直流电机的选型

现在做一款机器人，需要进行直流电机的选型。由两个直流电机驱动2个轮子，机器人自身的重量为10kg，轮子的半径为75mm，高度为700mm，希望机器人移动的速度能达到0.7m/s，请问一下大概需要选多大力矩的直流减速电机？ 是如何计算的？

谢谢。

自己支持一下

因为轮子边缘的速度v=w*r，所以0.7m/s=w*75mm，转速w=9.33rad/s，即90rpm.
重量为10kg，因为还要包含电池和电机的重量，因此假设电机需要拖动15kg的物体前进。保守估计轮子与地面的摩擦系数为u=0.5，则F要大于umg=0.5*20kg*9.8m/s2=98N，则电机需要的扭矩T=98*75mm=7.4N.m
电机功率需要P=w*T=69W，考虑到整体传动效率等细节，大概要100W，所以一个电机大概50W。
推荐一个计算工具：http://www.robotshop.com/blog/en/drive-motor-sizing-tool-9698

sicoco 发表于 2016-1-15 11:49
因为轮子边缘的速度v=w*r，所以0.7m/s=w*75mm，转速w=9.33rad/s，即90rpm.
重量为10kg，因为还要包含电池和 ...

谢谢指导。 有一点不明白的。保守估计轮子与地面的摩擦系数为u=0.5，对于这个摩擦系数，我在网上看到的资料，摩擦系数是0.05的量级呢？有区别吗？

谢谢

kobeliulei 发表于 2016-1-15 13:39
谢谢指导。 有一点不明白的。保守估计轮子与地面的摩擦系数为u=0.5，对于这个摩擦系数，我在网上看到的资 ...

这得看你的轮子材质和地面的材质，有些很粗糙的地面并且轮子很软的话摩擦系数就比较大了。如果是很硬的轮子且地面很光滑的话的确可以这么低。

估计保守一点的话也可以使机器人爬坡能力更高。

sicoco 发表于 2016-1-15 13:55
估计保守一点的话也可以使机器人爬坡能力更高。

谢谢指导，
还有一个问题，保守估计轮子与地面的摩擦系数为u=0.5，则F要大于umg=0.5*20kg*9.8m/s2=98N，则电机需要的扭矩T=98*75mm=7.4N.m。

现在计算出来2个电机输出力矩的总和为7.4N.m，那么对于1个电机来说，应该选输出多少力矩的？ 我觉得0.5倍肯定不够吧，转弯的时候，可能要承受更大的力矩。

kobeliulei 发表于 2016-1-15 14:13
谢谢指导，
还有一个问题，保守估计轮子与地面的摩擦系数为u=0.5，则F要大于umg=0.5*20kg*9.8m/s2=98N， ...

一半就可以了。
转弯可以让两个电机反转，即使要一边前进一边转弯，转弯时要降低速度，扭矩差不多，所以功率减小。
再来滚动摩擦小于静摩擦，所以运动时所需功率小于估计的功率。

kobeliulei 发表于 2016-1-15 14:13
谢谢指导，
还有一个问题，保守估计轮子与地面的摩擦系数为u=0.5，则F要大于umg=0.5*20kg*9.8m/s2=98N， ...

抱歉，关于转弯时功率的变化，请忽视。
但是一般电机堵转扭矩都比额定扭矩大很多，所以转弯时足够用了。

看到回复好专业

我来看大神回复的

sicoco 发表于 2016-1-15 11:49
因为轮子边缘的速度v=w*r，所以0.7m/s=w*75mm，转速w=9.33rad/s，即90rpm.
重量为10kg，因为还要包含电池和 ...

回复很赞~~~

感觉物理知识好有用

sicoco 发表于 2016-1-15 14:25
抱歉，关于转弯时功率的变化，请忽视。
但是一般电机堵转扭矩都比额定扭矩大很多，所以转弯时足够用了。 ...

您好；
  上面帖子中已经计算出，每个电机需要的力矩T=7.4*0.5=3.7N.M，功率P=50W.现在有几个问题请教下：
1、请问下这个50W是电机输出的最大功率，还是实际需要的功率值？
2、如果力矩可以达到3.7N.M，输出功率却比50W小很多，请问是否可以满足要求？输出功率主要决定了什么呢？
3、这个电机额定电压12V，额定电流3A，最大输出功率点18.6W，为什么在右上角的额定功率值为50W呢？
4、在单片机实际控制电机运动时，当电机的光电编码器检测到速度低于设定值时，可以通过增加PWM占空比的方式增加电压，从而使机器加速到设定值，请问下载这个过程中电流是如何变化的？ 电机的输出功率是如何变化的？
非常感谢。

kobeliulei 发表于 2016-1-18 12:38
您好；
  上面帖子中已经计算出，每个电机需要的力矩T=7.4*0.5=3.7N.M，功率P=50W.现在有几个问题请教下 ...

