立博体育app官网如何给机器人选择电机

作者:立博体育app官网发布时间:2020-03-23已浏览: 105次

立博体育app官网机器人执行预先规划好的具体任务,比如组装线工作、手术援助、仓库提货/检索,甚至是排除地雷等危险任务。如今的机器人不仅能够处理高重复性的工作,还能完成在方向和动作上需要灵活性的复杂功能。随着技术的进步、速度与灵活性的提升、成本的降低,机器人将被逐渐广泛采用。低于人工的成本优势也让我们看到了机器人产业的曙光。此外,机器视觉、计算能力以及网络的进步也将推动机器人应用的普及。

当然,在选择电机时还有许多其它如尺寸、重量还有成本等重要因素要考虑。几乎对于所有小型到中型等大小的机器人驱动器来说,驱动电机的选择通常有刷直流电机、无刷直流电机(BLDC)和步进电机。(然而,某些情形下液压与气压机才是最好的选择。)

有刷直流电机是最古老的直流电机技术,最简单、成本也最低。由于电刷与转子间的接触,电机转子的转动会切换(换向)绕在转子上的绕组磁场。电机的速度是施加电压的函数,因此驱动要求不高,但管理扭矩却很难。由于电刷磨损、需要清理维护,以及可能会成为电子噪声源(电磁干扰)等因素,工作时也存在可靠性问题。由于这些问题的存在,大多数情况下,有刷直流电机成为机器人设计中最不具有吸引力的选择。

无刷直流电机出现于19世纪60年代,它得益于两方面的发展:一是出现了坚固、体积小、低成本的永磁铁;二是出现了体积小效率高的电子开关(通常为MOSFET)来切换流向绕组的电流。电子换向取代了有刷电机的机械换向来控制磁场的切换,周围固定的切换线圈与旋转芯上的磁铁间的相互作用取代了有刷电机的机械换向,即利用了磁场与电场之间的相互作用。通过改变MOFSET的开关频率,电机速度从而可以被控制。另外,相对于有刷电机,其电机控制器能更好地控制电机性能。

更妙的是,高级算法如PID(比例-积分-微分)校正算法或者FOC(磁场定向控制,有时也称之为矢量控制)控制算法能被固化到电机控制器中。这使理想的电机操作与实际的负载及负载变化相匹配,从而使电机性能更加强大与精确。例如,电机控制算法/程序可以考虑到转子惯性等相关因素,并且使电机驱动器适应并逐渐减少由于机械因素导致的错误。这样的算法使精确控制加速度和转矩成为可能。

机器人中常用的另一种BLDC电机是步进电机,此时用到开关式电磁铁,位于永磁环中央磁芯旁。步进电机不以常规方式旋转;而是借助于不断转动的轴,逐步提升转速,因此可以实现某一个角度的旋转或持续旋转。步进电机具有可重复的运动控制;在需要时可以返回之前的位置。

对于步进电机,如果通电却没有步进指向,它们会维持在原位置;步进电机能以低rpm提供高扭矩。让步进电机转动最直接的方法是有序通断电磁铁,但这可能会带来抖动或振动。无刷电机和步进电机的应用领域有部分重叠。步进电机更适合需要精确的进退动作(如捡拾和安置)的应用领域,而不是需要长时间持续转动的领域,也适合于不需要电机提供高转矩或速度的小应用领域。此外,步进电机对于能源效率的要求也低于无刷直流电机。

除了这里列出的电机以外,还有许多其它类型可供选择。电机系列很多而且也很复杂,有很多的分支。例如,永磁铁同步电机(PMSM)是无刷直流电机(相对于转子)和交流感应电机(相对于定子结构)的结合体。它具有高能效、单位小体积相对密度高、扭矩重量比、快速响应时间,以及相对容易控制等特点,但价格相对也比较高。

机器人运动系统不仅涉及电机,它包括三个主要功能模块:1.实时控制器,表现为以下三种形式。作通常用途、运行运动-控制固件的快速计算处理器;应用在控制方面、面向DSP的FPGA;带硬连线和内置算法的专用控制器IC电路。

具体MOSFET的选取主要取决于电机和绕组所需的电流和电压大小。MOSFET型号确定下来之后再选择驱动器,MOSFET驱动器的选择由MOSFET的额定值决定;有时可能需要一系列升压驱动器,具体取决于MOSFET的尺寸。

选择控制器时可能会遇到的问题控制器型号选择也很富有策略性,需要在选择具体供应商和型号之前作出决定。选择是使用一个仅作电机控制的通用处理器,还是具有高计算能力的FPGA,抑或是一个专用的控制IC电路(通常出自特定的电机控制供应商)时有许多需要权衡考虑的地方。设计师需要考虑因素包括:你需要何种复杂度的控制算法,有多少I/O口

开发套件展示控制器与接口性能对于许多工程师来说,将所有的部分-包括带有固化或独立算法的控制器、驱动器、MOSFET等-融合到一起,是一个需要多部门配合完成的任务,一个他们不想从零开始的任务。出于这个缘由,许多供应商提供包含了控制器、示例算法、驱动器和MOSFET的评估板甚至是完整的套件。举例来说,FreescaleMTRCKTSPNZVM128三相无传感器PMSM套件采用无传感器电机控制技术驱动三相BLDC或PMSM电机。该套件设计用于通过借助微控制器集成ADC模块支持使用反电动势快速进行原型设计和评估。此外,此套件(具有MC9S12ZVML12微控制器)还可配置为基于传感器评估使用霍尔传感器或解析器的操作。