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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

. s% r1 d" @' W: M. ~
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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! V$ k1 c7 t& z
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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/ r; X/ f& F7 p- b
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。
- }% u4 h2 O9 v8 k$ r' k
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。6 u( l2 l' A( Y2 P8 F
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。( m$ c$ z; L6 d  @
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。( _3 s* `) |9 c" F6 K
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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 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 ! m& D  v9 v0 d3 U1 x8 j/ A

; b  D8 c/ `) L. f6 w+ {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。 ; `7 f7 Z8 ~* j. F, a$ {* [

' r  x- V& [! t/ i9 ?属性 . B$ v6 i% ^$ d# u" M0 P8 a
高速马达 4 A/ h8 A0 X. r! N! K0 s6 I; Q- d: q
低速马达
) k, J) q: a8 \6 I' J' }微马达 ' ~$ N8 n5 N. s7 ~, [6 x

9 ?9 y: L/ a! o+ S; e* `  i+ W最大电压 " ~4 g; H; h6 |: N( z
9VDC
$ I8 d( b) f' K  u% T# z3 L1 e9VDC
# ~6 I  Y6 I& U, V  o1 G9VDC
) h% _+ R- s2 l( P* {$ Q9 ~4 W- @4 D0 L$ L4 z$ Y3 Z% O
最小电流(无负载)
* y5 l" R0 r5 I. ~100mA , K* z% [2 x$ f- a6 w9 _
10Ma
" A6 {$ Y5 o7 u1 e  u5mA   e" e- f8 M/ s$ `: e) N( H, C
' K6 z5 S# J2 c5 ~
最大电流(stall)
# }9 c  I0 b/ u' {7 O1 L450mA 5 O. [7 C$ B- E: z* b; s' w6 r7 ]7 U
250mA $ T5 R! f/ h0 M" p; d8 \/ u8 n+ A
90mA
$ k% u# Y' T: z/ s
/ b' f. a: }* Y最大速度(无负载) / i5 M$ B7 v5 S# d$ o! g
4000rpm & e5 x; @2 N" B" E0 K4 e8 F1 k. j
300rpm - A0 H2 |2 q  R, {
30rpm 2 d; I0 Y8 c& m: P

5 L8 p+ O4 G6 b2 i3 _3 V8 R在一般负载下的速度
% z! |. h% U; U- g$ K) b5 M2500rpm + U& O& U) H6 r" ]- X
200rpm 2 {3 X( @7 m0 ]" @2 g9 D, N
25rpm $ R0 {9 `  S  v
/ a( K: {) m( B; C; k  J3 }6 O# B

) W$ _6 u- f9 n. w. A& c/ R0 a5 d# `* G  @  P) r6 i
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。
) j; v, Z) U0 H7 P
. _  g9 H3 F6 y. n8 s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。
% J) D! i3 u- J6 K+ w+ I: A  i' t" q" N% p& Q& 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。 . X1 P9 @$ V$ J& K

% N( |$ h3 u" w4 P- V方法和技巧 * q1 o) @# x$ A2 ?+ s5 M
; S. D  G# `" _! z' f6 h
如何解除微马达被卡住情况: + L$ ~; H$ Z, k* U/ T5 v
2 X4 k( w' p% c2 E5 P4 e
微马达是很容易卡住的,此时,你只需按下列步骤进行: 5 s& h: X" z4 }1 B5 X" X) N  O

6 D1 A4 S9 l0 |! {7 W9 S. G4 P1. 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。: d& ~2 h8 H4 K3 {6 h8 d

( d5 H4 X! H( T6 e! ?4 }. \6 u2. 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。
3 Z8 i: r7 ~( t! L/ N) g  [& s9 n0 L1 Q, E9 c1 e6 r0 M
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。3 v4 u4 E" z, d0 w  g; a3 Y0 _

* j9 R; q) T- Q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。
  {6 B1 u  Q( z4 o3 C
1 @7 o/ x: i, W& {& K$ p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) # k. L8 y  M; {* c( `; c7 \! m/ a

3 m+ u: l( ^5 U* W: C; N3.3固定马达
7 @. H* \# J' J
3 D3 p5 r7 }! o: Y: o0 |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。
) q) T4 r+ z/ Y% @. ?' u' Q
, X" F+ G' 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。
/ V" G% ]! m  q( m' f
6 i& P  p5 g" f% y2 S2 n/ g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。
) R+ b$ i! b, }: ~4 ~0 I) h  G5 |6 N  |
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。
) g+ D/ A; C3 G. i  v) [+ C+ y
& `* Y; V1 T: i& o& ], z  w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" h( S# j4 A4 o$ B5 Z( 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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