智能小车设计机器人硬件系统
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举个通俗的例子，电动刮胡刀，只需要微型直流 电机，它的要求正好是转速快力矩小，而对于一些 升降设备比如投影仪的自动升降装置它的要求是转 速小，力矩大，那就必须选减速电机了。
智能小车设计机器人硬件系统
直流电机 直流电动机以其良好的启动性 和调速性能著称。
智能小车设计机器人硬件系统
直流电机参数
工作电压：DC12V 转速：500±100rpm@12V 力矩：≥300kgt.cm@12V 工作电流：500mA@12V
智能小车设计机器人硬件系统
脉冲控制舵机的原理
占空比改变舵机转轴的位置
智能小车设计机器人硬件系统
舵机控制脉冲的参数
有的舵机1ms-2ms
智能小车设计机器人硬件系统
智能小车设计机器人硬件系统
舵机的技术规格
有外形尺寸(mm)、重量(g)、扭力(kg/cm)、 速度(秒/60°)、测试电压(V)等技术参数。 扭力 扭力的单位是 kg/cm，意思是在摆臂长
转动的角度。
智能小车设计机器人硬件系统
大力矩舵机 微型舵机 标准舵机
智能小车设计机器人硬件系统
舵机是个糅合了 多项技术的科技结 晶体，它由直流电 机、减速齿轮组、 传感器和控制电路 组成，是一套自动 控制装置。
智能小车设计机器人硬件系统
自动控制
自动控制就是用一个闭环反馈控制回路不断校 正输出的偏差，使系统的输出保持恒定。我们在生 活中常见的恒温加热系统就是自动控制装置的一个 范例，其利用温度传感器检测温度，将温度作为反 馈量，利用加热元件提输出，当温度低于设定值时， 加热器启动，温度达到设定值时，加热器关闭，这 样不就使温度始终保持恒定了吗。
智能小车设计机器人硬件系统
装配模型
智能小车设计机器人硬件系统
4、四驱式2
智能小车设计机器人硬件系统
5、四驱式3
智能小车设计机器人硬件系统
6、飞思卡尔 车模1
直流电机， 无减速箱
我的飞思卡尔之 殇！！！
智能小车设计机器人硬件系统
车模及零配件购买途径： 淘宝店：北京易学通、大谷教育机器人、北京 芯拓未来科技，各类机器人模型店、航模店 实体店：汉口前进四路
智能小车设计机器人硬件系统
直流电机主要参数
1、Assigned power rating 。标称功率或额定功率。指 该电机系统设计时的理想功率也是在推荐工作情况下的最 大功率。 2、Nominal voltage 。额定电压或工作电压，推荐电压。 由于一般电机可以工作在不同电压下，但电压直接和转速 有关，其他参数也相应变化，所以该电压只是一种建议电 压。其他参数也是在这种推荐的电压下给出的。
智能小车设计机器人硬件系统
步进电机单极性？双极性？
双极性步进电机是指：有两个线圈，四条线。电流在两 个线圈中可以正反向流动，所以叫做双极性。
单极性步进电机是指：有两个线圈，但是有五条或六条 线，即在一个线圈的中间增加了一个抽头，五条线的可以看 成是六条线把两个线圈的两根中间线并在一起。因为在一个 线圈的中间有了抽头，电流就可以在一个线圈的一半走不同 的流向，但这时只是用到电机线圈的一半而已。
智能小车设计机器人硬件系统
步进电机驱动 L297+L298
智能小车设计机器人硬件系统
直流电机主要参数
5、Max continuous current。最大连续电流。这个电流 主要指在有反向外力时，比如有负载时出现的电流。这也 是个要考虑的参数。一般这个电流和电压的乘积小于额定 功率，并不是说该电机就是有一个损耗比，而是长时间在 大电流情况下工作，如额定功率下，会导致温度升高，直 接的后果就是电阻增加，效率下降，并导致整体性能下降， 而且有可能损坏设备。 6、No load speed。空转速，或空载转速。单位是RPM。 revolutions per minute 每分钟转多少圈。
步进电机
电机转速和相序切换频率有关，切换的越快，电 机转得越快。
电机转动方向和相序有关。 电机转动的每拍的角度，称为步距角θ。步距角和
电机的机构有关，θ=360/mzk; m为定子绕组的
相数，Z为转子齿数，K为通电方式，K=1全步模式， K=2半步模式。
智能小车设计机器人硬件系统
步进电机
上面的例子中：M=3,Z=4,k=1
智能小车设计机器人硬件系统
步进电机实物内部结构
智能小车设计机器人硬件系统
步进电机工作原理
步进电机的工作原理 实际是电磁铁的工作原 理：
当某相定子励磁后， 吸引离它最近的转子， 转子的齿与该相定子磁 极上的齿对齐，转子转 动一个角度，换一相励 磁后，转子又转动一个 角度。如此循环励磁， 转子不停转动。
