正在機(jī)器人中，執(zhí)行機(jī)構(gòu)普通分為液壓驅(qū)動(dòng)跟機(jī)電驅(qū)動(dòng)兩種類型，此中又以機(jī)電驅(qū)動(dòng)最為罕見。本文次要探討普通機(jī)器人驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)中機(jī)電的取舍問題。
機(jī)器人中常用的機(jī)電分為有刷直流電機(jī)、無刷直流電機(jī)、永磁同步電機(jī)、步進(jìn)機(jī)電等。此中正在中小型機(jī)器人中，因?yàn)閮r(jià)格便宜，定位精度下，直流電機(jī)和無刷直流電機(jī)最為罕見。本文次要探討直流電機(jī)的取舍方式。
第一部門：機(jī)電要求
直流電機(jī)簡(jiǎn)介：
正在市場(chǎng)上，存在著多種多樣的直流電機(jī)。據(jù)沒有完整估量，單便海內(nèi)便有上千家機(jī)電生產(chǎn)廠家。更不要提日本、德國(guó)等老牌機(jī)電出產(chǎn)強(qiáng)國(guó)。即便關(guān)于一個(gè)很小的直流電機(jī)，它皆存在龐大的內(nèi)部結(jié)構(gòu)跟大批的產(chǎn)物材料。這里，咱們僅從機(jī)器人的角度動(dòng)身思量其對(duì)機(jī)電機(jī)能的要求。
機(jī)電的取舍常常是咱們關(guān)于機(jī)電機(jī)能的要求與咱們可以接管價(jià)錢的調(diào)和。因此，正在機(jī)電取舍進(jìn)程中，咱們須要整體思量機(jī)電的各個(gè)參數(shù)，從中挑選出對(duì)咱們緊張的參數(shù)，聯(lián)合咱們的須要，取舍適合的機(jī)電。
關(guān)于一個(gè)機(jī)電來講，其常常存在多條運(yùn)轉(zhuǎn)特性曲線，這里咱們將列出此中最緊張的一些特性，然后對(duì)這些特性停止一些注釋。關(guān)于一個(gè)機(jī)電，從機(jī)器人驅(qū)動(dòng)的角度，咱們次要的體貼的有：
a）工作電壓——關(guān)于一個(gè)機(jī)電來講，能夠會(huì)存在多個(gè)電壓參數(shù)；此中最為常用的為接連運(yùn)轉(zhuǎn)前提下的額外電壓；一些機(jī)電可以正在額外電壓之上以跨越額外轉(zhuǎn)速跟轉(zhuǎn)矩的方法運(yùn)轉(zhuǎn)，可是運(yùn)轉(zhuǎn)一段時(shí)間后能夠會(huì)呈現(xiàn)部分過熱問題；也就是說部門過電壓僅可以短時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)，而沒有可以長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)；
b）轉(zhuǎn)速——機(jī)電扭轉(zhuǎn)速率，普通單元為轉(zhuǎn)每分鐘，有時(shí)也利用弧度每秒或許角度每秒默示；
c）轉(zhuǎn)矩——機(jī)電轉(zhuǎn)變扭轉(zhuǎn)速率的才能；如當(dāng)利用扳手?jǐn)Q動(dòng)螺絲時(shí)，扳手的轉(zhuǎn)矩使得螺絲扭轉(zhuǎn)；正在機(jī)器人范疇，轉(zhuǎn)矩普通用于使得機(jī)器人挪動(dòng)或許使得機(jī)器臂實(shí)現(xiàn)各類舉措；轉(zhuǎn)矩即是力與力臂的結(jié)果，其單元為Nm;
d）電流——關(guān)于一個(gè)機(jī)電，能夠存在多個(gè)電流參數(shù)，如空載電流、額定電流和堵轉(zhuǎn)電流等；
e）物理參數(shù)——如機(jī)電尺寸、機(jī)電軸尺寸、截面尺寸和流動(dòng)孔的地位等；
f）其他參數(shù)——一些機(jī)電還會(huì)供給一些其他的部件，如編碼器、制動(dòng)器、齒輪箱、基座等等；
直流減速機(jī)電：
顯而易見的，直流電機(jī)供電電流為直流，因此，其可以利用電池停止供電；那也是直流電機(jī)正在機(jī)器人中廣泛應(yīng)用的一個(gè)緣故原由；小型直流電機(jī)能夠正在尺寸上分歧，可是正在基本參數(shù)上普通是同等的；直流電機(jī)的扭轉(zhuǎn)標(biāo)的目的可以經(jīng)由過程轉(zhuǎn)變供電電壓的符號(hào)去轉(zhuǎn)變；
