在人形機(jī)器人中,機(jī)器人靈巧的手部位使用的常規(guī)都是空心杯電機(jī)+多級行星減速箱組成的模組。因為空心杯電機(jī)高速低扭矩的特性,為了在較小空間內(nèi)獲得較大的手指抓握力,空心杯電機(jī)都需要搭配行星減速箱進(jìn)行使用,一般都會集成2-3級的行星減速箱。
一、人形機(jī)器人關(guān)節(jié)空心杯電機(jī)分類
空心杯關(guān)節(jié)是直流永磁伺服微特電機(jī)的一類,從原理上來說屬于旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的范疇,具有新穎的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)、獨特的線圈制造工藝和較小的尺寸。空心杯電機(jī)在結(jié)構(gòu)上突破了傳統(tǒng)直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)形式,采用的是無鐵芯轉(zhuǎn)子,其電樞繞組為空心杯線圈,形似水杯,因此被稱為“空心杯電機(jī)”。
空心杯電機(jī)分為有刷和無刷兩種:有刷空心杯電機(jī)轉(zhuǎn)子無鐵芯和無刷空心杯電機(jī)定子無鐵芯。
1、有刷空心杯電機(jī)轉(zhuǎn)子無鐵芯
空心杯直流有刷微電機(jī)采用機(jī)械換向,磁極不動,線圈旋轉(zhuǎn)。電機(jī)工作時,線圈和換向器旋轉(zhuǎn),磁鋼和碳刷不轉(zhuǎn),線圈電流方向的交替變化是隨電機(jī)轉(zhuǎn)動的換向器和電刷來完成的。在轉(zhuǎn)動的過程中會摩擦碳刷,造成損耗,需要定期更換碳刷。碳刷與線圈接線頭之間通斷交替,會發(fā)生電火花,產(chǎn)生電磁破,干擾電子設(shè)備。
2、無刷空心杯電機(jī)定子無鐵芯
無刷空心杯直流電機(jī)采取電子換向,線圈不動,磁極旋轉(zhuǎn)。無刷空心杯直流電機(jī),是使用一套電子設(shè)備,通過霍爾元件,感知永磁體磁極的位置,根據(jù)這種感知,使用電子線路,適時切換線圈中電流的方向,保證產(chǎn)生正確方向的磁力,來驅(qū)動電機(jī)。因為是自控式運行的,所以不會像變頻調(diào)速下重載啟動的同步電機(jī)那樣在轉(zhuǎn)子上另加啟動繞組,也不會在負(fù)載突變時產(chǎn)生振蕩和失步,消除了空心杯直流有刷微電機(jī)的缺點。
二、機(jī)器人電機(jī)有刷空心杯電機(jī)和無刷空心杯電機(jī)區(qū)別
1、換向方式不同:有刷空心杯電機(jī)采用機(jī)械電刷換向,電機(jī)運行過程中存在著一定的相對摩擦,會產(chǎn)生噪聲、電火花,降低了電機(jī)的使用壽命,用物理碳刷和換向器的配合來完成換向。無刷空心杯電機(jī)采用電子換向的方式,具有效率高、轉(zhuǎn)矩波動小、使用壽命高、結(jié)構(gòu)精巧,維護(hù)方便,易保養(yǎng)等特點,沒有物理碳刷和換向器這種物理結(jié)構(gòu),用線圈導(dǎo)線直接連接到控制器。
2、控制方式不同:有刷空心杯電機(jī)采用電流控制;而無刷空心杯電機(jī)需要搭配電機(jī)驅(qū)動器實現(xiàn)驅(qū)動控制。
3、轉(zhuǎn)子不同:有刷空心杯電機(jī)是線圈、換向器和連接板在外殼和永磁體中間旋轉(zhuǎn),共同組成轉(zhuǎn)子;無刷的線圈是同定的,磁鐵在中間旋轉(zhuǎn),同時也是轉(zhuǎn)子。
4、是否有霍爾傳感器:有刷空心杯電機(jī)沒有霍爾傳感器;無刷空心杯電機(jī)有霍爾傳感器。
5、壽命:有刷空心杯電機(jī)的壽命取決于換向器(一旦損壞,即要更換電機(jī)),壽命一般1000-3000h;無刷空心杯電機(jī)采用軸承,壽命更長,可達(dá)10000h+。
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