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舵机
工作原理--由单片机发出 讯号给舵机，经由电路板 上的IC判断转动方向，再 驱动无核心马达开始转动， 透过减速齿轮将动力传至 摆臂，同时由位置检测器 送回讯号，判断是否已经 到达定位。位置检测器其 实就是可变电阻，当舵机 转动时电阻值也会随之改 变，由检测电阻值便可知
目录
1、车模及配件 2、微型电机
直流（减速）电机、舵机、 步进电机、伺服电机 有刷电机、无刷电机
智能小车设计机器人硬件系统
机器人基本结构
机器人一般由执行机构、驱动装置、检测装置和 控制系统和复杂机械等组成。
执行机构——机器人本体（手臂、腿、头） 驱动装置——电机 检测装置——传感器 控制系统——单片机 复杂机械——……
脉冲数越多，电机转动角度越大。 脉冲的频率越高电机转速越快。但不能超过最 高频率，否则电机的力矩迅速减小，电机不转。 （工作频率一般在几百Hz到1-2KHz之间）
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步进电机
步进电机按内部结构不同分为感应式步进电机、 反应式步进电机、混合式步进电机。
目前，我们在应用中使用到的步进电机多为混合 式步进电机。 轴向分相：电机各相绕组按轴向依次排列。 径向分相：电机各相绕组按圆周依次排列。
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直流电机主要参数
3、Stall torque 堵转转矩。这个是很多要带负载的电机 的重要参数。即，在电机受反向外力使其停止转动时的力 矩。如果电机堵转现象经常出现，则会损坏电机，或烧坏 驱动芯片，所以大家选电机时，这是除转速外，第一个要 考虑的参数。其单位主要有N.M，有KG.M。一般其值和 工作电压的关系不是很密切，和工作电流的关系密切。不 过请注意，堵转时间一长，电机温度上升的很快，这个值 也会下降的很厉害。
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直流电机其他参数
7、Max continuous torque。最大连续转矩。 8、No load current。空载电流或空转电流。 9、Terminal resistance,电机电阻。 10、Max permissible speed 最大允许转速。转速是由 电压控制，出现这种情况一般在两种情况下发生。 11、Max power output at norminal voltage。在额定 电压下的最大输出功率。 12、Max efficiency。最大效率。 13、Torque constant.转矩常数。这里不是静态转矩的意 思。单位是N.M/A等等。即每A或毫安下的转矩值。
度1公分处，能吊起几公斤重的物体。 速度 速度的单位是 sec/60°，意思是舵机转动
60°所需要的时间。
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电压会直接影响舵机的性能。
例如 Futaba S-9001 在4.8V时扭力为3.9kg/cm 、速度为0.22 秒/60°， 在6.0V时扭力为5.2kg/cm 、速度为0.18 秒/60°。
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14、Speed constant。速度常数，即RPM/V，每升高 1V，转速增加多少。 15、Mechanical time constant。机械时间常数。是启 动到正常转速的63%的时间（这是MAXON的标准）。 16、rotor inertia 转子惯量。 17、Terminal inductance 电机电感。 18、thermal resistance housing -ambient 电机外壳到 环境的热阻抗。 19、thermal resistance rotor-housing 转子到机壳的热 阻抗。 20、thermal time constant winding 绕组的热时间常 数 就是绕组温度改变的时间。单位是℃/s
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智能小车设计机器人硬件系统
步进电机
