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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

+ I  b) \8 Q: e/ j
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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- w% g1 g8 k* \0 ?; Q0 o3 x# T9 T
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。

  q  F- f3 r1 k

8 |# p9 t+ S3 p9 W# y
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。
& {  X# S( [$ R$ |1 y
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。9 S2 Z- I- y" F7 _6 u6 ?/ O
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。
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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 ! e7 C$ y( N# a

/ i$ ]0 S/ w" v& @9 Y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。
! q& B" B! H# Z. i$ x2 S) K* F7 L6 o6 o# B3 n$ |- m& z0 t2 N7 U
属性
) E) ~8 C+ p  `8 i. ?6 s- r6 k高速马达
; @% M! e" {8 \% a低速马达 " ]3 N' N5 [; t0 ~9 p$ _
微马达 0 c9 H# u6 v  Y  H0 Q

: d; H; `1 n; a6 ~& t# u最大电压 " G) M/ w& W- Q, x+ B% Z
9VDC
9 h. b7 O  a9 X. r+ a2 V9VDC ) N8 l/ o% z& g% F3 T9 t: [- M
9VDC " x2 I' T* D5 l) V5 c4 e0 g

0 X9 E% b( c$ h4 F& c  u最小电流(无负载)
5 L" ~" N1 w* [, t" W100mA ' U! q4 V: i2 E1 C8 Y1 R1 M% H# C* M
10Ma
5 O' ^* d$ H1 T7 {' T5mA ! H( x8 N" T" S) Z
3 _7 @: |, B6 ]! S  }
最大电流(stall) + `- c9 T3 Y8 u- I
450mA
! B* V5 a/ A" ]7 f0 N  s250mA " x' k, ~8 l5 G- g
90mA
( R# X/ H) \3 H0 Y+ C! q2 s8 O5 A/ k$ {- c
最大速度(无负载) $ j4 X2 k( B7 E- G) a( D
4000rpm : E. n8 F7 R% o3 h6 h
300rpm ' [7 B# A; F+ s& n  \. K: C: B
30rpm
: h1 O  L3 T; Y
+ n; U  a! L4 b( n在一般负载下的速度
  d7 P8 m$ W  y6 o/ S& {2500rpm ; g: ~  X. s! K! K
200rpm
: @$ q' T( u. g! q, d1 l' \25rpm
3 B$ E: s# j  t; n1 @+ h' L' s9 m  {
  |2 V) t/ \: @; z4 b# k; Z+ B
2 L3 h; W" G  S" u8 Q7 _
# w- |9 L* d, v4 l2 X6 b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。 & z6 f5 m( s) H# u
, F# s- ~. X1 Y. N
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。
& ?) O5 d1 C; o  M' u3 {0 H
: P9 s: N5 f& j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。
% @- ^# Q, a/ v0 S7 H- Z7 y2 J6 J& ?/ P3 U) y
方法和技巧 8 ^3 T8 ~. \: [1 B$ B+ ]9 @
0 p; C% |0 ^( n
如何解除微马达被卡住情况:
( W# V  y- D2 m1 J3 Q$ X# W( ?: D5 v6 y2 H1 E
微马达是很容易卡住的,此时,你只需按下列步骤进行: $ Z) p' ?6 b2 p

: b/ i% y2 z  T& ^" b8 |# I6 K1. 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。" p3 d+ p2 C! D2 H; ^

( C& L9 }/ P! R  c1 ~2 m5 a2. 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。+ o* v7 ]1 o  y: i5 a' s! U
( Z2 Q6 |. b$ T, b
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。) K1 Z+ `. S. L, h
3 p3 W& Q; _: [$ 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。
" p+ H; K8 D3 v5 Z1 K3 `
; {- K7 \& e; s: R5 X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) + v! \' S2 o/ S

$ A; Z- H! {8 Z; k' A3.3固定马达 4 j' s: Q7 j3 g& U$ j- ~$ Q0 }' U
7 E; I7 ^+ V0 I0 f. y/ _, R
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。 ( g/ K; j) L7 l1 _0 p( h, S

6 t& {0 N( ?, k1 q( N) l    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。" W/ Q  D6 c( s* D/ E+ G* F! [( q

& y% @) Y( t$ V+ z' 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。 9 X0 f" u4 k( q: e. [7 S( w
8 J! r6 ^8 l" g4 m+ C
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。 5 L3 Q7 C: h8 f; _

# o. ?) b9 w# f, 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
7 x+ Y0 e# D. P+ J
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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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