Với sự phát triển vượt bậc của khoa học công nghệ, các loại sản phẩm robot cũng đã đi vào cuộc sống hàng ngày của chúng ta. Ví dụ, robot quét rác truyền động những chiếc chổi nhỏ để làm sạch mặt đất thông qua động cơ điện một chiều, robot giáo dục mầm non thông minh đồng hành cùng trẻ lớn lên và robot cánh tay công nghiệp có thể thay thế việc lắp ráp sản phẩm thủ công.
Dù là loại robot nào thì nó cũng phải được điều khiển bởi nguồn điện, và nguồn điện này là động cơ điện một chiều. Trong thiết kế robot, động cơ điện một chiều là cơ cấu truyền động rất quan trọng, nó tương đương với khớp chuyển động của con người. Động cơ DC cung cấp mô-men xoắn dẫn động cho robot bằng cách biến đổi năng lượng điện thành cơ năng, do đó, động cơ DC được lắp ở vị trí mà robot cần di chuyển (như ổ khớp, bánh xe, v.v.).
Trong lĩnh vực chế tạo người máy, động cơ DC được sử dụng vì chúng có thể được cung cấp năng lượng DC từ pin. Có động cơ DC có chổi than và động cơ DC không chổi than trong động cơ DC. Các động cơ DC khác nhau được lựa chọn tùy theo nhu cầu, chẳng hạn như thiết bị lái của rô bốt, Hầu hết các động cơ DC có chổi than đều được sử dụng. Động cơ điện một chiều chổi than có cấu tạo đơn giản và được chuyển mạch qua cổ góp. Tuy nhiên, động cơ điện một chiều có chổi than có một nhược điểm là chổi than và cổ góp sẽ sinh ra ma sát khi động cơ hoạt động sẽ ảnh hưởng đến quá trình sử dụng. Tất nhiên, nếu tuổi thọ sử dụng của động cơ DC có chổi than trong một số robot có thể đáp ứng các yêu cầu, thì động cơ DC có chổi than vẫn sẽ được chọn.
Động cơ DC không chổi than giải quyết vấn đề của động cơ DC có chổi than. Nó không có cổ góp và sử dụng cổ góp điện tử nên không bị hao mòn và tuổi thọ cao hơn nhiều so với động cơ điện một chiều có chổi than, tuy nhiên động cơ điện một chiều không chổi than thì cấu tạo của động cơ phức tạp hơn và giá thành cũng cao hơn đắt tiền. Trừ khi không thể thỏa mãn các thông số của động cơ DC có chổi than, động cơ DC không chổi than sẽ được chọn.
Tốc độ quay và chuyển động quay tới và quay ngược của động cơ DC cũng rất quan trọng đối với robot. Tốc độ đi bộ và tốc độ làm việc của nó có quan hệ mật thiết với tốc độ quay, vì vậy nó cần được điều khiển bởi trình điều khiển động cơ điện một chiều.
Khi rôto của động cơ điện một chiều quay, cuộn dây stato sẽ sinh ra suất điện động ngược, và dạng sóng sức điện động ngược do cấu tạo của động cơ tạo ra cũng khác nhau, đó là sóng vuông và sóng sin. Điều chỉnh tốc độ động cơ DC có thể thay đổi điện áp đầu ra bằng cách điều chế PWM độ rộng xung của sóng vuông, và tốc độ sẽ thay đổi theo sự thay đổi điện áp.
Việc sử dụng truyền động dòng sóng sin có thể làm giảm gợn mômen một cách hiệu quả, nhưng nhược điểm là quá trình điều khiển phức tạp và chi phí cao. Mặc dù sóng sin điều khiển động cơ DC cũng là một mạch cầu đầy đủ, nhưng phương pháp điều chỉnh tốc độ của nó khác với phương pháp điều khiển sóng vuông và phương pháp điều khiển véc tơ (viết tắt là FOC) được sử dụng trong robot.
Điều khiển FOC của động cơ DC: Động cơ DC có thể quay do sự tương tác của từ trường và dòng điện tạo ra mô-men xoắn. Độ lớn của mô-men xoắn liên quan đến từ trường và dòng điện, nhưng từ trường do stato tạo ra là cố định, do đó mô-men xoắn có thể được điều khiển bằng cách điều khiển dòng điện. Có nghĩa là, tốc độ của động cơ DC có thể được điều khiển, nhưng dòng điện của động cơ DC không chổi than sẽ không chỉ tạo ra mô-men xoắn, mà còn tạo ra từ thông vật liệu trong stato và tạo ra từ trường, đó là cái mà chúng ta thường gọi dòng điện kích từ. Sự kết hợp của hai điều này chắc chắn làm tăng độ khó kiểm soát.
Nếu bạn muốn kiểm soát tốc độ, bạn cần phải tách hai dòng điện này và điều khiển chúng riêng biệt. FOC sử dụng phép quay tọa độ để thay đổi dòng điện của stato bị phân hủy. Sau khi phân hủy, bạn có thể kiểm soát hai đại lượng này một cách riêng biệt. Mômen lớn, lực lớn và động cơ điện một chiều Tốc độ tăng lên. Ưu điểm của FOC là mômen gợn sóng nhỏ nên quay rất êm, tuy nhiên thuật toán của nó phức tạp và giá thành cao.
Bằng cách kiểm soát tốc độ của động cơ DC, tốc độ đi bộ của rô bốt có thể được kiểm soát, do đó rô bốt sẽ di chuyển!
Cuối cùng, tóm tắt hai loại động cơ DC cho robot
Động cơ không chổi than không có cấu tạo cổ góp chổi than, không cần bảo dưỡng thường xuyên, có tuổi thọ cao. Về nguyên lý truyền động, truyền động của động cơ không chổi than được chia thành truyền động sóng vuông và truyền động sóng sin. Loại thứ nhất có nguyên lý đơn giản và chi phí thấp, trong khi loại thứ hai có thuật toán phức tạp hơn, nhưng nó có thể triệt tiêu mômen xoắn một cách hiệu quả và làm cho động cơ quay trơn tru hơn.
Trong các ứng dụng thực tế, chúng ta có thể chọn sơ đồ động cơ và sơ đồ truyền động phù hợp theo nhu cầu thực tế và xem xét toàn diện các yếu tố khác nhau. Động cơ DC không chổi than có chi phí thấp và độ hao mòn cơ học lớn, và có thể được sử dụng làm cấu trúc khung gầm có bánh xe của rô bốt; một trong những ưu điểm của động cơ không chổi than là không tạo ra tia lửa điện trong quá trình chuyển mạch, vì vậy nó được sử dụng rộng rãi trong các loại rô bốt đặc biệt.