励磁顺序：A—B—C—A 电机逆时针旋转 励磁顺序：A—C—B—A 电机顺时针旋转 改变通电顺序，可改变电机运动方向。 励磁顺序： AB—BC—CA—AB 励磁顺序： A —AB—B—BC—C—CA—A半步模式
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智能小车设计机器人硬件系统
一 微型电机
在“机器人”设计中，我们用到的电机主要有以下几种 ：
1、直流（减速）电机 2、舵机 3、步进电机 4、伺服电机
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直流减速电机
直流电机是一个马达，通电后转速少则几百 转/分，高的就上万转，在这种情况下，电机的转矩 很小，带不动重的东西，这时就需要减速器了，微 型直流电机加上减速器这个整体叫微型直流减速电 机，这种电机可以把转速降下来，到几十-零点几转 /分，可任意调整，而且力矩很大。
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舵机中的自动控制原理
智能小车设计机器人硬件系统
位置检测器是它的输入传感器，舵机转 动的位置一变，位置检测器的电阻值就会跟 着变。通过控制电路读取该电阻值的大小， 就能根据阻值适当调整电机的速度和方向， 使电机向指定角度旋转。
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舵盘
舵机有一个三线的接口。黑色（或棕 色）的线是接地线，红线接电源电压， 黄线（或是白色或橙色）接控制信号端。
智能小车设计机器人硬件系统
Hale Waihona Puke 步进电机智能小车设计机器人硬件系统
步进电机
步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移 的开环控制元件。在非超载的情况下，电机的转速、 停止的位置只取决于控制信号频率和脉冲数。脉冲数 越多，电机转动的角度越大。这一线性关系的存在， 加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。
θ=360°/mzk =360°/(3×4×1) =30°
m为定子绕组的相数，Z为转子齿数，K为通电方式， K=1全步模式，K=2半步模式。
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步进电机的优点
1）步进电动机的角位移与输入脉冲数严格成正比。因此, 当它转一圈后,没有累计误差,具有良好的跟随性。 2）由步进电动机与驱动电路组成的开环数控系统,既简单、 廉价,又非常可靠,同时,它也可以与角度反馈环节组成高性 能的闭环数控系统。 3）步进电动机的动态响应快,易于启停、正反转及变速。 4）速度可在相当宽的范围内平稳调整,低速下仍能获得较 大转距,因此一般可以不用减速器而直接驱动负载。 5）步进电机只能通过脉冲电源供电才能运行,不能直接使 用交流电源和直流电源。 6）步进电机存在振荡和失步现象,必须对控制系统和机械 负载采取相应措施。
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2、三轮式
智能小车设计机器人硬件系统
万向轮
减速电机
固定支架
智能小车设计机器人硬件系统
固定孔
3、四驱式 1
智能小车设计机器人硬件系统
轮子
连轴器 固定支架
减速电机
智能小车设计机器人硬件系统
螺丝 螺帽
根据电机轴 径不同选不 同的联轴器
智能小车设计机器人硬件系统
有一个可供 固定的平面
智能小车设计机器人硬件系统
直流电机主要参数
4、Starting current。起动电流。或初始电流。这个参数 也比较重要。前面所说的转子的惯量问题在这更加体现。 好的电机，在同样的加速度下，起动电流较小。而这个起 动电流，对高标准的设计还是要考虑的，不然说不定起动 时就会烧驱动芯片。而且这个电流往往比最大连续电流还 要大出好几倍。比如MAXON的一款，最大连续电流为 6A，启动电流则可能到达75A。
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零 车模及配件 1、坦克式RP5
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智能小车设计机器人硬件系统
车模参数
