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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

$ z; g  p; R  {0 Z+ t: }0 w
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。
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" n& A5 k$ o" y) 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。& W; ?4 V& v* ^
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。
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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。; {3 G6 q# e& v5 Q
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 2 d3 T8 W  a; D( e
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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 W. l. D3 Q' i$ e7 E8 T5 f
. `' \* a3 T, t# K3 P) y属性
; E2 g- _$ w$ a, |: a高速马达 $ m7 |* o+ Q! h
低速马达 . F1 R8 \7 V8 V# V! }9 S5 D2 R
微马达
' h: ?, d5 o: o: T% I4 _2 g# G4 P) x- x5 G7 O* R
最大电压
& R- M. V/ J6 C% K/ [5 @3 X& G9VDC
. C- U8 F& ^* Z# P4 M# K1 l9VDC , L3 P# j) X/ h+ l% g9 T
9VDC - {; Y) I; W9 N$ L% `
( e$ D% s' ?9 y( c
最小电流(无负载)
. Y! G; ^) P( [! h100mA
/ X, u# n3 v# g& }" v4 Q; e10Ma
  `: r: E- J: \8 s( ~$ j7 c* @5mA
9 Z0 y  V( Z8 D9 P8 i  H  V0 l' M5 Z3 |/ T
最大电流(stall) ( P  M* }( D  M6 V) x# q) j
450mA
" C1 @, v* @+ k! q: Y250mA
% i7 M+ E, Y% N& Q5 p- ~90mA
7 |! X( v, q- N5 m; Y! B6 j5 S+ G& k! S: b
最大速度(无负载)
4 K7 H  b3 k& r4 t  y: b/ y* [4000rpm
# o1 F8 r2 o! r300rpm
3 r: D, u9 @  v2 W6 a3 m+ W30rpm
7 \9 s/ L, e. _) I# s3 Q( H, H% u/ k9 H( S% s, x
在一般负载下的速度 & A# H7 Q( ?% l; d/ J( J( m
2500rpm
$ O& t1 F) ~0 }. Z2 `$ P200rpm
: [7 M+ l! i7 {25rpm
, u) v+ n# ^7 }4 D. v
! w1 c) m4 o' E# W6 i5 d! ~: n4 `/ ?5 u9 w8 v+ G/ \: L

; h, K7 }( j/ {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。 : V( {) l/ J: v! s6 v( X1 e$ X9 A7 ^; A

# T5 _$ }7 X/ H+ [" |9 Q# ^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。 # }+ A& B( L: W: `5 F9 B0 s  ?
6 l" `" h+ S" l2 O4 ^; b3 e; 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。
; v& H. }. l" J8 t/ e2 {: u1 v2 A! `$ N% F7 q3 L
方法和技巧 # T+ H$ _5 ~; B; Q8 E) A

. X7 a. G1 ^3 Y+ ^3 f- F如何解除微马达被卡住情况:
+ [* \( U. T7 l) z4 w. X2 Q
8 a: |! J. d5 q( T8 O3 b8 D微马达是很容易卡住的,此时,你只需按下列步骤进行:
: ^" V% _% N, m! M, S; H& r/ G6 g  c' J* w9 z
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。
7 F9 m# n( m% t$ Q! k% P% Z4 T
( I' I; O$ V9 @5 b1 b. |4 X2. 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。
: q; g! i/ }8 z8 ?7 L9 C0 H- f# q: U; A( R
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。% l6 j# I. v8 E* H: Q! m/ z; ~
& |. v( t0 n5 M% }
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。; h6 F. ~- J3 k; H& q
, K7 R( G7 A6 h' U$ ^4 @9 ~1 l* s
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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7 ^+ T( s6 ]3 g& D8 }/ r* a( I1 i3.3固定马达 0 {: E# G# Z0 N
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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。
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/ G. S( s7 i0 S  R8 H' p    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。
/ \5 S$ c8 P: {) ^4 O# O/ b9 H* O: ]
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。 6 n7 H0 K8 q9 T0 ^% i0 u) A9 j

3 z, G% |( _' q8 [- @/ 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; c/ ~+ X9 ?5 M0 a; 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
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