ด้วยการพัฒนาอย่างรวดเร็วของวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี ผลิตภัณฑ์หุ่นยนต์ทุกชนิดได้เข้ามาในชีวิตประจำวันของเราด้วย ตัวอย่างเช่น หุ่นยนต์กวาดล้างจะขับเคลื่อนไม้กวาดขนาดเล็กเพื่อทำความสะอาดพื้นด้วยมอเตอร์กระแสตรง หุ่นยนต์เพื่อการศึกษาปฐมวัยอัจฉริยะที่พร้อมพาเด็กๆ ไปเติบโต และหุ่นยนต์แขนกลอุตสาหกรรมสามารถทดแทนการประกอบผลิตภัณฑ์ด้วยมือได้
ไม่ว่าจะเป็นหุ่นยนต์แบบไหน ก็ต้องขับเคลื่อนด้วยแหล่งพลังงาน และแหล่งพลังงานนี้คือมอเตอร์กระแสตรง ในการออกแบบหุ่นยนต์ มอเตอร์กระแสตรงเป็นโครงสร้างการขับเคลื่อนที่สำคัญมาก ซึ่งเทียบเท่ากับข้อต่อของมนุษย์ที่เคลื่อนที่ได้ มอเตอร์กระแสตรงให้แรงบิดในการขับเคลื่อนสำหรับหุ่นยนต์โดยการแปลงพลังงานไฟฟ้าเป็นพลังงานกล ดังนั้นมอเตอร์กระแสตรงจึงถูกติดตั้งในตำแหน่งที่หุ่นยนต์จำเป็นต้องเคลื่อนที่ (เช่น การขับเคลื่อนร่วม ล้อ ฯลฯ)
ในสาขาวิทยาการหุ่นยนต์ มอเตอร์กระแสตรงถูกใช้เพราะสามารถขับเคลื่อนด้วยพลังงาน DC จากแบตเตอรี่ได้ มีมอเตอร์ DC แบบมีแปรงและมอเตอร์ DC แบบไม่มีแปรงในมอเตอร์กระแสตรง มอเตอร์กระแสตรงที่แตกต่างกันจะถูกเลือกตามความต้องการ เช่น เกียร์บังคับเลี้ยวของหุ่นยนต์ ส่วนใหญ่จะใช้มอเตอร์กระแสตรงแบบมีแปรงถ่าน มอเตอร์ DC แบบมีแปรงมีโครงสร้างที่เรียบง่ายและมีการสับเปลี่ยนผ่านตัวสับเปลี่ยน อย่างไรก็ตาม มอเตอร์กระแสตรงแบบมีแปรงถ่านมีข้อเสียตรงที่แปรงและตัวสับเปลี่ยนจะสร้างแรงเสียดทานเมื่อมอเตอร์ทำงาน ซึ่งจะส่งผลต่อการใช้งาน แน่นอน หากอายุการใช้งานของมอเตอร์ DC แบบมีแปรงถ่านในหุ่นยนต์บางตัวสามารถตอบสนองความต้องการได้ มอเตอร์ DC แบบมีแปรงจะยังคงถูกเลือก
มอเตอร์กระแสตรงไร้แปรงถ่านช่วยแก้ปัญหามอเตอร์กระแสตรงแบบมีแปรงถ่าน ไม่มีสับเปลี่ยนและใช้การสับเปลี่ยนแบบอิเล็กทรอนิกส์จึงไม่มีการสึกหรอและอายุการใช้งานยาวนานกว่ามอเตอร์กระแสตรงแบบมีแปรงถ่านมาก แต่มอเตอร์กระแสตรงไร้แปรงถ่าน โครงสร้างของมอเตอร์มีความซับซ้อนและราคาสูงกว่า แพง. มอเตอร์ DC แบบไม่มีแปรงจะถูกเลือกไว้ เว้นแต่ว่าพารามิเตอร์ของมอเตอร์กระแสตรงแบบมีแปรงขัดเงาจะไม่ได้ผล
ความเร็วในการหมุนและการหมุนไปข้างหน้าและถอยหลังของ DC motor ก็มีความสำคัญมากสำหรับหุ่นยนต์เช่นกัน ความเร็วในการเดินและความเร็วในการทำงานสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับความเร็วในการหมุน ดังนั้นจึงจำเป็นต้องควบคุมโดยตัวขับมอเตอร์กระแสตรง
เมื่อโรเตอร์ของมอเตอร์กระแสตรงหมุน ขดลวดสเตเตอร์จะสร้างแรงเคลื่อนไฟฟ้าย้อนกลับ และรูปคลื่นของแรงเคลื่อนไฟฟ้าด้านหลังที่สร้างโดยโครงสร้างของมอเตอร์ก็แตกต่างกันเช่นกัน กล่าวคือ คลื่นสี่เหลี่ยมและคลื่นไซน์ การควบคุมความเร็วมอเตอร์ DC สามารถเปลี่ยนแรงดันเอาต์พุตโดย PWM มอดูเลตความกว้างพัลส์ของคลื่นสี่เหลี่ยม และความเร็วจะเปลี่ยนตามแรงดันที่เปลี่ยนแปลง
