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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

) J) [& P4 J6 P1 F! j- 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
1 Q8 P  f3 W/ w9 Y. ~! z) ~( O- _% u
+ W; X* t  X! [6 i2 ^/ L
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。
# H0 Q/ r5 g" W" o

3 f4 m5 Y  b! Z4 v6 _' i# _
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。1 r" _+ \. ]0 z) ]
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。
) K; Z, w2 k& }8 Z' E6 k2 f/ d
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。
$ ^+ j8 H- c7 z" \6 V
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。, ]! a. g# R' T7 e
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。7 B. V' C4 J( u+ i$ r% g1 Z: V3 D
  

7 C  P8 X$ u, N
& ^* x; o, P+ H5 f2 B; `: x5 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
# _" H( d3 W3 e7 s1 D% n0 Y2 p$ p" n- h! G8 \) e. G9 z
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。
# E# i: a; ]% [; p7 g* m1 D/ q  v
  R% M! [/ D- ^属性
) A4 q" U% c! J, `高速马达 4 t/ g" T4 ?' m% t3 N7 X
低速马达
1 e5 J1 \' \( a- M9 P, L微马达 / O4 C$ l" W/ z0 d

7 }4 I3 k; g5 P最大电压 , L* T. _) s" }' y# f' g
9VDC ( k8 J( y6 a% W$ p
9VDC 9 {5 E( k5 m/ s  y. @, O
9VDC
1 U1 o7 y* R6 L0 `; ~! V- r( c0 P7 o5 G1 C
最小电流(无负载)
8 Y- j7 g$ v/ R/ J/ y/ \: C- O100mA
/ @4 }4 X3 R9 k# r6 L9 y10Ma & L; c. A/ c  e9 w1 G
5mA
4 n4 |' ]4 g$ o4 w3 u9 `
, C& u/ O, e2 ^" u$ D最大电流(stall) 0 u8 s0 {: u& }  |' Q, c
450mA 1 q1 r; T) n" r9 {: R
250mA
1 |" t$ ~' k+ A* k0 {90mA ! L/ x( I# |" @+ s8 B+ j! }0 U
" }* Z/ i) ^( }: {
最大速度(无负载)
- x) L5 X1 d% Q4000rpm
: ]9 |5 R* ~$ C5 v% D300rpm ) ], M1 }' V$ C2 }' X
30rpm 0 |) d& p* a1 X
9 U' w7 e6 N1 I
在一般负载下的速度
- Z2 ~9 W# y1 h0 C8 A0 q2500rpm
5 }$ d6 g  \# q3 b% c0 z# v% u( [! V8 P200rpm
* `+ A: E: V4 B- x! t2 i) Q25rpm 2 z( s. P3 r) s, V
- E0 r+ V5 H& @5 p7 e. z- J
/ D% G3 V% L, C6 b, e

5 o9 }9 K: s: ]: D1 x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 w- O' {7 u3 ]7 N0 Y! b
  c+ P, d3 S8 B- l2 D
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。 7 _1 e4 j6 S  I; Y5 t8 [2 F

) f" g1 z) Z* Y8 b! 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。
% f- g& O" H! f) |0 y6 N& D; m# g/ j! P: m* E) w9 ]
方法和技巧 1 ?0 l0 y, g$ w( \7 b+ |
  u* f! L& N" q9 t5 N8 _) @7 `
如何解除微马达被卡住情况: ! S, U. Q8 r9 i* P
9 i) m$ u; I& C8 N- a7 @
微马达是很容易卡住的,此时,你只需按下列步骤进行:
4 x( \7 n+ ?. h+ x* e) i( i( ~9 {
. z" |6 c/ |  l; |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 `% a1 x3 W- N- Y. Z' r, `9 Z7 m- `3 {( b& 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。
. P! ], q% a! ]' m
' Y: U: P/ C: f; I3. 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。
; Y% q0 M& \3 @
& Z0 R/ G: }" Y( c' g, o; {, Z4 u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。5 ?: Z3 Q2 z8 r

6 [  v; ?2 w7 Z  b0 X9 ~! Q3 W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) % F4 W# x/ Y- ~) L! G5 J# R

8 ~6 q6 x  v* ]- d6 Z/ o% K4 P3.3固定马达
2 ~4 d8 {. I+ W9 v7 I. u$ F( X; y* M4 f2 y) J, b: ]
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。 . E/ v" ]' U2 n$ u7 g
7 P" p- {* o6 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。
7 x/ C  T1 [' a: a. R2 U# j" ~4 R7 Z) j6 q
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。
* E$ X, }+ @2 [' |4 L; o1 M$ `( B' ~7 O  A3 U7 b
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。 8 |6 v! t, M* A8 J+ q  \! b  Q+ n

8 d- W# c( s* t  o6 U% 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
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
; d) i  o* H# M: c0 T5 O: O' |6 o
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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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