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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
+ D, T% h1 c& r; |* E% A

( G- p4 d; Q' l
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。
+ ]! t0 N. L; T6 R9 L4 s* ]
1 I9 u& x+ O. X; w& z
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。2 M# E/ t' [$ T, g
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。
( X  A0 U1 F6 d
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。
- `6 W9 h" T! W
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。# y- g) v* a# B0 Q6 w7 n, Y
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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/ {! B; R5 J" V+ `# c
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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
3 n4 m" {$ K; g9 B" v; @6 B) b
9 k/ u# }  I. S3 G8 J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。
3 @9 u/ W( d# R3 ]9 |  B" g5 ~
  @# T% R; b" z/ ^/ N# [8 ~% Y  c属性
: I2 [- J- ~! v高速马达 2 p9 h2 G% @; \+ f9 G
低速马达 - z9 P6 Q7 Q' m' X5 l4 F) @
微马达
& {0 ]  L7 X! P
1 k' G% s1 P, v+ ^) @2 W6 P) x最大电压 9 a4 W# Q% E# b' a! _% Q/ I
9VDC ) ~0 u/ z) N: u' f
9VDC : x: L: l& E% Q, e, n5 T: }
9VDC
; L. P& O% C2 G- b
' t  J# E% o' x. e+ M最小电流(无负载)   f  q% F1 ~8 b$ w# @8 @6 A5 w9 j
100mA ) T) o% n. Z9 i
10Ma
; s% P. N3 c8 k# b5mA
7 K3 y4 F' P& U* m% d0 V7 g. O) N% Y, I6 X8 |
最大电流(stall)
' E' K* I: S( J% U  v# Z8 I450mA 5 W' Q/ [4 Z5 A+ V
250mA
' _. F& M( i1 M; _* [7 D90mA 2 o+ f4 U  x7 c% T* |) J
0 |1 n$ C9 [, d& L9 M
最大速度(无负载) 9 E0 Y4 w' t4 @! a
4000rpm 9 T& ]3 }2 s. L) x% x. r/ Z* ^2 s% ]8 H
300rpm " Z" ~1 B7 Y" z6 G8 @
30rpm ; b1 W9 a! O6 s
+ t. S) J5 L+ P6 Q9 {) L. ]9 H! p) S
在一般负载下的速度
# @+ G3 d) U3 ?* ]9 A8 P; T2500rpm / \, U/ [, [! w0 }
200rpm   v5 z) M% C# g  Q) K3 n
25rpm ( b; c% r& Z4 k% }# C, K

" Q# Z: c" j' g! I* h" E- k8 l1 @) l5 F

" h. L- M1 c& }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。 5 }. X( Q% O# s1 ^' v6 A# n9 o/ b
7 q9 `7 ]/ A8 @0 E( O# [& v
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。 ; Y5 R+ o# a. y6 i

; B/ I% d8 J- D7 M3 H/ i: r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。
0 l0 s- r1 R5 Q+ K* i" w
- J; E% M3 u% v! U5 r方法和技巧 - w0 D, z& M$ x
' I: w: x6 e# ^4 W6 @2 e9 P
如何解除微马达被卡住情况:
6 C( m  V1 G/ S* O# E) `- x( L# w" n5 V+ u- o
微马达是很容易卡住的,此时,你只需按下列步骤进行:
& @4 p! h! z" P
9 v; U3 L+ T) w% P, z1. 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。
1 {  e% V4 a: q% ^5 |$ S) }. \8 W3 R1 t+ [( C' O
2. 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。8 A; g/ ~5 [) r: h9 T

0 ]) l0 E- s; M* z# x/ {! W3. 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。
2 I% q* y/ r/ x% w8 {, a; T( m7 A* V' c5 F/ |
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。2 T4 X0 \" x  b3 y( d+ [
1 F" R% }* ]) c
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$ R* ~3 c/ ^5 V7 Q
, K: k, D% D% J  u3 C' A, m
3.3固定马达 ' q& C7 o( n& T. F# E' {' _7 w
0 s" ]4 d( J- H" E
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。 3 [4 E. \8 ~! L! [) R2 d
6 I" z' s/ C& ^4 x3 G8 v
    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。- w+ }" d1 f6 b8 X5 W; H- d, g

& E( T+ M) [' Z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。 * l9 D/ @- g" K9 r" l5 h' i+ x

+ t1 I* h7 P( ~( |, [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。
" s% i8 a, C9 `% q2 |4 V9 v  `- X0 d3 P3 T  l' Y
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
2 x" |) o4 @  I9 T; G* A* V+ P" _! i
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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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