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直流無刷電機(jī)和無刷直流電機(jī)信息智能網(wǎng)

直流電機(jī)：?jiǎn)?dòng)機(jī)器人的動(dòng)力來源
2022-06-20

隨著科技的飛速發(fā)展，各種機(jī)器人產(chǎn)品也走進(jìn)的日常生活，比如掃地機(jī)器人通過直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)小掃把來清潔地面、智能早教機(jī)器人陪伴孩子成長(zhǎng)、工業(yè)機(jī)械手臂機(jī)器人可以替代人工組裝產(chǎn)品。 無論是何種機(jī)器人都是要有動(dòng)力源來驅(qū)動(dòng)，這個(gè)動(dòng)力源就是直流電機(jī)了。在機(jī)器人設(shè)計(jì)中，直流電機(jī)是非常重要的驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)，它相當(dāng)于人類的活動(dòng)關(guān)節(jié)。直流電機(jī)通過把電能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能為機(jī)器人提供驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩，所以直流電機(jī)安裝在機(jī)器人需要活動(dòng)的位置（如關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)、輪子等）。 在機(jī)器人領(lǐng)域中，因?yàn)橹绷麟姍C(jī)可以用電池的直流電源供電，所以才會(huì)采用直流電機(jī)，直流電機(jī)中有有刷直流電機(jī)和無刷直流電機(jī)，根據(jù)需求選擇不同的直流電機(jī)，比如機(jī)器人舵機(jī)，大多用的是直流有刷電機(jī)，有刷直流電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，通過換向器進(jìn)行換向，但是有刷直流電機(jī)有個(gè)缺點(diǎn)就是電機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)電刷與換向器會(huì)產(chǎn)生摩擦，會(huì)影響使用壽命，當(dāng)然在一些機(jī)器人中有刷直流電機(jī)的使用壽命能夠滿足要求的條件下，還是會(huì)選擇有刷直流電機(jī)。 而直流無刷電機(jī)就解決了有刷直流電機(jī)的問題，它沒有換向器，采用的是電子換向，因此沒有了磨損，使用壽命也比有刷直流電機(jī)要長(zhǎng)的多，但是無刷直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜一些，價(jià)格也比較貴，除非有刷直流電機(jī)的參沒法滿足才會(huì)選用無刷直流電機(jī)。 直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速、正反轉(zhuǎn)控制也對(duì)機(jī)器人非常的重要，它的行走速度、工作速度都與轉(zhuǎn)速息息相關(guān)，所以需要通過直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器來控制了。 直流電機(jī)轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)時(shí)，定子繞組會(huì)產(chǎn)生反電動(dòng)勢(shì)，電機(jī)的結(jié)構(gòu)洞它產(chǎn)生的反電支勢(shì)波形也不同，即方波與正弦波。直流電機(jī)調(diào)速可以通過PWM調(diào)制方波的脈沖寬度改變輸出電壓，電壓變化轉(zhuǎn)速就隨之改變。 利用正弦波電流驅(qū)動(dòng)可以有效降低轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，不過缺點(diǎn)是控制過程復(fù)雜、成本高。雖然正弦波驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)的方式也是全橋電路，但它的調(diào)速方式與方波驅(qū)動(dòng)不一樣，在機(jī)器人中用的的是矢量控制方法（簡(jiǎn)稱FOC）。 直流電機(jī)FOC控制：直流電機(jī)能夠旋轉(zhuǎn)是因?yàn)榇艌?chǎng)和電流的相互作用產(chǎn)生了轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)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(zhuǎn)矩，也就是說直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速就可以控制了，不過無刷直流電機(jī)的電流不僅會(huì)產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，還會(huì)此話定子中的磁通材料并產(chǎn)生磁場(chǎng)，也就是我們常說的勵(lì)磁電流。這兩個(gè)耦合在一起無疑是增加了控制的難度。 想要控制轉(zhuǎn)速，就需要把這兩個(gè)電流分離開來，單獨(dú)控制，F(xiàn)OC采用坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)矩大了，力大了，直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速就上去了。FOC的好處是轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)小，所以旋轉(zhuǎn)非常平穩(wěn)，但它算法復(fù)雜，成本也高。 通過控制直流電機(jī)轉(zhuǎn)速就可以控制機(jī)器人的行走速度了，這樣機(jī)器人也就動(dòng)了起來！ 最后總結(jié)機(jī)器人兩種直流電機(jī) 無刷電機(jī)沒有電刷換向器結(jié)構(gòu)，不需要定期維護(hù)，壽命較長(zhǎng)。在驅(qū)動(dòng)原理上，無刷電機(jī)的驅(qū)動(dòng)又分為方波驅(qū)動(dòng)和正弦波驅(qū)動(dòng)，前者原理簡(jiǎn)單、成本較低，后者算法較復(fù)雜，但可以有效地抑制轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，使電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)更平穩(wěn)。 在實(shí)際的應(yīng)用中，我們可以根據(jù)實(shí)際需求，綜合考慮各方面因素，去選擇合適的電機(jī)方案和驅(qū)動(dòng)方案。直流有刷電機(jī)成本較低，機(jī)械磨損大，可以用作機(jī)器人的輪式底盤結(jié)構(gòu)；無刷電機(jī)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(jī)器人上。

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