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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
3 r- h$ t0 f0 H2 g) \6 S
, u: ]8 ~! X5 d" N
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。

! R6 o. A. y5 g; P
/ a. ]. ]! F. O0 z2 [% m
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。
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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。; ^: A$ |1 T- h" j# R
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。
( L# J9 W$ w5 h$ n3 v2 M
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。
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) t: i0 o, s) Z4 C* 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 % S: H, x( O+ t# b+ Q! G1 m/ m
% k; ?- S0 C( w( _' V$ ~. ~
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。
% ^/ K/ ]- X6 [6 I: \4 g+ V$ D9 }" C: g4 N
1 U  g/ q. x6 R4 ~! s9 N' n属性
7 g7 w% d/ {, u5 b' }高速马达
- w* t- Y4 @. b8 [8 ~/ b低速马达
# K8 D3 g$ R" r微马达 7 m* m) |8 s0 R
2 |* X4 p8 v" W# n# `
最大电压 % a/ N0 I) }3 c( k4 ^
9VDC 3 R9 U: a% `/ h6 C" e5 o# t0 ~
9VDC   ]  J- l. v' d4 m
9VDC
( W+ j; V- d. D/ R/ I/ R) J# ]
最小电流(无负载) - i+ G  i& Q# ~/ C& {/ i4 D4 N
100mA
$ {' c( T  ~8 V3 n& ]10Ma
" @& w+ {1 d) @4 ?5mA ( g2 ], b+ t6 Q' ~/ C5 E4 ]; w
$ |, p* }& ]. _- B! W
最大电流(stall)
( \4 s8 K/ o# C450mA ) Y: u4 b. k- N6 f4 Z' t# z
250mA
, {$ q/ X4 `7 P6 U) C; S( L5 r: L90mA / V5 [6 [+ b& ~3 g: [. I

$ N* U: s. V8 i" v: j7 a最大速度(无负载)
# O+ P: k( `- ?. k4000rpm ( \" k1 S: P) E# ]1 u
300rpm
9 t. @# d& X, }# j, L# w& ^; G30rpm 7 d& H+ l9 e0 F3 g4 R
) A0 s4 ~" h1 n* E
在一般负载下的速度 ' t6 f- l- |& W* D
2500rpm
8 b6 p& K2 j" A0 c7 k! ]/ I200rpm 0 S" T' W6 L. O; g  w# u  c
25rpm
4 y1 J7 f/ r4 k" H0 b3 O5 Z, [$ O, K7 S$ y* z, d  g

! q" {2 s3 x2 o9 J& b4 q1 B) J1 t0 f2 z2 r' S, k* ~, k
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。 3 B5 o! ]6 s6 N5 n0 p

+ o3 X4 G& R3 x6 f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' Z+ W% f$ c' O* Q- a! {3 w

3 X: V5 }" h) E/ }) N: G6 W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。
, N( {% n% R( a# d8 }% Y
, O$ Z7 n/ \# O8 N  f方法和技巧
% U4 z/ U% Y/ n5 W2 B6 I; @, f$ \  a7 i9 n- w5 r
如何解除微马达被卡住情况: 5 K, z' |: l- Y6 ]3 b, U4 P
0 w9 o) q$ d4 ]$ z
微马达是很容易卡住的,此时,你只需按下列步骤进行:
! [. [+ }. L$ X( r' ]5 T+ I$ f1 i7 d% Y# O8 s) @
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。4 N& y. N$ B/ |& S5 L! T" X
8 H$ t- T- Y& _- ~
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。
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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。$ e6 _  X7 v1 V' d( T" F/ r

' r# a2 C* M% D5 J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。/ f9 D9 _/ l% U, R0 n1 z/ F- o

& r% \" d, m" G+ u; `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) " w! l$ T  Y0 k. v6 _  H
1 t+ p  a3 [8 h- q+ h, B3 S
3.3固定马达 3 J6 T& I- Y5 O- {3 x" f

% @# a+ @* `8 a* n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。 9 V8 J( _1 ?* _* d6 S5 f7 @( u
/ B- w. G0 w9 a) 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。4 B) F1 J. H$ d
! c5 A, Y$ ~( P0 y
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。
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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。 $ K& f: |0 F! \

# r( ]1 ?* t5 e  I0 x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: A4 c* R# M8 t, t9 M5 ]+ 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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