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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

! z8 o. l3 K* l5 F, N8 X
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
. x, |# R5 M4 o8 q0 b

: b" K* Q8 \) g# J4 M0 ?5 ?
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。

# y( @( z. x2 z- F/ h$ V
3 z5 o9 o9 x) w
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。8 P) O, L7 z' |' I
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。
1 \: W- H$ Q& ?; O/ W+ ]1 Z
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。
- T2 z9 w. R  G9 A; ^
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。
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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。$ D4 W- B/ t; L! k  \3 {" u7 v) p
  

( R3 I) ~) B/ O$ {
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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 ) d2 [9 n4 {9 ^, m3 p
2 f! c; G8 l* c0 b
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。 ; L9 C2 W  r: L8 o, D
1 M1 \2 g# A, z( h
属性
+ f) y1 x- f9 ^7 q8 I高速马达
* j1 v* R6 v6 N- x( q) y3 ^低速马达
" J$ K* k8 K$ Y% l* O& }微马达
3 I5 v- u* d) l  P: x- ~& B; w; m" M
最大电压 & Z4 C, a2 D# _2 @) T
9VDC ' m. z! h3 N) T5 h+ q5 T" U4 P/ s  @
9VDC 1 E% w! m+ o  s/ S* ]& k6 b
9VDC 1 C2 {  J1 r% C7 }/ ^# I4 r

6 K+ C( P6 u1 H' Q最小电流(无负载) $ f& a' ]% q8 l9 T- x  P
100mA
1 g* e5 {% G+ j, i: M6 u* @& g10Ma
% t- P, w( e. Z6 \6 ]$ z% U5mA 4 S+ T4 ~% Z" j

9 l+ S. M; q2 H: L1 Q# w- a最大电流(stall)
$ j8 O9 o( X' K( n450mA
- r/ n* W) |5 F2 e" Z  p1 q) {. _250mA
& u7 {2 b% y& ^4 l90mA
3 s# |! d) l# V' v! q
6 ~) P) U7 [/ J2 g9 E# }# H9 a最大速度(无负载) $ r' |  r  w) ?9 p1 s1 `: q% P; z
4000rpm * `7 s4 P' x9 u3 I8 y8 y$ o
300rpm 2 v5 i2 v7 `7 p. M# d$ Y
30rpm
  m- U$ |9 [: T* U0 c+ _# T1 x% L# L- l+ {: x
在一般负载下的速度
. G! C# t# C, k2500rpm   Q. {( I( i4 t( H
200rpm
' ?( j/ T3 P: T5 O25rpm
# y( I% C% _  V! f7 i
! T9 C( n* T# [* c6 D) e+ E) V, a  ]0 R9 E+ r5 |1 k2 V* R
# ?- D5 p1 W  P
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。
/ A# }8 G/ Q3 }8 `
6 a. ~& ^+ t) c$ e8 j% q5 J1 w7 I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。
! ?3 p* M8 ?) T& L2 e3 x# Q# k
( ^) H  H/ L% N2 c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。
. X$ e7 K% K5 d1 F- R: K! ^
9 m2 F2 n1 {3 Z& C$ U方法和技巧
5 {6 J4 n0 F' L* Y+ ]0 G' p6 U/ T6 i% ~( F) j% x: r
如何解除微马达被卡住情况:
  D7 P- Y" _5 R! c& a& E5 P6 y) j" t, G( p+ B) G
微马达是很容易卡住的,此时,你只需按下列步骤进行:
1 t/ ]$ W* [, _1 o
+ i) f; K! a: f+ I1. 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。7 N6 \8 V- ^3 _- F" a4 b

- `0 B/ W& d7 _7 M3 E, h5 T% E2. 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。! I) M5 J" _2 M$ W! o3 n" p

) y8 [4 T' ?9 R9 P) T( u1 W5 p3. 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。( w8 X, ?# p1 Q$ g' N& e, T, j- d
4 Q1 v* t' o2 p# G$ z- \
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。
! e9 B; X3 u$ |) c8 E! y3 }# `2 h& j1 v6 A& ]
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) ' u9 u4 w4 W. k3 i5 S7 f, E: q) a
( Q& S" v$ @& S  q! [
3.3固定马达 1 v) a; y7 x) f3 D# J

' A4 R, B) K# h$ g( e2 @) v0 m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。
) J1 Q' h; t& m5 I2 v3 V" c# t0 w0 y* {, k; N
    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。
/ [3 C! N. {/ u' K+ b( x/ a1 m& w! ~& O8 K
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。
2 q0 a- ]. K  b# }* z7 `
9 J6 C; \. \% d  P/ V$ g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。 . z$ U2 |9 B& N* w2 e) V5 {

9 G9 @' I; x- n6 V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
$ s3 m$ V3 Y/ C: {$ r1 ^3 t
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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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