本文所述的機器人為服務機器人或是載重機器人(倉儲機器人、物流機器人);機器人電機控制指的是驅動機器人行走、移動的電機控制。

這種驅動機器人行走的電機一般功率在30~600W,24~48V電池供電,要求壽命長,效率高,運行平穩,安靜,響應快,一定範圍内負載可變。

 

本文探讨以下2個問題:

為什麼選擇無刷電機

為什麼選擇FOC控制


1、為什麼選擇無刷電機

常見的電機有步進電機、異步電機、有刷電機、無刷電機、伺服電機。


步進電機

價格較低,控制簡單,開環控制精度高,一般用在小力矩中低轉速需定位的場合,如3D打印、小型機器人。由于力矩小且動态性能差,不适用于服務機器人和載重機器人。

 

異步電機

價格較低,可以不需要控制器,效率低,一般用在交流電供電場合,如傳統風扇。不适用于電池供電的機器人。

 

有刷電機

價格較低,控制簡單,碳刷易壞,一般用在小電流低成本場合,如玩具車、小型機器人。在服務機器人和載重機器人中,由于電流大,碳刷易壞,往往不使用。

 

無刷電機

價格較高,控制複雜,無碳刷,壽命長,力矩波動小,動态響應好,一般用在稍大電流要求高的場合,如無人機、電動自行車、機器人。

 

伺服電機

價格昂貴,控制複雜,力矩波動最小,一般用在定位響應快要求高的場合,如數控機床。由于機器人行走一般不需要精度非常高的位置控制,所以也比較少選擇昂貴的伺服電機。

 

綜上所述,無刷電機擁有步進電機和有刷電機難以企及的優點,在無刷電機性能滿足的情況下,一般也不使用價格昂貴的伺服電機。因此,無刷電機在機器人中被廣泛使用。

 

 

2、為什麼選擇FOC控制

無刷電機最常用的控制方式有3種:方波控制、正弦電壓控制、FOC控制,這3種控制方式電機相電流波形如下:



方波控制

電流波動大、控制精度差,噪聲大,算法簡單,适用于成本敏感、性能要求低的場合。在變負載、動态響應快的機器人中效果不好。

 

電壓正弦控制

電壓正弦、控制精度差,噪聲小,算法略複雜、适用于成本敏感、對噪聲要求不高的場合。同樣在變負載、動态響應快的機器人中效果不好。

 

FOC控制

電流正弦、控制精度比方波控制和電壓正弦控制高20倍以上,噪聲最小,控制多樣化,算法複雜,适用于性能要求高的場合。非常合适應用在服務機器人和載重機器人中。

 


在服務機器人和載重機器人行走驅動中,無刷電機成為最廣泛的選擇,而FOC成為無刷電機最合适的控制技術。



2018-02-27

為什麼機器人電機控制中選擇FOC

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