Зі стрімким розвитком науки і техніки всі види роботів також увійшли в наше повсякденне життя. Наприклад, роботи-підмітальники керують невеликими мітлами для очищення землі за допомогою двигунів постійного струму, інтелектуальні роботи для раннього дитинства супроводжують дітей у дорослому віці, а промислові роботизовані роботи-руки можуть замінити ручне складання продуктів.
Незалежно від того, який це робот, він повинен керуватися джерелом живлення, і цим джерелом живлення є двигун постійного струму. У конструкції роботів двигун постійного струму є дуже важливою рушійною структурою, яка еквівалентна рухомому суглобу людини. Двигун постійного струму забезпечує рушійний момент для робота, перетворюючи електричну енергію на механічну, тому двигун постійного струму встановлюється в положенні, де робот має рухатися (наприклад, шарнірний привід, колеса тощо).
У сфері робототехніки використовуються двигуни постійного струму, тому що вони можуть живитися постійним струмом від батарей. У двигунах постійного струму є щіткові двигуни постійного струму та безщіточні двигуни постійного струму. Різні двигуни постійного струму вибираються відповідно до потреб, наприклад, рульовий механізм робота. Використовується більшість двигунів постійного струму зі щіткою. Щітковий двигун постійного струму має просту конструкцію і комутується через комутатор. Однак щітковий двигун постійного струму має недолік: щітка та комутатор створюватимуть тертя під час роботи двигуна, що вплине на використання. Звичайно, якщо термін служби щіткового двигуна постійного струму в деяких роботах відповідає вимогам, щітковий двигун все одно буде обрано.
Безщітковий двигун постійного струму вирішує проблему щіткового двигуна постійного струму. Він не має комутатора та використовує електронну комутацію, тому немає зношування, а термін служби набагато довший, ніж у щіткового двигуна постійного струму, але безщітковий двигун постійного струму Структура двигуна складніша, а ціна вища дорогий. Якщо параметри щіткового двигуна постійного струму не можуть бути задоволені, буде вибрано безщітковий двигун постійного струму.
Швидкість обертання та обертання двигуна постійного струму вперед і назад також дуже важливі для робота. Його швидкість ходьби та робоча швидкість тісно пов’язані зі швидкістю обертання, тому їм потрібно керувати драйвером двигуна постійного струму.
Коли ротор двигуна постійного струму обертається, обмотка статора буде генерувати зворотну електрорушійну силу, а форма хвилі зворотної електрорушійної сили, створена структурою двигуна, також відрізняється, тобто прямокутна та синусоїда. Регулювання швидкості двигуна постійного струму може змінювати вихідну напругу за допомогою ШІМ, модуляції ширини імпульсу прямокутної хвилі, і швидкість змінюватиметься зі зміною напруги.
Використання приводу синусоїдального струму може ефективно зменшити пульсації крутного моменту, але недоліком є те, що процес керування є складним, а вартість висока. Хоча синусоїда, що керує двигуном постійного струму, також є повною мостовою схемою, її метод регулювання швидкості відрізняється від прямокутної хвилі, і в роботі використовується векторний метод керування (скорочено FOC).
Керування FOC двигуна постійного струму: двигун постійного струму може обертатися, оскільки взаємодія магнітного поля та струму створює крутний момент. Величина крутного моменту пов’язана з магнітним полем і струмом, але магнітне поле, створюване статором, фіксоване, тому крутним моментом можна керувати, керуючи струмом. Тобто, швидкість двигуна постійного струму можна контролювати, але струм безщіткового двигуна постійного струму створюватиме не лише крутний момент, але й матеріал магнітного потоку в статорі та створюватиме магнітне поле, яке ми часто називаємо струму збудження. Поєднання цих двох, безсумнівно, ускладнює контроль.
Якщо ви хочете контролювати швидкість, вам потрібно розділити ці два струми та контролювати їх окремо. FOC використовує обертання координати для зміни струму розкладеного статора. Після розкладання ви можете контролювати ці дві величини окремо. Крутний момент великий, сила велика, і швидкість двигуна постійного струму зросла. Перевага FOC полягає в тому, що пульсації крутного моменту невеликі, тому обертання дуже плавне, але його алгоритм складний і вартість висока.
Керуючи швидкістю двигуна постійного струму, можна контролювати швидкість ходьби робота, щоб робот рухався!
Нарешті, підсумуйте два типи двигунів постійного струму для роботів
Безщітковий двигун не має щіткового колектора, не вимагає регулярного обслуговування та має тривалий термін служби. З точки зору принципу руху, керування безщітковим двигуном поділяється на прямокутну хвилю та синусоїду. Перший має простий принцип і низьку вартість, тоді як другий має більш складний алгоритм, але він може ефективно пригнічувати пульсації крутного моменту та змушувати двигун обертатися більш плавно.
У практичних застосуваннях ми можемо вибрати відповідну схему двигуна та схему приводу відповідно до фактичних потреб та комплексного розгляду різних факторів. Безщітковий двигун постійного струму має низьку вартість і значний механічний знос і може використовуватися як колісна структура шасі робота; одна з переваг безщіткового двигуна полягає в тому, що він не генерує іскор під час комутації, тому він широко використовується в спеціальних роботах.
