机器人选择电机

移动机器人的驱动系统主要由驱动电源、电机和减速装置组成。电机作为将电能转化为机械能的配套部件，在移动机器人中发挥着重要作用。电机的性能参数和减速装置规格型号的确定直接决定了车辆的动力，即车辆的运动速度和驱动力直接决定了车辆的动力特性。电机种类繁多，主要用于移动机器人：直流刷电机、直流无刷电机、直流伺服电机、步进电机。

今天的移动机器人除了移动行走外，还收集了许多其他动作功能，如顶升、旋转等动作，以及提升篮子、启动伸缩叉等，这些动作需要通过电机输出功率。

移动机器人主要采用三种模式：差速、舵轮和迈轮。

直流有刷电机它是一种旋转电机，将直流电能转化为机械能（直流电机），或将机械能转化为直流电能（直流发电机）。直流刷电机是所有电机的基础，具有启动快、制动及时、调速平稳、控制电路相对简单等特点。同时，由于刷子和换向器的存在，容易产生火花，特定场合容易产生危险；刷子和换向器之间存在物理摩擦，使用寿命短，需要以后维护。在移动机器人中，如果控制电路简单，对电机使用寿命要求不高，可以选择直流刷电机。

直流无刷电机由电机主体和驱动器组成，是典型的机电一体化。与有刷电机最明显的区别在于，用电子换向去除电刷。电机主体由三个绕组组组成A、B、C对称星形接法用于组成。转子是永磁体。霍尔传感器常内置，以检测转子位置。与刷电机相比，直流无刷电机具有效率高、能耗低、噪音低、寿命长、可靠性高等优点，但控制相对复杂，需要专用控制器。

直流伺服电机永磁同步电机的结构与直流无刷没有太大区别，但绕组的反电势不同。直流无刷发电势接近方波，更适合六步方波控制。永磁同步电机的发电势为正弦波，更适合矢量控制。伺服主要依靠脉冲定位，基本上可以理解：伺服电机接收一个脉冲，将旋转一个脉冲对应的角度，以实现位移，因为伺服电机本身具有脉冲功能，所以伺服电机每个旋转角度，发出相应数量的脉冲，从而呼应伺服电机接收的脉冲，或闭环。如此一来，系统就会知道发出多少脉冲给伺服电机，同时又接收多少脉冲回来，从而能够很精确地控制电机转动，实现精确定位，可以达到0.001mm。与直流无刷电机一样，采用更复杂的矢量控制算法，需要专用驱动器进行控制。除了使用霍尔传感器检测转子位置外，还使用编码器检测转子位置，以停止转子的任何位置。直流伺服电机具有效率高、响应快、旋转平稳、扭矩稳定、运行噪声低等优点。

步进电机它是一种将电脉冲转换为角位移的执行机构。当步进驱动器接收到脉冲信号时，驱动步进电机按设定方向旋转固定角度（步距角），旋转以固定角度逐步运行，可通过控制脉冲数量来控制角位移。同时，电机的旋转速度可以通过控制脉冲频率来控制，从而达到调速的目的。

直流伺服电机或直流无刷电机常用于移动机器人的行走电机，直流伺服电机常用于精度要求高的场合。根据电机本体和驱动器的形式，可分为分体式和一体式。分体式、驱动和电机本体分开，适用于大功率场合；一体式、驱动和电机本体组装在一起，结构紧凑，适用于功率小、体积要求高的场合。与直流伺服电机相比，步进电机一般不具备过载能力，速度响应性能小于伺服，主要用于执行机构。

一般来说，在各种电机中，如果从控制精度的角度来看，伺服调速精度最高，其次是步进，直流刷和无刷电机最低。伺服电机一般用于精度要求高的场合，而无刷电机只用于精度不是特别高的地方。步进电机在中间，但步进电机的速度不如无刷电机快。不同产品的价格异很大。伺服电机价格最高，无刷电机价格最低。

购买电机的主要考虑因素有几个：从成本的角度来看，在电机制造商中，电机在移动机器人中的比例不超过10%，上海步科公司和北京和利时公司占据较大的市场份额。从功能实现的角度来看，移动机器人的移动首先需要启动，因此负责输出移动动力的电机需要高瞬时扭矩和高瞬时功率。然而，当移动机器人运行平稳时，电机输出的功率不需要太高。从经济的角度来看，为了保证移动机器人的顺利启动，需要大功率的电机，但在平稳运行时会浪费冗余功率。因此，当移动机器人选择电机时，会考虑瞬时过载能力强的电机，即启动时瞬时输出功率大但正常运行时功率小的电机。一般要求其瞬时过载功率能超过其校准功率的2-3倍，这比直接购买大功率电机要划算得多。