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消防机器人的驱动电机参数匹配及选型分析案例

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TOC\o1-3\h\u23841消防机器人的驱动电机参数匹配及选型分析案例 1

130361.1驱动电机的参数匹配计算 1

9041.2履带消防机器人的运行效率分析 1

217981.3驱动电机的选型 2

1.1驱动电机的参数匹配计算

驱动电机性能直接影响整车的动力性能和经济性能。

1、选择驱动电机应考虑的方面：

（1）降低自身自重，降低履带底盘死重，从而提升能量利用率；

（2）结构紧凑、降低整车体积，便于在狭小空间内作业；

（3）履带消防机器人运动情况多变，频繁启停

（4）电机自身调速能力较强，从而可以简化变速系统。

2、驱动电机应具有以下特性：

体积小，重量轻，启动力矩大，调速范围较大，响应特性快以改善车辆行驶中的各控制性能，效率高。

1.2履带消防机器人的运行效率分析

1.分析消防机器人运行效率

按照动力传动的路线其运行效率由电力系统的效率、传动系统的效率和行走机构的效率三个部分组成。

（1）电力系统的效率：包括动力电池的放电效率ηd1、驱动电机的和控制器的效率ηd2。

（2）传动系统的效率：包括减速器等传动部件的机械效率ηt。

（3）行走机构的效率ηLv，其影响因素较多，履带式行走机构主要由驱动轮、导向轮、支重轮、托带轮、履带等“四轮一带”组成。因此在履带式行走机构内部存在着各种摩擦损失，包括：

①各链轨节铰链中的摩擦损失；

②驱动轮与链轨啮合时的摩擦损失；

③各轮轴承的摩擦损失。

计算消防机器人运行效率

（1）计算行走机构的效率ηLv

尽管在理论上，履带行走机构的驱动效率可以做定性分析，但因为影响因素过于复杂，很难推导出可用于定量计算的表达式。

目前通常用经验公式估算：

η

式中，v-车辆行驶速度，单位km/h，按照设计指标为4km/h。

代入式中计算ηLv得为94%。

（2）计算履带消防机器人运行的总效率

η

式中:ηd1-动力电池的放电效率，取90%；

ηd2-驱动电机和控制器的效率，取90%；

ηt-传动部件的机械效率，取95%；

ηLv-履带行走机构运行效率，经计算得94%；

η-为履带消防机器人运行的总效率。

代入式中计算得出总效率η为72%。

1.3驱动电机的选型

1、对于履带消防机器人来说，驱动系统至关重要，它直接决定了整机的最大驱动力和各项动力指标，直接影响着消防机器人作业效率。故应结合消防作业环境选择行驶驱动电机的种类。而对于驱动电机的选型应主要关注电机的功率密度、可靠性、过载能力、转速范围、负荷效率、控制成本、电机重量、外形尺寸以及电机成本等参数。

驱动电机类型主要有以下五种：

1.永磁同步电机；

2.开关磁阻电机；

1.交流异步电机；

4.直流无刷电机

5．直流有刷电机。

不同种类电机的优缺点

Advantagesanddisadvantagesofdifferenttypesofmotors

种类

优点

缺点

开关磁阻电机

适用于高速运转场合

产生较大噪音

结构简单、可靠性高、成本低

产生较大震动

启动电流低、启动转矩大

技术不成熟

适用于频繁启停/正反向转换工作环境

控制难度较大

可控参数多，调速性能好

成本高

永磁同步电机

具有一定的超载能力

输出功率较小，电动机启动困难

没有电刷与机械换向器结构，可靠性高

转矩受永磁体限制，抗震能力差

调速性能好，调速范围大

高转速工作时收到限制

不适用于高温/电流过载环境，极容易导致退磁

交流异步电机

结构简单、可靠性高、维护容易

启动转矩低导致其启动性能差

功率较大、质量较小

控制复杂、调速性能差

环境适应能力高

各种电池机对比如表3-5所示：

表3-5主要驱动电机性能(王彦诚)

Tab.3-5Maindrivemotorcomparison

指标

直流无刷电机

直流有刷电机

永磁同步电机

交流异步电机

开关磁阻电机

电机结构

简单

复杂

简单

简单

简单

比功率（kw/kg）

0.3

0.3

1.25

0.7

0.5

电机成本

中

中

大

大

大

启动转矩

大

大

大

大

大

效率（%）

85~88

85~89

95~97

94~95

＜90

转矩过载能力

0.5

1.5

1.8~2.5

1.8~2.0

1.2

电机尺寸

中

大

小

中

小

控制器结构

简单

简单

复杂

复杂

简单

控制器成本

高

低

一般

一般

高

可靠性

好

差

可靠

可靠

一般

日常维护

简单

复杂

简单

简单

简单

消防机器人作为纯电动驱动机器人，需要较大得启动转矩、高可靠性、耐高温性能，而对比其它三种类型电机，直流电机在具有优良的调速性能的基础上，还能够在各种环境恶劣的火场里稳定运行，因此应在直流无刷/有刷电机中进行选择。

直流无