如何为协作机器人进行电机选型?

协作机器人的电机选型需兼顾安全性、灵活性、轻量化三大核心特性，与工业机器人相比，对力矩控制精度、动态响应速度和人机交互安全性要求更高。

一、选型核心原则

1. 轻量优先：协作机自重小、负载轻，优先低压伺服电机（48V/24V）
2. 高扭矩低转速：关节低速大扭矩，直驱 / 减速一体化电机最优
3. 安全柔性：支持力矩传感、过载限流、碰撞停机
4. 体积极小：内置关节内部，扁平、细长紧凑结构
5. 闭环精准：高精度编码器，满足 ±0.02mm 重复定位

二、先确定基础参数

1. 额定电压
   主流协作机器人统一：DC48V（最通用）
   小型桌面款：DC24V
2. 负载等级划分
   • 3kg 及以下：轻载小型协作
   • 5–10kg：通用主流协作
   • 12–20kg：重载协作
3. 关节分布
   底座 1 轴、大臂 2 轴、小臂 3 轴力矩最大；手腕 4/5/6 轴力矩最小

三、电机核心选型参数

1. 额定扭矩 & 峰值扭矩

• 1/2/3 大关节
  额定扭矩：15~40 N·m
  峰值扭矩：额定 1.8~2.2 倍（启停、抬升重物用）
• 4/5/6 手腕关节
  额定扭矩：3~12 N·m
• 经验公式：
  关节所需扭矩 = 负载重心力臂 × 总重量 × 安全系数 1.5~2.0

2. 转速

3. 功率快速匹配

• 大关节电机功率：1.6KW ~ 12.6KW
• 手腕小关节功率：0.3KW ~ 3.8KW
  市面通用协作电机集中：400W~1500W

4. 减速器搭配（电机必配）

5. 编码器要求

6. 力矩传感（协作必备）

四、按负载直接套用选型（最快）

1. 3kg 小型协作
   电压 48V，单关节电机400W~750W，扭矩 8~18N・m
2. 5~10kg 通用协作（最常用）
   电压 48V，大关节750W~1000W，扭矩 20~35N・m
3. 12~20kg 重载协作
   电压 48V，大关节1000W~1500W，扭矩 35~45N・m

五、电气与通讯选型

1. 驱动方式：伺服驱动器一体化集成（关节集成驱动最省空间）
2. 通讯协议：主流 EtherCAT（高速同步）
3. 制动：带电磁抱闸，断电锁死关节不下坠
4. 温控：内置温度探头，过热降功率保护

六、避坑要点

1. 不要选用高压 220V 工业伺服，体积大、不安全、不适合协作
2. 只看功率不看扭矩，协作优先扭矩
3. 无抱闸电机不能用于垂直关节，会溜臂
4. 不选增量编码器，必须绝对值
5. 焊接、搬运重载场景，扭矩安全系数拉到 2.0 以上