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    ?機器人對TF電機要求


    TF電機在機器人應用中非常多,如機器人的關節活動、行走、各種動作等等都是需要微型電機來驅動的。拋開大型的機器人不說,小型的機器人就需要用到TF有刷電機、無刷電機、TF減速電機。


    小型的機器人以TF電機與無刷電機比較常用,在市場上有許多品牌的直流電機廠家,除國外,國內的微型直流電機廠家就有上萬家,對于微型直流電機,它有著負雜的內部結構及各種參數,對于機器人產品來說需要充分的考慮微型電機的性能。


    在滿足機器人性能要求的情況下,微型電機的價格是需要在可以接受范圍,在有刷直流電機能滿足的條件下即選擇有刷直流電機,所以需要整體考慮TF電機的各個參數結合需求,選擇合適的TF電機。


    ?機器人電機 


    TF電機有多條運行特性曲線,對于機器人產品來說主要關心的有工作電壓、轉速、轉矩、電流、尺寸。


    (1)工作電機:在微型電機中可能會存在多個電壓參數,最常用就是額定電壓了,TF電機可以在額定電壓之上超過額定轉速和轉矩運轉,但不可長時間運行,否則就會發熱;


    (2)轉速:微型電機每分鐘的旋轉轉數,TF電機可達40000轉,對于微型有刷電機來說這個轉速已經相當高了;


    (3)轉矩:在機器人產品中,機器人的移動或者各種動作需要一定的轉矩才能完成,單位為Nm;


    (4)電流:在微型電機中,有空載電流、額定電流、堵轉電流等;


    (5)尺寸:電機尺寸、出軸尺寸、截面尺寸、固定孔尺寸等。


    微型直流電機的供電電流是直流電,所以可以使用電池供電,各種型號的微型電機在尺寸及形狀上有所不同,但基本參數大多是有個范圍的,微型直流電機一般是高轉速運轉,但是在機器人應用中,往往輸出力矩無法達到要求,所以在微型直流電機上增加了減速器降低TF電機的轉速增加輸出力矩,TF減速電機具有使用簡單、輸出轉矩高、低轉速、低噪音的特性。


    在機器人人產品中,工作電壓6~24V,0.1~0.5Nm的輸出專區可以驅動20~30kg的機器人,對于輪型機器人,輪胎的尺寸決定機器人的最大運行速度。


    TF電機 


    機器人需要微型電機的驅動才能運動,它的運動速度取決于微型電機的轉速,而微型電機的轉速取決于輸入電壓和負載轉矩。在相同的供電電壓下,微型電機需要的力越大,那么它的轉速就會越低,微型電機的電流越大,當出力到一定程度時,微型電機就會堵轉(也就是停止旋轉)。這個時候電機的電流最大,長時間堵轉會導致微型電機的溫度上升,損壞電機。


    機器人運轉速度和微型電機的旋轉速度關系為V×0.02×pi×W×R/60


    V:機器人運行速度(m/s);


    W:電機減速后的旋轉速度;


    R:電機半徑


    假設要求機器人運行平均速度為Vavg,那么要求減速電機轉速為:


    w=60×Vavg/(0.02×pi×R)


    在微型直流電機開始供電時,微型電機軸還未開始旋轉,這個時候微型電機就是處于堵轉狀態,微型電機電流最大為iS,此時電機產生的轉矩也是最大,所以微型電機開始旋轉,隨著轉速的加快,微型電機的反電勢增大,直流電機的電流下降、轉矩下降,在直流電機轉矩和負載轉矩相等時,微型電機就會達到平衡狀態,這個就是微型電機平衡狀態的轉速(微型電機平衡狀態指的是轉矩與負載轉矩相等,在機器人中,摩擦爬坡、加速因素都在負載轉矩內)。


    TF電機?


    TF電機在機器人應用中,需要考慮的是微型電機在不同負載條件下能達到的最高轉速,比如在空載條件下,TF電機能達到最大轉速,空載轉速為w0,在負載條件下,機器人電機堵轉時能產生的轉速為最大轉矩,堵轉轉矩為Ts,在其他條件下,TF電機運行在兩者之間的線性連線上,如果負載轉矩為T,那此時微型電機最高轉速為w=w0×(1-T/Ts),如果微型電機要求最高轉速為w,此時TF電機產生的最大轉矩為T=Ts×(1=w/w0)。


    如果微型電機空載最高轉速為w0,空載電流為i0,隨著負載轉矩增大,TF電機轉速線性現價,電流變大,直到負載轉矩達到最大轉矩,微型電機堵轉,假設微型電機轉矩繼續增大,那微型電機就會處于發電狀態。


    微型電機轉矩為T時,微電機電流為i=i0+(is-i0)×T/Ts


    i0:空載電流;


    is:堵轉電流;


    Ts:堵轉轉矩


    根據上述,可以得出在選擇機器人減速電機時,應重點考慮電機運行電壓、空載轉速、一定轉矩下的轉速、一定轉矩下的電流這幾個參數。


    1)運行電壓:一般微型電機的電壓大多為3vvvv等,對于12V電機,一般使用7.2V或9.6V供電;


    2)電機轉速:對于輪胎尺寸為5~20cm的機器人產品,微型電機轉速范圍從40~300rpm的額定轉速足夠使用;


    3)電機轉矩:計算微型電機轉矩時,一般在上部分計算基礎上留50%余量,假如TF電機數量<1,對微型電機的轉速要求除以相應的數量。


    4)電流:電流決定了機器人運行時間,根據TF電機的電流數據,假設微型電機的電流為0.01A,那么電機會太小,反之如果微信電機的額定電流為1A,那么電機就會過大。

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