電機(jī)在整個ROS機(jī)器人系統(tǒng)中擔(dān)任“執(zhí)行機(jī)構(gòu)”的角色，機(jī)器人的動力來源于電機(jī)。 在電機(jī)參數(shù)范圍內(nèi)，可以根據(jù)控制需求要求電機(jī)提供所需角速度和所需要的扭矩，電機(jī)都能夠在較短的時間內(nèi)完成響應(yīng)。 ROS移動機(jī)器人中常常會使用的如下兩種電機(jī)：

直流有刷電機(jī)：有刷電機(jī)中線圈的電流方向變換通過碳刷與換向器完成。 如下圖所示，電機(jī)由機(jī)座、磁極、換向器、端蓋、軸承和碳刷等構(gòu)成。

直流有刷電機(jī)控制電路簡單，在只需要控制電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向的場景下，通過兩個繼電器便可以實現(xiàn)電機(jī)控制。 在ROS移動機(jī)器人的應(yīng)用場景下對電機(jī)的控制不僅僅有旋轉(zhuǎn)方向的控制需求，而且還有電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制需求，所以在這種應(yīng)用場景中 常常使用功率開關(guān)管（MOS，IGBT）搭建H橋電路進(jìn)行電機(jī)方向與轉(zhuǎn)速的控制。 電路設(shè)計將在下篇文章進(jìn)行介紹。

直流無刷電機(jī)：顧名思義直流無刷電機(jī)，在電機(jī)結(jié)構(gòu)中取消了直流有刷電機(jī)中的碳刷。 此時電機(jī)繞組作為電機(jī)的定子，永磁體作為電機(jī)的轉(zhuǎn)子，與直流有刷電機(jī)結(jié)構(gòu)恰恰相反。 直流有刷電機(jī)結(jié)構(gòu)如下圖所示。

直流無刷電機(jī)具有轉(zhuǎn)速高，運(yùn)行平穩(wěn)，無打火，無灰塵等優(yōu)點。 常常應(yīng)用在對控制要求比較高，轉(zhuǎn)速較高的設(shè)備上，比如無人機(jī)，醫(yī)療設(shè)備，掃地機(jī)器中都可以看見無刷直流電機(jī)的身影。

與直流有刷電機(jī)相比無刷電機(jī)的優(yōu)點眾多，但為了能夠發(fā)揮出無刷電機(jī)的眾多優(yōu)勢。 需要復(fù)雜的控制電路（如：逆變電路，半橋驅(qū)動電路，檢流電路，編碼器接口，通信接口電路，電源電路等等），同時還需要配合電機(jī)控制算法（如方波控制算法，V/F控制算法，F(xiàn)OC控制算法等等）才能發(fā)揮出無刷電機(jī)的優(yōu)勢。

下面我們來看看電機(jī)中幾個比較重要的定則，順便也復(fù)習(xí)下高中物理知識。

左手定則：位于磁場中的載流導(dǎo)體，會受到力的作用，力的方向可按照左手進(jìn)行確定。 如下圖所示：

在電機(jī)中一個線圈有兩個有效線圈AB,CD。 它們在磁場中受力大小相等，方向相反，所以對中心軸的轉(zhuǎn)矩可通過下面的式子進(jìn)行計算：

一般電機(jī)都會繞有n個線圈，所以線圈對中心軸的總轉(zhuǎn)矩可以這樣計算

當(dāng)一個電機(jī)生產(chǎn)完成后，電機(jī)繞組圈數(shù)n，磁感應(yīng)強(qiáng)度B以及線圈半徑r和有效長度L都是固定參數(shù)在這里可以當(dāng)做一個常數(shù)K。

所以電機(jī)轉(zhuǎn)矩可以簡化為下式：

所以電機(jī)轉(zhuǎn)矩可以通過控制電流進(jìn)行精確控制。

右手定則 ： 導(dǎo)體在磁場中做切割磁力線運(yùn)動時會在導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢E，其方向可以通過右手定則進(jìn)行確定，如下圖所示。

計算公式為：

在電機(jī)中一般以角速度表示電機(jī)的轉(zhuǎn)速，并且電機(jī)有n個線圈。 所以電機(jī)在旋轉(zhuǎn)時的反電動勢可根據(jù)下式進(jìn)行計算：

當(dāng)電機(jī)確定后，繞組圈數(shù)n，線圈半徑r,磁感應(yīng)強(qiáng)度B，導(dǎo)體有效長度L都為定值，可用常數(shù)Z進(jìn)行表示。 這時電機(jī)反電動勢可由下式進(jìn)行計算：

由上式可知當(dāng)電機(jī)參數(shù)確定后，反電動勢由電機(jī)旋轉(zhuǎn)速度確定。

右手螺旋定則 ： 用右手握住通電螺線管，讓四指指向?qū)Ь€中電流方向，那么大拇指指向就是通電螺線管中磁場方向。 這個定則在電機(jī)中主要用來確定電機(jī)線圈磁場方向。