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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
3 F0 {5 t8 _) K% w( D% `
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
, r$ r6 z$ C  [6 Q) |# s, U3 j  Q
3 G  C2 g* z  r, A/ [
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。

0 \+ ^$ k* i8 F5 z; H! s  p6 p" J

0 l( U/ V- }+ \2 L+ I  w" T& Z
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+ {1 ^9 {- C$ R# ^) v8 U) b
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。! B9 S# q. A9 Z: @$ ]  C4 G
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。/ ?4 Z) @4 [/ e1 J, Y0 ^1 A
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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: Y  E& r* [0 U& G& H# F* j6 a
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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 # _0 @# u' l# L$ W& J

( h' n4 `" [: q/ T4 G( R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) g/ S  M9 B* A
: \" J: k% W! ^. H# Y- t6 V
属性
1 x* G' K3 W* ]/ d. n1 Q- |高速马达 ! E) J+ r1 U& ?9 e) ~+ |
低速马达
' e0 |- q* R) f微马达 7 r7 ~7 H8 M0 J8 q

/ R+ z( h7 _- ?$ t4 Z" c最大电压
! V1 l) _4 o. o" k% e+ [8 o9VDC . Z2 }: _6 W% a9 }/ G1 c
9VDC
) F  S  g1 X6 r7 E7 c1 |9VDC
: g0 `3 y7 |1 F9 a7 f0 v9 ]3 b! A8 l& M6 Y
最小电流(无负载)
' ^/ g4 s3 k) S# o& r5 z: w100mA ; N& l+ Z- ]( E% M" `
10Ma 3 O( |0 K, F% r- v) p0 k
5mA " }  T& M" g) N* V9 t- ]

" E& `5 a/ R" n- h, f# w最大电流(stall) + }( k( m8 r' ~; v1 |
450mA
. s& d! M: M+ q3 R* d4 _9 G) S250mA
. @' ?% z) r8 Y6 T: z! h90mA 5 O. [  E9 f5 v5 e% S, ]0 Y

) B1 D9 G4 h5 n1 H, y, y最大速度(无负载) 5 |, @# r7 @1 i! Q9 f2 W
4000rpm : `" V9 n. v- l, h9 S
300rpm 1 _' a0 l" Z) b; q0 V2 y
30rpm
& L3 K, Q) L  _$ p8 z7 S$ q4 H/ t) K( X$ k) \3 ?7 a7 G0 S
在一般负载下的速度 ) _' q7 D1 Z9 N( r3 x2 E
2500rpm
  M5 q  n3 B4 I7 ]200rpm
. C6 Z8 s- m9 p8 b5 B25rpm
" }9 z1 |0 o2 h7 z& U5 @* D7 f" R4 c

% K. z! F$ r* p# m5 e% Y- o4 O3 _3 k: x: K' 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。
$ t' Y- N1 [. C: b* k9 K: _& ], ?# J, g
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。 / ?- ]2 L& c' ^9 [" k7 P

; |, n2 |& R4 b% 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。 & W* h# @8 ~2 z1 H

: z; T2 y/ D& S3 e4 A方法和技巧
- i$ w9 O1 e6 r1 c9 h+ Z' L) D, @6 ?& ~
如何解除微马达被卡住情况:
" g0 r2 M* c& h! D7 Y; ]$ d
- O& M8 |8 a+ @: {微马达是很容易卡住的,此时,你只需按下列步骤进行: 5 B3 @/ [$ w9 }4 [+ W  C2 E

- x. ~! Q" D) s, l1. 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。1 L6 Y+ u' N2 P$ p  }

: e/ y2 f) j9 {0 p6 e2. 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。
! ]. }, U- w( G3 p: g+ H: t5 {! O0 H8 u" e0 X$ t# f, s
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。
: c  F1 y( j' }5 q. g0 n8 h+ N5 ?) T5 k, D! j$ ~  b+ Y8 [
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。0 V8 o& F, T+ N4 i* L+ W2 h

' t/ e, u. v) m: m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) 9 ?; e3 e3 h/ \8 v
% d  Z7 J3 }0 X0 }
3.3固定马达 0 x+ a; o$ h% R9 M$ m" s
' p. r; o7 s( A1 @! y3 h4 ?- j/ 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。
; s# }# C2 d/ T8 U7 ?( S) G
6 s) ~# \/ T2 A+ \1 c% m; A- I' E    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。# b8 ]% G$ E% ?8 S8 }

7 _6 j/ v1 h3 Q" n5 e( @4 ?0 r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。
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- _0 e# X$ Y7 \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: A- b1 J- ~. ?) Y8 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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