[讨论] 机器人制作指南—驱动器（1）

驱动器，顾名思义起驱动作用。它是一种使其它物体自动运作的装置。它包括以下种类： 交流电机：采用交流电。 直流电机：采用直流电，使用方便。 无刷电机：不用电刷的直流电机，比普通直流电机更好，但价格贵多了。 用作防水的伺服电机 线性电机：可以作X-Y平面运动的无刷电机。 伺服电机：可构成反馈控制的基本的直流电机，能用的起、使用方便。 可调伺服电机：可调整伺服电机作360度转动。 SMA丝（形状记忆合金，Shape Memory Alloy，）:由特殊材料制成，当受载如温度或通电等情况时，其形状发生改变。 螺线管：开关型的高扭矩作高速推/拉动作的驱动器，即继电器。 步进电机：以转角增量形式工作的电机。 1、交流电机 不象直流电机仅使用单一的恒流电源，交流电机在三相电流下工作。为使机器人获得三相电流工作，你或者需要一个将直流电转为交流电的大容量的、昂贵的转换器，或者要有限定工作范围的墙上插座。你可能不打算使用交流电机，除非你的机器人是固定的，就象机械手或机器人平台。如果你不打算让机器人平台像小狗或其它什么的一样走动。。。 电压： 具有极性 (电流不会改变) 主要是从120-240V的交流电，一般与主机功率匹配 电压越高一般力矩越大，但是需要的功率越大 由于电源设备要求较少用于移动机器人 注：交直流两用电机象直流电机一样有电刷，不过可用交流电或直流电 电流 在购买电机时，要考虑停转和工作电流（最大和最小值） 停转电流 -在电机被控制不能转动时所需要的电流 运转电流 -当电机受到阻力矩为零时的电流 最好测出与电压、电流和所需转矩有关的电流曲线进行优化 当电机承载力矩变化时，如电机反转，期望承受短期的电流峰值 电流峰值能达到失速电流的两倍，如果没有保护装置，会损坏控制电路 使用二极管防止反转电流损坏你的电路 检查你的电路的额定功率，如果需要的话采用散热片 功率（即电压乘以电流） 电机运行时常常接近停转电流，或在大转矩下的反转电流，可能会引起电机烧毁 如果不能避免的话可用带散热装置的电机 转矩 购买电机时，考虑失速和工作转矩（最大和最小的） 失速转矩—当动力不足以维持电机转动时的转矩 工作转矩—当电机的阴力矩为零时的电机转矩 速度 电机工作时有效的最大速度 传动装置能使电机转得更快，输出转速越低则力矩越大 记住转矩决定了加速度，因此，一个具较差加速度的高速机器人实际上是低速机器人 如果不确定的话，宁可考虑转矩优于速度 效率 比直流电机效率更高 一般在额定电压和频率时效率最高 使用齿轮(可选购买有内置齿轮或齿轮在外的电机) 控制方法 调整交流电频率能够改变速度和转矩 编码器，一种对轮子或电机轴转的圈数计数，测定转速，用以控制反馈环 转速计，测量电机的最大电流来控制输出转矩的一种装置 这个电路可以让你控制交流电机的转速。 桥式整流器从120V交流线处产生直流电压。 这个电流的一部分通过10K欧姆的电位计。 电路由额定功率3W+的10K电位计、两个100欧姆电阻和50微法电容器组成，传送到控制极触发可控硅。 二极管D1保护电路免受反向峰值电压。 桥式整流器和可控硅的额定值为25安培和峰值反向电压（PIV）600伏。 二极管D1额定值为2安培，而峰值反向电压为600伏。 电路能处理的负载达10安培。可控硅应该有很好的散热槽。 电机运行时常常接近停转电流，或在大转矩下的反转电流，可能会引起电机烧毁 如果不能避免的话可用带散热装置的电机 转矩 购买电机时，考虑失速和工作转矩（最大和最小的） 失速转矩—当动力不足以维持电机转动时的转矩 工作转矩—当电机的阴力矩为零时的电机转矩 速度 电机工作时有效的最大速度 传动装置能使电机转得更快，输出转速越低则力矩越大 记住转矩决定了加速度，因此，一个具较差加速度的高速机器人实际上是低速机器人 如果不确定的话，宁可考虑转矩优于速度 效率 比直流电机效率更高 一般在额定电压和频率时效率最高 使用齿轮(可选购买有内置齿轮或齿轮在外的电机) 控制方法 调整交流电频率能够改变速度和转矩 编码器，一种对轮子或电机轴转的圈数计数，测定转速，用以控制反馈环 转速计，测量电机的最大电流来控制输出转矩的一种装置 这个电路可以让你控制交流电机的转速。 桥式整流器从120V交流线处产生直流电压。 这个电流的一部分通过10K欧姆的电位计。 电路由额定功率3W+的10K电位计、两个100欧姆电阻和50微法电容器组成，传送到控制极触发可控硅。 二极管D1保护电路免受反向峰值电压。 桥式整流器和可控硅的额定值为25安培和峰值反向电压（PIV）600伏。 二极管D1额定值为2安培，而峰值反向电压为600伏。 电路能处理的负载达10安培。可控硅应该有很好的散热槽。

