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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

1 _( |. t: [$ e4 b2 b" V- }% a
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

  m' M/ F8 }/ \7 e% t$ c
' w' s2 l( |8 K; ?+ r& r" a+ A* G
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。

: m# ~8 w3 Z9 |9 ~/ }7 _
* [0 Y  Z/ `7 L
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 }4 }4 |) r+ `& O! H0 s% q
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。, J+ C' s8 B8 s3 Z3 i0 P( h
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。
& h; Q/ i% M$ X6 q# 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。
* @- O' o/ ]' `0 A
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。6 `, i- T9 \+ G' o- [1 p; G8 B! Q" [
  
4 g! U1 K" M3 @! J2 {

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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
) c( }( Y- z" s
0 ?) e2 A3 X! B. x3 B/ {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。
$ z) L. J$ b9 ?9 }. G1 N
# A: p3 V( W) g2 i9 r属性 & A! U! \# }1 O/ g
高速马达 0 Z" q. m. o! F! C
低速马达 2 E, {4 Z' u- K8 J; L- G* d: ]
微马达 - V) |2 [; w0 f7 K# d* }( B) M* Q
4 {( {1 c/ K1 k5 W. A2 F% d
最大电压 9 u/ \. S+ F% o
9VDC
1 K4 U2 P6 x/ Z/ B7 z0 b  o) k9VDC
- o2 V" Z: a* i  C8 l1 R4 f: O& W$ n( G, z9VDC : d/ t) h. h2 ]% p3 J

6 e5 Z4 k% |3 b6 r+ z2 x9 Z最小电流(无负载) $ z; \, Q5 ?3 c9 |4 ]' G4 w+ X1 ^
100mA ' o5 Y5 G" k- d; m' W
10Ma . G1 I# K1 S1 E$ o4 k
5mA 5 E- D7 r' d9 V% @
8 l. F+ |; q* p* r/ U
最大电流(stall) ' K" O! n; y, f- b
450mA
' n4 S2 l- M/ e' Z  h7 d6 J250mA + y( n' Z" L" A: ]) F9 W9 I3 A# B
90mA ( r' M8 _  I3 ?( y
3 h' Z9 `6 a4 D7 L* N  ?2 u  I
最大速度(无负载) ; D( [% z9 [6 g5 i5 \2 Y+ }
4000rpm   ^( G0 G' D4 P; Y% b5 C2 s! l3 l
300rpm
6 m, A' ~+ F, X$ @  |5 b& d3 y30rpm
. S5 b) ?8 @: m4 l) ?6 i- d2 m- X- e$ R
在一般负载下的速度 4 g( Z. C* H* k" z
2500rpm
( S% R9 ?( A) D+ H0 q" |200rpm
* i/ m0 O' S: Z( c0 _- u25rpm
1 j  i/ e+ A$ J$ G: r2 J0 N( V! ?
1 D: ?# x1 l- ]8 a5 _: `- p! G# p  i. g( A7 b

6 f" P% \: C$ w: l3 m% J6 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。 ( l& J$ `5 D8 K) R

3 |6 F( {( [3 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。
; _1 K% b% J6 U. _% Y5 H) V2 d% H3 M
2 e0 L$ i$ _4 B* L# ~7 ]: v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。 - a5 t  X7 r: x; v. s* o

3 P7 V3 X+ F" A2 `方法和技巧 5 B7 |: a5 p0 B
1 o5 N7 X, m+ o1 D% w7 ^
如何解除微马达被卡住情况: & J+ l3 a2 @3 h7 E1 \

# L7 ^( W5 B( u- ^微马达是很容易卡住的,此时,你只需按下列步骤进行: : z" W% z  ^/ b. z, Y

+ ?2 O7 D/ ]& C1. 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。
" p9 Z! G3 T! ]9 h
2 _1 S% O$ D, Z) I2. 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。, a7 u! t5 ]8 _" E# o# L* \7 j: [- T

" v; @/ N0 a5 t' j; A+ H7 I% |! B9 ~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。6 a9 H; K8 H5 t' w! c

: i7 o1 q# W( R0 Q3 _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。: c3 }3 e$ L/ J8 B

" v  w" T. p# ^8 |. k, w" j3 y( j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)
: e  t+ o8 c  S2 H) j$ [( a" y8 Z$ y+ E6 w7 S$ o
3.3固定马达 4 a4 P- Z( b2 A  ]. `
$ p/ G# R0 C% A$ b/ ~' G9 r$ a
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。 5 _9 e1 i9 Y( z+ M

4 ]  G4 Y; y1 i, \0 r3 A0 k( Z5 n    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。
$ [$ V7 \, Q4 d. V$ \7 f
) ~* E' O8 U( q1 A8 c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。 " \8 k+ n; v* E, q/ o4 U# [! i
" ]7 e3 r/ ?& o: m
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。 " q! ^! A/ {$ W& B: O8 Z6 e* [9 ~
9 V# `3 k* o; R8 ^
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4 J+ }, k6 v6 r( a1 Z$ ]
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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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