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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
9 N( R1 d8 h: G2 e/ n% e- C" p  B
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
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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。

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  n/ p# k4 ~1 Z( d+ [
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。
/ E4 [7 U3 }1 @' J! |( E
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。
0 a2 a4 I6 g; o7 Y' a1 @
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。: b% O- D% P; ~/ n
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。
! c; s7 ~3 d  T$ i2 B2 H4 {
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。" N  v, T+ e- s+ L2 Z' _
  
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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 9 b( _# g) [, @5 V( Z% M2 D  e

9 K8 c. l0 }# p, b4 k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。
. s( B* r( u2 O8 g+ J' ~7 Y, ?% p% d
属性
1 h& M1 k* X/ X1 e高速马达 2 k5 G% W+ L3 H$ ^6 d, P4 r
低速马达
7 S0 h  I' G; ]$ {微马达 4 c9 }, y: s7 {8 M; @

7 C( f( X  F/ X9 P, a最大电压
- E2 r- v2 G, ^- g! B9VDC
1 j% i' S1 @! B+ u9VDC 7 R; w) w3 }+ m. z
9VDC 2 t8 V9 m  B& B1 Y0 g6 c
: N. x: ^; k( _( @# |* H7 s; @9 @. R
最小电流(无负载)
0 G0 i# a3 M; _0 c- w& g100mA : q7 b+ J* [. M! P- N# u) @$ |) m
10Ma
+ ^- X7 n- R' Z& i# L5mA
) y+ e1 Z6 P9 ]- X/ ?
8 s4 p. p5 h! h. i4 W; F4 m. R6 D最大电流(stall) 4 k0 S7 ~: Q0 l( [4 D# c
450mA / g8 ]5 \; i6 W) K: J8 K7 L
250mA
  l3 k& Z* r' h5 Y. W90mA 9 }3 Q- L1 h4 z4 E
1 B* T. {4 r4 {( d; T  J& O! g
最大速度(无负载)
: u+ W; n1 `1 }4000rpm 2 M/ w/ Y; [1 a
300rpm
; w3 {! @% \! G) O8 t' Y# j. J8 g+ g30rpm 6 L$ \% c& V8 M4 X7 B, _+ Z; U2 M

* }% f+ i; a, c; i在一般负载下的速度
& E4 l8 ]- A& f5 I: w2500rpm
' S# v" c- ^/ a8 O200rpm 7 i1 A6 j  h# i
25rpm
$ o. ^9 i# f; k! o  C2 B
1 X% j" k2 O9 c1 L& x9 _2 u2 Z% b9 V: K4 }' J1 P. ?% L8 Y
6 P& W- I1 u$ c, e
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。
5 ^3 p1 Z" Z: u. x
' c2 |, p  y- 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。
6 k" r7 A/ o9 S$ A& y) ]) [: Q6 B/ U0 f& q! K
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, }9 I' M5 }5 D
& s; E. ^7 V( ~: F& o$ h. F方法和技巧
4 L6 j5 j  Y: I: N, a3 k( F' a7 R, j: t4 _4 k9 S! i% v' l3 q, S
如何解除微马达被卡住情况: " ?; O1 Z2 y  d1 o4 S% l+ Q% }! I

' F. K5 T2 y3 L; d9 ~) b! `( n' {# g微马达是很容易卡住的,此时,你只需按下列步骤进行:
$ v5 d! ~0 z  q. u$ B& ]. b# v. H: l+ W# ~: v4 k' Q( T
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 p5 @5 v* J5 L& l: T0 p* `& O" l1 b. ~
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。' p2 r& w7 G* H# J, t. J; Y& Q0 e8 b
4 }/ Y; p* K; t1 Q) S
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。, g" E( C# z. [( D4 z5 P$ K7 ]

% ~9 `2 K# w% 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。. P3 u8 p! k# m) O; e4 w/ N

* A+ ~4 S# K8 @" Y# x& F7 R* Q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) ( t4 o% [7 G6 [  ?$ _
2 P6 L% x- H6 Q! O
3.3固定马达 / ~% r5 O! a/ f* M8 z0 v1 h

7 \1 y0 p, |; d' 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。
- U, c' D, |7 l- \' T& Y/ u$ u% A) P% n9 L2 z( u& i5 \8 A1 D
    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。& y) x9 p1 h' \5 t* j& ^
+ U% ~0 o3 U( i. P% ?' {
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。 ( X2 Z7 b4 G. _, A' y. w6 e7 ~
# N4 e. R. p3 j" ?. h+ H9 c. q
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
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发表于 2010-1-6 12:32:02 | 显示全部楼层
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发表于 2010-4-29 15:10:21 | 显示全部楼层
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发表于 2010-6-8 15:57:55 | 显示全部楼层
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发表于 2010-6-8 20:25:16 | 显示全部楼层
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发表于 2010-9-12 16:14:49 | 显示全部楼层
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发表于 2010-9-15 10:13:48 | 显示全部楼层
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发表于 2010-11-14 18:47:41 | 显示全部楼层
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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
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发表于 2010-11-22 08:41:49 | 显示全部楼层
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