回复: 机器人制作指南—驱动器（1）

直流电机指南 从一开始，直流电机就显得很简单。两端加上电压，它就转动了。你如果要控制电机自转的方向吗？正确的方法是改变电线的方向。现在你如果想电机以一半的速度转动吗？你应该降低它的电压。但是你如何使机器人自动地做这样的事情？而且你怎样知道电机应该得到多大电压？为什么不是50伏而是12伏？电机怎样会过热？使电机运行要比你认为的复杂得多。 你可能知道直流电机电压非两极的，指你可以转换电压不会有什么不利情况发生。一般直流电机是额定电压从6V~12V。再大一些是24V或更大。但是对机器人来说，你可能只会用到6V~12V的范围。这样来说，为什么电机要在不同的电压下工作？就我们所知（或者应该是），电压直接关系到电机转矩的大小。电压越大，转矩越高。但是不能让你的电机工作在100V的情况，那样就不太好了。直流电机在额定电压下工作效率最高。如果你采用过低的电压值，它就不会工作了。如果你采用了过高的电压，它将过热，线圈将会熔化。因此一般的规则是，尝试尽可能采用接近电机额定的电压。此外，尽管24V的电机会更加强劲有力，难道你真的想让你的机器人随身带上24V的电池（那是又重又大）？我的建议是不要超过24V的电机，除非你是真的太需要那样的转矩了。 电流 对于所有的电路来说，一定要注意到电流。太小不能工作。太大也会彻底毁坏。 在买电机时，你一定要注意两个电流额定值问题。第一个是工作电流， 这是电机工作在预期一般转矩时电流的平均值，该值乘以额定电压就得到电机运行的平均功率。另一个需要注意的电流额定值是停转电流。这就是你起动电机但转矩不足以致它停止转动。这是电机工作的最大电流，因而也是最大功率。所以你设计好全部的电路，能处理这样的停转电流。此外，如果你打算长时间运转电机，或者在高出额定电压时运行，最好给电机加上散热槽避免线圈熔化。 额定电压 你能在电机上加上多高的电压？一般所有的电机受（或至少应该）一定的瓦特的限定。瓦特是能量单位。能量转换中的损失直接变为热量输出，太多的热量会使电机线圈（的绝缘部分）熔化。所以（高质量）的电机制造商知道多大的电压会使电机失效，并且在电机性能表中给予说明。做下实验测试看看，你的电机工作在合适的电压下的电流有多大。 方程式为： 功率（瓦）=电压*电流 不断增大电压，测试电流，直到功率为给定的额定功率的90%左右为止。 .功率峰值 对于直流电机在改变方向时的特殊情况。为使电机反转，你必须同样反接电压。可是电机已建立了抵抗这种电压改变的感应电动势。因此在短时期内改变电机转向，将会有很大的功率峰值。电压达到工作电压的两倍，电流也会至停转电流。有必要考虑设计合适的机器人功率调节电路，处理任意的电压峰值。 转矩 在购买直流电机时，要注意有关转矩两个额定值。第一个是工作转矩，这是电机设计时所决定的，一般是标称值。另一个额定值是停转力矩，这是电机从转动到停止时的力矩。一般仅考虑工作转矩，但是有些情况下，你可能想知道电机的工作能力范围。如果你设计一个轮式机器人，良好的转矩意味着加速性能好。我个人标准是，如果你的机器人有2个电机，确保每个电机的停转转矩足以超过你的机器人的重量乘以轮子半径。通常偏爱转矩甚于速度。记住，如上面所述，借助所加电压可以改变转矩大小。如果你需要大一些转矩压一只可爱的小猫，提高20%的电压值就很保险了（对你来说，而不是小猫）。不过要记住，这会效率下降，你应该为电机准备散热槽。 转速 当说道直流电机时，转速是比较复杂问题。一般规则是，当电机以最大的可能速度运行时效率最高。不过这显然是不可能的，很多时候我们也想让我们的机器人运行的慢一些。因此，首先需要调速，这样电机能转的快，也能够得到额外的转矩，可惜传动装置自动降低了效率，不会高于90%左右，因此在考虑传动装置时，一对齿轮啮合应该包括速度和转矩减少为90%。例如，如果有3个齿轮，因此在一起啮合两次，效率将为：90%x 90% = 81%。电压和工作阻力矩也明显会影响速度。 控制方法 最主要的直流电机的控制方法是H桥。当你把H桥与电机连结，要用到译码器测试轮子的转速和位置。接下来，你应该好好读一下直流电机制动方法的内容（原文此处有链接）。 其它情况 用一只小的微法级的电容接接在电机两端以延长电机寿命。这样做对于有噪音和价格便宜的电机确实好，几乎是电机的两倍寿命。不过，用这种技术对价格较贵的高端电机改善很小。

