機器人用什么電機?機器人無刷直流電機
機器人用什么電機?機器人無刷直流電機
機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)行各種動作。的確有一部分仿真機器人是仿照人類去制造的,但是其實使用機器人最多的是在工業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中,而這類機器人并沒有類似人類的外形,可能就是一個方殼外加幾條機械臂組成的。機器人的快速發(fā)展,讓工業(yè)生產(chǎn)邁入了一個新的紀(jì)元。
機器人執(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任務(wù)。如今的機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,機器人將被逐漸廣泛采用。低于人工的成本優(yōu)勢也讓我們看到了機器人產(chǎn)業(yè)的巨大發(fā)展?jié)摿?。此外,機器視覺、計算能力以及網(wǎng)絡(luò)的進(jìn)步也將推動機器人應(yīng)用的普及。
這些高性能機器人的實現(xiàn)得益于以下幾個方面的提升:
1.復(fù)雜的傳感器;
2.實現(xiàn)實時決策與動作的計算能力與算法;
3.快速、精確機械動力實現(xiàn)復(fù)雜任務(wù)的電機;
在具體選擇電機類型和型號時,要考慮三個主要的因素:
1.電機的最小和最大轉(zhuǎn)速(還有加速度)。
2.電機可以提供的最大扭矩,以及扭矩和速度曲線的關(guān)系。
3.電機操作(不用傳感器和閉環(huán)控制時)的精確性和重復(fù)性。
當(dāng)然,在選擇電機時還有許多其它如尺寸、重量還有成本等重要因素要考慮。幾乎對于所有小型到中型等大小的機器人驅(qū)動器來說,驅(qū)動電機的選擇通常有刷直流電機、無刷直流電機、步進(jìn)電機和伺服電機等。
有刷直流電機是原始的直流電機技術(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,電機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動會切換(換向)繞在轉(zhuǎn)子上的繞組磁場。電機的速度是施加電壓的函數(shù),因此驅(qū)動要求不高,但管理扭矩卻很難。由于電刷磨損、需要清理維護(hù),以及可能會成為電子噪聲源(電磁干擾)等因素,工作時也存在可靠性問題。由于這些問題的存在,大多數(shù)情況下,有刷直流電機成為機器人設(shè)計中最不具有吸引力的選擇。
無刷直流電機是較為新型的電機,無刷直流電機的優(yōu)勢體現(xiàn)在兩方面的發(fā)展:第一是采用了堅固、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?!半娮訐Q向”取代了有刷電機的機械換向來控制磁場的切換,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的機械換向,即利用了磁場與電場之間的相互作用。另外,相對于有刷電機,其電機控制器能更好地控制電機性能。
與有刷電機相比,無刷直流電機雖然需要更復(fù)雜的控制電路但卻可以表現(xiàn)出更優(yōu)的性能。通常無刷直流電機需要配備一個位置反饋傳感器,比如霍爾效應(yīng)傳感器、光學(xué)編碼器,或者反電動勢檢測器件。
隨著技術(shù)的進(jìn)步,包括通過改進(jìn)電機控制和傳感所帶來的精確執(zhí)行將創(chuàng)造新的機遇,機器人的前景也非??捎^。傳感、控制和電機這些關(guān)鍵領(lǐng)域的革命將持續(xù)影響機器人技術(shù)的變革。