MIT两轮自平衡机器人的电动机执行和调速方式

Segway公司为了充分保障其商用Segway自平衡车性能，在选择零部件时有很高的要求。电动机选用了无刷伺服电动机，每个电动机由两个独立的绕组构成，每个绕组各自拥有自己的驱动；正常工作的时候，两个绕组并行工作，共同承担负载。一旦出现问题，电动机将丢弃使用出现问题的绕组，利用剩下完好的绕组完成对Segway的控制，直到驾驶者找到一个安全的停靠位置。

实际上，普通电动机就可以满足自平衡机器人基本功能的要求。近年来，国内外很多机器人爱好者成功设计制造出自己的两轮自平衡小车，采用的大都是常见的直流电动机加电动机驱动器，比如，从电动轮椅上拆解再利用，或者电动车用直流电动机。它们最大的特点就是廉价易得，同时可以轻松完成控制，如采用单片机控制。电动机电源相应的就可以选择很多市场上容易购买的电动车直流电源。

具体到本例的MIT两轮自平衡机器人，电动机选择需要综合考虑转速、堵转转矩、轴的承重能力等参数，最终选择的电动机是BaneBots公司的CIMMotor系列无刷直流电动机M4-R0062-12，配合行星齿轮减速器GP-56012（56mm，减速比12∶1）和齿轮减速箱GP-56004-GCK（16∶1）工作，电动机具体参数如下：

①输入电压范围：6～12V，标准为12V。

②无负载时的转速：5310r/min，峰值效率（PeakEff）转速：4614r/min。

③无负载时的电流：2.7A。

④堵转转矩：2424mN·m。

⑤堵转电流：133A。

⑥转矩常数Kt：18.2mN·m/A。(www.xing528.com)

⑦Kv：443r/min·V-1

⑧峰值效率（Peak Eff）转矩：317.8mN·m。

⑨峰值效率（Peak Eff）电流：19.8A。

⑩重量和尺寸：1304g；长109.6mm，直径φ66mm。

11伸出轴：直径φ8mm，长度35.6mm。

电动机驱动器则选用了IFI Robotics的Victor 884 Speed Controller。它主要用于机器人相关的领域，且有高电流容量、低电压降，具有很好的抗峰值电流能力（带有制动），可满足高精度控制需求。它带有创新的场效应晶体管（Field Effect Transistor，FET）开关电源结构和集成风扇，保证了工作时的低电压降、高开关速度、承受极限电能，改善了加速、变向和转矩提升能力。

MIT两轮自平衡机器人的控制板发出的PWM波形，代表系统所需不同的速度值，输入到电动机驱动器中（图中WRB脚）实现对电动机的速度控制，其基本原理就是直流电动机PWM调速。