Με την ταχεία ανάπτυξη της επιστήμης και της τεχνολογίας, όλα τα είδη προϊόντων ρομπότ έχουν εισέλθει και στην καθημερινότητά μας. Για παράδειγμα, τα ρομπότ σκουπίσματος οδηγούν μικρές σκούπες για να καθαρίσουν το έδαφος μέσω κινητήρων συνεχούς ρεύματος, τα έξυπνα ρομπότ προσχολικής εκπαίδευσης συνοδεύουν τα παιδιά να μεγαλώσουν και τα βιομηχανικά ρομποτικά ρομπότ βραχιόνων μπορούν να αντικαταστήσουν τη χειροκίνητη συναρμολόγηση προϊόντων.
Ανεξάρτητα από το είδος του ρομπότ, πρέπει να οδηγείται από μια πηγή ισχύος και αυτή η πηγή ισχύος είναι ένας κινητήρας συνεχούς ρεύματος. Στο σχεδιασμό των ρομπότ, ο κινητήρας συνεχούς ρεύματος είναι μια πολύ σημαντική κινητήρια δομή, η οποία ισοδυναμεί με την κινητή άρθρωση των ανθρώπων. Ο κινητήρας συνεχούς ρεύματος παρέχει κινητήρια ροπή για το ρομπότ μετατρέποντας την ηλεκτρική ενέργεια σε μηχανική ενέργεια, επομένως ο κινητήρας συνεχούς ρεύματος εγκαθίσταται στη θέση όπου χρειάζεται να κινηθεί το ρομπότ (όπως κίνηση με άρθρωση, τροχοί κ.λπ.).
Στον τομέα της ρομποτικής, χρησιμοποιούνται κινητήρες συνεχούς ρεύματος επειδή μπορούν να τροφοδοτηθούν με συνεχές ρεύμα από μπαταρίες. Υπάρχουν κινητήρες συνεχούς ρεύματος με ψήκτρες και κινητήρες συνεχούς ρεύματος χωρίς ψήκτρες στους κινητήρες συνεχούς ρεύματος. Διαφορετικοί κινητήρες συνεχούς ρεύματος επιλέγονται ανάλογα με τις ανάγκες, όπως μηχανισμός διεύθυνσης ρομπότ. Χρησιμοποιούνται οι περισσότεροι κινητήρες συνεχούς ρεύματος με βούρτσα. Ο βουρτσισμένος κινητήρας συνεχούς ρεύματος έχει απλή δομή και εναλλάσσεται μέσω του μεταγωγέα. Ωστόσο, ο βουρτσισμένος κινητήρας συνεχούς ρεύματος έχει ένα μειονέκτημα ότι η βούρτσα και ο μεταγωγέας θα δημιουργήσουν τριβή όταν ο κινητήρας λειτουργεί, κάτι που θα επηρεάσει τη χρήση. Φυσικά, εάν η διάρκεια ζωής του βουρτσισμένου κινητήρα συνεχούς ρεύματος σε ορισμένα ρομπότ μπορεί να ικανοποιήσει τις απαιτήσεις, ο βουρτσισμένος κινητήρας συνεχούς ρεύματος θα εξακολουθεί να επιλέγεται.
Ο κινητήρας συνεχούς ρεύματος χωρίς ψήκτρες λύνει το πρόβλημα του βουρτσισμένου κινητήρα συνεχούς ρεύματος. Δεν έχει μεταγωγέα και χρησιμοποιεί ηλεκτρονική μεταγωγή, επομένως δεν υπάρχει φθορά και η διάρκεια ζωής είναι πολύ μεγαλύτερη από αυτή του βουρτσισμένου κινητήρα συνεχούς ρεύματος, αλλά ο κινητήρας συνεχούς ρεύματος χωρίς ψήκτρες Η δομή του κινητήρα είναι πιο περίπλοκη και η τιμή είναι μεγαλύτερη ακριβός. Εκτός εάν οι παράμετροι του βουρτσισμένου κινητήρα συνεχούς ρεύματος δεν μπορούν να ικανοποιηθούν, θα επιλεγεί ο κινητήρας συνεχούς ρεύματος χωρίς ψήκτρες.
Η ταχύτητα περιστροφής και η περιστροφή προς τα εμπρός και προς τα πίσω του κινητήρα συνεχούς ρεύματος είναι επίσης πολύ σημαντικά για το ρομπότ. Η ταχύτητα βαδίσματος και η ταχύτητα εργασίας του συνδέονται στενά με την ταχύτητα περιστροφής, επομένως πρέπει να ελέγχεται από τον οδηγό του κινητήρα DC.
Όταν ο ρότορας του κινητήρα συνεχούς ρεύματος περιστρέφεται, η περιέλιξη του στάτορα θα δημιουργήσει πίσω ηλεκτροκινητική δύναμη και η κυματομορφή της πίσω ηλεκτροκινητικής δύναμης που δημιουργείται από τη δομή του κινητήρα είναι επίσης διαφορετική, δηλαδή τετραγωνικό κύμα και ημιτονοειδές κύμα. Η ρύθμιση ταχύτητας κινητήρα συνεχούς ρεύματος μπορεί να αλλάξει την τάση εξόδου διαμορφώνοντας το PWM το πλάτος παλμού του τετραγωνικού κύματος και η ταχύτητα θα αλλάξει με την αλλαγή τάσης.