小型直流電機(jī)普通運(yùn)轉(zhuǎn)正在高速低轉(zhuǎn)矩運(yùn)轉(zhuǎn)規(guī)模內(nèi)，那與機(jī)器人中機(jī)電驅(qū)動(dòng)要求是抵觸的；機(jī)器人范疇平常要求機(jī)電運(yùn)轉(zhuǎn)正在低速年夜轉(zhuǎn)矩規(guī)模內(nèi)；因此，為了降低機(jī)電轉(zhuǎn)速同時(shí)進(jìn)步機(jī)電轉(zhuǎn)速，普通正在機(jī)電與輸出軸之間增長(zhǎng)軸系，即減速器；經(jīng)由過程組合分歧的減速器，機(jī)電可以取得分歧的額外轉(zhuǎn)速與額外轉(zhuǎn)矩；現(xiàn)階段市面上采辦的直流電機(jī)良多出廠時(shí)曾經(jīng)帶有減速器，因此常成為直流減速機(jī)電；
減速機(jī)電的劣勢(shì)在于：利用簡(jiǎn)略、輸出轉(zhuǎn)矩下、轉(zhuǎn)速低、可供選擇規(guī)模年夜。
次要缺陷在于精度較低，即便是統(tǒng)一廠家出產(chǎn)的統(tǒng)一批次的減速機(jī)電，施加不異的電壓或許電流，那么減速機(jī)電的輸出也有能夠分歧；因此，正在機(jī)器人使用中，對(duì)減速機(jī)電停止節(jié)制時(shí)普通須要引入轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制，而不克不及利用開環(huán)節(jié)制；
上面是取舍減速機(jī)電時(shí)須要思量的一些罕見的因素：
a）通用性——一般而言，機(jī)電通用性越強(qiáng)，價(jià)錢約自制；
b）工作電壓——普通小型減速機(jī)電事情規(guī)模為6-24V;
c）輸出轉(zhuǎn)矩——普通小型減速機(jī)電輸出轉(zhuǎn)矩正在0.1-0.5Nm之間；普通可以用于驅(qū)動(dòng)正在20-30kg的機(jī)器人；
d）轉(zhuǎn)速——機(jī)電轉(zhuǎn)速將與輪胎尺寸決意機(jī)器人最大運(yùn)轉(zhuǎn)速率；普通輪式機(jī)器人中，輪胎尺寸正在5-20cm之間，此中以6-10cm最為罕見；
雖然大部分減速機(jī)電皆是可以正反轉(zhuǎn)的，可是也有些減速機(jī)電只可以單標(biāo)的目的扭轉(zhuǎn)。此外，雖然減速機(jī)電普通存在良多參數(shù)，可是從機(jī)器人的角度來說，許多參數(shù)如機(jī)電軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等咱們普通并沒有存眷。關(guān)于機(jī)器人使用減速機(jī)電最緊張的參數(shù)為機(jī)電轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩跟額外電壓。
正在進(jìn)一步的探討減速機(jī)電之前，咱們起首肯定一下機(jī)器人中對(duì)機(jī)電參數(shù)的詳細(xì)要求。
機(jī)電參數(shù)要求：
起首咱們須要肯定機(jī)器人的運(yùn)轉(zhuǎn)情況，如機(jī)器人次要運(yùn)轉(zhuǎn)于室外仍是室內(nèi)，潤(rùn)滑空中仍是粗拙空中，需不需要爬坡等等。其次，咱們須要肯定機(jī)器人的詳細(xì)機(jī)器參數(shù)，如巨細(xì)、重量等等。接下來便須要肯定機(jī)器人運(yùn)轉(zhuǎn)的一些參數(shù)，如運(yùn)轉(zhuǎn)速率和轉(zhuǎn)矩。
機(jī)電經(jīng)由過程驅(qū)動(dòng)機(jī)器人輪胎從而使得機(jī)器人運(yùn)動(dòng)。機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)速率次要在于機(jī)電轉(zhuǎn)速與輪胎直徑。而機(jī)電的扭轉(zhuǎn)速率在于輸入電壓跟其負(fù)載轉(zhuǎn)矩。正在不異供電電壓下，空載時(shí)機(jī)電扭轉(zhuǎn)速率要高于負(fù)載時(shí)扭轉(zhuǎn)速率。正在不異供電電壓下，機(jī)電所須要著力越大，那么機(jī)電轉(zhuǎn)速越低，機(jī)電電流越大，當(dāng)著力增大到必然水平時(shí)，機(jī)電將會(huì)終止扭轉(zhuǎn)，也就是堵轉(zhuǎn)。此時(shí)，機(jī)電電流最大，機(jī)電長(zhǎng)時(shí)間堵轉(zhuǎn)將會(huì)惹起機(jī)電溫度回升，嚴(yán)峻時(shí)會(huì)形成機(jī)電損壞。
