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DIY机器人必备基础认知3-机器人的供电

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发表于 2018-3-9 22:34 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 yanghaoxin314 于 2018-3-9 22:34 编辑

拿六足机器人来说,采用了18个舵机作为关节件,通过之前对舵机的介绍我们知道舵机是由直流电机,减速齿轮组,电位器与相应控制电板组成,舵机里的耗电大户就是直流电机。9g舵机里的直流电机耗电量相对标准舵机里的要小,但18个舵机加起来仍然是很惊人的。9g舵机里的电机静载电流应该在100MA至150MA,而负载时电流会增大到500MA至600MA之间。这样18个舵机的电流需求范围大概就是2A至10A左右。

  

       机器人供电来源一般分为两种,一种是转换市电的电源,一种就是自储电的电池。

  

       电源又可以分线性电源和开关电源两种,线性电源是先将交流电经过变压器降低电压幅值,再经过整流电路整流后,得到脉冲直流电,后经滤波得到带有微小波纹电压的直流电压。要达到高精度的直流电压,必须经过稳压电路进行稳压。开关电源是利用现代电力电子技术,控制开关管开通和关断的时间比率,维持稳定输出电压的一种电源,开关电源一般由脉冲宽度调制(PWM)控制IC和MOSFET构成。

  

      简单来说,我们常用的电源一般都是线性电源,体积小,价格便宜,但普遍输出功率不大,电流很小,一般为几百mA至几A,达不到机器人的供电要求。而开关电源可以很轻易地进行高功率稳定输出,电流一般在几A至上百A,足够机器人供电使用。
       电池种类有很多,干电池,铅蓄电池,镍镉,镍氢电池,锂电池等等,干电池的放电电流小,可以供电一两个舵机,但多了就不行了。铅蓄电池可以提供大电流放电,但体积比较大,不适合小型机器人携带。市面常用的镍镉,镍氢电池放电电流跟干电池一样,电流偏小,但也有模型厂商生产大电流放电的镍镉,镍氢电池,体积跟干电池差不多,可以用在机器人身上。

  

      锂电池可以分为锂金属电池和锂离子电池,锂金属电池由于危险性大,很少应用于日常电子产品,而锂离子电池则在生活中使用广泛,比如手机电池和笔记本电池。锂离子电池又分两种,液锂电池(Li-ion)和锂聚合物电池(Li-polymer),液锂电池的形状类似干电池,圆柱形,单节电压标称3.7v,笔记本电池还有现在比较火的户外强光LED手电用的都是这种。而锂聚合物电池在形状上没有特别规定,一般是按电子产品的体积需求而定制,常见的形状就是扁长形,有正负金属电极引出,手机电池就是这种。日常应用的电子产品内部的锂离子电池同样也是小电流输出,而用在特殊模型上的锂离子电池就是大电流输出了,比如航模,车模。所以给机器人选择供电,不管什么电池,首要条件就是要看电池的放电电流大不大,能不能达到机器人的供电要求。

  

      这里需要普及一下放电倍率的知识:电池的C值表示电池的放电率(电池放电倍率的简称);比如一个电池是1000MAH的容量,c值是15c,那么它最大放电电流就是1AX15=15A。大家在选择电池的时候可以计算一下,看看适不适合使用。

  

     关于机器人的供电电压也要说一下,机器人使用的舵机一般标称6V电压,这个标称电压实际并不准确,只是说明了舵机在这个电压左右能达到性能和烧毁几率的平衡性。各种大电流放电的充电电池实际电压都会高于这个标称电压,比如模型用的标称6V镍氢电池组实际充满会在7v左右,而模型用的标称7.4v的锂离子电池组充满会在8.4v左右。需要降压到6V左右才能供机器人使用,降压需要降压模块,比如7805,LM2596芯片的DC-DC直流转直流降压模块等等,但这些降压模块的输出电流普遍偏小,要选择大电流输出的降压模块才行,或者就是几个小电流的降压模块并连在一起扩流使用。

  

      还一种方法就是利用二极管来降压,比如一个1N4007测试可以降0.3v,但一个二极管通过电流偏小,虽然标称1A,实际在500mA电流时发热量就很大了,所以要多个1N4007并联然后再串联多组,然后接到电池上才能既降压又能大电流输出。这是麻烦的方法,简单的就可以直接使用大功率整流桥,整流桥的内部是多个二极管交叉串并联,只需选择一组就行,比如D25XB80整流桥,标称25A的额定电流,实际接电池使用时发热量很小,锂电组充满8.4v接一片D25XB80 18个舵机整体压降可以到6.9v,接两片可以降到6.5v,稍高于6v使用上没有问题。这里补充一下,整流桥就是整流桥,它不会神奇的变成一个高级的降压器件,在这个整体电路里是利用它在整体电路中发挥通过电流大,物理减压,限流的特点而使用的。(分析问题请结合上下文,考虑整体性)

  

  最后要强调一下:最近发现大家都喜欢直接用电脑的USB供电来测试舵机和舵机板,这样是绝对不行的。舵机的电流需求比较大,即使是9G的小舵机,电流需求也比usb的500ma电流要大,usb可以给一个舵机供电,但你会发现转起来比较慢,这就是供电不足,同时usb的电压也被拉低了,如果再多接几个舵机,要么烧舵机板,要么烧电脑的usb电板。


-2018年3月9日 未添加新内容

  • TA的每日心情

    2019-1-21 10:22
  • 签到天数: 50 天

    [LV.5]常住居民I

    发表于 2018-3-10 11:32 | 显示全部楼层
    666谢谢楼主,学习了
    打赏作者鼓励一下!
  • TA的每日心情
    开心
    2018-3-2 08:37
  • 签到天数: 2 天

    [LV.1]初来乍到

    发表于 2018-3-11 21:42 | 显示全部楼层
    早看到就好了,之前用了个干电池结果机器在那里抽搐了几天,百思不得其解啊,后来换了两节18650搞定。
  • TA的每日心情
    奋斗
    2018-4-22 00:56
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    [LV.2]偶尔看看I

    发表于 2018-4-22 08:52 来自手机 | 显示全部楼层
    原来这样学习学习
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