隨著(zhù)世界變得越來(lái)越自動(dòng)化，使用常規立式吸塵器清潔房屋感覺(jué)苦不堪言。自2002年首臺真空機器人上市以來(lái)，清潔機器人的功能和可用選項大幅增加。事實(shí)上，許多優(yōu)質(zhì)機器人真空吸塵器目前已進(jìn)入第六代。
推動(dòng)這一變化的因素- 無(wú)論是比喻含義還是字面含義 - 是使您的現代真空機器人流暢運行的一個(gè)器件 - 電機驅動(dòng)。如同今天的家用機器人助手一樣，電驅動(dòng)的尺寸持續縮小，同時(shí)性能也在提高。
在本文中，我將回顧真空機器人的主要特點(diǎn)和當前趨勢，以及電機驅動(dòng)如何幫助滿(mǎn)足這些要求。
展望未來(lái)，預計真空機器人將變得不那么笨拙（換言之，不那么容易迷失方向）且運行更快。設計尺寸也將繼續縮小，使他們能夠清潔諸如廚柜或低間隙家具之類(lèi)的狹窄部位。
真空機器人設計挑戰
電池壽命和可靠性是真空機器人面臨的兩大設計挑戰。大多數真空機器人都是電池供電的，并從電源座充電。真空機器人的典型框圖如圖1所示。
圖1：真空機器人的部分
電機是真空機器人的重要組成部分。如何驅動(dòng)電機以及使用何種電機驅動(dòng)決定電池壽命和可靠性。
讓我們回顧一下控制真空機器人消耗的大部分功率的主要系統模塊、所涉及的主電機，以及確定哪種電機驅動(dòng)將控制并降低功耗的系統要求：
- 真空機器人的主吸力是通過(guò)一個(gè)運行在3到4A的電機來(lái)完成的，通常具有高達8A的峰值電流。效率和全面保護是關(guān)鍵要求。該電機通常由無(wú)刷電機驅動(dòng)進(jìn)行驅動(dòng)，以降低噪音并提高效率。
- 兩個(gè)雙向輪使用有刷電機驅動(dòng)。早期型號只能向一個(gè)方向移動(dòng)，但雙向輪在解鎖機器人或使其從困難的位置改變方向時(shí)非常有用。這些是低速電機，帶典<1A的典型均方根（RMS）額定電流。與光滑的瓷磚或硬木地板相比，需要更好的扭矩在諸如地毯等更粗糙的地板類(lèi)型移動(dòng)。另一個(gè)關(guān)鍵要求是監控輸出電流，且如果電流持續較長(cháng)時(shí)間，則向微控制器（MCU）發(fā)送反饋，這可能表明真空機器人卡住了。
- 主刷使用位于真空機器人中心的有刷電機，用于攪動(dòng)和拉動(dòng)地板上的污垢。這是一款中速電機，額定RMS電流約為3A。
- 取決于真空機器人和品牌的類(lèi)型，可能有一個(gè)或兩個(gè)單向側刷以中速運行。這些側刷通過(guò)向內朝向機器人的中心旋轉而將污垢驅動(dòng)到主刷上。RMS電流額定值<1A。
我提及的大多數電機都是有刷電機，RMS電流額定值從1A到3A不等，
在前幾代真空機器人中，跨分流電阻的外部電流感應處理輸出電流的監測和感應。這些分流電阻器體積大，價(jià)格昂貴，占用了電路板上的大量空間。使用外接笨重的高值分流電阻也會(huì )增加功耗，從而減少機器人的電池使用時(shí)間。
圖3所示為早期一代真空機器人的框圖，其中DRV8870需要外部分流電阻來(lái)感應電流，而外部放大器則需要向MCU發(fā)送反饋。這需要額外的電路板空間，增加成本，并增加了布線(xiàn)復雜性和維護。
將DRV8870替換為DRV8874或DRV8876無(wú)需感應電阻和放大器，因為電流感應反饋在內部發(fā)生，如圖2所示。
圖2：驅動(dòng)雙向電機，將DRV8870替換為DRV8874或DRV8876的示例
圖3所示為DRV8870和DRV8876之間分流電阻尺寸的減小。
圖3：DRV8870和DRV8876的外部分流電阻尺寸
如果電機需要為雙向型（如在車(chē)輪或主刷電機中），則驅動(dòng)需要兩個(gè)輸入（N1和N2），以使用兩個(gè)MCU管腳驅動(dòng)電機。
真空機器人還具有單向側刷。使用單向驅動(dòng)時(shí)，DRV8874或DRV8876只需要一個(gè)輸入管腳（EN管腳），從而減少MCU引腳，如圖4所示。
圖4：使用DRV8874或DRV8876驅動(dòng)單向電機
DRV8874和DRV8876具有多種優(yōu)勢，可延長(cháng)電池壽命和可靠性。集成電流感應無(wú)需外接分流電阻器，節省了材料成本和空間，同時(shí)顯著(zhù)減少了設計工作量。
電流感應的增加也無(wú)需用于反饋的外接增益放大器。這些器件的低睡眠電流和無(wú)龐大的分流電阻有助于降低功耗并延長(cháng)真空機器人的電池壽命，而內部電流感應可實(shí)現主動(dòng)失速監控，以確定電機是否卡在某個(gè)位置，或者是否有車(chē)輪老化或磨損。要了解有關(guān)內部電流感應和IPROPI的更多信息，請參閱技術(shù)文檔[1]。
DRV887x系列有刷電機采用Pin-2管腳RDS(on)可擴展型，可覆蓋高達10A的寬范圍峰值電流。DRV8876采用3mm×3 mm四方扁平無(wú)管腳封裝。
隨著(zhù)真空機器人的實(shí)用性增加，它們的功耗和再充電所需的時(shí)間也增加。通過(guò)添加集成功能，DRV8876和DRV8874可在節省空間和成本的同時(shí)降低總體功耗，從而有助于解決公用事業(yè)面臨的挑戰。
