为什么机器人电机控制中选择FOC

本文所述的机器人为服务机器人或是载重机器人（仓储机器人、物流机器人）；机器人电机控制指的是驱动机器人行走、移动的电机控制。

这种驱动机器人行走的电机一般功率在30~600W，24~48V电池供电，要求寿命长，效率高，运行平稳，安静，响应快，一定范围内负载可变。

本文探讨以下2个问题：

为什么选择无刷电机

为什么选择FOC控制

1、为什么选择无刷电机

常见的电机有步进电机、异步电机、有刷电机、无刷电机、伺服电机。

步进电机

价格较低，控制简单，开环控制精度高，一般用在小力矩中低转速需定位的场合，如3D打印、小型机器人。由于力矩小且动态性能差，不适用于服务机器人和载重机器人。

异步电机

价格较低，可以不需要控制器，效率低，一般用在交流电供电场合，如传统风扇。不适用于电池供电的机器人。

有刷电机

价格较低，控制简单，碳刷易坏，一般用在小电流低成本场合，如玩具车、小型机器人。在服务机器人和载重机器人中，由于电流大，碳刷易坏，往往不使用。

无刷电机

价格较高，控制复杂，无碳刷，寿命长，力矩波动小，动态响应好，一般用在稍大电流要求高的场合，如无人机、电动自行车、机器人。

伺服电机

价格昂贵，控制复杂，力矩波动最小，一般用在定位响应快要求高的场合，如数控机床。由于机器人行走一般不需要精度非常高的位置控制，所以也比较少选择昂贵的伺服电机。

综上所述，无刷电机拥有步进电机和有刷电机难以企及的优点，在无刷电机性能满足的情况下，一般也不使用价格昂贵的伺服电机。因此，无刷电机在机器人中被广泛使用。

2、为什么选择FOC控制

无刷电机最常用的控制方式有3种：方波控制、正弦电压控制、FOC控制，这3种控制方式电机相电流波形如下：

方波控制

电流波动大、控制精度差，噪声大，算法简单，适用于成本敏感、性能要求低的场合。在变负载、动态响应快的机器人中效果不好。

电压正弦控制

电压正弦、控制精度差，噪声小，算法略复杂、适用于成本敏感、对噪声要求不高的场合。同样在变负载、动态响应快的机器人中效果不好。

FOC控制

电流正弦、控制精度比方波控制和电压正弦控制高20倍以上，噪声最小，控制多样化，算法复杂，适用于性能要求高的场合。非常合适应用在服务机器人和载重机器人中。

在服务机器人和载重机器人行走驱动中，无刷电机成为最广泛的选择，而FOC成为无刷电机最合适的控制技术。