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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
- S! ?. N0 ^0 b+ X+ H! Y
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
# x6 Y2 V, k; g9 g

' O7 x; z  S" ]) [  K6 [4 S
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。
) c  g* H0 n6 `

3 r( k! Y: n2 i+ k, b5 ?
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。
& C8 x1 |: x+ F' x1 a  `0 i6 F
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。
' ?$ U$ k& x6 p: t$ H: e* ]8 w
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。
. Z. }3 e, g( B) f* L
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。
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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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* n9 y6 k7 I; v/ x4 z! N& ?, H

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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 _% f' g  g: E3 k

4 K) I, b8 Y, [! `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。
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4 M+ ?# b  T% d7 G属性 7 e! r& e3 N" ]: b% G- m! X+ M; `
高速马达 , V/ V# D5 B4 W/ D& P6 e  m1 C
低速马达
/ h9 m" Z0 }% \4 Q- S* }% G, I$ P微马达 2 ~1 [5 t2 _' |" V! e0 W! g
9 m7 o4 _5 Z* q2 b6 U  ?) N
最大电压
0 C) P6 {) f2 ?4 P9VDC
) H$ r' \  w) l$ Q+ S! c( R% v; ~9VDC
# C- l2 Y5 ], b; R) f$ ~0 }9VDC : _# Y% V# j9 r; B- f
& R( q' x) p( i! z
最小电流(无负载)
2 y3 n7 H8 S/ M2 p6 K! F100mA
6 m6 M* Z& C+ O% L: k  u$ O10Ma
, W: r5 t$ _8 D! T( ]% i: p$ I$ ~5mA
( s8 s- j+ y, _1 d* ]" R  K8 ~2 N& a5 p$ ^, w* ]
最大电流(stall)
. R0 K' l- W0 ^$ U- M$ Z450mA ; p: ^" N% B( R6 V( D
250mA % h3 l+ O% ]+ R5 S" R3 Z
90mA ! A/ M3 d3 E( |/ \

0 P$ T: e# f* e% u/ o; l- I" W最大速度(无负载) ; G- f+ C' T# P1 A+ n8 Y
4000rpm
& T* x" x" P( b/ N300rpm
. K; \4 B; ?, W% Y30rpm
# N: C* H! O/ r* h6 {% a6 M9 V7 W9 \7 _* h4 `2 t
在一般负载下的速度 , n1 a& t- n9 w9 u$ r6 m
2500rpm
+ H2 S) ~& ]: F9 G. ]9 h+ L200rpm
/ {; H8 z' b7 ~* B) i7 ]' `25rpm
, u4 e( U. d+ V2 y$ Z" S/ `4 o; _2 R: l$ f% |; q/ u7 a
% L" G- T5 Y3 s+ l- q  F
5 f! K! n2 p  u
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。 ) J) R7 W9 {  ^, x# F' r7 f$ @

$ p" M4 a* y9 d& S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。
4 @* U6 D/ K! h. {1 H$ Q5 ^( L& w" M2 o1 r5 s
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。 $ l, o9 J( B4 g. d8 T( f
0 @$ R8 w& s9 I" P" `
方法和技巧
7 f8 {2 B! {' i' v# x' v
7 G  K) R% k% C6 o! }如何解除微马达被卡住情况: . s3 E4 S3 U, g* f* I+ U! f/ \! l
) K7 D4 A. F- U% q& h/ W
微马达是很容易卡住的,此时,你只需按下列步骤进行: * P3 m1 g: k% ^& f

, j, P( _; \$ h* l$ ^" r7 y  m! S1. 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。% K" p7 @5 e$ ^: L1 u, E* T. [

* C0 `# G2 H( K2. 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。
" z; ]7 M- x# s7 }6 v$ r
3 t# }6 h! u) j7 T3. 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。4 s! t8 r) [9 j6 B6 A: H! X
8 S% X" i+ @% e0 l
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。- X; j+ d3 q' W! N. F7 W

5 J4 I! k, l6 t  H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)
' o9 L) E9 u2 T1 L9 `
" X1 A8 E# x/ M3.3固定马达 , [4 X1 {" Z4 Z
3 }: A  Q; j( ?% f
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。
0 n5 ?  U9 b8 e
% ^; o/ I7 }$ S0 E. [" ~) f! i    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。) n0 B+ g" b' `0 b! g/ c2 Q# A% }% u
+ I. e  m1 B! ~" v! w! q5 B
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。
) e' m9 X( a6 T% s
* Y5 g7 u: d# d4 v" Y  f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。   Y# B% K5 t" H. b
7 t3 `3 l8 ?$ `# j/ L5 R7 y& j
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
. Y; x0 ]# q+ P0 z& 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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