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4.33m/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：HEDM5500J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）2、MAXON直流伺服电机①：电机型号：RE-6524V（353295）连动扭矩：0.170Nm供电24V额定输出功率250W最大电流10A停转扭矩12.7Nm空载转速3880RPM额定转速3050RPM最大转速4190RPM电机直径65mm电机长度131.4mm其他：电机PDF文档（见文件夹内）②：电机型号：RE-4024V（148867）连动扭矩：0.170Nm供电24V额定输出功率150W最大电流5.77A停转扭矩2.28Nm空载转速7580RPM额定转速6930RPM最大转速12000RPM电机直径40mm电机长度71mm减速器：GP52C(15Nm)或GP42C（7.5Nm）比例15：1，经减速器后的转速为7580/15＝505RPM编码器：EncoderMR三通道AB、Z相输出1024线（225787）控制器：（275512）EPOS24/5控制接口RS-232，电压11～24V，连续电流5A，最大10A。电机总长度：码盘＋电机＋减速器＝147mm（GP52C）、138mm（GP42C）（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）③：电机型号：RE-7524V（118854）连动扭矩：0.371Nm供电24V额定输出功率250W最大电流10A停转扭矩10.5Nm空载转速3750RPM额定转速3040RPM最大转速4050RPM电机直径75mm电机长度201.5mm其他：电机PDF文档（见文件夹内）④:电机型号：F226018V（2260.881-51.216-200）连动扭矩：0.231Nm供电18V额定输出功率80W最大电流10A停转扭矩2.25Nm空载转速3300RPM额定转速3240RPM最大转速3564RPM电机直径60mm电机长度126mm其他：电机PDF文档（见文件夹内）3、FAULHABER直流无刷伺服电机电机型号：4490H024B最大功率：201W连动扭矩：0.202Nm空载转速：9550RPM最高转速：16000RPM减速器：44/123：1编码器40B1000线控制器：BLD5018其他具体参数请参看相关PDF文档。以上资料主要参考殷家才所写的电机选型报告