機(jī)器人輪胎速率與機(jī)電扭轉(zhuǎn)速率關(guān)聯(lián)為：
V=0.02*pi*w*R/60;
此中：V為機(jī)器人運(yùn)轉(zhuǎn)速率;
w為顛末減速器后機(jī)電扭轉(zhuǎn)速率;
假定咱們要求機(jī)器人運(yùn)轉(zhuǎn)平均速度為Vavg，那么要求減速機(jī)電轉(zhuǎn)速為：
w=60*Vavg/
機(jī)電轉(zhuǎn)矩要求：
蜘蛛手分揀機(jī)器人可以感應(yīng)重量嗎機(jī)電轉(zhuǎn)矩要求次要有機(jī)器人運(yùn)轉(zhuǎn)空中摩擦、坡度有關(guān)。
假定機(jī)器人運(yùn)轉(zhuǎn)空中摩擦因數(shù)為C，機(jī)器人質(zhì)量為m，此時(shí)機(jī)器人正在空中勻速運(yùn)轉(zhuǎn)要求轉(zhuǎn)矩為：
T=0.01Ff*R=0.01C*mg*R;
此中Ff為摩擦力;
正在勻速運(yùn)動(dòng)以外，能夠咱們還會(huì)劃定機(jī)器人的最大爬坡角度theta和要求的最大加速度a等，此時(shí)，可以將二者等效為摩擦，此時(shí)：
C=C0+sin+a/g;
此中，C0為固有的空中摩擦系數(shù)，theta為最大爬坡解讀，a為最大加速度，g為重力加速度；
T=0.01CmgR；
上述1式跟2式即為機(jī)器人機(jī)電轉(zhuǎn)速跟轉(zhuǎn)矩取舍方式。
第二部門：機(jī)電運(yùn)轉(zhuǎn)前提
快遞分揀機(jī)器人韓國(guó)當(dāng)直流電機(jī)起頭供電時(shí)，機(jī)電軸還沒有起頭扭轉(zhuǎn)，此時(shí)點(diǎn)擊處于堵轉(zhuǎn)形態(tài)，機(jī)電電流最大為iS，機(jī)電所發(fā)生的轉(zhuǎn)矩也最大；因此，機(jī)電起頭扭轉(zhuǎn)，此時(shí)，跟著機(jī)電轉(zhuǎn)速回升，因?yàn)闄C(jī)電反電勢(shì)增大，機(jī)電電流降低，轉(zhuǎn)矩降低，當(dāng)機(jī)電轉(zhuǎn)矩與負(fù)載轉(zhuǎn)矩相等時(shí)，機(jī)電到達(dá)均衡形態(tài)，即為均衡形態(tài)機(jī)電轉(zhuǎn)速。
機(jī)電均衡形態(tài)指的是機(jī)電轉(zhuǎn)矩與負(fù)載轉(zhuǎn)矩相等，正在機(jī)器人中，負(fù)載轉(zhuǎn)矩次要包羅摩擦、爬坡、加速等因素。
正在機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域中，咱們常常比較關(guān)心機(jī)電正在分歧負(fù)載前提下所能到達(dá)的最高轉(zhuǎn)速。
如，空載前提下，機(jī)電所能到達(dá)的最大轉(zhuǎn)速，空載轉(zhuǎn)速為w0；正在負(fù)載前提下，機(jī)電堵轉(zhuǎn)時(shí)所能發(fā)生的轉(zhuǎn)速為最大轉(zhuǎn)矩，堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩為Ts;
其他前提下，機(jī)電運(yùn)轉(zhuǎn)正在兩者之間的線性連線上；
即若是負(fù)載轉(zhuǎn)矩為T，那么此時(shí)，機(jī)電最高轉(zhuǎn)速為：
w=w0*;
若是機(jī)電要求最高轉(zhuǎn)速為w，那么此時(shí)，機(jī)電所能發(fā)生的最大轉(zhuǎn)矩為：
T=Ts*;
上圖反應(yīng)的是機(jī)電最大轉(zhuǎn)速與最大轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)矩與電流之間的線性關(guān)系。
機(jī)電空載最高轉(zhuǎn)速為w0，空載電流為i0;跟著負(fù)載轉(zhuǎn)矩增大，機(jī)電轉(zhuǎn)速線性降低，電流增大；直至負(fù)載轉(zhuǎn)矩到達(dá)最大轉(zhuǎn)矩，機(jī)電堵轉(zhuǎn)。若是機(jī)電轉(zhuǎn)矩繼承增大，那么機(jī)電將處于發(fā)電形態(tài)。
