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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
& C3 K: O5 n, a; c
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
* K- d5 y% p1 Z0 {: z
  ^  T( A6 P! I0 j3 E. T; `! [
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。

* i$ ?) h/ Q7 ?$ B" e# s

$ `' ~, w2 m. s" j9 m) Z' G
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。
$ w" }; W1 O; O4 T) M
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。+ h% f. ~! E' S! M& \( C- i, b
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。
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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。1 z2 W5 `8 e( j' U
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。) o8 [* t7 s0 n0 c% E  m: F
  
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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 # m6 U$ F3 N6 a8 o' L

" I/ N0 F; G( ^* \  Z' C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。
; ]( }) l0 X+ D# ~
) r2 @8 x2 g3 {3 `+ r' I6 ~属性
7 W* p! Y& Z3 U" [高速马达
& Z1 v& K% ^! G) C8 H低速马达
4 A) j  ?+ o# t7 y微马达
& N* }4 J) Q) L8 t% z
. e0 W  O1 D0 m# n7 Q9 q0 t+ O最大电压 0 X, g" G, M% Y3 P
9VDC
$ S; w+ S0 d' ?- d, }9VDC
6 K3 Z4 U1 M% B4 B' \9VDC " m" u, T: L' d" i9 S2 h- e9 F

9 T( d2 p" w  z  g  J/ u$ D最小电流(无负载)   k  ^7 A& Y' e) O2 c
100mA & w; ]5 b* m. ^  q
10Ma + C1 ^' o5 C; B* F$ J
5mA 3 g$ n+ n( a7 `& Z
  N( ?3 J0 V1 u
最大电流(stall) ) k/ o0 X0 e9 b3 W. \' g9 s6 b
450mA
7 h: J+ j; o# i5 q8 K8 C250mA   a& w& C5 ]0 I' g! }
90mA
1 I' Y' a1 o% w1 }% R
' W! x# ^7 h: ?6 C" F! y最大速度(无负载) 6 z, ?# G8 U  q: x% u/ e
4000rpm
* m7 {- p1 ^5 U+ R) t$ o+ a300rpm
9 ~8 c- a& B5 V7 A30rpm ' X+ ?+ N- |. m; y% o+ c

5 ^6 s' s7 |+ E+ ], @8 V* g在一般负载下的速度 & A# v" l) V" x6 Q6 a
2500rpm - ?! K2 L; ~9 R& \* C. @6 h
200rpm 9 z/ x( k7 r3 ]9 O* v0 [' R* q
25rpm
) s4 l4 j0 {' t
8 s2 d+ s( ]0 Y" C+ U/ k
! I+ y  Z5 e0 y9 j. |" G' D4 @& N0 W  H3 q/ V9 P2 W( ?& [
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。 ) U" D2 X; K3 Z  V# t4 }3 @! ~* J
" M; d0 j( a- w
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。
9 n, z# K( k: {9 J
; {: d7 V; \2 A# ]( J/ p! C+ f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。 * }" L6 r8 b* P0 H

! X  t* ]/ E; N7 x方法和技巧
2 _) m$ f/ I9 ]7 Z( }: ?, o9 V% h* h+ W1 w9 B1 I- w2 O- r+ ~
如何解除微马达被卡住情况:
& ]7 z# p5 z2 e9 A/ r+ {2 d3 o, Y( F$ b6 x
微马达是很容易卡住的,此时,你只需按下列步骤进行:
" N3 H! d0 H$ a) _4 Y$ m0 @5 w* Y# e9 \% P- H3 h& J, K5 Y
1. 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。
, K* H0 x0 d" |- N8 ~) D
$ p8 a1 V0 T1 ^+ Y) L7 K* Q2. 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。( ^3 M9 Q- `% ^4 K7 C

7 X3 h6 R# Z1 N$ |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。( e8 `- w* K* L$ o. M! c
2 L) Y0 }; h2 g" Y$ n; n, v* y  N8 _- c% X
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。
$ v0 p$ c+ d4 h" d* Z. m" B0 M
  ^, Y- V' E+ n& u7 R8 E) H! y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) / x! \3 o) ]9 D& |. p
$ F2 {# d' i4 z' P
3.3固定马达
) `# m0 v$ z3 v& j% D! S7 J5 r) P, Q9 l
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。
) I, J. {' T& l
3 M1 Z5 z' A2 d( s; u: @" d% s# w. Z) j    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。
8 k/ {; n6 {# h2 S/ n3 P# r3 P! g, A# s9 Q
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。
3 ]; e! l2 l- ]" u4 ?# A1 I9 |( e
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。
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% [- u, `* R' s8 W8 K3 K& h6 ]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
7 b: z4 c% |3 x  @% l) j' C
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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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