机器人的电机控制原理

运动控制原理

运动控制与机器人密切相关。工业应用中的机器人必须透过由多款电机所构成的致动器才能自行移动，以执行任务或透过机器手臂抓取工具。

机器人的运动控制系统通常由电机控制器、电机驱动、电机本体(多为伺服电机)组成。电机控制器具备智能运算功能，并可传送指令以驱动电机。驱动可提供增压电流，根据控制器指令以驱动电机。电机可以直接移动机器人，也可通过传动系统或链条系统让机器人移动。

输出类型

移动机器人往往用于探索大范围面积的土地，并能够使用各种螺旋桨、机器脚、轮子、轨道或机器臂移动。例如各种NI展示平台，包括VINI、VolksBot与Isadora。这些机器人分别使用了全向轮(Mecanum wheel)、一般轮以及机器手臂。而针对嵌入式控制，则可通过NI CompactRIO等嵌入式平台，并整合实时控制器与FPGA。CompactRIO亦包含可重配置机箱，能够容纳多样化的I/O配置，包含传感器输入与电机控制。

伺服电机控制原理及其类型

伺服电机是机器人应用中常见的一种电机，其基本控制原理是利用控制回路、结合必要的电机反馈，从而协助电机进入所需的状态，如位置与速度等。伺服电机有不同种类——带刷式与无刷式。有刷伺服电机与无刷伺服电机之间的差异在于其通讯机制。伺服电机的工作原理是根据反向磁力，进而移动或建立转矩。最简单的例子有固定磁场与旋转磁场。只要改变流过磁场的电流方向，即可变更磁极，并让磁极(转子)开始旋转。变更线圈的电流方向，即所谓的“换相”(commutation)。

有刷伺服电机

有刷伺服电机(brushed motor)的控制原理即是通过机械式电刷，改变电机线圈中的电流。由于有刷电机能改变流入的电流方向，因此可由直流电源(DC)供电。

电刷则接触电流变换器，将电流导入线圈中。在使用一段时间之后，电刷即可能磨耗并对系统产生摩擦力；但在无刷伺服电机中则不会发生此种情况。

无刷伺服电机

大多数的无刷伺服电机均使用交流电源(AC)。无刷伺服电机的控制原理是将铁制核心置于外部。当转子成为暂时性的磁铁，定子则成为绕铁线圈。外部电路的电流将会在既定的转子位置进行反转。所以，此款伺服电机是由交流电所驱动的。当然亦有无刷DC伺服电机。这些电机一般均具备某些电子切换电路，可针对流入的DC进行变换。无刷伺服电机的价位较高，但较无磨损问题。