尺 寸：180mm*135mm*58mm（长*宽*高） 工作电压：7.2V(我们使用12V达到更好效果) 工作电流：160–180 mA 最大速度：30cm/s 爬坡能力：<30° 有效载重：<7.5Kg
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直流电机 直流电动机以其良好的启动性 和调速性能著称。
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直流电机参数
工作电压：DC12V 转速：500±100rpm@12V 力矩：≥300kgt.cm@12V 工作电流：500mA@12V
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脉冲控制舵机的原理
占空比改变舵机转轴的位置
智能小车设计机器人硬件系统
舵机控制脉冲的参数
有的舵机1ms-2ms
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智能小车设计机器人硬件系统
舵机的技术规格
有外形尺寸(mm)、重量(g)、扭力(kg/cm)、 速度(秒/60°)、测试电压(V)等技术参数。 扭力 扭力的单位是 kg/cm，意思是在摆臂长
转动的角度。
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大力矩舵机 微型舵机 标准舵机
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舵机是个糅合了 多项技术的科技结 晶体，它由直流电 机、减速齿轮组、 传感器和控制电路 组成，是一套自动 控制装置。
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自动控制
自动控制就是用一个闭环反馈控制回路不断校 正输出的偏差，使系统的输出保持恒定。我们在生 活中常见的恒温加热系统就是自动控制装置的一个 范例，其利用温度传感器检测温度，将温度作为反 馈量，利用加热元件提输出，当温度低于设定值时， 加热器启动，温度达到设定值时，加热器关闭，这 样不就使温度始终保持恒定了吗。
智能小车设计机器人硬件系统
装配模型
智能小车设计机器人硬件系统
4、四驱式2
智能小车设计机器人硬件系统
5、四驱式3
智能小车设计机器人硬件系统
6、飞思卡尔 车模1
直流电机， 无减速箱
我的飞思卡尔之 殇！！！
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车模及零配件购买途径： 淘宝店：北京易学通、大谷教育机器人、北京 芯拓未来科技，各类机器人模型店、航模店 实体店：汉口前进四路
智能小车设计机器人硬件系统
直流电机主要参数
1、Assigned power rating 。标称功率或额定功率。指 该电机系统设计时的理想功率也是在推荐工作情况下的最 大功率。 2、Nominal voltage 。额定电压或工作电压，推荐电压。 由于一般电机可以工作在不同电压下，但电压直接和转速 有关，其他参数也相应变化，所以该电压只是一种建议电 压。其他参数也是在这种推荐的电压下给出的。
智能小车设计机器人硬件系统
步进电机单极性？双极性？
双极性步进电机是指：有两个线圈，四条线。电流在两 个线圈中可以正反向流动，所以叫做双极性。
单极性步进电机是指：有两个线圈，但是有五条或六条 线，即在一个线圈的中间增加了一个抽头，五条线的可以看 成是六条线把两个线圈的两根中间线并在一起。因为在一个 线圈的中间有了抽头，电流就可以在一个线圈的一半走不同 的流向，但这时只是用到电机线圈的一半而已。
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步进电机驱动 L297+L298
智能小车设计机器人硬件系统
直流电机主要参数
5、Max continuous current。最大连续电流。这个电流 主要指在有反向外力时，比如有负载时出现的电流。这也 是个要考虑的参数。一般这个电流和电压的乘积小于额定 功率，并不是说该电机就是有一个损耗比，而是长时间在 大电流情况下工作，如额定功率下，会导致温度升高，直 接的后果就是电阻增加，效率下降，并导致整体性能下降， 而且有可能损坏设备。 6、No load speed。空转速，或空载转速。单位是RPM。 revolutions per minute 每分钟转多少圈。
步进电机
电机转速和相序切换频率有关，切换的越快，电 机转得越快。
