S hitrim razvojem znanosti in tehnologije so v naše vsakdanje življenje vstopile tudi vse vrste robotskih izdelkov. Roboti za pometanje na primer poganjajo majhne metle za čiščenje tal z enosmernimi motorji, inteligentni roboti za predšolsko izobraževanje spremljajo otroke pri odraščanju, industrijski roboti z roko pa lahko nadomestijo ročno sestavljanje izdelkov.
Ne glede na to, kakšen robot je, ga mora poganjati vir energije, ta vir energije pa je enosmerni motor. Pri zasnovi robotov je enosmerni motor zelo pomembna pogonska struktura, ki je enakovredna gibljivemu sklepu človeka. DC motor zagotavlja pogonski moment za robota s pretvarjanjem električne energije v mehansko energijo, zato je DC motor nameščen na mestu, kjer se mora robot premakniti (kot je pogon zgloba, kolesa itd.).
Na področju robotike se enosmerni motorji uporabljajo, ker se lahko napajajo z enosmernim tokom iz baterij. Obstajajo brušeni enosmerni motorji in brezkrtačni enosmerni motorji v enosmernih motorjih. Različni motorji na enosmerni tok so izbrani glede na potrebe, na primer krmilni mehanizem robota. Uporablja se večina brušenih motorjev na enosmerni tok. Brušeni enosmerni motor ima preprosto strukturo in se komutira preko komutatorja. Vendar pa ima krtačen enosmerni motor pomanjkljivost, da bosta krtača in komutator med delovanjem motorja povzročala trenje, kar bo vplivalo na uporabo. Seveda, če lahko življenjska doba krtačenega enosmernega motorja pri nekaterih robotih izpolnjuje zahteve, bo še vedno izbran brušeni enosmerni motor.
Brezkrtačni enosmerni motor rešuje problem krtačenega enosmernega motorja. Nima komutatorja in uporablja elektronsko komutacijo, zato ni obrabe in življenjska doba je veliko daljša od življenjske dobe brušenega enosmernega motorja, vendar je brezkrtačni enosmerni motor Struktura motorja je bolj zapletena in cena je višja drago. Razen če parametrov brušenega enosmernega motorja ni mogoče zadovoljiti, bo izbran brezkrtačni enosmerni motor.
Za robota je zelo pomembna tudi hitrost vrtenja ter vrtenje enosmernega motorja naprej in nazaj. Njegova hitrost hoje in delovna hitrost sta tesno povezani s hitrostjo vrtenja, zato ga mora krmiliti gonilnik enosmernega motorja.
Ko se rotor enosmernega motorja vrti, bo navitje statorja ustvarilo povratno elektromotorno silo, valovna oblika povratne elektromotorne sile, ki jo ustvari struktura motorja, pa je prav tako drugačna, to je kvadratni val in sinusni val. Regulacija hitrosti enosmernega motorja lahko spremeni izhodno napetost s PWM, ki modulira širino impulza kvadratnega vala, hitrost pa se bo spremenila s spremembo napetosti.
Uporaba pogona sinusnega toka lahko učinkovito zmanjša valovanje navora, vendar je pomanjkljivost v tem, da je postopek krmiljenja zapleten in strošek visok. Čeprav je sinusni val, ki poganja enosmerni motor, prav tako vezje s polnim mostom, se njegova metoda regulacije hitrosti razlikuje od metode pravokotnega pogona, v robotu pa se uporablja metoda vektorskega krmiljenja (na kratko FOC).
DC motor FOC krmiljenje: DC motor se lahko vrti, ker interakcija magnetnega polja in toka ustvarja navor. Velikost navora je povezana z magnetnim poljem in tokom, vendar je magnetno polje, ki ga ustvarja stator, fiksno, tako da je navor mogoče nadzorovati s krmiljenjem toka. To pomeni, da je mogoče nadzirati hitrost enosmernega motorja, vendar tok brezkrtačnega enosmernega motorja ne bo ustvaril le navora, temveč tudi material magnetnega pretoka v statorju in ustvaril magnetno polje, kar pogosto imenujemo vzbujevalni tok. Povezava teh dveh nedvomno poveča težave pri nadzoru.
Če želite nadzorovati hitrost, morate ločiti ta dva toka in ju ločeno krmiliti. FOC uporablja koordinatno rotacijo za spreminjanje toka razgrajenega statorja. Po razgradnji lahko ti dve količini kontrolirate ločeno. Navor je velik, sila je velika in hitrost enosmernega motorja se je povečala. Prednost FOC je, da je valovanje navora majhno, zato je vrtenje zelo gladko, vendar je njegov algoritem zapleten in strošek visok.
Z nadzorom hitrosti enosmernega motorja je mogoče nadzorovati hitrost hoje robota, tako da se bo robot premikal!
Na koncu povzamemo dve vrsti enosmernih motorjev za robote
Brezkrtačni motor nima strukture krtačnega komutatorja, ne zahteva rednega vzdrževanja in ima dolgo življenjsko dobo. Kar zadeva načelo pogona, je pogon brezkrtačnega motorja razdeljen na kvadratni val in sinusni pogon. Prvi ima preprosto načelo in nizko ceno, medtem ko ima drugi bolj zapleten algoritem, vendar lahko učinkovito zavira valovanje navora in omogoči bolj gladko vrtenje motorja.
V praksi lahko izberemo ustrezno motorno shemo in pogonsko shemo glede na dejanske potrebe in celovito upoštevanje različnih dejavnikov. Brezkrtačni motor na enosmerni tok ima nizko ceno in veliko mehansko obrabo ter se lahko uporablja kot konstrukcija šasije na kolesih robota; Ena od prednosti brezkrtačnega motorja je, da med komutacijo ne ustvarja isker, zato se pogosto uporablja v specialnih robotih.
