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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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4 j% H& z& q% g: |  b! w* 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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% @1 ^8 T- ^& Y: i# f& V* Q7 W
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。7 o% {+ r0 c9 g9 i2 @
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。
& h/ ?# b$ w: u! \# k1 e
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。
: K# e: r# r, K) @
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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" N' c$ ^* {( ~  O6 N/ n. C' |9 ^
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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
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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。 4 o$ ?2 d) H$ q, W1 z4 U; L. K3 q
% }8 L4 o5 c, U. d1 T" \5 G7 ^8 R( e
属性 $ ?) ^) E% C* Z# o$ K' h
高速马达 " K7 _4 o7 z- J) R. C
低速马达
. C, r6 g4 K, z+ P+ x微马达 7 G9 ^- t& ~% g' H

  J1 z- `0 j2 O最大电压
1 r& W0 R3 e/ j% I9VDC - ], c# n! y) x8 [
9VDC
; Q% b# T/ ^3 _, L. I; C6 ?' l9VDC 1 \& i) h( V  L6 V9 K0 L! K

0 j% l/ _3 B. S最小电流(无负载) 2 c7 w0 @4 y0 t1 I* I; ]! f
100mA
: O2 G# K- I# ?2 B: l" v10Ma * Y3 M: X& y1 H- L2 z$ `/ D4 G
5mA 5 R2 H$ q3 }, n) E+ b9 Z* W5 I
  Z% u7 ?; r, [0 t. o
最大电流(stall) 9 ?* Q: y% ~: l+ d/ X$ o
450mA
! k! Z: a% S2 A+ P  ^1 `# t8 f250mA
( X6 A# a0 A3 x. ?& O( k6 w90mA $ k  W$ J; q$ f  b) u: }% ~9 {
" h, m& @+ s6 k9 w) y/ \. k
最大速度(无负载) + r: e+ \8 h) ^+ V& Z4 ~" m4 K5 O5 B
4000rpm
+ ^/ t7 _" c* L* j( w300rpm 1 B  `8 K% v, R' R
30rpm ) O* c' z$ O! m! s: W  ~$ b& y

2 q+ B- i: V6 c: T% u. S0 P在一般负载下的速度
, R% M9 M* s' `4 c/ @2500rpm & s" n" q; u5 o& R' b- r
200rpm
7 V2 ?  @! Y* p, w4 F25rpm 9 {2 r8 s# S& I9 w* @
0 D! ~+ d& h& m' E( ^) U3 E

# W3 Y9 H  [7 `8 Z) F; e+ F! X4 A/ A/ C  v5 I! w
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。 & d7 W: j: b$ G. H9 q$ |

$ I# \! u* x; e( U: J! 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。 9 I; `% l5 k- h* P: p
4 T# W) X+ s7 I+ @9 n
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。 - [2 ?- i* r: ]4 r6 O
0 b) t8 D1 q4 @' j! ^
方法和技巧
1 R& Z) ^3 w4 l7 n
4 c# S& _0 k& B9 v, t1 ?如何解除微马达被卡住情况: + {* ~' x8 W& x7 E0 N
( b1 C1 @: L" S. X+ `; U# H
微马达是很容易卡住的,此时,你只需按下列步骤进行: % b1 |5 a% {* z  \+ p* L

6 s3 b+ S6 W" E+ L  I1. 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  p0 z# U9 q& k

& H7 U& a% a2 u9 H2 ^1 D2. 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。
% ~1 S* u7 S5 n9 B8 p1 l. g, d! h# Q
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。
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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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; y+ C9 Z+ ?" f. u7 T8 w8 A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)
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" D8 N, w4 i- o5 @3.3固定马达
% I6 p' u4 i4 f) a
4 u4 {* {  A$ i" h( l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。 - C3 n5 v+ d5 _$ p

4 P1 e$ K2 |5 }; a    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。; x% d- B9 E; p/ R& ?  l+ a# w

% A* h# B, ^4 R+ o7 _9 @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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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 S. _+ r+ f4 M" \! x" m
3 b9 E9 J( S, N# o
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1 [1 E' [! ]0 j5 n
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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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