การใช้ไดรฟ์กระแสคลื่นไซน์สามารถลดกระเพื่อมของแรงบิดได้อย่างมีประสิทธิภาพ แต่ข้อเสียคือกระบวนการควบคุมนั้นซับซ้อนและมีค่าใช้จ่ายสูง แม้ว่าคลื่นไซน์ที่ขับมอเตอร์กระแสตรงจะเป็นวงจรบริดจ์เต็มรูปแบบ แต่วิธีการควบคุมความเร็วนั้นแตกต่างจากการขับคลื่นสี่เหลี่ยม และใช้วิธีการควบคุมเวคเตอร์ (เรียกสั้นๆ ว่า FOC) ในหุ่นยนต์
การควบคุม FOC ของมอเตอร์กระแสตรง: มอเตอร์กระแสตรงสามารถหมุนได้เนื่องจากปฏิกิริยาของสนามแม่เหล็กและกระแสไฟทำให้เกิดแรงบิด ขนาดของแรงบิดสัมพันธ์กับสนามแม่เหล็กและกระแส แต่สนามแม่เหล็กที่สร้างโดยสเตเตอร์จะคงที่ ดังนั้นแรงบิดสามารถควบคุมได้โดยการควบคุมกระแส กล่าวคือสามารถควบคุมความเร็วของมอเตอร์กระแสตรงได้ แต่กระแสของมอเตอร์กระแสตรงแบบไม่มีแปรงจะไม่เพียงสร้างแรงบิด แต่ยังสร้างวัสดุฟลักซ์แม่เหล็กในสเตเตอร์และสร้างสนามแม่เหล็กซึ่งเรามักเรียกว่า กระแสกระตุ้น การมีเพศสัมพันธ์ของทั้งสองสิ่งนี้เพิ่มความยากลำบากในการควบคุมอย่างไม่ต้องสงสัย
หากคุณต้องการควบคุมความเร็ว คุณต้องแยกกระแสทั้งสองนี้และควบคุมแยกกัน FOC ใช้การหมุนพิกัดเพื่อเปลี่ยนกระแสของสเตเตอร์ที่สลายตัว หลังจากการสลายตัว คุณสามารถควบคุมปริมาณทั้งสองนี้แยกกันได้ แรงบิดมีขนาดใหญ่ แรงมีขนาดใหญ่ และมอเตอร์กระแสตรง ความเร็วก็เพิ่มขึ้น ข้อดีของ FOC คือแรงบิดกระเพื่อมมีขนาดเล็ก ดังนั้นการหมุนจึงราบรื่นมาก แต่อัลกอริธึมมีความซับซ้อนและมีราคาสูง
ด้วยการควบคุมความเร็วของมอเตอร์กระแสตรง ทำให้สามารถควบคุมความเร็วในการเดินของหุ่นยนต์ได้ เพื่อให้หุ่นยนต์เคลื่อนที่ได้!
สุดท้าย สรุปมอเตอร์กระแสตรงสองประเภทสำหรับหุ่นยนต์
มอเตอร์ไร้แปรงถ่านไม่มีโครงสร้างสับเปลี่ยนแปรง ไม่ต้องบำรุงรักษาเป็นประจำ และมีอายุการใช้งานยาวนาน ในแง่ของหลักการขับขี่ การขับมอเตอร์ไร้แปรงถ่านแบ่งออกเป็นการขับคลื่นสี่เหลี่ยมและขับคลื่นไซน์ แบบแรกมีหลักการง่ายๆ และต้นทุนต่ำ ในขณะที่แบบหลังมีอัลกอริธึมที่ซับซ้อนกว่า แต่สามารถระงับการกระเพื่อมของแรงบิดได้อย่างมีประสิทธิภาพ และทำให้มอเตอร์หมุนได้ราบรื่นยิ่งขึ้น
ในการใช้งานจริง เราสามารถเลือกรูปแบบมอเตอร์และรูปแบบการขับเคลื่อนที่เหมาะสมตามความต้องการที่แท้จริงและการพิจารณาปัจจัยต่างๆ อย่างครอบคลุม มอเตอร์กระแสตรงไร้แปรงถ่านมีต้นทุนต่ำและการสึกหรอทางกลขนาดใหญ่ และสามารถใช้เป็นโครงสร้างแชสซีแบบมีล้อของหุ่นยนต์ ข้อดีอย่างหนึ่งของมอเตอร์ไร้แปรงถ่านคือไม่เกิดประกายไฟในระหว่างการสับเปลี่ยน ดังนั้นจึงใช้กันอย่างแพร่หลายในหุ่นยนต์พิเศษ
