1、本文格式為Word版，下載可任意編輯機器人電機選擇注意事項 機器人執行預先規劃好的詳細任務，比如組裝線工作、手術救濟、倉庫提貨/檢索，甚至是排解地雷等危急任務。如今的機器人不僅能夠處理高重復性的工作，還能完成在方向和動作上需要敏捷性的簡單功能。隨著技術的進步、速度與敏捷性的提升、成本的降低，機器人將被漸漸廣泛采納。低于人工的成本優勢也讓我們看到了機器人產業的曙光。此外，機器視覺、計算力量以及網絡的進步也將推動機器人應用的普及。這些高性能機器人的實現得益于以下幾個方面的提升：1.簡單的傳感器；2.實現實時決策與動作的計算力量與算法；3.快速、精確進步機械動力實現簡單任務的電機；在詳細選擇電機類型

2、和型號時，設計師要考慮三個首要的因素設計師要考慮：1.電機的最小和最大轉速（還有加速度）；2.電機可以供應的最大扭矩，以及扭矩和速度曲線的關系；3.電機操作（不用傳感器和閉環掌握時）的精確性和重復性；當然，在選擇電機時還有很多其它如尺寸、重量還有成本等重要因素要考慮。幾乎對于全部小型到中型等大小的機器人驅動器來說，驅動電機的選擇通常有刷直流電機、無刷直流電機(BLDC)和步進電機。（然而，某些情形下液壓與氣壓機才是最好的選擇。）有刷直流電機是最古老的直流電機技術，最簡潔、成本也最低。由于電刷與轉子間的接觸，電機轉子的轉動會切換（換向）繞在轉子上的繞組磁場。電機的速度是施加電壓的函數，因此驅動要

3、求不高，但管理扭矩卻很難。由于電刷磨損、需要清理維護，以及可能會成為電子噪聲源(電磁干擾)等因素，工作時也存在牢靠性問題。由于這些問題的存在，大多數狀況下，有刷直流電機成為機器人設計中最不具有吸引力的選擇。無刷直流電機消失于19世紀60年月，它得益于兩方面的進展：一是消失了結實、體積小、低成本的永磁鐵；二是消失了體積小效率高的電子開關（通常為MOSFET）來切換流向繞組的電流。“電子換向”取代了有刷電機的機械換一直掌握磁場的切換，四周固定的切換線圈與旋轉芯上的磁鐵間的相互作用取代了有刷電機的機械換向，即利用了磁場與電場之間的相互作用。通過轉變MOFSET的開關頻率，電機速度從而可以被掌握。另外

4、，相對于有刷電機，其電機掌握器能更好地掌握電機性能。更妙的是，高級算法如PID（比例-積分-微分）校正算法或者FOC（磁場定向掌握，有時也稱之為矢量掌握）掌握算法能被固化到電機掌握器中。這使抱負的電機操作與實際的負載及負載變化相匹配，從而使電機性能更加強大與精確。例如，電機掌握算法/程序可以考慮到轉子慣性等相關因素，并且使電機驅動器適應并漸漸削減由于機械因素導致的錯誤。這樣的算法使精確掌握加速度和轉矩成為可能。與有刷電機相比，無刷電機(BLDC)雖需更簡單的掌握電路但卻可以表現出更優的性能。通常BLDC電機需要配備一個位置反饋傳感器，比如霍爾效應傳感器、光學編碼器，或者反電動勢檢測器件。機器人

5、中常用的另一種BLDC電機是步進電機，此時用到開關式電磁鐵，位于永磁環中央磁芯旁。步進電機不以常規方式“旋轉”；而是借助于不斷轉動的軸，逐步提升轉速，因此可以實現某一個角度的旋轉或持續旋轉。步進電機具有可重復的運動掌握；在需要時可以返回之前的位置。步進角度范圍為1.8°(200步/轉)至30°(12步/轉)，步進角或步數取決于電機所擁有的永磁鐵個數，但這個范圍之外的值也是可以實現的。對于步進電機，假如通電卻沒有步進指向，它們會維持在原位置；步進電機能以低rpm供應高扭矩。讓步進電機轉動最直接的方法是有序通斷電磁鐵，但這可能會帶來抖動或振動。無刷電機和步進電機的應用領域有部分

