因自研電機，同時自己設計制造機器人產品，我(wo)們發現，選擇一款恰當的電機及傳動系統非常重要，它能夠幫助我們順利推動研發工作、設計出性能更加穩定可靠的機器人。

電機素(su)有機器人“心(xin)臟”之稱(cheng)。一般意義上，機器人包括機械臂、足式機器人、無人機、輪式機器人、手術機器人等，不同的機器人依據不同場景需要不同的動力學設計，因此其所采用的電機也有所不同。

在(zai)常用的電機類(lei)型中，直流無刷電機因其(qi)具有顯著的高(gao)扭矩密度、高(gao)效(xiao)率(lv)、體積小、高(gao)壽命、低噪聲、高(gao)性價(jia)比等優點，而廣(guang)泛用在(zai)機器(qi)人(ren)領域(yu)。如我們的輕型協作機器人產品，所采用的就是直流無刷力矩電機。

圖 | 無刷電機

在(zai)傳統分類(lei)中，交(jiao)流(liu)(liu)電(dian)(dian)機(ji)相比(bi)直(zhi)流(liu)(liu)電(dian)(dian)機(ji)成本更低。不過(guo)如今交(jiao)直(zhi)流(liu)(liu)無(wu)刷電(dian)(dian)機(ji)的(de)分類(lei)沒有明顯的(de)界(jie)限，直(zhi)流(liu)(liu)無(wu)刷電(dian)(dian)機(ji)雖然掛著“直(zhi)流(liu)(liu)”的(de)名號，本質上是一種交(jiao)流(liu)(liu)同步電(dian)(dian)機(ji)，驅動器完成了直(zhi)流(liu)(liu)電(dian)(dian)源逆變成交(jiao)流(liu)(liu)的(de)過(guo)程。

圖 | 電機(ji)的傳動系統

其中，傳動(dong)系統的功率和(he)伺服帶寬(kuan)是我(wo)們對電(dian)機進行選型時首先要做的重要考量。功率則(ze)是(shi)電機的第(di)一特征。

圖 | 功率的計算公(gong)式

比如輕(qing)型協作(zuo)機器人、手術機器人等類別產品，因它們所應用(yong)的場(chang)景(jing)對其(qi)執(zhi)行(xing)任務時(shi)的平穩性要求更高，低速平(ping)穩(wen)性、波動小就成為我們在挑選直驅方案(an)中需要考慮的(de)重要指標。

一般(ban)情況下，考慮到電動勢或(huo)電流非正弦引起的紋波轉矩(ju)和齒槽(cao)轉矩(ju)等是(shi)影響電機低(di)速平穩(wen)性(xing)的主要(yao)原因，在低(di)速平穩(wen)性(xing)上有做過優化的電機，具有優化后的槽(cao)數(shu)(shu)組合、斜極(ji)(ji)和斜槽(cao)、優化的極(ji)(ji)弧系數(shu)(shu)、不等厚(hou)磁極(ji)(ji)、磁極(ji)(ji)分段布(bu)置等特征(zheng)。

足式機器人等應用場景，則(ze)對(dui)電機的短(duan)時過載能力(li)和峰值扭矩密度要(yao)求(qiu)更高。言下之(zhi)意，在做此類電機的(de)挑選時，關(guan)鍵(jian)需要考(kao)慮的(de)是，電機設計者如(ru)何(he)處理溫度(du)這一變量。

在冷卻方案的選擇上，足式機器人的電機追求扭矩輸出密度，即單位體(ti)積或質量下的(de)輸出功率(lv)，這意(yi)味著油冷水冷等增加整機質量的冷卻方式不太可能作為優選。

（1）較小的轉動慣量和較大的堵(du)轉轉矩；

（2）盡可能小的時間常(chang)數和啟動(dong)電壓；

（3）較長時間的過載能力，以滿足低速大轉矩的要求；

（4）能夠(gou)承受頻繁啟動、制動和正、反轉；

（5）為避免機(ji)器人電機(ji)過熱，一(yi)般要(yao)求電機的額定連續轉矩值大于周期內電機轉矩的均方根值；

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