低压伺服驱动器方案在巡检机器人、无人机中的应用案例

发布时间：2025-04-3 阅读量：1189 来源: 我爱方案网作者: bebop

摘要：相较于传统电机，低压伺服电机具有尺寸小，结构紧凑，节省设备空间，更便于集成化设计；功耗低等优势，而且低压伺服采用的计算芯片相对于交流伺服的性能更高，可以提高伺服的响应能力；适配电机类型多，在低压领域可以通用等，这些都很好地满足了当前企业高效生产的使用需求。

作为运动控制领域的核心动力部件，低压伺服电机在自动化领域、精密控制领域、物流仓储和运输领域、医疗器械领域等都有占有较大市场，特别是在近几年蓬勃发展的移动机器人市场广泛应用。市场对于这类产品的要求是微型化，能够尽可能地靠近电机安装，无需拖链，同时，高功率密度、低功耗、集成化、模块化的趋势也愈加明显。

我爱方案网分析师在下文分享了一些运用到低压伺服驱动器应用的已量产案例及其主控IC选型，更方便工程师朋友方案设计参考。

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方案一：极海G32R501低压无感双电机参考方案

方案支持双电机无感FOC控制，单核条件下仅需24.8μs即可对双电机执行完整电流环控制，内置静态（电阻、电感、磁链）参数辨识、在线电机电阻辨识功能，配置模型参考自适应，PI自整定，可实现对大多数永磁同步电机的自动控制。

方案规格：

■ 输入电源范围：DC 12V~48V

■ 输出峰值电流：20A

■ 最低控制频率：1Hz

■ 启动：满力矩闭环启动（4Hz及以上目标频率）

■ 控制方式：V/F、单电流闭环控制、双闭环控制

■ PI参数：模型参考自适应

■ 其他功能：参数掉电保存、软件复位

■ 电机参数辨识：静态辨识电阻、电感、磁链，在线电阻辨识

■ 通讯方式：Modbus协议

■ 配套资料：配套自研上位机、用户手册等

方案二：先楫HPM6300低压伺服驱动器应用方案

基于HPM6300的低压伺服驱动器应用方案，具有高性能、高可靠性、高性价比等优点，在不同温度、湿度、振动等工业环境中可实现稳定运行，主控MCU丰富外设接口支持伺服电机系统一体化设计。

典型系统框图

方案特点

• 采用先楫高性能、高实时性的微控制器HPM6300系列，主频高达 648MHz，Coremark 高达 3390，提高了伺服的响应特性。

• 利用HPM6300的 3个独立 16位ADC，可同时采集电机电流和母线电压进行快速采样，提高伺服的控制精度。

• 支持大容量本地存储，128KB ILM (0等待指令SRAM) 和128KB DLM (0等待数据SRAM)，提高代码或数据的访问速度，有助于实现快速电流环。

• 内置16位 FMEC接口，满足与外围FPGA或 EtherCAT从站芯片进行高效通信。

• 完整开源的的位置、速度、电流三环FOC源码，其中，电流环延时仅1.06us，有效缩短客户的产品开发时间，为 ”单芯片” 伺服提供可能性。

• 内置 CAN接口，支持 CANFD通讯。

• 内置 FFT/FIR协处理器，实现快速的FFT计算，对于电流、电压信号进行实时分析，助力电机预维护功能。

方案三：极海APM32F407低压伺服驱动器应用方案

APM32F407 低压伺服驱动器方案实现框图

极海APM32F407低压伺服驱动器应用方案，具有高效运算处理能力、高可靠性、高功率密度，在不同温度、湿度、振动等工业环境中可实现稳定运行，主控MCU丰富外设接口支持伺服电机系统一体化设计。

方案特点

• 速度控制模式：通过按键设定目标速度，电机转速稳定在目标速度；

• 位置模式模式：通过按键设定目标位置，电机能精准停留在设定位置；

• 编码器接口：可连接增量编码器，实现高精度控制；

• EtherCAT模块：可实现EtherCAT通信，配合PLC、PC、EC实现复杂的运动控制；

• 人机交互：读取FLASH的UI素材并显示到LCD屏，LCD能显示目标速度/位置、实际速度/位置、运行模式、运行状态，更直观地体现系统的运行情况。

上述方案可以在下列场景中实现高效应用：

1、巡检机器人

吊轨式式巡检机器人根据功能结构可分为吊装式轨道、机器人本体、升降机构、多种传感器及高清视频设备。目前市场上，机器人本体和升降机构的驱动装置在低速运行时易出现低频振动现象，从而无法保证成像清晰，不具备过载能力，难以满足爬坡的要求，因此限制了搭载检测设备的数量及体积。

采用小巧低压伺服电机方案，它不仅体积小巧，自重轻盈，在温度降低的条件下，也能确保巡检机器人静音运行、平顺无卡滞，还能保证执行机构精准的移动。小巧轻便更狭小的空间里行驶进行巡检作业，能够适应更多复杂的现场环境。

2、无人机

消费级无人机：对于消费市场上的无人机来说，轻量化是关键因素之一。采用低压伺服驱动器不仅可以减轻重量，还能增强飞行稳定性，因为它们提供了更细腻的桨叶角度调整能力，从而更好地应对风速变化。

工业级无人机：在工业监测、测绘等领域使用的专业无人机对载荷能力和续航时间有较高要求。使用高效的低压伺服驱动器可以在不牺牲性能的前提下延长飞行时间，并且由于其良好的热管理特性，即使长时间作业也能保持稳定工作状态。

3、数控机床

数控机床：数控机床是另一个重要的伺服驱动器应用领域。在数控机床的运动控制系统中，伺服驱动器可以实现对机床刀具的精确控制，从而提高加工精度和效率。

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