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​机器人对TF电机要求


TF电机在机器人应用中非常多,如机器人的关节活动、行走、各种动作等等都是需要微型电机来驱动的。抛开大型的机器人不说,小型的机器人就需要用到TF有刷电机、无刷电机、TF减速电机。


小型的机器人以TF电机与无刷电机比较常用,在市场上有许多品牌的直流电机厂家,除国外,国内的微型直流电机厂家就有上万家,对于微型直流电机,它有着负杂的内部结构及各种参数,对于机器人产品来说需要充分的考虑微型电机的性能。


在满足机器人性能要求的情况下,微型电机的价格是需要在可以接受范围,在有刷直流电机能满足的条件下即选择有刷直流电机,所以需要整体考虑TF电机的各个参数结合需求,选择合适的TF电机。


机器人电机 


TF电机有多条运行特性曲线,对于机器人产品来说主要关心的有工作电压、转速、转矩、电流、尺寸。


(1)工作电机:在微型电机中可能会存在多个电压参数,最常用就是额定电压了,TF电机可以在额定电压之上超过额定转速和转矩运转,但不可长时间运行,否则就会发热;


(2)转速:微型电机每分钟的旋转转数,TF电机可达40000转,对于微型有刷电机来说这个转速已经相当高了;


(3)转矩:在机器人产品中,机器人的移动或者各种动作需要一定的转矩才能完成,单位为Nm;


(4)电流:在微型电机中,有空载电流、额定电流、堵转电流等;


(5)尺寸:电机尺寸、出轴尺寸、截面尺寸、固定孔尺寸等。


微型直流电机的供电电流是直流电,所以可以使用电池供电,各种型号的微型电机在尺寸及形状上有所不同,但基本参数大多是有个范围的,微型直流电机一般是高转速运转,但是在机器人应用中,往往输出力矩无法达到要求,所以在微型直流电机上增加了减速器降低TF电机的转速增加输出力矩,TF减速电机具有使用简单、输出转矩高、低转速、低噪音的特性。


在机器人人产品中,工作电压6~24V,0。1~0。5Nm的输出专区可以驱动20~30kg的机器人,对于轮型机器人,轮胎的尺寸决定机器人的最大运行速度。


TF电机 


机器人需要微型电机的驱动才能运动,它的运动速度取决于微型电机的转速,而微型电机的转速取决于输入电压和负载转矩。在相同的供电电压下,微型电机需要的力越大,那么它的转速就会越低,微型电机的电流越大,当出力到一定程度时,微型电机就会堵转(也就是停止旋转)。这个时候电机的电流最大,长时间堵转会导致微型电机的温度上升,损坏电机。


机器人运转速度和微型电机的旋转速度关系为V×0.02×pi×W×R/60


V:机器人运行速度(m/s);


W:电机减速后的旋转速度;


R:电机半径


假设要求机器人运行平均速度为Vavg,那么要求减速电机转速为:


w=60×Vavg/(0.02×pi×R)


在微型直流电机开始供电时,微型电机轴还未开始旋转,这个时候微型电机就是处于堵转状态,微型电机电流最大为iS,此时电机产生的转矩也是最大,所以微型电机开始旋转,随着转速的加快,微型电机的反电势增大,直流电机的电流下降、转矩下降,在直流电机转矩和负载转矩相等时,微型电机就会达到平衡状态,这个就是微型电机平衡状态的转速(微型电机平衡状态指的是转矩与负载转矩相等,在机器人中,摩擦爬坡、加速因素都在负载转矩内)。


TF电机


TF电机在机器人应用中,需要考虑的是微型电机在不同负载条件下能达到的最高转速,比如在空载条件下,TF电机能达到最大转速,空载转速为w0,在负载条件下,机器人电机堵转时能产生的转速为最大转矩,堵转转矩为Ts,在其他条件下,TF电机运行在两者之间的线性连线上,如果负载转矩为T,那此时微型电机最高转速为w=w0×(1-T/Ts),如果微型电机要求最高转速为w,此时TF电机产生的最大转矩为T=Ts×(1=w/w0)。


如果微型电机空载最高转速为w0,空载电流为i0,随着负载转矩增大,TF电机转速线性现价,电流变大,直到负载转矩达到最大转矩,微型电机堵转,假设微型电机转矩继续增大,那微型电机就会处于发电状态。


微型电机转矩为T时,微电机电流为i=i0+(is-i0)×T/Ts


i0:空载电流;


is:堵转电流;


Ts:堵转转矩


根据上述,可以得出在选择机器人减速电机时,应重点考虑电机运行电压、空载转速、一定转矩下的转速、一定转矩下的电流这几个参数。


1)运行电压:一般微型电机的电压大多为3vvvv等,对于12V电机,一般使用7.2V或9.6V供电;


2)电机转速:对于轮胎尺寸为5~20cm的机器人产品,微型电机转速范围从40~300rpm的额定转速足够使用;


3)电机转矩:计算微型电机转矩时,一般在上部分计算基础上留50%余量,假如TF电机数量<1,对微型电机的转速要求除以相应的数量。


4)电流:电流决定了机器人运行时间,根据TF电机的电流数据,假设微型电机的电流为0.01A,那么电机会太小,反之如果微信电机的额定电流为1A,那么电机就会过大。

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