(2)步进电机
步进电机作为一种新型的自动控制系统的执行机构,得到了越来越广泛的应用,进入了一些高、精、尖的控制领域。步进电机虽然有一些不足,如启动频率过高或负载过大时易出现丢步或堵转,停止时转速过高易出现过冲,且一般无过载能力,往往需要选取有较大转距的电机来克服惯性力矩。但步进电机点位控制性能好,没有积累误差,易于实现控制,能够在负载力矩适当的情况下,以较小的成本与复杂度实现电机的同步控制。
b.电机的选型与计算

下面对旋转步进电机型号进行选择,轮式移动机器人在移动的时候,需要克服两种阻力:摩擦力和重力。对于平面内移动的机器人来讲则只需要克服摩擦力。带有机械臂的全方位移动机器人整体重量在30kg左右,摩擦系数土之间的取为 0.3,车轮直径d=110mm,宽度L=60mm。机器人行驶速度不小于3km/h,即0.833m/s,
设行驶速度v=1m/s,
则轮子所需转速:n=v/πd=174r/min
已知m=30kg,G=30kg*9.8=294N
一般摩擦系数u=0.3—0.45,取u=0.3
则所需克服的摩擦力f=G*u=294N*0.3=88.2N
则总功率P=f*v=294N*0.3=88.2w
每个轮子上的功率P。=P/4=22.05w
转矩T=9550P/n=1.21NM          
因此,综合考虑到减速装置减速比后,选择了电机型号为35BYG207,静转矩为 0.07 NM ,步距角1.8,重量0.13kg。
              
下面选择转向电机,机器人对转向速度要求较低,对位置精度比较严格,选用步进电机可以满足设计要求。转向电机主要是使车轮实现零半径回转,克服地面摩擦力,要求的转速不高,因此主要计算电机静力矩。
已知:m=30kg,G=30*9.8N=294N,设摩擦系数u=0.3,
    在这里我们假设每个车轮与地面的接触按照理想状态即相切线接触,车轮的摩擦力为:
f=294N*0.3=88.2N               
由于车轮是零半径回转,所以克服的摩擦力矩为:
(2-4)
式中 ——单个车轮的宽度
设计车轮与地面接触总宽度为30mm,即 所以克服的力矩为1.323 。实际上车轮不是与地面呈线接触,保证一定余量,综合考虑到选用的减速装置传动比后,选择电机型号为 35BYG103,静力矩为 0.065  ,步距角1.8,重量0.1kg。
下面是所选电机的外形尺寸。
 2.3.4  减速器的设计
旋转部分选用蜗轮蜗杆减速器,设传动比i=28,则电机轴转速n(电)=5000r/min,电机功率P(电)=T*n/9550=0.037kw=37w。
则各轴输入功率为:
轴1:P1=P(电)*S(联轴)*S(轴承)
       =37*0.99*0.99=35.92w (这里S表示机械效率)
轴2:P2=P1*S(蜗)*S(轴承)*S(联轴)
       =35.92*0.99*0.99*0.8=28.2w
各轴转速为:
电机轴转速n=5000r/min
轴1:n1=5000r/min
轴2:n2=n1/i=5000/28=179r/min
各轴输入转矩:
电机轴T==9550*0.037/5000=0.07067NM
轴1: T1=9550*P1/n1=0.0686NM
轴2: T2=9550*P2/n2=1.5NM
下一步是传动零件的设计计算,选用阿基米德蜗杆。
已知:转速n=5000r/min n1=5000r/min  n2=179r/min  i=28
选取模数m=2,查表取Z1=1,Z2=28,总效率S=0.8,q=14
则中心距a=r1+r2=m*(Z2+q)/2=42
则蜗杆参数为:
分度圆直径d1=m*q=2*14=28
齿顶圆直径d2=m*(q+2ha*)=32(ha*=1)
齿根圆直径df1=m(q-2ha*-2c*)=23(c*=0.25)
齿根高    hf1=(ha*+c*)*m=2.5
齿顶高    ha1=m*ha*=1*2=2
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