1. 50W是额定功率，需要能够长时间运作的功率，最大功率只能短时间运作不然会缩短电机寿命。
2. 扭矩达标而输出功率不达标则表示转速不达标，你的情况下是小车无法达到你想要的速度。输出功率决定了扭矩和转速的乘积。
3. 这个额定功率应该指的是输入的电功率，而不是机械功率。一般电机的额定功率指的是输出功率，不知道为什么这里看上去指的是输入功率。你可以看到最大输出功率为18.6W时效率在30%左右，而18.6/50=37%，比较接近。
4.PWM调节占空比调节的是施加在电机上的平均电压，平均电压上去了，如果负载不变则平均电流一般是增加的。如果占空比增加的时候轮子突然悬空了（举个例子），那么由于外部施加的扭矩突然消失了，因此电机输出扭矩也就下降，转速上升，电流下降（从图中曲线可以看出）。电机的输出功率变化得看情况，看图中曲线可知如果当时输出扭矩低于3.75时，电机的输出功率会下降，而如果处在3.75以上时电机输出功率会上升一下然后再下降。再举个例子，例如一个固定在地上的舵机接了一个臂，臂打到一个不可压缩的物体且转角还没达到要求时，舵机为了达到那个要求的转角而提高占空比，提升电流，提升扭矩，但是即使到了最大输出转矩，电流达到最大值时臂也依旧动不了，此时输出功率为0,因为转速为零，效率也为零，输入的功率都被消耗在电机电阻和驱动器内阻上，最后要么是电机烧毁要么是驱动器烧毁，一般是驱动器更容易坏。
你需要找一个输出功率能达到50W的电机且扭矩能达到3.7N.M。话说我是没想到小功率的电机效率会如此之低。看来我还学的不到家呀。按这效率来看的话如果真要输出50W功率，那么输入功率要达到100W之多。不过随着功率的上升，电机的效率提升就会越好做。千瓦级别的电机效率可以达到85~95%左右。
还有因为功率的提升会增加重量，电池也要增大或换成放电电流很大的，例如航模用的锂聚合物电池，总之重量也要重新考虑。最好是想办法减重，例如减小电池容量，机械结构上减重等，那样就可以对电机要求放宽了。
帮你随便搜了一个合适的电机：https://item.taobao.com/item.htm ... &id=39409216027
我这不是做广告哦，我也没买过这家的东西。

sicoco 发表于 2016-1-19 02:02
1. 50W是额定功率，需要能够长时间运作的功率，最大功率只能短时间运作不然会缩短电机寿命。
2. 扭矩达标 ...

谢谢sicoco，解释的这么详细，给我们初学者提供了这么大的帮助，非常感谢。
另外还有一个问题，.PWM调节占空比调节的是施加在电机上的平均电压，平均电压上去了，如果负载不变则平均电流一般是增加的。
请问下这个负载不变，指的是驱动器内阻和电机内阻不变吗？

kobeliulei 发表于 2016-1-19 10:42
谢谢sicoco，解释的这么详细，给我们初学者提供了这么大的帮助，非常感谢。
另外还有一个问题，.PWM调节 ...

负载指的是电机连接的负载，例如车轮在滚动时受到的只有滚动摩擦力（忽略空气阻力），转的再快摩擦力所提供的反向扭矩依旧为定值，所以对电机来说负载没有变化，此时如果提高了占空比，则平均电压上升，平均电流上升，电机输出的扭矩增加，抵消掉滚动摩擦力之后剩下的扭矩就用来给轮子加速了，所以转速也升上去了。
反过来讲，例如一个电动自行车，电机带动轮子转动，当提高PWM时，人同时踩踏板助力，那么相当于人力提供了一个正向的扭矩，和提供反向扭矩的摩擦力同时施加在了电机的输出轴上，总的来说，电机上的负载减小了，电机可以少输出扭矩了，虽然转速上升了，但是电流却下降了。
驱动器内阻和电机内阻在生产时就已经固定了，使用时基本不变，忽略温度变化，老化等效应的话。