步进电机机器人智能车底盘

产品描述：

移动机器人比赛是一种高科技对抗活动，各国专家学者通过移动机器人竞赛，不断推进了在竞赛型移动机器人方面的研究，不断改进机器人寻址速度和算法研究，试图让机器人更接近智能化，它集高科技、娱乐和比赛于一体，引起了各国的广泛关注和极大兴趣，从而推动了移动机器人研究的热潮。

而智能车以其结构简单、形式新颖、适合对象面广、扩展性强等特点在高校教学、实践、竞赛中备受推崇。鉴于绝大分的智能车载体都是选用直流电机结构。这次我们推出一款”步进电机智能车“底盘。希望能对移动机器人教学、实践工作提供一些帮助。

1. . 步进电机智能车的优势：

(1) 步进电机停转的时候具有最大的转矩（当绕组激磁时）；(2)没有电刷，电机寿命长；(3) 有较好的位置精度和运动的重复性；(4) 电机的响应仅由数字输入脉冲确定，可开环控制；

而使用普通直流电机的智能车，定位和转速测量过程中存在自动化水平低、操作复杂、精度难以保证（要实现精确控制目的，则需要通过编码器等器件来实现，而且定位精度和编码器精度直接相关）。

当然直流电机也有自己的特点：应用简单——通电就转、价格较低——普通的玩具电机不到1元一只、体积较小——可以安装到很小的空间里面。所以深得电子爱好者的喜欢。

2. 步进电机的选择：

步进电机有步距角（涉及到相数）、静转矩、及电流三大要素组成（和直流电机不一样的是，没有额定电压的参数）。一旦三大要素确定，步进电机的型号便确定下来了。

不是所有的步进电机都可以制作智能车，需要根据智能车的用途来选择。一般制作竞赛类的机器人，如迷宫机器人、巡线机器人、灭火机器人等，推荐的步进电机的参数如下：两相四线（方便设计或选择驱动器）、歩距角1.8°（控制精度高）、扭矩>3Kg·cm（载重大）、混合式（相对反应式和永磁式步进电机，具有输出力矩大、动态性能好，步距角小，但结构复杂、成本相对较高）。

混合式步进电机结构图
（从图中我们可以看出步进电机远比直流电机结构复杂，所以成本也高的多）

可以说步进电机的性能直接决定了“步进电机智能车”的售价。对于售价太低的产品，用户一定要弄清楚电机的参数和性能，否则将会给使用带来很大的问题，甚至不能使用。

产品简介：

 这款高转速的三轮车底盘（以后后续基于该底盘的产品）主要是为高转速、高灵活度的应用场合而设计的。

底盘由两个1.8°步距角的42步进电机提供动力，最快速度可以达到100cm/s（在11.1V工作电压下）。此外步进电机的最大优点是，可以精确控制转动的角度，精度在1.8°以上（具体看步进电机驱动器的细分数，细分越高，精度越高）。这是直流电机不一样的地方。

底盘是由两个电机和一个万向轮沟通的三点式结构，这样就能保证小车在做转弯或原地转圈动作时，小车不会偏离赛道；

小车的车轮内部轮毂采用高强度PVC塑料，在压力下不易变形。外部轮胎采用的是仿汽车轮胎花纹的橡胶。橡胶轮胎内部是橡胶垫，充实了车轮，提高了车轮的弹性。橡胶和轮毂连接紧密，没有其他轮子的轮胎和轮毂之间的相对滑动现象。整个轮子具有大抓地力、高强度等特点。品质绝非塑料轮胎所能比拟。在实际使用中，载重20Kg（4驱车），轮毂不变形；是机器人智能车制作的最佳选择。

步进电机固定架由铝合金材料制成，坚固轻便。小车底盘材料使用的是厚度5mm的材料，更坚固。

固定板上面留有多种固定孔和过线孔，方便用户固定控制板。

以上特性，使得这款车非常适合用于开发：迷宫机器人、灭火机器人、寻迹机器人、足球机器人等产品。

PS.有关步进电机的更多了解或问题，请看本页底部的“常见问题”。

N-TB6560-T1步进电机驱动器，是基于日本东芝TB6560芯片设计而成。具有可靠性高，适合工控领域；采用恒流斩波驱动技术，电机工作电流恒定；输入信号全部光耦隔离，提高步进电机的EMC性能。

产品图片：

TR3-SM步进电机智能车底盘（1）

TR3-SM步进电机智能车底盘（2）

规格参数：

1、车体参数：

    车体直径：17cm
    车体高度：6.5cm
    车体速度：≤100cm/s（12V空载状态下）
    车体载重：3Kg

2、步进电机参数：

 这是客户利用同样的底盘设计的智能机器人

常见问题：

1. 什么是步进电机？

步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元步进电机件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度，称为“步距角”，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。

