电机应用开发-直流有刷电机原理与应用

原创

ZC_Robot机器人技术

修改于 2021-05-15 21:28:15

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1 概述

电机是将电能转化为旋转运动，经过传动系统最终转化为机器人的运动。在我们见到的自动化设备、机床以及机器人等机电一体化设备中发挥着重要的作用。电机的驱动控制也是机电一体化产品的核心技术。电机根据其驱动原理可以分为直流电机、步进电机、交流电机等类型。在一般的控制应用中可以认为：步进电机的精度较高，直流电机的转速快且交流电机的负载大。

就机器人系统而言，大部分日常见到的机器人系统均是直流电机，直流电机可以分为：

直流有刷电机-直流有刷减速电机-直流无刷电机-直流无刷减速电机

其具体的分类方法较多，包含给予工作电源的划分，给予结构和工作原理的划分，基于启动方式划分等。就直流有刷电机和直流无刷电机的区别，可以总结如下：

直流有刷电机	直流无刷电机
结构简单，成本较低，速度快，启动转矩大，平稳，且制动效果良好。但是缺点是需要更换电刷	低干扰，噪音低，高速，电机寿命好长，维护成本低。如变频空调，机器人等

本节主要讲解直流有刷电机结构-驱动与控制。

2 直流有刷电机结构

直流有刷电机需要输入直流电源，通过碳刷和转自换向结构保持转子线圈产生的磁场和机壳永磁体运转。其直流输入电源电压主要是12V,24V,36V，48V,110V。直流有刷电机能效高，控制性能好，但是由于使用的是电刷，所以会导致寿命较短，且电刷换向时候甚至会产生电火花。直流有刷电机最直观的特点的就是价格低廉，驱动简单。

视频内容

3 直流减速电机

直流减速电机包含了直流电机和减速器。

减速机类型	特点
齿轮减速器	体积小，减速比大，输出力矩大，但是齿轮传动存在传动间隙
蜗轮蜗杆	更大的减速比，具备反向自锁能力，但是较大的体积影响系统设计，且精度和传动效率较低
行星减速器	结构紧凑，回程间隙小，精度高，寿命长，但是价格略高

3.1 齿轮减速器

齿轮减速器

3.2 蜗轮蜗杆

蜗轮蜗杆

3.3 行星减速器

行星齿轮减速器原理

4 直流有刷电机驱动

对于直流有刷电机的驱动，首先想到的是L298N，其内部本质上是H桥驱动电路，由核心电路H桥加上一些必要的电路。此处的H桥是全桥电路。L298N 是一种双H桥电机驱动芯片，其中每个H桥可以提供2A的电流，功率部分的供电电压范围是2.5-48v，逻辑部分5v供电，接受5vTTL电平。一般情况下，功率部分的电压应大于6V否则芯片可能不能正常工作。并且具有过热自断和反馈检测功能。