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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

7 m8 S0 s7 e. A4 w8 W# n, w0 k" f

4 p: a: X5 h+ h9 R9 X4 T0 I
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。

( n; {/ F% |' p# ~

: R" u% E" Z7 q& g9 h
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。
# p; ]8 ]/ D! B: R) q- `+ j! V
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。1 y# D( S" m) z( s+ J
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。
8 ?! z: I1 z: L8 }) p
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。
; q5 a+ c& [( x" R
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。0 Q1 P5 o" v- {0 {, C' }7 a1 s
  

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! V$ B( t$ m4 M
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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 & x& N- q6 ~8 _9 k) k) U+ u

+ k* t& I$ b3 T. o6 }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。
( Y/ M* A  b  j) c/ D4 q% }  L
/ a& [* s+ L, `4 D# a属性 - Q' n- n: A8 m9 d  c9 m4 T6 z
高速马达 ; E! u3 L4 z, D. @6 C5 r
低速马达 3 x+ j. H. e, Q0 ^2 M
微马达 " @) k9 c1 k7 r; z+ ], S

: K8 L% E& _2 h! {1 V; O最大电压
8 U! c4 W1 H, H) Y% h$ c9VDC ) o1 J3 i  h9 f: h6 S" L8 B* H
9VDC
$ t) c# |  F( I, I9VDC - G3 W  \2 b4 \1 u" [  U: j/ Z

. V' R6 v0 O+ Z6 P6 w- v最小电流(无负载)
! D; Z3 B0 ~+ ]5 V6 h100mA 0 z  A! F: B) d: |' b
10Ma
' P# g$ i  K) M- ?% q5mA
. a* k5 u5 Y# J! T' O2 ^4 K( H6 s( \5 E6 a) B( h9 A& r. \* ~
最大电流(stall) 1 Z# i: ?7 z5 o# r% o* A" u4 _
450mA ; n7 p& R; {8 |6 F& \8 h
250mA , C" n: }: H" r9 E8 F; b
90mA
+ M5 R/ H" |1 J5 M0 m; O9 ^1 y' H- @4 X# Z
最大速度(无负载) 8 ~8 A3 M! D3 {3 o
4000rpm # ?) s( _  ?4 F6 _+ M, Y
300rpm
8 v6 o, N8 d* E% A6 _& P! Y30rpm ! x$ T& y9 p0 X( O

' B/ y) P5 K: Z8 ^6 `; _8 O$ ?在一般负载下的速度
# z. U, o: L9 m! n3 {) U3 J2500rpm 9 |0 N, a4 A7 d% _# w1 @
200rpm
" J$ x9 G2 @  l- ?1 E1 `$ i25rpm ! U1 _; W6 E" ]7 ~# ~+ U8 m
0 ^+ C7 U" X, v6 f/ ^; I

# m' H2 S% _. Y' y' n/ _# [. e  J; p
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。   K, B7 I3 k( h

' {9 h/ P+ [4 N" [/ L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 @2 v0 x5 ?# |# d/ g! k* b7 V7 I( t
/ a. j% d5 ~& D1 `, L. 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。 # Q2 f' R  d/ |5 V
8 V/ e! q) I9 J  B5 u3 |
方法和技巧 ; D! ~3 T8 b1 `3 q1 v) j1 I$ x
; ~% {4 T/ d! W, E9 N
如何解除微马达被卡住情况: 4 I( S& f& `+ K4 |5 d2 e
0 v) r( _& ^( l9 d) O! Y
微马达是很容易卡住的,此时,你只需按下列步骤进行: & V5 N3 `2 M6 G0 M0 Y: m
7 Z# A) E; o  V2 X
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。) c: e: a& K3 U
0 C7 D+ ^; s0 V) j# p
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。$ R% s; i6 H, I$ Y0 [, s3 Q

4 b( M: K: F( R% N: H3. 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。. K- N, P7 h1 ?+ u5 @+ g

& {: c  S' b) c( k* p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。& n2 C, ]: ]1 z+ {, V

3 t/ b: J, y5 d: P( D" c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) / e9 ?5 P- f3 x5 [0 v" \. C) o& p

/ b2 E( `- e0 M: ]' B3.3固定马达 7 p8 K6 P$ H  y7 D: F4 B
' E$ f3 u" m% B3 |" Y9 I  x" _
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。 $ D; m& T5 L1 U  I0 _9 I4 E

. i9 @" ~& y3 Z8 G1 N/ ~0 x5 r    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。& F4 X/ J" l4 b# U5 |

/ i  e" n5 m& u( ?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。 1 j3 {9 f3 Y/ F. q/ Z, ]) |1 K( U
; q- }0 L3 r2 P2 ]; |
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 u: `+ E- {6 D- w9 e0 A3 C; S0 v9 O7 H9 j$ s
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) ^9 F9 A. B( z/ 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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