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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。

3 d  U+ D0 T9 d' r$ ]8 N$ l% Y

0 K3 A5 Z( O) D) u. r, F
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。
$ g, `5 m3 ]& t
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。
, ~+ m& n0 e- X- Q  h0 l; K2 ?
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。4 ^3 ]: N9 m* X
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。4 F2 B4 p: }% G$ C. u* X
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
1 K$ x3 |: C* m; S
& p3 ~( h1 {5 L* b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。
7 T5 W/ a. m3 E' T; X  P
: x0 I6 U3 q7 `- [属性
8 ^, O  V- ~0 U% b# }高速马达
' |, X3 v8 N5 z3 B! }低速马达
  C) `7 l6 z" ?7 P! ~9 T微马达
8 W  }; {# j: V
- t  G2 o0 k% \0 }, @4 u最大电压
9 @# x( j8 f7 b9VDC 0 G6 G& f' G8 Q% d+ A
9VDC ; F4 P8 f* B0 @: E( k. E
9VDC ; S3 \- Q; z( ~1 G

; r3 K! j8 L$ C最小电流(无负载)
: }. ?, l. t% R100mA 4 S+ {5 J. }. S# ]$ B3 V
10Ma & h% G+ m- `7 v5 G) }7 F. m& b3 U
5mA / \  m$ d$ g+ q# n- V( O4 Q
9 n8 {! x5 i! u9 R& w. R
最大电流(stall)
: c* T0 U+ l: \3 ^450mA
, i5 d* h$ H; f) V250mA
+ s- I6 p  H- r3 s1 I  t90mA 4 k/ g8 j0 V3 L. Y) Y0 m
6 _( n; V1 ?/ N; J7 m# k2 C! T
最大速度(无负载) 6 b. T5 N2 M; a& |8 ]" r7 u* K" z
4000rpm
1 e- Z6 A/ i2 C300rpm
4 A  L5 ~' I' o30rpm
. K, h; p9 Q. e) a9 m( b! _) v$ l+ P  ~5 a. q) w* G6 y
在一般负载下的速度
$ W$ j" E3 f. ^: I4 S- a+ r2500rpm
, b, b) |3 s" D$ }200rpm
$ N4 y) e5 j& d7 Y" s" L. @. y25rpm ) {8 K* [3 I  x" u/ ]4 ^* U

0 H0 G/ a# O/ d5 f. J' [9 R  Z
/ d) j) G0 \. ^" i  w# D% F7 U  S" k) \' E  Y% z
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。 3 O/ v# T9 k9 l# X
' Z' D% \0 V1 V# ?4 i
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。 9 T: L2 D! r3 R5 t5 \- }
4 Y2 ~( j& Z. Y- `9 t
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。 6 p) W6 t. X3 a' q  i3 y

. x+ |( J2 o- e4 M方法和技巧 3 m+ }" a. t" W
- O4 ~8 e, A6 O, ~& h; C( o
如何解除微马达被卡住情况: 0 B8 w* G, @, {, [: l- @
9 h$ L" g/ Q& G. ^% q7 [1 E/ _, `
微马达是很容易卡住的,此时,你只需按下列步骤进行:
6 D4 d# v1 y7 V6 Z1 M6 K, m* [% }& a* s1 w  l
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。
. {) d5 H$ P- d% }' q8 d! b
: \; C7 U8 v6 j# G# o! |) i2 F2. 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。
3 B& ?+ o  F  q
' f( _6 d6 o9 G0 Y. X) E; [" N* T( W: _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。0 \9 R4 ~3 ^  Z* g5 B5 i

6 O1 o5 `3 q$ n& D" R6 W, e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。
3 I% }! P4 N4 W8 @4 q
' k9 h' o+ H# I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) 9 ~* U+ C* p& f% v$ N4 T

6 e3 c# D& d7 L3.3固定马达
$ a- X/ p. n4 A7 N; z# X* D! {5 g" \, [  D" o+ \% [* @$ z
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。
$ _7 |  a7 [1 P' @5 V6 V3 U
0 s8 @1 f" N4 ^  s    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。
* C+ i0 K+ W6 N& {2 a6 V: h9 R" J3 i  ]! A
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。 5 [% C! l* n$ [" C6 V7 h8 T
* ^6 v# ?* s4 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。 ' I. i/ J2 V  `* V6 q
3 Y  r& m9 x  k- A1 H
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% g( t& z& y  s: }
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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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