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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

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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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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。: Y. q' ^$ B7 {4 e' S
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。
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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。* D- F) l* V$ E5 H
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。- B1 }! D2 E8 Z7 V- m" e) w
  

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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
2 J: t6 N* U' k6 w8 j) c1 ^
- |) v5 R1 r; A' ]6 h( T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。 - r2 {0 I# @! f6 ^6 j& [

, Y* {6 t* ^7 E; t' G属性
; ]/ Y$ m2 n- g, o7 t, t高速马达 3 k! m* _- U: e0 ?
低速马达 ' x# e: r* G& K, b  X
微马达 6 E, _$ @( {1 [
  W$ e- Q( T# r& ]
最大电压 0 U8 F+ P4 F! n# [: b) u
9VDC
) }& G3 H0 c6 G; ]9 s5 R. n" X1 e9VDC 4 {% E, p; }6 S9 @% k; L
9VDC
3 H2 M$ o4 l4 O; t5 ~
$ f% U! q" w) l  z7 {最小电流(无负载)
/ x& E7 N, g1 V' E  \& `100mA
. u* G# F. w: O10Ma 5 j% y3 \5 B" ]! p' h
5mA . q) d5 O% ?2 V7 i) R$ r

  p& `, b( y- Y6 t8 g( x最大电流(stall)
$ A9 Y8 m( E  k( p6 [3 {& I2 U" A450mA
: j6 p; |% b5 j* u9 i6 W250mA
% o& u- j/ R  @' e0 U4 q/ ~' m90mA
0 j* o1 T9 m- S/ d1 e& q  A
' z: l% d: ~' ]1 O) \) U, {/ c2 D最大速度(无负载) 4 }" y- _  b# y
4000rpm
1 Q& u  C$ ?- d* N$ X300rpm : j9 H% T( e1 L! X: y8 O* S7 t+ Y2 ~
30rpm
3 w, T* E/ R- a. a2 W0 \) j9 U' _5 n$ f- G
在一般负载下的速度 . h, v+ ]6 P% M( \4 d3 k
2500rpm ! A5 Q. \4 g' H& T
200rpm
" Q3 f3 G; u' Z. b1 N& S  A1 P, Z$ _- J9 X25rpm + `$ O+ ]' L+ s
! ]4 R! j# l( D5 ?; z) t
* @7 S" r2 b5 I
$ x3 Y* `! ~' j( O! y6 X& r# t
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。
$ s- @: ]0 b8 Y% r' b2 I4 ^
4 I7 z4 n" c5 O, z2 K2 I. k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。 . A. \3 E2 A$ K3 J" {
8 u: P3 U* y4 }7 Z0 U* {
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. v: a0 b$ }  D9 n& A, q* ?3 Z/ i$ C! N8 u3 z& o! T
方法和技巧 ( [4 A: A$ d. N0 |- a; R, X" h

$ n& T, ]7 S! W2 x# ~* K如何解除微马达被卡住情况:
; c4 ~! `: q6 v  m
" g; q9 u0 i: e' r- g微马达是很容易卡住的,此时,你只需按下列步骤进行:
$ z. S+ G. a- k
$ ]$ M1 {3 d1 {+ E7 d$ n" Z% D1. 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。
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' Q1 d9 r& A* [; g# [9 T. s2. 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。5 d. _; k% J4 r+ g; s( B% @  k
+ f. z6 d' ^- s+ _' A
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。5 W4 g" y8 o. Z4 Y6 ?" q
5 V6 I5 Q2 e1 B' _$ c
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。
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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) , l! `- Z7 J9 y
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3.3固定马达 , y, Z, D& J- O) u2 ]! N
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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。
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+ r# f& W" O( E; [    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。
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1 |( M! ]: J/ u( b/ `# s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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& n6 a# D5 m$ o* S0 K7 U9 a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。 " ]9 y0 a0 r2 O( {6 t* Q
8 N+ o6 B1 y/ Y, V
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; O" l$ e" Q. m$ h; y6 g7 H% v
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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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