电机转动方向和相序有关。 电机转动的每拍的角度，称为步距角θ。步距角和
电机的机构有关，θ=360/mzk; m为定子绕组的
相数，Z为转子齿数，K为通电方式，K=1全步模式， K=2半步模式。
智能小车设计机器人硬件系统
步进电机
上面的例子中：M=3,Z=4,k=1
智能小车设计机器人硬件系统
步进电机实物内部结构
智能小车设计机器人硬件系统
步进电机工作原理
步进电机的工作原理 实际是电磁铁的工作原 理：
当某相定子励磁后， 吸引离它最近的转子， 转子的齿与该相定子磁 极上的齿对齐，转子转 动一个角度，换一相励 磁后，转子又转动一个 角度。如此循环励磁， 转子不停转动。
智能小车设计机器人硬件系统
舵机
工作原理--由单片机发出 讯号给舵机，经由电路板 上的IC判断转动方向，再 驱动无核心马达开始转动， 透过减速齿轮将动力传至 摆臂，同时由位置检测器 送回讯号，判断是否已经 到达定位。位置检测器其 实就是可变电阻，当舵机 转动时电阻值也会随之改 变，由检测电阻值便可知
目录
1、车模及配件 2、微型电机
直流（减速）电机、舵机、 步进电机、伺服电机 有刷电机、无刷电机
智能小车设计机器人硬件系统
机器人基本结构
机器人一般由执行机构、驱动装置、检测装置和 控制系统和复杂机械等组成。
执行机构——机器人本体（手臂、腿、头） 驱动装置——电机 检测装置——传感器 控制系统——单片机 复杂机械——……
脉冲数越多，电机转动角度越大。 脉冲的频率越高电机转速越快。但不能超过最 高频率，否则电机的力矩迅速减小，电机不转。 （工作频率一般在几百Hz到1-2KHz之间）
智能小车设计机器人硬件系统
步进电机
步进电机按内部结构不同分为感应式步进电机、 反应式步进电机、混合式步进电机。
目前，我们在应用中使用到的步进电机多为混合 式步进电机。 轴向分相：电机各相绕组按轴向依次排列。 径向分相：电机各相绕组按圆周依次排列。
智能小车设计机器人硬件系统
直流电机主要参数
3、Stall torque 堵转转矩。这个是很多要带负载的电机 的重要参数。即，在电机受反向外力使其停止转动时的力 矩。如果电机堵转现象经常出现，则会损坏电机，或烧坏 驱动芯片，所以大家选电机时，这是除转速外，第一个要 考虑的参数。其单位主要有N.M，有KG.M。一般其值和 工作电压的关系不是很密切，和工作电流的关系密切。不 过请注意，堵转时间一长，电机温度上升的很快，这个值 也会下降的很厉害。
智能小车设计机器人硬件系统
直流电机其他参数
7、Max continuous torque。最大连续转矩。 8、No load current。空载电流或空转电流。 9、Terminal resistance,电机电阻。 10、Max permissible speed 最大允许转速。转速是由 电压控制，出现这种情况一般在两种情况下发生。 11、Max power output at norminal voltage。在额定 电压下的最大输出功率。 12、Max efficiency。最大效率。 13、Torque constant.转矩常数。这里不是静态转矩的意 思。单位是N.M/A等等。即每A或毫安下的转矩值。
度1公分处，能吊起几公斤重的物体。 速度 速度的单位是 sec/60°，意思是舵机转动
60°所需要的时间。
智能小车设计机器人硬件系统
电压会直接影响舵机的性能。
例如 Futaba S-9001 在4.8V时扭力为3.9kg/cm 、速度为0.22 秒/60°， 在6.0V时扭力为5.2kg/cm 、速度为0.18 秒/60°。
智能小车设计机器人硬件系统
14、Speed constant。速度常数，即RPM/V，每升高 1V，转速增加多少。 15、Mechanical time constant。机械时间常数。是启 动到正常转速的63%的时间（这是MAXON的标准）。 16、rotor inertia 转子惯量。 17、Terminal inductance 电机电感。 18、thermal resistance housing -ambient 电机外壳到 环境的热阻抗。 19、thermal resistance rotor-housing 转子到机壳的热 阻抗。 20、thermal time constant winding 绕组的热时间常 数 就是绕组温度改变的时间。单位是℃/s
智能小车设计机器人硬件系统
智能小车设计机器人硬件系统
步进电机
