在機器人中，執行機構一般分為液壓驅動和電機驅動兩種類型，其中又以電機驅動最為常見。本文主要討論一般機器人驅動機構中電機的選擇問題。

　　機器人中常用的電機分為有刷直流電機、無刷直流電機、永磁同步電機、步進電機等。其中在中小型機器人（尺寸在15cm-30cm）中，由于價格便宜，定位精度高，直流電機以及無刷直流電機最為常見。本文主要討論直流電機的選擇方法。

　　第一部分：電機要求

　　直流電機簡介：

　　在市場上，存在著多種多樣的直流電機。據不完全估計，單就國內就有上千家電機生產廠家。更不要提日本、德國等老牌電機生產強國。即使對于一個很小的直流電機，它都具有復雜的內部結構和大量的產品資料。這里，我們僅從機器人的角度出發考慮其對電機性能的要求。

　　電機的選擇往往是我們對于電機性能的要求與我們可以接受價格的折衷。因而，在電機選擇過程中，我們需要整體考慮電機的各個參數，從中篩選出對我們重要的參數，結合我們的需要，選擇合適的電機。

　　對于一個電機來說，其往往具有多條運行特性曲線，這里我們將列出其中最重要的一些特性，然后對這些特性進行一些解釋。對于一個電機，從機器人驅動的角度，我們主要的關心的有：

　　a） 工作電壓——對于一個電機來說，可能會存在多個電壓參數；其中最為常用的為連續運行條件下的額定電壓；一些電機可以在額定電壓之上以超過額定轉速和轉矩的方式運行，但是運行一段時間后可能會出現局部過熱問題；也就是說部分過電壓僅可以短時運行，而不可以長期運行；

　　b） 轉速——電機旋轉速度，一般單位為轉每分鐘，有時也使用弧度每秒或者角度每秒表示；

　　c） 轉矩——電機改變旋轉速度的能力；如當使用扳手擰動螺絲時，扳手的轉矩使得螺絲旋轉；在機器人領域，轉矩一般用于使得機器人移動或者使得機械臂完成各種動作；轉矩等于力與力臂的成績，其單位為Nm;

　　d）電流——對于一個電機，可能存在多個電流參數，如空載電流、額定電流以及堵轉電流等；

　　e）物理參數——如電機尺寸、電機軸尺寸、截面尺寸以及固定孔的位置等；

　　f）其他參數——一些電機還會提供一些其他的部件，如編碼器、制動器、齒輪箱、基座等等；

　　直流減速電機：

　　顯而易見的，直流電機供電電流為直流，因而，其可以使用電池進行供電；這也是直流電機在機器人中廣泛應用的一個原因；小型直流電機可能在尺寸上不同，但是在基本參數上一般是一致的；直流電機的旋轉方向可以通過改變供電電壓的符號來改變；

　　小型直流電機一般運行在高速低轉矩運行范圍內，這與機器人中電機驅動要求是矛盾的；機器人領域通常要求電機運行在低速大轉矩范圍內；因而，為了降低電機轉速同時提高電機轉速，一般在電機與輸出軸之間增加軸系，即減速器；通過組合不同的減速器，電機可以獲得不同的額定轉速與額定轉矩；目前市面上購買的直流電機很多出廠時已經帶有減速器，因而常成為直流減速電機；

　　減速電機的優勢在于：使用簡單、輸出轉矩高、轉速低、可供選擇范圍大。

　　主要缺點在于精度較低，即使是同一廠家生產的同一批次的減速電機，施加相同的電壓或者電流，那么減速電機的輸出也有可能不同；因而，在機器人應用中，對減速電機進行控制時一般需要引入轉速閉環控制，而不能使用開環控制；

　　下面是選擇減速電機時需要考慮的一些常見的因素：

　　a）通用性——一般而言，電機通用性越強，價格約便宜；

　　b）工作電壓——一般小型減速電機工作范圍為6-24V;

　　c）輸出轉矩——一般小型減速電機輸出轉矩在0.1-0.5Nm之間；一般可以用于驅動在20-30kg的機器人；

　　d）轉速——電機轉速將與輪胎尺寸決定機器人最大運行速度；一般輪式機器人中，輪胎尺寸在5-20cm之間，其中以6-10cm最為常見；

　　雖然大部分減速電機都是可以正反轉的，但是也有些減速電機只可以單方向旋轉。另外，雖然減速電機一般具有很多參數，但是從機器人的角度來講，許多參數如電機軸的轉動慣量等我們一般并不關注。對于機器人應用減速電機最重要的參數為電機轉速、轉矩和額定電壓。

　　下面是一個淘寶上某款減速電機的例子：

　　其參數為：

　　品牌：** 安裝方式：臥式 級數：3級 齒面硬度：硬齒面 布局形式：同軸式

　　減速比：103 額定電壓：24V 額定轉速：131RPM

　　空載轉速：155RPM 額定轉矩：0.014Nm 峰值轉矩：0.075Nm

　　電機尺寸：

　　電機直徑：20mm 電機長度：45.5mm 輸出軸直徑：4mm

　　輸出軸臺階高度：0.5mm 輸出軸長度：11mm

　　通過產品介紹，我們可以看到產品的型號、控制轉速、額定轉速、額定轉矩等。在進一步的討論減速電機之前，我們首先確定一下機器人中對電機參數的具體要求。

　　電機參數要求：

　　首先我們需要確定機器人的運行環境，如機器人主要運行于室外還是室內，光滑地面還是粗糙地面，需不需要爬坡等等。其次，我們需要確定機器人的具體機械參數，如大小、重量等等。接下來就需要確定機器人運行的一些參數，如運行速度以及轉矩。

　　電機通過驅動機器人輪胎從而使得機器人運動。機器人的運動速度主要取決于電機轉速與輪胎直徑。而電機的旋轉速度取決于輸入電壓和其負載轉矩。在相同供電電壓下，空載時電機旋轉速度要高于負載時旋轉速度。在相同供電電壓下，電機所需要出力越大，那么電機轉速越低，電機電流越大，當出力增大到一定程度時，電機將會停止旋轉，也就是堵轉。此時，電機電流最大，電機長時間堵轉將會引起電機溫度上升，嚴重時會造成電機損壞。