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乐高扫盲~~马达<开始配图片>

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发表于 2008-12-28 10:51:22 | 显示全部楼层 |阅读模式

1 E6 k1 N' j3 a6 O$ u0 z& K5 b& K
根据大家的反应,我很努力的去找相应的图片配合上去了,但可能因为这个原因,上传扫盲帖的更新没有那么快了,请多多见谅:lol

& J/ k$ N2 n' {  G1 y- m

& B/ ]- a2 o' ~: F( G/ _# C
在机器人系统中,我们已经介绍了动力传输系统——结构是如何传递力的,接下来,我们要讨论动力源——马达,包括各种马达的安装固定,以及马达的使用技巧,如,怎么获得更大的动力输出?同时简单介绍怎样并联马达,如何控制其工作等内容。
7 s8 q0 @' p- {  I

# D. ~# j& b' i
马达是机器人的主要动力源,它可以使机器人执行移动、载重,控制手臂,抓取物体,抽气等其它需要动力源的动作。马达有不同的种类,但都有一个共同点:将电能转换为机械能。在这一章,我们要讨论不同的乐高马达及其使用、安装、连接。
在讲解马达之前,我们先介绍一下有关电子学的理论。我们知道,电流分为直流电(DC)和交流电(AC)。家里使用的就是交流电,而电池是一种最常用的直流电源,所有乐高的电动组件包括马达都使用直流电源。
/ B# Y, W3 a/ X# J% @* Z% y. P
为了更好地理解什么是直流电,我们可以把它想象成从山上流下的一股泉水。流过导线的电流与之类似:当你将电池与灯或者马达连接时,电流的流动差不多像水流。我们知道电池有正负极,它表示电流的流动方向:从负极流向正极,就好像负极在山顶。在溪流中放一个水车就能把水的能量转化为机械能,同样,马达可以将电流转变成运动。假如改变水流的方向,水车会发生什么情况呢?它会改变旋转方向。直流马达也是如此。每一个马达都有两个接头,一个接到负极,另一个接到直流电源的正极。你可以想象的到电流从电池的负极流入马达,使马达运动,然后电流又流回到正极。如果将马达与电池之间的导线变换方向,马达的旋转方向也随之改变了。
6 Z$ {4 W& M: h/ \" i
那么,如何来描述在溪流中流过的水量呢?它由两个因素决定:水的流速,水流的宽度,两者对水车的工作状态都有影响。在电流里,流动的速度称为电压,它的宽度(强度)称为电流。它们的单位分别可以用伏特(V)和安培(A)来表达,还有比它小的单位:毫伏(mV)和毫安(mA)。这两者的乘积就称为功率,用瓦特(W)来衡量它的大小。% d8 @# G# _2 ~4 c9 ?
每个马达都有额定电压,当然,电压低于额定电压时马达也能工作,只是会转得慢一些;但如果超过额定电压,马达就有可能烧掉。/ Q6 |( B6 }) P4 B
电流还有其它特性:电流的变化是根据马达的工作状态改变的:负载越高,电流就越大。当马达与RCX连接使用时,如果有力阻碍它旋转,必须停止马达。因为马达会把电流不断的转变成能量来抵抗阻力,如果不成功,所有流过马达的电流就会转变成了热能而不是机械能,这对马达来说很危险。第二章讨论过的离合齿轮在这里就起作用了,它限制了最大的扭距,防止马达卡住的这种情况发生。在以后的章节中你会知道RCX对保护马达也有积极的作用。1 t: s0 K3 Q: u) ]& W. I+ }- N* u
  

  y. r3 H( y4 s* a
6 K: G" e4 o: @1 Y; o: I
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 楼主| 发表于 2008-12-28 10:52:02 | 显示全部楼层
3.2微型马达、低速马达、高速马达
: _- l, P: A0 o" b0 M* T9 o( t7 o+ Y) q  C( ]0 I/ O
每一个马达都含有一个或更多的铁心和磁铁,用来将电能转化为机械能,但你不需要知道这个转化的过程。作为一个搭建者,你所要记住的是每个马达都有一个输入能量的接头,一根输出轴,目前乐高套装提供了三种9V直流马达(如上图):高速马达(a)、低速马达(b)和微马达(c)。还有比较特殊的马达,如train马达、带有电池箱的马达和Micro Scout马达等,但这些马达不常用,通用性不如前三种好,因此在这里我们就不测试它们了,表中总结了前三种马达的一些属性。
" d+ b; ?# [  I  A6 B( r( X( D1 s4 N- S, }5 T% d* E, n7 o3 d
属性
) X7 J2 q2 M7 U高速马达 ! W. T: C! t/ j+ h- g( |! ^
低速马达
: z/ M# O: e9 f2 V( S微马达 " i' w- O. B* Q, h: H' g5 s& f# c

