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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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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。
7 L' U  J& f- l$ r

& S- X: c. j* G1 V" g
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。* D2 d7 i8 U# R$ W
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。
+ _' o; J6 {! 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。3 d+ J+ D3 R6 }
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。& ~5 w/ p) ?; U: h& ]* h
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。% @' w4 F0 c9 I+ x; H) m1 y
  

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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。 5 ~( r/ e0 U8 \8 z5 o( T

; K% b( ^9 }9 f6 F5 Y' i2 B属性
- [8 o6 d& g# [$ I8 S. v4 e高速马达 ; _" Y% G) q0 d/ h2 P
低速马达
" ~( \, W7 ]4 f% N0 O: e. ?& L. X微马达 % Y; d4 T3 @  X( r9 {& ]$ l! \+ _
; S9 [8 n1 Z( q
最大电压 % B4 @% h% g8 F2 S# X% S9 h6 H
9VDC 1 e; j( ^/ A2 N% X8 ^( R7 _$ r
9VDC
# o( S# D- ]2 \, ~9VDC
. Z$ J) |  N* Z! R
* e. l7 \9 k" O1 }, q1 k最小电流(无负载)
! x; ~. {% T: X0 M& n( h2 I  o100mA
2 j0 v! J7 q. {1 m! ~% B) b' G5 _10Ma
% K. Q1 P- |. P  e5mA
/ O) l$ B, q( H1 ~3 ]' M2 K
0 }1 Z4 L' F6 s$ ~# [最大电流(stall)
" T5 {. Q# V8 o# Z450mA
5 E  r% |8 K) z250mA 7 [6 _% V- n) e+ m8 g2 {
90mA 2 _2 Y0 P' L4 f, Y6 [

: H# {  f6 w0 F7 A" x1 v最大速度(无负载) ; S5 L* S  y- c9 a$ I" t
4000rpm ) l( Z9 _% A% y+ l$ [& ?6 X9 y
300rpm ) k8 W* e0 Y& B7 ~
30rpm
  Q) Z/ h! c/ x% N9 @/ g, ]; f; p+ L* @0 ^! i1 d+ l
在一般负载下的速度
! T" \% }5 Y* c' O( R1 E5 v2500rpm ' y6 I5 S3 [* S* K. J  G" f
200rpm
; q) d+ c+ O8 m- W# J6 Y; O25rpm
7 I2 {9 X& ]  p4 @/ g, V+ ]. _
4 {3 p/ g0 g' ~) s' S2 g: o4 \; E9 y

5 L/ l: ^2 X0 B- M: T% }/ `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。
1 K: M# Q3 w9 ?. Y7 E
9 {5 J8 k% X$ N* j" U6 m9 P) O0 u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。
' x4 j* U1 {: m: @. s! }4 N- |+ Z3 e. q( w. a
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。 3 W1 f! @) E% o" t8 e+ C
' G  _& y. M5 D7 H
方法和技巧
+ T6 q. C9 M$ W4 v
% h, w5 c; j4 _4 _, K( l如何解除微马达被卡住情况:
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微马达是很容易卡住的,此时,你只需按下列步骤进行:
- }3 ^" C# g) H0 ~* L4 H. f1 {& S, W/ Z3 [- B" Y9 [
1. 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。
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+ H" y3 A2 e/ ]/ n  f/ D$ ^8 K& A# j2. 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。$ M4 T! F, l4 o/ V- j
1 \1 j  Q6 w5 s3 ~
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。; H1 x" Z' S5 {4 z+ D; k
& ?7 K' c4 j( Z! {
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。- }1 T% M3 f4 L" M0 w$ |8 ^

' P6 R, d) c0 O# D! v. o! ~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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3.3固定马达 . w" x  ^8 }. v# ]. T  k  j7 k

) ?9 Q" K& j9 L# ^& A( i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。 ' A% B4 a/ ?+ L4 {1 A
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    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。  g; j( i) v+ d% m% Y
. A: d5 K4 a) ?/ t( Z+ u
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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8 u) _' e- J; X: [, z; 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。
7 _( n) a' o5 Q3 M% e2 ?3 c( r/ E1 u1 v: q) K% m$ N0 [
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0 @3 f$ I, U. |* p4 U( r
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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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