機器人的運作離不開點擊的支撐，機器人系統主要由四個子系統組成：機械，執行器，測量和控制。關鍵挑戰在于，對關節運動控制的低速和高扭矩要求無法有效利用伺服電機的機械特性，相反，在最佳工作條件下卻會產生高速和低扭矩。因此，驅動單元的功能是確保電動機的速度和轉矩與負載兼容，并使機械轉矩從一個傳遞到另一個。傳動組件還可以通過將電機放置在機器人基座上來減輕機械結構，從而改善靜態和動態性能。

    關節運動委托給允許機械結構進行所需運動的電動機。在三種主要類型中，永磁體，直流(有刷)和電子換向(無刷)電動機中，最能優化低慣性和高定位精度要求的一種是無刷直流電動機，即BLDC。與使用機械開關的有刷電動機相比，BLDC沒有機械開關，在有刷電動機中，帶電刷的旋轉電樞用于進行電氣連接。

    活動部件的減少使無刷電機的使用壽命更長，僅受球軸承的磨損限制。此外，繞組改善了散熱和過載能力，與其他直流解決方案相比，效率更高。由于沒有電刷，因此BLDC還具有出色的耐用性和低噪音特性。結構主要有兩種：表面永磁體(SPM)和內部永磁體(IPM)。 SPM電機的磁鐵附著在轉子表面的外部。相反，IPM電動機將永磁體嵌入轉子本身。

    直流電動機和驅動器

    BLDC提供高效率，但最重要的是，在許多應用中都使用了出色的扭矩和速度值。他們使用帶有旋轉電樞的固定磁鐵，該電樞將各個部分結合在一起以提供電子開關。BLDC的設計旨在優化代表電動機旋轉力的轉矩，該轉矩與磁體和線圈繞組有關。磁鐵中的極對數越多，電動機轉矩越大。

    一個例子是Portescap的Ultra EC平臺，該平臺由三個系列組成-ECS，ECT和ECP。根據扭矩和速度要求，這些無刷微型電動機系列可以用于多種應用中。獲得專利的U形線圈可最大程度地減少鐵損，從而提高效率，并降低運行溫度(圖1)。意法半導體(STMicroelectronics)與Maxon(Maxon)共同開發了一種新套件，以加快機器人和工業應用的設計。 EVALKIT-ROBOT-1套件可在機器人應用中提供精確定位。

    該套件包含ST的STSPIN32F0A智能三相控制器和一個完整的逆變器級，其中內置有ST功率晶體管，可隨時連接到電動機。 STSPIN32F0A包含關鍵的電機控制電路，包括STM32F031C6微控制器和緊湊的7×7毫米VFQFPN封裝的三相逆變器驅動器。BLDC電機效率很高，但是要滿足日益嚴格的要求的壓力不僅要求公司改善電機的結構，而且還需要改善驅動器。特別是，他們正在努力減少總體能源消耗并優化熱管理。

    在許多情況下，這些設計都集成了集成驅動器，以最大程度地減少所需的外部組件數量，并集成了允許高度集成的片上系統解決方案。好處包括節省空間和能源，提高整體系統可靠性以及降低成本。因為BLDC沒有機械地切換電流方向的結構，所以必須以電子方式完成。波形可分為兩種主要類型：梯形和正弦形。由于溫度的限制和成本，在某些情況下，可能不使用傳感器而根據三相電流或感應電壓來估算轉子(磁體)的位置。

    駕駛員必須確保正確的電動機控制，以便他們可以在應用中相應地控制速度和方向?，F代微控制器(MCU)非常適合提供開發用于DC(和AC)電動機的高效控制回路所需的性能和計算功能水平。許多MCU支持信號處理功能，這些功能允許使用定位數據實時處理復雜的算法。這很重要，因為越來越多的應用程序正在嘗試消除提供定位數據的傳感器。許多MCU具有專門為電機控制應用設計的外設。

    例如，瑞薩電子(Renesas Electronics)的RL78 / G14微控制器平衡了電流消耗水平與低電流消耗水平(CPU在運行時為66μ/ MHz，在待機或STOP模式下為240 nA)，從而提供了高計算性能51.2 DMIPS(32 MHz)。集成的安全功能支持家用電器的安全標準IEC / UL 60730。

    在BLDC電機中，驅動器也變得更加復雜。速度和轉矩由瞬態的開/關持續時間比率控制;通常，這采用用于驅動繞組的PWM信號的形式。使用單相，兩相和三相電動機會使這種情況更加復雜。如今，許多集成設備都被用作驅動階段。通常，它們包括用于驅動外部功率MOSFET的柵極驅動器，該功率MOSFET用于激勵多達三個電機的三相。電機需要大量電流，而控制器電路則以低電流信號運行。因此，電動機驅動器的功能是獲取低電流控制信號，然后將其轉換為可以驅動電動機的高電流信號。

    Infineon Technologies AG提供各種用于控制變速驅動器的集成產品。 iMOTION IC集成了無傳感器磁場定向控制(FOC)所需的所有控制和模擬接口功能。此外，它們還采用了該公司久經考驗的電機控制引擎(MCE)算法，該算法從控制協議開發過程中消除了軟件編碼。

    另一個節省空間的是德州儀器(TI)的智能門驅動器。這些驅動器集成了無源組件，以減少電路板尺寸，組件數量，復雜性和設計成本。它們還使設計人員能夠優化開關和電磁干擾(EMI)性能。TI在其廣泛的驅動器產品組合中為DRV8313提供了三個可單獨控制的半H橋驅動器。該設備旨在驅動三相無刷直流電動機，盡管它也可以用于驅動螺線管或其他負載。集成的比較器允許構建限流電路或其他功能。

    另一個例子是東芝電子設備和存儲公司的具有閉環速度控制功能的TC78B025FTG無刷三相電動機驅動器IC。該設備使用4.5 V至16 V電壓范圍的電源供電，并提供正弦驅動150°切換。 0.2Ω(典型值)的低導通電阻降低了IC在工作期間的自發熱，從而將支持范圍擴大到高驅動電流。以上就是機器人的運作原理，希望在大家沒有思路的時候，看完有所啟發。