机器人不能因为热能的产生而停下组装印刷电路板的动作,它们必须持续地移动,这就是精密的马达控制所发挥的作用。
依据不同的功能应用,会创造出迥异的马达与控制电路的类型。为了提取重物而设计出的机器人,可能会采用不需要精密控制速度或定位的高扭力AC感应马达。
另一方面,机器人手术则需要极为精密地控制速度与定位。通常会使用无刷直流(BLDC)伺服马达,再加上闭路式定位回馈以提供精密的控制,或使用包含大量极数的步进马达,才能达到手术等级需求的准确度。
BLDC马达
典型的BLDC马达需要精密的电子控制电路以及持续判断转子位置的一些方法。转子的位置可透过霍尔效应传感器来判断,或是在转子旋转时,测量每个电枢线圈Back-EMF中的变化。有刷直流马达的速度由施加的电压决定,而BLDC马达的速度则是由切换的频率决定。如图一所示,马达是由PWM脉冲所驱动的。
BLDC马达有三种基本类型:单相、双相及三相,每一种类型的运作原理都相同,不是藉由机械式的电流变向器来改变转子线圈的磁极性,而是利用晶体管持续改变定子线圈的相位来保持马达转动。在低功率的应用中经常可看到单相BLDC马达。双相马达则比较常在中功率应用中看到。三相BLDC马达通常用于驱动磁盘驱动器及DVD播放器。如表一所示,每种马达类型皆有不同的特性及最适合的特定应用。
BLDC马达特性
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单相 |
双相 |
三相 |
成本 |
良好 |
极佳 |
尚可 |
安静 |
良好 |
尚可 |
极佳 |
效率 |
良好 |
尚可 |
极佳 |
步进马达
并非所有应用都需要让马达自由地旋转。步进马达以有限的增量旋转转子,并希望转轴停止不动,直到再次开始动作。步进马达没有刷或接点,是同步的直流马达,具有以电子方式切换的磁场以旋转电枢磁铁,将数字脉冲转换为机械的轴心旋转动作,相当于机械版的DAC,将数字步进转换为模拟的角度位移。
步进机是同步的直流马达,将完整的旋转区分为离散数量的步进,步进或「相位」的数量与安排在中央齿轮形核心四周的电磁铁数量相同。控制传送至这些磁铁的电流,即可将马达转动至精确的角度。
步进马达通常是由每个线圈一个的H-bridge驱动,输出则是由PWM控制,如图二。旋转角度与脉冲数量呈等比例,旋转速度与脉冲的频率呈等比例。
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(本文由Mouser提供)