​机器人对TF电机要求

TF电机在机器人应用中非常多，如机器人的关节活动、行走、各种动作等等都是需要微型电机来驱动的。抛开大型的机器人不说，小型的机器人就需要用到TF有刷电机、无刷电机、TF减速电机。

小型的机器人以TF电机与无刷电机比较常用，在市场上有许多品牌的直流电机厂家，除国外，国内的微型直流电机厂家就有上万家，对于微型直流电机，它有着负杂的内部结构及各种参数，对于机器人产品来说需要充分的考虑微型电机的性能。

在满足机器人性能要求的情况下，微型电机的价格是需要在可以接受范围，在有刷直流电机能满足的条件下即选择有刷直流电机，所以需要整体考虑TF电机的各个参数结合需求，选择合适的TF电机。

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TF电机有多条运行特性曲线，对于机器人产品来说主要关心的有工作电压、转速、转矩、电流、尺寸。

(1)工作电机：在微型电机中可能会存在多个电压参数，最常用就是额定电压了，TF电机可以在额定电压之上超过额定转速和转矩运转，但不可长时间运行，否则就会发热；

(2)转速：微型电机每分钟的旋转转数，TF电机可达40000转，对于微型有刷电机来说这个转速已经相当高了；

(3)转矩：在机器人产品中，机器人的移动或者各种动作需要一定的转矩才能完成，单位为Nm；

(4)电流：在微型电机中，有空载电流、额定电流、堵转电流等；

(5)尺寸：电机尺寸、出轴尺寸、截面尺寸、固定孔尺寸等。

微型直流电机的供电电流是直流电，所以可以使用电池供电，各种型号的微型电机在尺寸及形状上有所不同，但基本参数大多是有个范围的，微型直流电机一般是高转速运转，但是在机器人应用中，往往输出力矩无法达到要求，所以在微型直流电机上增加了减速器降低TF电机的转速增加输出力矩，TF减速电机具有使用简单、输出转矩高、低转速、低噪音的特性。

在机器人人产品中，工作电压6~24V,0.1~0.5Nm的输出专区可以驱动20~30kg的机器人，对于轮型机器人，轮胎的尺寸决定机器人的最大运行速度。

机器人需要微型电机的驱动才能运动，它的运动速度取决于微型电机的转速，而微型电机的转速取决于输入电压和负载转矩。在相同的供电电压下，微型电机需要的力越大，那么它的转速就会越低，微型电机的电流越大，当出力到一定程度时，微型电机就会堵转（也就是停止旋转）。这个时候电机的电流最大，长时间堵转会导致微型电机的温度上升，损坏电机。

机器人运转速度和微型电机的旋转速度关系为V×0.02×pi×W×R/60

V：机器人运行速度（m/s）；

W：电机减速后的旋转速度；

R：电机半径

假设要求机器人运行平均速度为Vavg,那么要求减速电机转速为：

w=60×Vavg/(0.02×pi×R)

在微型直流电机开始供电时，微型电机轴还未开始旋转，这个时候微型电机就是处于堵转状态，微型电机电流最大为iS，此时电机产生的转矩也是最大，所以微型电机开始旋转，随着转速的加快，微型电机的反电势增大，直流电机的电流下降、转矩下降，在直流电机转矩和负载转矩相等时，微型电机就会达到平衡状态，这个就是微型电机平衡状态的转速（微型电机平衡状态指的是转矩与负载转矩相等，在机器人中，摩擦爬坡、加速因素都在负载转矩内）。

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TF电机在机器人应用中，需要考虑的是微型电机在不同负载条件下能达到的最高转速，比如在空载条件下，TF电机能达到最大转速，空载转速为w0，在负载条件下，机器人电机堵转时能产生的转速为最大转矩，堵转转矩为Ts，在其他条件下，TF电机运行在两者之间的线性连线上，如果负载转矩为T，那此时微型电机最高转速为w=w0×(1-T/Ts)，如果微型电机要求最高转速为w，此时TF电机产生的最大转矩为T=Ts×(1=w/w0)。

如果微型电机空载最高转速为w0，空载电流为i0，随着负载转矩增大，TF电机转速线性现价，电流变大，直到负载转矩达到最大转矩，微型电机堵转，假设微型电机转矩继续增大，那微型电机就会处于发电状态。

微型电机转矩为T时，微电机电流为i=i0+(is-i0)×T/Ts

i0：空载电流；

is：堵转电流；

Ts：堵转转矩

根据上述，可以得出在选择机器人减速电机时，应重点考虑电机运行电压、空载转速、一定转矩下的转速、一定转矩下的电流这几个参数。

（1）运行电压：一般微型电机的电压大多为3vvvv等，对于12V电机，一般使用7.2V或9.6V供电；

（2）电机转速：对于轮胎尺寸为5~20cm的机器人产品，微型电机转速范围从40~300rpm的额定转速足够使用；

（3）电机转矩：计算微型电机转矩时，一般在上部分计算基础上留50%余量，假如TF电机数量<1，对微型电机的转速要求除以相应的数量。

（4）电流：电流决定了机器人运行时间，根据TF电机的电流数据，假设微型电机的电流为0.01A，那么电机会太小，反之如果微信电机的额定电流为1A，那么电机就会过大。