(fā)熱；

(2)轉速：微型電機每分鐘的旋轉轉數，TF電機可達40000轉，對于微型有刷電機來(lái)說(shuō)這個(gè)轉速已經(jīng)相當高了；

(3)轉矩：在機器人產(chǎn)品中，機器人的移動(dòng)或者各種動(dòng)作需要一定的轉矩才能完成，單位為Nm；

(4)電流：在微型電機中，有空載電流、額定電流、堵轉電流等；

(5)尺寸：電機尺寸、出軸尺寸、截面尺寸、固定孔尺寸等。

微型直流電機的供電電流是直流電，所以可以使用電池供電，各種型號的微型電機在尺寸及形狀上有所不同，但基本參數大多是有個(gè)范圍的，微型直流電機一般是高轉速運轉，但是在機器人應用中，往往輸出力矩無(wú)法達到要求，所以在微型直流電機上增加了減速器降低TF電機的轉速增加輸出力矩，TF減速電機具有使用簡(jiǎn)單、輸出轉矩高、低轉速、低噪音的特性。

在機器人人產(chǎn)品中，工作電壓6~24V,0.1~0.5Nm的輸出專(zhuān)區可以驅動(dòng)20~30kg的機器人，對于輪型機器人，輪胎的尺寸決定機器人的最大運行速度。

機器人需要微型電機的驅動(dòng)才能運動(dòng)，它的運動(dòng)速度取決于微型電機的轉速，而微型電機的轉速取決于輸入電壓和負載轉矩。在相同的供電電壓下，微型電機需要的力越大，那么它的轉速就會(huì )越低，微型電機的電流越大，當出力到一定程度時(shí)，微型電機就會(huì )堵轉（也就是停止旋轉）。這個(gè)時(shí)候電機的電流最大，長(cháng)時(shí)間堵轉會(huì )導致微型電機的溫度上升，損壞電機。

機器人運轉速度和微型電機的旋轉速度關(guān)系為V×0.02×pi×W×R/60

V：機器人運行速度（m/s）；

W：電機減速后的旋轉速度；

R：電機半徑

假設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)

在微型直流電機開(kāi)始供電時(shí)，微型電機軸還未開(kāi)始旋轉，這個(gè)時(shí)候微型電機就是處于堵轉狀態(tài)，微型電機電流最大為iS，此時(shí)電機產(chǎn)生的轉矩也是最大，所以微型電機開(kāi)始旋轉，隨著(zhù)轉速的加快，微型電機的反電勢增大，直流電機的電流下降、轉矩下降，在直流電機轉矩和負載轉矩相等時(shí)，微型電機就會(huì )達到平衡狀態(tài)，這個(gè)就是微型電機平衡狀態(tài)的轉速（微型電機平衡狀態(tài)指的是轉矩與負載轉矩相等，在機器人中，摩擦爬坡、加速因素都在負載轉矩內）。

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TF電機在機器人應用中，需要考慮的是微型電機在不同負載條件下能達到的最高轉速，比如在空載條件下，TF電機能達到最大轉速，空載轉速為w0，在負載條件下，機器人電機堵轉時(shí)能產(chǎn)生的轉速為最大轉矩，堵轉轉矩為T(mén)s，在其他條件下，TF電機運行在兩者之間的線(xiàn)性連線(xiàn)上，如果負載轉矩為T(mén)，那此時(shí)微型電機最高轉速為w=w0×(1-T/Ts)，如果微型電機要求最高轉速為w，此時(shí)TF電機產(chǎn)生的最大轉矩為T(mén)=Ts×(1=w/w0)。

如果微型電機空載最高轉速為w0，空載電流為i0，隨著(zhù)負載轉矩增大，TF電機轉速線(xiàn)性現價(jià)，電流變大，直到負載轉矩達到最大轉矩，微型電機堵轉，假設微型電機轉矩繼續增大，那微型電機就會(huì )處于發(fā)電狀態(tài)。

微型電機轉矩為T時(shí)，微電機電流為i=i0+(is-i0)×T/Ts

i0：空載電流；

is：堵轉電流；

Ts：堵轉轉矩

根據上述，可以得出在選擇機器人減速電機時(shí)，應重點(diǎn)考慮電機運行電壓、空載轉速、一定轉矩下的轉速、一定轉矩下的電流這幾個(gè)參數。

（1）運行電壓：一般微型電機的電壓大多為3vvvv等，對于12V電機，一般使用7.2V或9.6V供電；

（2）電機轉速：對于輪胎尺寸為5~20cm的機器人產(chǎn)品，微型電機轉速范圍從40~300rpm的額定轉速足夠使用；

（3）電機轉矩：計算微型電機轉矩時(shí)，一般在上部分計算基礎上留50%余量，假如TF電機數量<1，對微型電機的轉速要求除以相應的數量。

（4）電流：電流決定了機器人運行時(shí)間，根據TF電機的電流數據，假設微型電機的電流為0.01A，那么電機會(huì )太小，反之如果微信電機的額定電流為1A，那么電機就會(huì )過(guò)大。