Η χρήση κίνησης ρεύματος ημιτονοειδούς κύματος μπορεί να μειώσει αποτελεσματικά τον κυματισμό της ροπής, αλλά το μειονέκτημα είναι ότι η διαδικασία ελέγχου είναι περίπλοκη και το κόστος είναι υψηλό. Αν και το ημιτονοειδές κύμα που οδηγεί τον κινητήρα συνεχούς ρεύματος είναι επίσης ένα κύκλωμα πλήρους γέφυρας, η μέθοδος ρύθμισης της ταχύτητάς του είναι διαφορετική από αυτή της τετραγωνικής κίνησης κυμάτων και η μέθοδος ελέγχου διανυσμάτων (FOC για συντομία) χρησιμοποιείται στο ρομπότ.
Έλεγχος FOC κινητήρα DC: Ο κινητήρας συνεχούς ρεύματος μπορεί να περιστρέφεται επειδή η αλληλεπίδραση του μαγνητικού πεδίου και του ρεύματος δημιουργεί ροπή. Το μέγεθος της ροπής σχετίζεται με το μαγνητικό πεδίο και το ρεύμα, αλλά το μαγνητικό πεδίο που δημιουργείται από τον στάτορα είναι σταθερό, επομένως η ροπή μπορεί να ελεγχθεί ελέγχοντας το ρεύμα. Δηλαδή, η ταχύτητα του κινητήρα συνεχούς ρεύματος μπορεί να ελεγχθεί, αλλά το ρεύμα του κινητήρα συνεχούς ρεύματος χωρίς ψήκτρες δεν θα δημιουργήσει μόνο ροπή, αλλά και το υλικό μαγνητικής ροής στον στάτορα και θα δημιουργήσει ένα μαγνητικό πεδίο, το οποίο συχνά ονομάζουμε το ρεύμα διέγερσης. Η σύζευξη αυτών των δύο αναμφίβολα αυξάνει τη δυσκολία ελέγχου.
Εάν θέλετε να ελέγξετε την ταχύτητα, πρέπει να διαχωρίσετε αυτά τα δύο ρεύματα και να τα ελέγξετε ξεχωριστά. Το FOC χρησιμοποιεί περιστροφή συντεταγμένων για να αλλάξει το ρεύμα του αποσυντεθειμένου στάτορα. Μετά την αποσύνθεση, μπορείτε να ελέγξετε αυτές τις δύο ποσότητες χωριστά. Η ροπή είναι μεγάλη, η δύναμη είναι μεγάλη και ο κινητήρας συνεχούς ρεύματος Η ταχύτητα ανέβηκε. Το πλεονέκτημα του FOC είναι ότι ο κυματισμός της ροπής είναι μικρός, επομένως η περιστροφή είναι πολύ ομαλή, αλλά ο αλγόριθμός του είναι πολύπλοκος και το κόστος υψηλό.
Με τον έλεγχο της ταχύτητας του κινητήρα συνεχούς ρεύματος, μπορεί να ελεγχθεί η ταχύτητα βαδίσματος του ρομπότ, έτσι ώστε το ρομπότ να κινείται!
Τέλος, συνοψίστε τους δύο τύπους κινητήρων συνεχούς ρεύματος για ρομπότ
Ο κινητήρας χωρίς ψήκτρες δεν έχει δομή μετατροπέα βούρτσας, δεν απαιτεί τακτική συντήρηση και έχει μεγάλη διάρκεια ζωής. Όσον αφορά την αρχή οδήγησης, η οδήγηση κινητήρα χωρίς ψήκτρες χωρίζεται σε οδήγηση τετραγωνικών κυμάτων και οδήγηση ημιτονοειδών κυμάτων. Το πρώτο έχει μια απλή αρχή και χαμηλό κόστος, ενώ το δεύτερο έχει έναν πιο περίπλοκο αλγόριθμο, αλλά μπορεί να καταστείλει αποτελεσματικά τον κυματισμό της ροπής και να κάνει τον κινητήρα να περιστρέφεται πιο ομαλά.
Σε πρακτικές εφαρμογές, μπορούμε να επιλέξουμε το κατάλληλο σχέδιο κινητήρα και σύστημα κίνησης σύμφωνα με τις πραγματικές ανάγκες και την πλήρη εξέταση διάφορων παραγόντων. Ο κινητήρας συνεχούς ρεύματος χωρίς ψήκτρες έχει χαμηλό κόστος και μεγάλη μηχανική φθορά και μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως τροχοφόρος δομή πλαισίου του ρομπότ. ένα από τα πλεονεκτήματα του κινητήρα χωρίς ψήκτρες είναι ότι δεν δημιουργεί σπινθήρες κατά τη διάρκεια της εναλλαγής, επομένως χρησιμοποιείται ευρέως σε ειδικά ρομπότ.