6、重疊。步進電機更適合需要精確的進退動作(如撿拾和安置)的應用領域，而不是需要長時間持續轉動的領域，也適合于不需要電機供應高轉矩或速度的小應用領域。此外，步進電機對于能源效率的要求也低于無刷直流電機。除了這里列出的電機以外，還有很多其它類型可供選擇。電機系列許多而且也很簡單，有許多的分支。例如，永磁鐵同步電機(PMSM)是無刷直流電機（相對于轉子）和溝通感應電機（相對于定子結構）的結合體。它具有高能效、單位小體積相對密度高、扭矩重量比、快速響應時間，以及相對簡單掌握等特點，但價格相對也比較高。機器人運動系統不僅涉及電機，它包括三個主要功能模塊。1.實時掌握器，表現為以下三種形式。作通常用途、運行

7、運動-掌握固件的快速計算處理器；應用在掌握方面、面對DSP的FPGA；帶硬連線和內置算法的專用掌握器IC電路。2.一個或多個級聯的驅動層，以把低層信號從掌握器輸出中取出，然后輸出掌握電子器件通斷所需要的高電壓/電流。3.MOSFET（或者其它開關器件，如IGBT或者雙極型晶體管），它掌握流向電機繞組的電流。詳細MOSFET的選取主要取決于電機和繞組所需的電流和電壓大小。MOSFET型號確定下來之后再選擇驅動器，MOSFET驅動器的選擇由MOSFET的額定值打算；有時可能需要一系列升壓驅動器，詳細取決于MOSFET的尺寸。3.選擇掌握器時可能會遇到的問題掌握器型號選擇也很富有策略性，需要在選擇詳

8、細供應商和型號之前作出打算。選擇是使用一個僅作電機掌握的通用處理器，還是具有高計算力量的FPGA，抑或是一個專用的掌握IC電路（通常出自特定的電機掌握供應商）時有很多需要權衡考慮的地方。設計師需要考慮因素包括：你需要何種簡單度的掌握算法，有多少I/O口？誰來供應掌握算法及代碼：是IC供應商、第三方合作伙伴，還是不相關的第三方開發者？他們如何確認并驗證電機及其應用的性能？你需要多少用戶編程力量？即使是專用的、不需要編程的掌握器，也會要求用戶選擇算法類型、閉環掌握模式（位置、速度或加速度），并且需要設置一些操作參數。電機和應用有獨特的屬性要設置嗎？假如答案是確定的，那選擇可編程IC會更好。相反，假

9、如不需要修改算法，這種狀況下，相比完全可編程的IC，選擇帶有硬連線、固化算法的專用IC會比較好。掌握器需要支持多種電機型嗎？即便是同一種，掌握器是只需支持該型號中某種尺寸的電機，還是支持一系列尺寸范圍？供應商供應何種程度的技術支持？他們有哪些實際動手開發的電機閱歷？他們會不會供應曾經搭建且驗證過的詳細參考設計，包括掌握IC和MOSFET驅動器間的接口電路？是否有一些監管問題需要留意？如授權的能效評估（很多電機應用現在必需滿意各種“綠色”環保要求）。假如是，供應商理解這些問題嗎，他們的元器件和算法滿意這些要求嗎？4.開發套件展現掌握器與接口性能對于很多工程師來說，將全部的部分-包括帶有固化或獨立算法的掌握器、驅動器、MOSFET等-融合到一起，是一個需要多部門協作完成的任務，一個他們不想“從零開頭”的任務。出于這個緣由，很多供應商供應包含了掌握器、示例算法、驅動器和MOSFET的評估板甚至是完整的套件。舉例來說，FreescaleMTRCKTSPNZVM128三相無傳感器PMSM套件采納無傳感器電機掌握技術驅動三相BLDC或PMSM電機。該套件設計用于通過借助微掌握器集成ADC模塊支持使用反電動勢快速進