$ Q- u) P+ v8 Y1 D最大电压
7 x. `: v5 o6 n1 L( x/ o9VDC * v: Q! D; x3 [( i5 R
9VDC   q$ s) e2 v9 h
9VDC % ?5 Z$ U; O; e% g$ s6 z
( a  O6 y6 h4 \- _! s" g
最小电流(无负载)   v: I/ B- ^" [6 e0 v/ E
100mA
+ x/ c# X. Z2 U+ L  g10Ma   C, \, Y8 A* h
5mA
& x8 ]6 g0 N* V6 s; S" x% Z6 Z4 k4 [) {/ a/ k7 f0 R, f3 F
最大电流(stall)
* ]# J. S& F% \, D' b450mA
% u$ v9 q# F- m8 [250mA 8 o- M9 J+ t9 Q+ }& L! N
90mA * V2 B6 N! V8 U0 c9 L. v7 c
* J9 O2 c1 O: z$ G2 c
最大速度(无负载) & H$ }" z8 m! o* V# Z) E7 `# ?- s
4000rpm ( Q- z5 p7 @7 W/ e3 r0 f2 E7 s7 i
300rpm " f( ~7 Q/ N0 r. U
30rpm
5 B) N" O  e2 `$ V- ^0 Z3 [3 }- N9 p5 L0 O' t/ p8 }) G' s# O
在一般负载下的速度
( N2 ?  s7 n) ^: r2500rpm " J0 x4 x) U, x9 d' F+ y
200rpm
4 V5 O- {( ~) C, n3 p+ q25rpm
3 [/ e/ A0 y* V- O& q
5 h$ w5 h- W7 y$ V8 s! U* W" K2 v
0 \8 }' g6 `" z3 o3 h7 d6 E- f1 D' I/ F0 m
无传动链马达是乐高技术系列套装的标准马达,它的轴是内部马达轴的延长,因此我们称它为高速马达,它的转速非常高(转速可高达4000rpm)。在大多数实际应用中,它都需要非常高的减速传动比,从而需要非常复杂的传动链,而且还会消耗大量的电流。
# E4 J" w0 @* Y  U( @9 Z- ?3 U6 U# l5 ^
在本书中的例子中,没有涉及到高速马达的使用,你可以安全地使用它,不会损坏RCX且自身也不会损坏,唯一的缺点就是消耗电池。 - l6 L1 a! C. X8 Z# ~
3 J, M  a0 W) p' u- j) ?
本书中我们提到的马达一般为低速马达。它有一个内置多级减速传动链,无负载时的转速为350rpm(一般负载的转速为200/250rpm),它的特点是高效率、低能耗。它也用了复杂的传动链,在机器人挑战套装中有两个马达。 $ P/ b9 p! D0 X8 _* v

" \! g% Q. @% l4 J方法和技巧 # ]) x' n9 [2 L# s  E, w2 q6 l& u
! _9 ]% V! r% v9 y# J! ?
如何解除微马达被卡住情况: ) @6 f6 s3 B" ^7 L6 U: i
2 }3 Y2 q( N% ~1 O4 r
微马达是很容易卡住的,此时,你只需按下列步骤进行:
2 L* M2 C; b+ V2 s( f
2 p& F) `; m5 v/ D1. 尽快关掉马达,将马达与其它组件分离或关闭电源,否则将会永久性的损坏马达。
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2. 把马达与它连接的齿轮、皮带等脱离以减小震动,在马达轴上留下小滑轮。, k, a9 D. V; ^

: K3 {- |3 R- A2 S9 e/ _3. 用手指握住马达,轻轻转动滑轮,但转动方向必须与马达卡住时的转动方向一致,同时将滑轮拔出,当听到咔的一声,说明马达没有损坏。假如不知道马达卡住时的转动方向,两个方向都试一下。9 ^7 C9 R# o# c8 o+ \( C" L# k

