具身智能核心电机实验台

点击启动、换向、单步和目标角，观察电磁执行器如何把控制量变成机械运动。

DC · BLDC · STEP · SERVO

机械换向与电子换向

有刷电机用碳刷/换向器切换电流；BLDC 用逆变器按照转子位置切换三相绕组。

直流有刷电机

点击启动、改变方向和速度。橙色线表示转子绕组，黑色块表示碳刷。

碳刷 + 机械换向器
50%
电刷接触会产生磨损、噪声和电磁干扰。

无刷直流 BLDC

电子换向不需要碳刷；霍尔/编码器提供转子位置，逆变器决定下一相通电。

永磁转子 + 电子换向
70%
BLDC 效率和寿命通常更好，但必须匹配相序、极对数和驱动器。

四类电机：动画—结构—代码一一对应

每个小节都把原理、编号结构、控制量和伪代码放在同一处。代码是动画背后的最小数学模型，不是可直接驱动真机的安全控制器。

① 有刷直流：机械换向

定子提供固定磁场，转子线圈受力，碳刷/换向器每半圈反转电流。

1 定子　2 转子　3 碳刷　4 换向器
控制量PWM 50%
方向正转
HBridge(direction, duty) → 电枢；τ = Kt · I；反电动势 = Ke · ω

② BLDC：电子换向

定子三相绕组按相序通电，永磁转子跟随旋转磁场，霍尔/编码器给出转子位置。

1 三相定子　2 永磁转子　3 位置传感器
换向相位电角度 0.000°
相序U → V → W
phase = hall_or_encoder.read(); inverter.commutate(phase); theta_e = pole_pairs · theta_m

③ 步进电机：8 相编号与脉冲

定子 1～8按顺序励磁；转子齿槽朝向当前磁场。点任意编号，观察该线圈通电、转子转过 45° 的电角位置。

外圈：定子线圈 1～8　中心：转子
当前励磁相 1
累计机械角0.000°
步进代码STEP 1, DIR +
coils[phase].on(); rotor_angle = phase · 45.000°; pulse_count += 1

④ 伺服电机：误差闭环

目标角与编码器反馈角相减得到误差，位置控制器生成电流，电机转矩再改变反馈角。

目标 θ*反馈 θ编码器 → e → 控制器 → 电流 → 转矩
位置误差 e18.000°
控制电流2.000 A
输出转矩 τ0.160 N·m
error = target − encoder; current = clamp(Kp · error, ±Imax); torque = Kt · current

端子与接线：正负极、相线和反馈线

下面四张小图把“电源线/动力线/反馈线”分开。红色 `+` 和黑色 `−` 只表示直流母线；U/V/W、A+/A−、B+/B− 是驱动器定义的绕组端子，不能当作普通电源正负极。

有刷 DC

M+V0V/−H 桥 OUT1 / OUT2交换两根 OUT 线即可反转。

BLDC

3ΦDC+DC−U · V · W 相线U/V/W 没有固定正负极。

步进

驱动器VM+GND/−A+A−B±A+/A−、B+/B− 是两组绕组端点。

伺服

伺服驱动器DC+DC−U/V/WENC动力 U/V/W 与编码器 ENC 分开。
!颜色和插头形状不能代替万用表、线序表和数据手册。接线前断电、放电、核对端子；真实机器人还要验证接地、屏蔽、急停和驱动器使能逻辑。