电机选型报告

电机选型报告

一、概述

对于机器人行走用的电机，要求是比较高的，不是一般的电机可以胜任的。对于其的选择，我们应该考虑到以下几点：

考虑电机的转动稳定度，即要能很好的锁定其转动角速度，这样对于控制机器人的行走就可以从动力上得到了第一步的控制，所以需要考虑电机转动时的线性平稳度的问题。这样我们就得用闭环工作的电机，例如：直流伺服电机，直流无刷伺服电机，交流伺服电机，普通无刷电机，步进电机等。

●考虑电机的转速，要考虑机器人的最高行走速度和低速的精确对准问题。

●考虑机器人提速快慢的问题，即电机的扭矩和轮子直径的问题。

●考虑机器人供电的问题。

●考虑到电机在机器人上安装的问题。

●考虑对电机控制实现的容易程度的问题。

●考虑到对电机及其部件的维护和维修问题。

综合上述，我们首选应当是伺服电机，当然考虑到供电，我们应当选择24V以下直流供电的直流伺服电机或直流无刷伺服电机。虽然步进电机可以有很好的精度，但是步进电机的扭矩太小，不适合做机器人的行走电机。普通无刷电机虽然也可以是闭环的，但是其工作时对角速度的锁定能力是远远不能满足我们的需要的，因为他只有三个霍尔传感器用于检测其转子的位置（转速检测）。所以我们的选择就定位在直流伺服电机或直流无刷伺服电机。

二、电机的参数估算

1、供电电压DC－24V

我们前几届机器人比赛中使用的电源电压都是DC24V，所选的许多零部件也是DC24V供电的，为了能把他们用上去，所以我们今年也依然选用DC24V供电。电压高一些也有一定的好处的，就是对较大功率的部件的供电电流在相同功率下会小一些，例如：理想情况下240W的电机在24供电时是10A，而12V供电则需要20A，这使得电机的控制器的效率和负载承受能力都大为下降，可靠性也有所降低。

2、电机的输出转速 250～400RPM

这个要从机器人的行走速度上来考虑，首先我们考虑到常用的轮子尺寸在直径150mm，而我们的机器人最高速度约需要运行在2m/s～3m/s之间。我们用3m/s 来算，轮子周长C＝0.15m×pi＝0.471m ，达到3m/s的转速为w＝3/c＝6.37RPS ＝382RPM。所以在250～400RPM之间。

3、电机的扭矩 1.5NM

电机的扭矩需要从机器人的提速快慢（加速度）上来考虑，以3m/s的最高速度考虑，加速度在2.5m/s2的情况下，提速需要1.6s，这种情况是可以满足我们的需要的，当然也可以大一些，这样机器人的运作会显得更灵活些，但是还得考虑到地面摩擦允不允许我们达到更高的加速度。根据殷家才对2008年南昌大学机器人队用于比赛的手动机器人对地面的摩擦力来看，加速度应控制在2.5m/s2比较适合。他当时用弹簧秤测得手动机器人在行走时对地面的滑动摩擦力约为6.5Kg（65N），手动机器人整重15Kg左右，当然静摩擦力应该大一些，但是我们也只能取动摩擦力来考虑。65N的力对15Kg的机器人加速度为a＝65/15Kg＝4.33m/s2，而我们取的加速度不能大于4.33 m/s2，所以我们考虑机器人的加速度在2.5m/s2也已经放有余量了。

从2.5m/s2的加速考虑，机器人重量以15Kg考虑，则需要的力为37.5N，因为用两只电机，来驱动所以要除以2，得每只电机需要产生18.75N的力。轮子的直径以150mm来算，所以18.75×0.075NM＝1.40625NM，再加上传动过程重克服扭矩的，取1.5NM。

4、电机的尺寸长180mm 直径80mm

从安装上考虑电机的尺寸，长度不能太长，我们机器人的宽度一般为400mm左右，两电机同轴对着安装的话，则留有余地的算电机不能超过180mm的长度，从轮子的直径考虑，电机的直径（最大）不能超过80mm。

5、电机的控制器

电机的控制器的选择首先是能和所选的电机匹配，其次是负载能力，再次是控制接口。供电电压为DC－24V，负载能力因电机功率而定。

6、功率的选取：（取09年上坡计算功率）

假定每台机器人的重量为15KG，要求达到的最大速度为4m/s，坡的角度为16.7度，机器人以恒定速度上坡，通过公式P=F*v=mgsinα*v，算得功率大致为210W，这个值属于最大功率，而且只是一个初步的计算，实际中机器人的总重量不允许超过50KG，所以每个机器人的重量在15KG左右，所以我们选用电机的功率在120W已经足够了

具体的参数计算已做成EXCEL表格伺服电机参数计算表，可自己任意选定参数（重量、速度等）计算出所需要的转矩、功率等所需要的参数。

三、所选到的电机

1、FAULHABER直流伺服电机

1)电机型号：3863H024C

连动扭矩 0.110Nm

供电24V

最大输出功率220W

最大电流 3.8A

停转扭矩1.250Nm

空载转速6700RPM

最大转速8000RPM

电机直径38mm

电机长度64mm（不包括轴）

减速器：38/1 或38/2 减速比14：1 最大承受扭矩15Nm，经减速器输出转速为8000/14=571RPM

编码器：HEDM 5500 J 双通道AB相输出 1024线

控制器：MCDC3006S 电压12到30V，电流连续6A，最大10A，编码器最大分辨率65535线，控制接口RS232和模拟量两种。和我们实验室现有的MCDC2805是同类产品，外观性能相当。

电机总长度：码盘＋电机＋减速器＝118mm（不包括伸出的轴）

其他：电机PDF文档，码盘PDF文档，减速器PDF文档（见文件夹内）

2)电机型号：3257G024CR

连动扭矩 0.110Nm

供电24V

最大输出功率83.2W

最大电流2.3A

停转扭矩0.539Nm

空载转速5900RPM

最大转速5000RPM

电机直径32mm

电机长度57mm（不包括轴）

其他：电机PDF文档，码盘PDF文档，减速器PDF文档（见文件夹内）

3)电机型号：3557K024CR

连动扭矩 0.080Nm

供电24V

最大输出功率70.8W

最大电流 1.95A

停转扭矩0.51Nm

空载转速5300RPM

最大转速5000RPM

电机直径35mm

电机长度57mm（不包括轴）

其他：电机PDF文档，码盘PDF文档，减速器PDF文档（见文件夹内）