正在機(jī)電轉(zhuǎn)矩為T時(shí)，機(jī)電電流為：
i=i0+*T/Ts;
此中i0為空載電流，is為堵轉(zhuǎn)電流;Ts為堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩；
顛末上述探討，咱們可以得出如許的論斷，正在取舍減速機(jī)電時(shí)，該當(dāng)起首重點(diǎn)思量以下幾個(gè)參數(shù)：
機(jī)電運(yùn)轉(zhuǎn)電壓、空載轉(zhuǎn)速、必然轉(zhuǎn)矩下的轉(zhuǎn)速、必然轉(zhuǎn)矩下的電流。
1.機(jī)電運(yùn)轉(zhuǎn)電壓：取舍機(jī)電運(yùn)轉(zhuǎn)電壓時(shí)，咱們須要取舍一個(gè)跟機(jī)器人電池對(duì)應(yīng)的機(jī)電運(yùn)轉(zhuǎn)電壓。大部分機(jī)電運(yùn)轉(zhuǎn)電壓為6V，12V，24V.關(guān)于普通尺寸正在15cm-30cm的機(jī)器人，普通利用鎳氫電池，關(guān)于大型機(jī)器人，普通利用鉛酸電池；鎳氫電池普通為尺度AA，C，D尺寸，電壓正在3.6-48V沒有等。關(guān)于12V機(jī)電，普通利用7.2V或許9.6V供電；關(guān)于24V機(jī)電，普通利用3*9.6V供電。
2.機(jī)電轉(zhuǎn)速：關(guān)于機(jī)電轉(zhuǎn)速的估量，咱們普通取舍正在額外電壓跟額外轉(zhuǎn)矩下，所能滿足條件的機(jī)電轉(zhuǎn)速，關(guān)于普通輪胎尺寸正在5-20cm之間的機(jī)器人來講，機(jī)電轉(zhuǎn)速規(guī)模普通從40-300rpm;
3.機(jī)電轉(zhuǎn)矩：取舍機(jī)電轉(zhuǎn)矩時(shí)，咱們普通正在上一部分計(jì)較的根底上留有50%的裕量；此外，若是機(jī)電數(shù)目多于一個(gè)，普通可以對(duì)機(jī)電轉(zhuǎn)矩要求除以響應(yīng)的數(shù)目。
4.機(jī)電電流：機(jī)電電流將決意機(jī)器人運(yùn)轉(zhuǎn)工夫，普通依據(jù)機(jī)電電流數(shù)據(jù)，咱們可能也許評(píng)價(jià)其使用規(guī)模，如一個(gè)機(jī)電電流為0.01A，那么關(guān)于絕大多數(shù)機(jī)器人場(chǎng)所，機(jī)電皆將太小；相反，若是機(jī)電額定電流為1A，那么機(jī)電將會(huì)太大；
此外，取舍時(shí)借須要留神依據(jù)機(jī)器人本體的尺寸確保機(jī)電可能裝置。此外，還要依據(jù)控制精度要求，取舍適合的地位傳感器-光電碼盤或許扭轉(zhuǎn)變壓器等。
第三部門：機(jī)器人機(jī)電取舍舉例
這里以筆者正在開辟的一款移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)為例，具體解釋機(jī)電的取舍進(jìn)程。
機(jī)器人平臺(tái)也許重4kg，要求最快運(yùn)轉(zhuǎn)速率為1m/s，兩臺(tái)機(jī)電驅(qū)動(dòng)其行走，最大爬坡角度為5度，機(jī)電供電電壓為24V，輪胎輪胎直徑為65mm。
1.轉(zhuǎn)速要求：Speed=60*Velocity/=290rpm;
模塊化智能垃圾分揀機(jī)器人快遞分揀機(jī)器人發(fā)展趨勢(shì)2.轉(zhuǎn)矩要求：關(guān)于機(jī)電轉(zhuǎn)矩要求，因?yàn)檎w體系重量為4kg，假定摩擦系數(shù)為0.03，此時(shí)點(diǎn)擊轉(zhuǎn)矩為：T=Ff*R=*4kg*9.8kgm/s^2*32.5*10^-3m=100mNm;將其分管到兩個(gè)機(jī)電上，此時(shí)每一個(gè)機(jī)電轉(zhuǎn)矩為50mNm.
開端減速機(jī)電參數(shù)為：轉(zhuǎn)矩：50mNm，轉(zhuǎn)速290rpm.
可以依據(jù)其他的一些機(jī)器或許價(jià)錢因素決意終極機(jī)電選型。
分揀機(jī)器人編程分揀機(jī)器人三維模型快遞分揀機(jī)器人一個(gè)月多少錢