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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
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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

" J8 v% r  ?3 ^9 [

5 Z$ C- v& j# _  o- A
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。

8 N6 |* ]- o" |+ U! d7 |5 }& b
/ U0 C( K! T  z& K
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。
$ M! n8 t1 ]2 R6 X
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。
) M6 |% h1 E- n+ w& s
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。& ~8 ?+ i: Y& U: q+ d
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。' o- y! ^! K; G/ s8 O  ?
  
4 b% I( \+ p6 n3 ]

- {& G- y0 d( j/ R
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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 5 N* \6 w0 O: F

" w* z* f! d: K3 P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。 + F; \- v# X2 h, A# U/ A
, T5 ^( X) Z! L8 J
属性 . c! t5 L; g0 w7 y- R
高速马达 . s1 Y- l- z/ V  Q7 B( E; [
低速马达 - {+ T6 H" b1 A& p5 J& g
微马达
/ p- Q1 r8 O2 E. M2 m+ N
( \" Z5 h* ]4 `最大电压
2 ^  {! Y& j2 g6 x- _$ q9VDC
) R) p$ X  u3 B9VDC
4 p9 x8 D1 @5 m0 g, G9VDC ( ^+ C9 W8 v$ U- |% O) @1 q/ @* @2 \9 [

5 R6 X$ i% V. \* P* ^0 R最小电流(无负载)
2 H- q' Y0 Z, ]5 V, ?3 F4 R100mA
9 X( D- o( O; [- T10Ma
7 N& e1 Z: @+ z/ y8 Y0 M* {& T8 E$ p5mA % X% ?2 F$ H9 ~& I9 x7 k7 X2 @

+ g( \/ ~" k  T0 f最大电流(stall)
' _9 R5 z8 R* z4 I450mA
" j# ~( r% n+ i. l250mA
8 M% `$ Y, J9 O' }1 O! {90mA
* P7 d) p+ h6 j5 B) W6 _
) B- K" `! n! I, ]1 p最大速度(无负载)   Z3 g+ }% X4 C
4000rpm
9 H  ]( }6 C) r3 h! W300rpm
# W! \2 E4 q% k* ]7 [30rpm
6 p, L4 O. K+ l% I, Z7 h% \, t; n4 V% E9 @* h  u# @& O9 ^% b3 t4 E# B  ?( C, ~: O
在一般负载下的速度 ! D! k1 E# \; F5 @0 B
2500rpm
- e/ ~; e9 [5 }- G8 H' r, J200rpm
  k( O, C/ v' l' M+ T25rpm / C3 d! J3 `: P3 g( n) W6 q

( S7 c+ D6 d8 f3 V8 R
& [1 j! d( j/ a9 T- E; W4 y1 Z' e9 }: 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。
9 w3 w5 Y1 z7 I* m+ G9 W
) H6 r  K6 f6 h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。 " e8 g4 Q: ~7 a

7 Z% ~9 M5 k, ^) Q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。
  V, ?1 u7 B5 L1 N; j  ^1 N4 y- D8 K4 ?  H$ N6 F# q* G
方法和技巧 # F' Q- p, v. l( k( z
* P- }9 }% Y7 L) |- S6 i
如何解除微马达被卡住情况:
7 Z3 b0 Z# K. B/ B* [. [3 T' M. t5 D% U* T( M/ b  K
微马达是很容易卡住的,此时,你只需按下列步骤进行: , i8 U! N* x9 N5 k3 z% x. F6 W& _0 s

6 O  K, x1 k9 ~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。
% B* {$ l: L/ e' U
( R0 }! k1 o" p2 c) P- W& i2. 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。1 {( K$ X( a% |: C' V  J4 O
% Q. g# b) w  [3 }/ O
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。4 z9 v1 ?, F7 C' A6 w+ J' |
! D1 l3 N- K" F. d% e5 ~
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。2 w% d! w  J9 ]1 i

6 c: F2 h2 K- {) a$ A! W, D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)
% x7 T: g+ k; R5 \* S" b$ t
1 a, v' W7 k( P, ^  @7 S3.3固定马达 3 Q" E  p; y" k+ z

. U. k! c8 O7 T, ^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。 , }0 h. {5 U$ y4 r: w

; _  R$ y' `7 Z) f" ^$ [% ?    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 I. Q; q+ C  |0 x8 E5 ^4 ^- H6 p

3 c6 d, ?3 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。
+ A0 r! _; _& h) T4 q8 L! x; A0 a; r6 {
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。 * H: X. T1 s9 `! Y7 P+ \
( L, K, a9 k4 O
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# [, h% h& }9 z
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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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