制作機(jī)器人常用的四種電機(jī)對比分析

這里講的普通電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)，減速電機(jī)，伺服電機(jī)指的是直流電的微型電機(jī)，平常我們接觸到的也以直流電的居多。電機(jī)的學(xué)問很深，本文只是大致講一下制作機(jī)器人常用的各種電機(jī)。 電機(jī)，俗稱“馬達(dá)”，是指依據(jù)電磁感應(yīng)定律實現(xiàn)電能的轉(zhuǎn)換或傳遞的一種電磁裝置，在電路中用字母“M”（舊標(biāo)準(zhǔn)用“D”）表示。它的主要作用是產(chǎn)生驅(qū)動轉(zhuǎn)矩，作為用電器或各種機(jī)械的動力源。

普通直流電機(jī)

普通電機(jī)是我們平時間的比較多的電機(jī)，電動玩具，刮胡刀等里面都有。一般只有兩個引腳，用電池的正負(fù)極接上兩個引腳就會轉(zhuǎn)起來，然后電池的正負(fù)極再相反的接在兩引腳上電機(jī)也會向反轉(zhuǎn)。這種電機(jī)有轉(zhuǎn)速過快，扭力過小的特點(diǎn)，一般不直接用在智能小車上。

當(dāng)直流電源通過電刷向電樞繞組供電時，電樞表面的N極下導(dǎo)體可以流過相同方向的電流，根據(jù)左手定則導(dǎo)體將受到逆時針方向的力矩作用。電樞表面S極下部分導(dǎo)體也流過相同方向的電流，同樣根據(jù)左手定則導(dǎo)體也將受到逆時針方向的力矩作用。這樣，整個電樞繞組即轉(zhuǎn)子將按逆時針旋轉(zhuǎn)，輸入的直流電能就轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)子軸上輸出的機(jī)械能。由定子和轉(zhuǎn)子組成，定子：基座，主磁極，換向極，電刷裝置等；轉(zhuǎn)子（電樞）：電樞鐵心，電樞繞組，換向器，轉(zhuǎn)軸和風(fēng)扇等。

直流電動機(jī)是將直流電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的電動機(jī)。因其良好的調(diào)速性能而在電力拖動中得到廣泛應(yīng)用。直流電動機(jī)按勵磁方式分為永磁、他勵和自勵3類，其中自勵又分為并勵、串勵和復(fù)勵3種。

減速電機(jī)

減速電機(jī)就是普通電機(jī)加上了減速箱，這樣便降低了轉(zhuǎn)速，增加了扭力，使得普通電機(jī)有的更廣泛的使用空間。

這種集成體通常也可稱為齒輪馬達(dá)或齒輪電機(jī)，通常由專業(yè)的減速機(jī)生產(chǎn)廠進(jìn)行集成組裝好后成套供貨。減速電機(jī)廣泛應(yīng)用于鋼鐵行業(yè)、機(jī)械行業(yè)等。使用減速電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是簡化設(shè)計、節(jié)省空間。第二次世界大戰(zhàn)后，軍事電子裝備的迅速發(fā)展促進(jìn)了美國、蘇聯(lián)等國家微型減速電機(jī),直流減速電機(jī)的開發(fā)和生產(chǎn)。隨著減速電機(jī)行業(yè)的不斷發(fā)展，越來越多的行業(yè)和企業(yè)運(yùn)用到了減速電機(jī)，也有一批企業(yè)進(jìn)入到了減速電機(jī)行業(yè)。 當(dāng)前，在世界微型減速電機(jī)和直流減速電機(jī)市場上，德、法、英、美、中、韓等國保持領(lǐng)先水平。中國微型減速電機(jī)以及直流減速電機(jī)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)建于20世紀(jì)50年代，從為滿足武器裝備配套需要開始，歷經(jīng)仿制、自行設(shè)計、研究開發(fā)、規(guī)模制造階段，已形成產(chǎn)品開發(fā)、規(guī)?；a(chǎn)、關(guān)鍵零部件、關(guān)鍵材料、專用制造設(shè)備、測試儀器等配套完整、國際化程度不斷提高的產(chǎn)業(yè)體系。

減速電機(jī)一般都是用智能小車上，而對于電機(jī)的控制一般都用H橋方案，L298芯片就是這種原理。

而調(diào)速一般采用PWM（脈寬調(diào)制）機(jī)制，單片機(jī)利用定時器控制產(chǎn)生占空比可變的 PWM 波或者直接硬件PWM輸出不同大小的波形來控制小車整體速度。

步進(jìn)電機(jī)

步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元步進(jìn)電機(jī)件。在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度，稱為“步距角”，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運(yùn)行的?？梢酝ㄟ^控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。

伺服電機(jī)

伺服電機(jī)又稱執(zhí)行電動機(jī)，在自動控制系統(tǒng)中，用作執(zhí)行元件，把所收到的電信號轉(zhuǎn)換成電動機(jī)軸上的角位移或角速度輸出。分為直流和交流伺服電動機(jī)兩大類，其主要特點(diǎn)是，當(dāng)信號電壓為零時無自轉(zhuǎn)現(xiàn)象，轉(zhuǎn)速隨著轉(zhuǎn)矩的增加而勻速下降。 伺服電機(jī)主要靠脈沖來定位，基本上可以這樣理解，伺服電機(jī)接收到1個脈沖，就會旋轉(zhuǎn)1個脈沖對應(yīng)的角度，從而實現(xiàn)位移，因為，伺服電機(jī)本身具備發(fā)出脈沖的功能，所以伺服電機(jī)每旋轉(zhuǎn)一個角度，都會發(fā)出對應(yīng)數(shù)量的脈沖，這樣，和伺服電機(jī)接受的脈沖形成了呼應(yīng)，或者叫閉環(huán)，如此一來，系統(tǒng)就會知道發(fā)了多少脈沖給伺服電機(jī)，同時又收了多少脈沖回來，這樣，就能夠很精確的控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)精確的定位，可以達(dá)到0.001mm。 直流伺服電機(jī)又分為有刷和無刷電機(jī)。有刷電機(jī)成本低，結(jié)構(gòu)簡單，啟動轉(zhuǎn)矩大，調(diào)速范圍寬，控制容易，需要維護(hù)，但維護(hù)不方便（換碳刷），而且會產(chǎn)生電磁干擾，對環(huán)境有要求。因此它可以用于對成本敏感的普通工業(yè)和民用場合。