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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

: U# G, s, R) w# `
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

, V) ^6 t2 s. D% ~' h  _

; S' G  i+ x! u
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。
4 B8 [- e3 n( m( L8 k2 S
+ j8 y2 d# H9 `7 T/ J
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。
9 Y9 i9 ?# i3 ]" r% b; 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。# ~- h- z7 c, v/ V/ c
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。
6 F6 H5 q; x& b9 ~3 |
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。- u; I) }9 ]6 f# j0 r0 q
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。$ V& p% Z4 `. ~
  
, p/ H7 \; s$ r  Z

+ \0 c4 ~6 \' o6 {1 C) S% n
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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
7 e" ?: h6 ?* O  e8 u' j7 }
& F0 ]+ K. e6 }7 _, T) v* k# n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。
5 W2 d0 x2 H* v  ^% R2 i0 H' l1 M2 L
属性 * ?, G5 U, z! _8 U& d  X7 P
高速马达
2 D' o% V8 a) }" B& Y$ {2 k6 E6 j低速马达
/ `! {+ |9 R, h- m; I! O& |微马达 2 r/ R2 Q& C& H4 G1 Y9 T/ y
- q, U. \( Z/ l9 @- q$ h
最大电压 5 |6 _  Q" s0 r' J, G
9VDC
, F, M- g$ y( S- k) b3 e7 z/ J9VDC
5 n$ z6 o% U$ \' K" f6 a5 P9VDC 0 J. Y1 V/ O" ~) j! ]. g3 ^, I: R

1 w& r/ J# F) l$ T最小电流(无负载)
, j; I7 ]# v3 g- x) R" ^1 V100mA ! h: o; e. _0 [; d2 W
10Ma
* L9 f$ S8 n' o" C: X' [: h+ s5mA
4 o$ _% [' k) U6 u8 `: ?1 Z8 w2 J1 ?4 K, c& ]
最大电流(stall)
! Y! }5 {- B- I# x+ M& [& L450mA
! ~* e- U. N) o; z250mA - q2 n+ K( L) q5 p% V6 n: H% K/ h
90mA # `+ k4 |' g  P( F( ^

: p* `$ @$ m' D0 B* X; a* W最大速度(无负载)
) B" i) H' u: i8 `4 q4000rpm
4 {+ b: _: H1 N4 w5 t& p. `8 U; G300rpm - N% ]# W5 W: f  ~0 M8 V4 ]  u
30rpm ; C. }4 p0 S" }- y  Z
8 i' X/ j8 ]3 e
在一般负载下的速度
4 g/ |0 D! Y' ~0 N' A& r- F5 h# k2500rpm
! |# A) e; d7 `8 m3 X200rpm 4 i, ^1 M+ c- M% n8 S
25rpm
" Y" m0 W* G4 d! Y$ Q0 f
$ }8 U  V# |: E% s9 [( |5 V* U" v' H0 S% K

7 x9 s: `! W7 x8 W' a" S$ @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。
2 m; B2 R% b9 T& ?0 F7 E) }% M: K) T7 U* C' a5 l% D; u$ ?9 I! }9 g0 c
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。
/ n* a6 }. S9 F$ P6 _# g2 N8 a6 n. k8 K/ i4 B! I' U: s* F7 D
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。
8 u5 y0 A( J' ?! q  q4 {+ L8 E/ Z
- [% U6 I  b$ m# y3 w方法和技巧
$ h  u3 t; l5 G/ j
# o3 E3 e4 W: j0 d3 p" k  c如何解除微马达被卡住情况:
" ?( e9 e5 Z+ u# I- U( \5 a8 [' b7 o6 E3 S- U, }" v
微马达是很容易卡住的,此时,你只需按下列步骤进行: ! r( |+ |; `& F" h: H' R
4 i" E: F6 J, |
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。
. ]9 H# E) J' M) d# o/ k4 I9 b$ ~; i, j. V9 m2 o& q
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。  x, {& k, R9 @$ Y' O% m  r1 f
8 p, s- O$ P% I, v, h2 f
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。
, q& Y7 P. I$ H( |' o; [
8 D  c7 A* {* m/ H7 d- E( l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。- ^: Y: Y* ?9 j- r$ {/ F% {

, Y4 S) y- i: Y0 p0 t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)
  H4 [% r, p7 l1 P4 \/ y" |
1 M5 F& W! w5 w) M7 h4 f; I3.3固定马达 , j: L3 f- g0 i4 D. d  n

' r! q' i6 A5 ~% f# L- R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。 3 M8 W. d- i; v' _- B
2 `& V2 P0 D5 B+ c
    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( b% x8 T4 V

* c8 g5 L% ?* J5 |7 C! I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。   o: x) y  U$ U
* S6 B7 N" ~  I. {4 \
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。
/ s( G3 E  @8 W' @& C" }( H; C9 K/ }
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" M* o+ ?7 C# j0 }; U* q
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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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