回复: 机器人制作指南—驱动器（1）

无刷电机 有刷电机与无刷电机的区别 无刷电机有更高的效率 无刷电机的电噪音较小 无刷电机持续工作时间更长 无刷电机价格较贵 无刷电机需要专用的控制器 电压 一般从5-12V, 但对于特定用途的电机能达到极大的范围 较高的电压意味着更大的转矩，但是需要更大的电能 电机能在高于或低于额定电压时使用（应符合其它的设计要求） 在额定电压时效率最高 电流 购买电机时，要考虑停转电流和运行电流（最大值和最小值） 停转电流 当提供动力时电机受到阻力不能运转时的电流 运行电流- 当电机受到阻力矩为零时的电流 最好测出与电压、电流和所需转矩有关的电流曲线进行优化 当电机承载力矩变化时，如电机反转，期望承受短期的电流峰值 电流峰值能达到失速电流的两倍，如果没有保护装置，会损坏控制电路 使用二极管防止反转电流损坏你的电路 检查你的电路的额定功率，如果需要的话采用散热片 功率（即电压乘以电流） 电机运行时常常接近停转电流，或在大转矩下的反转电流，可能会引起电机烧毁 如果不能避免的话可用带散热装置的电机 转矩 购买电机时，考虑失速和工作转矩（最大和最小的） 失速转矩—当动力不足以维持电机转动时的转矩 工作转矩—当电机的阴力矩为零时的电机转矩 改变电压将会改变转矩 转速 电机以最大的可能速度运行时效率最高 调节电机可以使电机转得更快，也可以得到更慢的输出速度而转矩更大 记住转矩决定了加速度，因此加速度很差的机器人实际上低速机器人 如果不能肯定，定可考虑转矩优先于转速 效率 在额定电压时效率最高 电机在最高的可能速度下运行时效率最高 使用齿轮(可选购买有内置齿轮或齿轮在外的电机) 控制方法 无刷电机通过感应工作，必须使用专门的控制器 有许多不同类型的无刷直流电机，这些电机能以2极或4极工作 译码器 - 一种能对轮或电机架的转速计数， 为反馈回路测出转速的装置 转速计 - 测出电机电流变化以控制输出转矩的装置 功率（即电压乘以电流） 电机运行时常常接近停转电流，或在大转矩下的反转电流，可能会引起电机烧毁 如果不能避免的话可用带散热装置的电机 转矩 购买电机时，考虑失速和工作转矩（最大和最小的） 失速转矩—当动力不足以维持电机转动时的转矩 工作转矩—当电机的阴力矩为零时的电机转矩 改变电压将会改变转矩 转速 电机以最大的可能速度运行时效率最高 调节电机可以使电机转得更快，也可以得到更慢的输出速度而转矩更大 记住转矩决定了加速度，因此加速度很差的机器人实际上低速机器人 如果不能肯定，定可考虑转矩优先于转速 效率 在额定电压时效率最高 电机在最高的可能速度下运行时效率最高 使用齿轮(可选购买有内置齿轮或齿轮在外的电机) 控制方法 无刷电机通过感应工作，必须使用专门的控制器 有许多不同类型的无刷直流电机，这些电机能以2极或4极工作 译码器 - 一种能对轮或电机架的转速计数， 为反馈回路测出转速的装置 转速计 - 测出电机电流变化以控制输出转矩的装置