機(jī)器人用什么電機(jī)？機(jī)器人無刷直流電機(jī)
機(jī)器人用什么電機(jī)？機(jī)器人無刷直流電機(jī)
機(jī)器人在很多人的概念里就是外形和人類差不多，通過電腦下達(dá)指令進(jìn)行各種動(dòng)作。的確有一部分仿真機(jī)器人是仿照人類去制造的，但是其實(shí)使用機(jī)器人最多的是在工業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中，而這類機(jī)器人并沒有類似人類的外形，可能就是一個(gè)方殼外加幾條機(jī)械臂組成的。機(jī)器人的快速發(fā)展，讓工業(yè)生產(chǎn)邁入了一個(gè)新的紀(jì)元。
機(jī)器人執(zhí)行預(yù)先規(guī)劃好的具體任務(wù)，比如組裝線工作、手術(shù)援助、倉庫提貨/檢索，甚至是排除地雷等危險(xiǎn)任務(wù)。如今的機(jī)器人不僅能夠處理高重復(fù)性的工作，還能完成在方向和動(dòng)作上需要靈活性的復(fù)雜功能。隨著技術(shù)的進(jìn)步、速度與靈活性的提升、成本的降低，機(jī)器人將被逐漸廣泛采用。低于人工的成本優(yōu)勢(shì)也讓我們看到了機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的巨大發(fā)展?jié)摿Α４送猓瑱C(jī)器視覺、計(jì)算能力以及網(wǎng)絡(luò)的進(jìn)步也將推動(dòng)機(jī)器人應(yīng)用的普及。
這些高性能機(jī)器人的實(shí)現(xiàn)得益于以下幾個(gè)方面的提升：
1.復(fù)雜的傳感器；
2.實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)決策與動(dòng)作的計(jì)算能力與算法；
3.快速、精確機(jī)械動(dòng)力實(shí)現(xiàn)復(fù)雜任務(wù)的電機(jī)；
在具體選擇電機(jī)類型和型號(hào)時(shí)，要考慮三個(gè)主要的因素：
1.電機(jī)的最小和最大轉(zhuǎn)速（還有加速度）。
2.電機(jī)可以提供的最大扭矩，以及扭矩和速度曲線的關(guān)系。
3.電機(jī)操作（不用傳感器和閉環(huán)控制時(shí)）的精確性和重復(fù)性。
當(dāng)然，在選擇電機(jī)時(shí)還有許多其它如尺寸、重量還有成本等重要因素要考慮。幾乎對(duì)于所有小型到中型等大小的機(jī)器人驅(qū)動(dòng)器來說，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選擇通常有刷直流電機(jī)、無刷直流電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)和伺服電機(jī)等。
有刷直流電機(jī)是原始的直流電機(jī)技術(shù)，結(jié)構(gòu)最簡單、成本也最低。由于電刷與轉(zhuǎn)子間的接觸，電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)會(huì)切換（換向）繞在轉(zhuǎn)子上的繞組磁場(chǎng)。電機(jī)的速度是施加電壓的函數(shù)，因此驅(qū)動(dòng)要求不高，但管理扭矩卻很難。由于電刷磨損、需要清理維護(hù)，以及可能會(huì)成為電子噪聲源(電磁干擾)等因素，工作時(shí)也存在可靠性問題。由于這些問題的存在，大多數(shù)情況下，有刷直流電機(jī)成為機(jī)器人設(shè)計(jì)中最不具有吸引力的選擇。
無刷直流電機(jī)是較為新型的電機(jī)，無刷直流電機(jī)的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在兩方面的發(fā)展：第一是采用了堅(jiān)固、體積小、低成本的永磁體；第二是使用體積小效率高的電子開關(guān)來切換流向繞組的電流。“電子換向”取代了有刷電機(jī)的機(jī)械換向來控制磁場(chǎng)的切換，周圍固定的切換線圈與旋轉(zhuǎn)芯上的磁鐵間的相互作用取代了有刷電機(jī)的機(jī)械換向，即利用了磁場(chǎng)與電場(chǎng)之間的相互作用。另外，相對(duì)于有刷電機(jī)，其電機(jī)控制器能更好地控制電機(jī)性能。
與有刷電機(jī)相比，無刷直流電機(jī)雖然需要更復(fù)雜的控制電路但卻可以表現(xiàn)出更優(yōu)的性能。通常無刷直流電機(jī)需要配備一個(gè)位置反饋傳感器，比如霍爾效應(yīng)傳感器、光學(xué)編碼器，或者反電動(dòng)勢(shì)檢測(cè)器件。
隨著技術(shù)的進(jìn)步，包括通過改進(jìn)電機(jī)控制和傳感所帶來的精確執(zhí)行將創(chuàng)造新的機(jī)遇，機(jī)器人的前景也非常可觀。傳感、控制和電機(jī)這些關(guān)鍵領(lǐng)域的革命將持續(xù)影響機(jī)器人技術(shù)的變革。