' x- {" a* g4 \" S) }6 U! N这几个步骤通常很有效,如果不行,试着使用小电流脉冲朝两个方向驱动马达,同时执行第3步。# M9 g( A0 K( f, {* V

& |& I! U5 |5 k6 s0 l微马达也是一个带有传动链的马达。它的输出轴的转速大约是30rpm,扭矩也相当低(小于1Ncm),它的噪音比较大而且很容易卡死。你可能想知道为什么要使用这种马达,答案就在于它的名字:因为它的体积小,在有些情况下,马达的大小比所需的扭矩和速度有更多的限制。使用它时要使用一些特殊的支架和连接马达轴的小滑轮(如图) 4 l$ B& \( Y8 j

2 d% P- @2 W2 V; M# A3.3固定马达 / T* `' @1 V' f  G
7 Z( I- [7 A) o( z- q
乐高马达的宽度和长度都是4个乐高单位,马达的顶部形状是不规则的,低处的高度为2.8个乐高单位,高处的高度是3.6个乐高单位。马达的底部也是不规则的,因为它有一块2×2大小的凸起区域,因此直接将马达固定在规则表面上是不可能的,所以,固定马达需要一定的技巧。下面我们将介绍一些常见的技巧。
: a1 B1 `6 e, j/ a. x7 }- q5 f7 M) {( V% j; S0 ^5 e; f7 _$ g0 v+ P
    尽管它的形状不规则,但它与标准的积木块配合得很好。如图,使用两根梁以4个孔的间距可以将马达低处部分固定。在一个稳固的结构中,马达的固定是很重要的,否则当马达承受负载时结构就会散架。在图中你还可看到距离梁的底部是一个乐高单位,这样就可以与前一章讲过的齿轮(8齿和24齿,16齿和16齿)配合,在第二个例子(如图)也是一个坚固装置,这里延长了马达的输出轴以便于在上面固定一个蜗轮。这个装置适合低速高扭矩应用。
6 z' n! {% v% f1 u  M0 `* ]3 H/ n9 D0 E, s
注意:这几幅图片重点说明它们之间的关系和距离,因此,为了能看到内部结构,我们没有在两边固定马达,在实际的应用中,应该两边固定马达并调整将梁调整为合适的长度。
$ C! O. E" @( L  U* s% J2 J9 M, k
' r5 n6 `- c" ]( g; [) Y在乐高机器人挑战套装中有8块带有导轨的1×2板,是专门用于固定马达(如图)的。显示了固定马达的一个小巧且稳固的结构,更重要的是,此装置不需要拆散就能移除马达:移除马达后面的两块2×6板,不需要调整其余组件就可直接将马达拆下,用于其他模型的搭建。
. ^  E3 H6 L9 O1 g7 G8 D: ~! u* |( }3 B
马达是乐高组件中较贵的组件,因此,同时搭建多个机器人模型时,应该考虑重复利用马达。
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发表于 2008-12-28 13:37:20 | 显示全部楼层
很高兴论坛能有你这样一位热心的朋友,在我期末没什么时间来论坛的时候帮忙照顾论坛。
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 楼主| 发表于 2008-12-28 15:32:01 | 显示全部楼层
:lol放心,一有时间就帮忙~~~:victory:
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发表于 2008-12-28 18:40:51 | 显示全部楼层
楼主也是一位老师吧!
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发表于 2010-1-6 12:32:02 | 显示全部楼层
顶一下
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发表于 2010-4-29 15:10:21 | 显示全部楼层
看了要学习的东西,多啊
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发表于 2010-6-8 15:57:55 | 显示全部楼层
谢谢分享,要学的东西很多
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发表于 2010-6-8 20:25:16 | 显示全部楼层
圖貌似掛了?
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发表于 2010-9-12 16:14:49 | 显示全部楼层
谢谢分享!
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发表于 2010-9-15 10:13:48 | 显示全部楼层
学习了
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发表于 2010-11-14 18:47:41 | 显示全部楼层
学习
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发表于 2010-11-14 22:10:38 | 显示全部楼层
期待上图。谢谢楼主详细的讲解。
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发表于 2010-11-17 00:22:42 | 显示全部楼层
看不见图
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发表于 2010-11-22 08:41:49 | 显示全部楼层
学习了
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