2. 步进电机类型及特点？

步进电机分三种：永磁式（ＰＭ），反应式（ＶＲ）和混合式（ＨＢ）

永磁式步进一般为两相，转矩和体积较小，步进角一般为7.5度或15度；
反应式步进一般为三相，可实现大转矩输出，步进角一般为1.5度，但噪声和振动都很大。在欧美等发达国家８０年代已被淘汰。
混合式步进是指混合了永磁式和反应式的优点。它又分为两相四相和五相：两相步进角一般为1.8度而五相步进角一般为0.72度。这种步进电机的应用最为广泛。

3. 什么是保持转矩(HOLDING TORQUE）？

保持转矩是指步进电机通电但没有转动时，定子锁住转子的力矩。它是步进电机最重要的参数之一，通常步进电机在低速时的力矩接近保持转矩。保持转矩越大则电机带负载能力越强。由于步进电机的输出力矩随速度的增大而不断衰减，输出功率也随速度的增大而变化，所以保持转矩就成为了衡量步进电机重要的参数之一。比如，当人们说2N.m的步进电机，在没有特殊说明的情况下是指保持转矩为2N.m的步进电机。

4. 步进电机精度为多少？是否累积？

一般步进电机的精度为步进角的3-5%。步进电机单步的偏差并不会影响到下一步的精度因此步进电机精度不累积。

5. 步进电机为什么会发热？

通常见到的各类电机，内部都是有铁芯和绕组线圈的。绕组有电阻，通电会产生损耗，损耗大小与电阻和电流的平方成正比，这就是我们常说的铜损；如果电流不是标准的直流或正弦波，还会产生谐波损耗。铁心有磁滞涡流效应，在交变磁场中也会产生损耗，其大小与材料，电流，频率，电压有关，这叫铁损。

铜损和铁损都会以发热的形式表现出来，从而影响电机的效率。步进电机一般追求定位精度和力矩输出，效率比较低，电流一般比较大，且谐波成分高，电流交变的频率也随转速而变化，因而步进电机普遍存在发热情况，且情况比一般交流电机严重。

步进电机温度过高首先会使电机的磁性材料退磁，从而导致力矩下降甚至于丢失。因此电机外表允许的最高温度应取决于不同电机磁性材料的退磁点；一般来说，磁性材料的退磁点都在摄氏１３０度以上，因此步进电机外表温度在摄氏８０－９０度完全正常。

6. 为什么步进电机的力矩会随转速升高而下降？

当步进电机转动时，电机各相绕组的电感将形成一个反向电动势；频率越高，反向电动势越大。在它的作用下，电机随频率（或速度）的增大而相电流减小，从而导致力矩下降。

7. 为什么步进电机低速时可以正常运转，但若高于一定速度就无法启动，并伴有啸叫声?

步进电机有一个技术参数：空载启动频率，即步进电机在空载情况下能够正常启动的脉冲频率，如果脉冲频率高于该值，电机不能正常启动，可能发生丢步或堵转。在有负载的情况下，启动频率应更低。如果要使电机达到高速转动，脉冲频率应该有加速过程，即启动频率较低，然后按一定加速度升到所希望的高频（电机转速从低速升到高速）。我们建议空载启动频率选定为电机运转一圈所需脉冲数的２倍。

8. 如何克服两相混合式步进电机在低速运转时的振动和噪声？

步进电机低速转动时振动和噪声大是其固有的缺点，一般可采用以下方案来克服： 
A、如步进电机正好工作在共振区，可通过改变减速比提高步进电机运行速度。
Ｂ、采用带有细分功能的驱动器，这是最常用的，最简便的方法。因为细分型驱动器电机的相电流变流较半步型平缓。
Ｃ、换成步距角更小的步进电机，如三相或五相步进电机，或两相细分型步进电机。
Ｄ、换成直流或交流伺服电机，几乎可以完全克服震动和噪声，但成本较高。
Ｅ、在电机轴上加磁性阻尼器，市场上已有这种产品，但机械结构改变较大。

9. 细分驱动器的细分数是否能代表精度？ 　　

步进电机的细分技术实质上是一种电子阻尼技术（请参考有关文献），其主要目的是减弱或消除步进电机的低频振动，提高电机的运转精度只是细分技术的一个附带功能。比如对于步进角为1.8度的两相混合式步进电机，如果细分驱动器的细分数设置为４，那么电机的运转分辨率为每个脉冲0.45度，电机的精度能否达到或接近0.45度，还取决于细分驱动器的细分电流控制精度等其它因素。不同厂家的细分驱动器精度可能差别很大；细分数越大精度越难控制。