励磁顺序：A—B—C—A 电机逆时针旋转 励磁顺序：A—C—B—A 电机顺时针旋转 改变通电顺序，可改变电机运动方向。 励磁顺序： AB—BC—CA—AB 励磁顺序： A —AB—B—BC—C—CA—A半步模式
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一 微型电机
在“机器人”设计中，我们用到的电机主要有以下几种 ：
1、直流（减速）电机 2、舵机 3、步进电机 4、伺服电机
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直流减速电机
直流电机是一个马达，通电后转速少则几百 转/分，高的就上万转，在这种情况下，电机的转矩 很小，带不动重的东西，这时就需要减速器了，微 型直流电机加上减速器这个整体叫微型直流减速电 机，这种电机可以把转速降下来，到几十-零点几转 /分，可任意调整，而且力矩很大。
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舵机中的自动控制原理
智能小车设计机器人硬件系统
位置检测器是它的输入传感器，舵机转 动的位置一变，位置检测器的电阻值就会跟 着变。通过控制电路读取该电阻值的大小， 就能根据阻值适当调整电机的速度和方向， 使电机向指定角度旋转。
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舵盘
舵机有一个三线的接口。黑色（或棕 色）的线是接地线，红线接电源电压， 黄线（或是白色或橙色）接控制信号端。
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Hale Waihona Puke 步进电机智能小车设计机器人硬件系统
步进电机
步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移 的开环控制元件。在非超载的情况下，电机的转速、 停止的位置只取决于控制信号频率和脉冲数。脉冲数 越多，电机转动的角度越大。这一线性关系的存在， 加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。
θ=360°/mzk =360°/(3×4×1) =30°
m为定子绕组的相数，Z为转子齿数，K为通电方式， K=1全步模式，K=2半步模式。
智能小车设计机器人硬件系统
步进电机的优点
1）步进电动机的角位移与输入脉冲数严格成正比。因此, 当它转一圈后,没有累计误差,具有良好的跟随性。 2）由步进电动机与驱动电路组成的开环数控系统,既简单、 廉价,又非常可靠,同时,它也可以与角度反馈环节组成高性 能的闭环数控系统。 3）步进电动机的动态响应快,易于启停、正反转及变速。 4）速度可在相当宽的范围内平稳调整,低速下仍能获得较 大转距,因此一般可以不用减速器而直接驱动负载。 5）步进电机只能通过脉冲电源供电才能运行,不能直接使 用交流电源和直流电源。 6）步进电机存在振荡和失步现象,必须对控制系统和机械 负载采取相应措施。
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2、三轮式
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万向轮
减速电机
固定支架
智能小车设计机器人硬件系统
固定孔
3、四驱式 1
智能小车设计机器人硬件系统
轮子
连轴器 固定支架
减速电机
智能小车设计机器人硬件系统
螺丝 螺帽
根据电机轴 径不同选不 同的联轴器
智能小车设计机器人硬件系统
有一个可供 固定的平面
智能小车设计机器人硬件系统
直流电机主要参数
4、Starting current。起动电流。或初始电流。这个参数 也比较重要。前面所说的转子的惯量问题在这更加体现。 好的电机，在同样的加速度下，起动电流较小。而这个起 动电流，对高标准的设计还是要考虑的，不然说不定起动 时就会烧驱动芯片。而且这个电流往往比最大连续电流还 要大出好几倍。比如MAXON的一款，最大连续电流为 6A，启动电流则可能到达75A。
智能小车设计机器人硬件系统
零 车模及配件 1、坦克式RP5
智能小车设计机器人硬件系统
智能小车设计机器人硬件系统
车模参数
尺 寸：180mm*135mm*58mm（长*宽*高） 工作电压：7.2V(我们使用12V达到更好效果) 工作电流：160–180 mA 最大速度：30cm/s 爬坡能力：<30° 有效载重：<7.5Kg