?直流電機是如何讓機器人動(dòng)起來(lái)的？

隨著(zhù)科技的飛速發(fā)展，各種機器人產(chǎn)品也走進(jìn)的日常生活，比如掃地機器人通過(guò)直流電機驅動(dòng)小掃把來(lái)清潔地面、智能早教機器人陪伴孩子成長(cháng)、工業(yè)機械手臂機器人可以替代人工組裝產(chǎn)品。

無(wú)論是何種機器人都是要有動(dòng)力源來(lái)驅動(dòng)，這個(gè)動(dòng)力源就是直流電機了。在機器人設計中，直流電機是非常重要的驅動(dòng)結構，它相當于人類(lèi)的活動(dòng)關(guān)節。直流電機通過(guò)把電能轉化成機械能為機器人提供驅動(dòng)轉矩，所以直流電機安裝在機器人需要活動(dòng)的位置（如關(guān)節驅動(dòng)、輪子等）。

?

在機器人領(lǐng)域中，因為直流電機可以用電池的直流電源供電，所以才會(huì )采用直流電機，直流電機中有有刷直流電機和無(wú)刷直流電機，根據需求選擇不同的直流電機，比如機器人舵機，大多用的是直流有刷電機，有刷直流電機結構簡(jiǎn)單，通過(guò)換向器進(jìn)行換向，但是有刷直流電機有個(gè)缺點(diǎn)就是電機在運轉時(shí)電刷與換向器會(huì )產(chǎn)生摩擦，會(huì )影響使用壽命，當然在一些機器人中有刷直流電機的使用壽命能夠滿(mǎn)足要求的條件下，還是會(huì )選擇有刷直流電機。

而直流無(wú)刷電機就解決了有刷直流電機的問(wèn)題，它沒(méi)有換向器，采用的是電子換向，因此沒(méi)有了磨損，使用壽命也比有刷直流電機要長(cháng)的多，但是無(wú)刷直流電機的結構復雜一些，價(jià)格也比較貴，除非有刷直流電機的參沒(méi)法滿(mǎn)足才會(huì )選用無(wú)刷直流電機。

直流電機的轉速、正反轉控制也對機器人非常的重要，它的行走速度、工作速度都與轉速息息相關(guān)，所以需要通過(guò)直流電機驅動(dòng)器來(lái)控制了。

?

直流電機轉子在旋轉時(shí)，定子繞組會(huì )產(chǎn)生反電動(dòng)勢，電機的結構洞它產(chǎn)生的反電支勢波形也不同，即方波與正弦波。直流電機調速可以通過(guò)PWM調制方波的脈沖寬度改變輸出電壓，電壓變化轉速就隨之改變。

利用正弦波電流驅動(dòng)可以有效降低轉矩脈動(dòng)，不過(guò)缺點(diǎn)是控制過(guò)程復雜、成本高。雖然正弦波驅動(dòng)直流電機的方式也是全橋電路，但它的調速方式與方波驅動(dòng)不一樣，在機器人中用的的是矢量控制方法（簡(jiǎn)稱(chēng)FOC）。

直流電機FOC控制：直流電機能夠旋轉是因為磁場(chǎng)和電流的相互作用產(chǎn)生了轉矩，轉矩的大小與磁場(chǎng)和電流相關(guān)，但是定子產(chǎn)生的磁場(chǎng)是固定的，所以控制電流就能控制轉矩，也就是說(shuō)直流電機的轉速就可以控制了，不過(guò)無(wú)刷直流電機的電流不僅會(huì )產(chǎn)生轉矩，還會(huì )此話(huà)定子中的磁通材料并產(chǎn)生磁場(chǎng)，也就是我們常說(shuō)的勵磁電流。這兩個(gè)耦合在一起無(wú)疑是增加了控制的難度。

想要控制轉速，就需要把這兩個(gè)電流分離開(kāi)來(lái)，單獨控制，FOC采用坐標旋轉改變分解定子的電流，分解后就可以分別控制這兩個(gè)量轉矩大了，力大了，直流電機的轉速就上去了。FOC的好處是轉矩脈動(dòng)小，所以旋轉非常平穩，但它算法復雜，成本也高。

通過(guò)控制直流電機轉速就可以控制機器人的行走速度了，這樣機器人也就動(dòng)了起來(lái)！

?

最后總結機器人兩種直流電機?

無(wú)刷電機沒(méi)有電刷換向器結構，不需要定期維護，壽命較長(cháng)。在驅動(dòng)原理上，無(wú)刷電機的驅動(dòng)又分為方波驅動(dòng)和正弦波驅動(dòng)，前者原理簡(jiǎn)單、成本較低，后者算法較復雜，但可以有效地抑制轉矩脈動(dòng)，使電機轉動(dòng)更平穩。

在實(shí)際的應用中，我們可以根據實(shí)際需求，綜合考慮各方面因素，去選擇合適的電機方案和驅動(dòng)方案。直流有刷電機成本較低，機械磨損大，可以用作機器人的輪式底盤(pán)結構；無(wú)刷電機的一大優(yōu)點(diǎn)是換向的時(shí)候不會(huì )產(chǎn)生電火花，所以廣泛用于特種機器人上。