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以角速度传输方式解决长距离传动问题

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发表于 2013-7-9 15:25:20 | 显示全部楼层 |阅读模式
一、基本思路:
在乐高机器人搭建中,动力的传输和转向是结构搭建的关键部分,常用的有皮带、齿轮、链条等传动方式,笔者将上述三种传动方式的优劣粗略总结如下:
传动方式
优势
劣势
皮带传动
结构简单,能方便地调节传动距离和方向
传动能力有限、精度低,当扭力较大时容易打滑。
齿轮传动
传动精度高
结构复杂,长距离传动时能量损耗大
链条传动
传动距离远,结构相对简单灵活
链条易脱落、断开,扭力较大时容易打滑
然而,当我们需要进行长距离精确传动时,上述三种方式都有一定局限性。仔细观察不难发现,上述三种方式都是基于齿轮或皮带轮转动的线速度传输能量,转动的机械能由电机产生后,经由电机轴传送至齿轮或皮带轮,传动至需要转动的地方,在此过程中,电机产生的动力经过若干次传动或转向,不可避免地产生了一定能量损耗。那么,我们不妨换个思路,直接以一根较长的轴与电机连接,直接通过用长轴的转动,以角速度的传输,来实现长距离传动的目的,一方面能回避电机轴与齿轮传动时的能量损耗,另一方面,也减少了齿轮或皮带轮的数量,提升传动效率。
二、教学实例
如图一所示,要求用一台电机控制两扇门同时打开(NXT的另外两个输出端被要求安装两个指示灯),由于两扇门的转动轴相距较远,使用齿轮传动的方式做长距离传动损耗过大,有可能使距离电机较远的右侧门转动速度和角度无法与左侧门同步;另一方面,由于门板较宽,力矩加大,从而需要扭力较大的传动方式确保门能顺利开启,使用皮带传动的方式将面对因扭力不足产生的皮带打滑问题。如图二所示,在本案例中的搭建思路是:将电机固定在合适的高度,用一根长轴与电机相连,使用冠状齿轮实现传动转向,调节灌装齿轮的安装方向,即可让两扇门在同一台电机的带动下,朝不同的方向运动(大门向外开启时,左侧门逆时针转动,右侧顺时针转动)。

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 楼主| 发表于 2013-7-9 15:27:17 | 显示全部楼层
图一
P30528-133127.jpg

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 楼主| 发表于 2013-7-9 15:29:19 | 显示全部楼层
图二
P30528-133206_2345看图王.jpg
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 楼主| 发表于 2013-7-9 15:33:14 | 显示全部楼层
三、教学成果
图片1.jpg


上图为学生搭建的手术室大门,用若干连接器连成一根长轴,在长轴上安装两个朝向相反的冠状齿轮,使两扇门能朝相反的方向转动。尽可能多得固定长轴,以避免长距离传动产生的震动影响冠状齿轮的啮合。
四、程序流程:
    当手术室内没有进行手术时,绿灯亮起表示手术室空置;手术准备开始时,大门上方的超声波传感器检测到运送病人的推车接近手术室大门,随即开启,绿灯灭,等待5秒后大门自动关闭,红灯亮表示手术进行中;当手术结束后,医生按动手术室内的开关(触敏),红灯灭,表示手术结束,同时大门开启,病人被运送出手术室;等待5秒后大门再次关闭,绿灯亮,表示手术室空置,如此循环。(实际操作视频另附)

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发表于 2013-7-9 16:38:30 | 显示全部楼层
跨度这么大,轴会有点麻花状弹性扭曲,这应该会导致两门分先后吧
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 楼主| 发表于 2013-7-9 17:43:43 | 显示全部楼层
在轴上设置多处固定点是可以解决这个问题的,以下是学生调试视频
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发表于 2013-7-10 09:03:40 | 显示全部楼层
1、离马达近的这个门开始可以看出比另一个门快了点
2、可以尝试用一根轴让两门直接联动,再用马达驱动这联动轴的中部,这样马达到两扇门的传动距离一样,就算有弹性形变也是一样的
3、下次记得点回复,要不是我看见这帖子有回复,想进来看看别人的意见,我就看不到你说的了
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发表于 2013-7-10 16:01:09 | 显示全部楼层
学习了!!!
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发表于 2013-7-10 16:21:04 | 显示全部楼层
图片下载了 回来试试看
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发表于 2013-7-10 22:40:46 | 显示全部楼层
新旧两种齿轮不是不能通用的吗?
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发表于 2013-7-10 22:44:01 | 显示全部楼层
WALL·E 发表于 2013-7-10 09:03
1、离马达近的这个门开始可以看出比另一个门快了点
2、可以尝试用一根轴让两门直接联动,再用马达驱动这联 ...

还记得惯性冲程的8X8轮式车么,似乎从中间输出也不行啊!(阻力够大)
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发表于 2013-7-11 06:44:14 | 显示全部楼层
WALL·E 发表于 2013-7-10 09:03
1、离马达近的这个门开始可以看出比另一个门快了点
2、可以尝试用一根轴让两门直接联动,再用马达驱动这联 ...

我想可以让马达用加速结构让轴快速转动,然后轴经过减速机构再驱动门,这样,轴所承担的驱动力会小很多,形变也小很多,而且减速后,导致的不同步的情况也就跟着减小了。用这个思路改造一下应该会好很多。
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 楼主| 发表于 2013-7-11 08:57:05 | 显示全部楼层
i黑白 发表于 2013-7-11 06:44
我想可以让马达用加速结构让轴快速转动,然后轴经过减速机构再驱动门,这样,轴所承担的驱动力会小很多, ...

对于10来岁的学生来说,这个太难了点吧
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发表于 2013-7-11 08:59:57 | 显示全部楼层
奇才1999 发表于 2013-7-10 22:44
还记得惯性冲程的8X8轮式车么,似乎从中间输出也不行啊!(阻力够大)

那车好几斤呢,这门这么轻
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发表于 2013-7-11 09:00:36 | 显示全部楼层
随风逐梦 发表于 2013-7-11 08:57
对于10来岁的学生来说,这个太难了点吧

10岁~~~~~~~

那就很棒了!不光设计出自动门,还做了结构优缺点分析,有前途啊
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