以角速度传输方式解决长距离传动问题

随风逐梦

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）。

随风逐梦

图一

随风逐梦

图二

随风逐梦

三、教学成果

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）

WALL·E

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

随风逐梦

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

WALL·E

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

kang810314

学习了！！！

janet0728

图片下载了 回来试试看

奇才1999

新旧两种齿轮不是不能通用的吗？

奇才1999

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）

i黑白

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。

随风逐梦

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

WALL·E

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

WALL·E

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