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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

7 n/ l& h; n  {2 r
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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; S2 U! R6 G% S5 n, M& n8 \9 X0 w
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+ h0 F' U! j
0 Q& @" y( j  r5 x$ b, t
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。
( O# Z  q; `, `6 I8 N" R
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. R& Q5 I; e
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。5 S) W9 y; S8 E3 P
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。* z$ }: p) n# g0 V% A
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。
9 C, I) @+ X( m! m3 L& X
  

  G& l  Z% t0 n! m, k4 H- H4 U
- @) P. k4 l& h1 b' P" b. ?6 f
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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
, V; U! l* @9 g2 l7 w: Q0 A7 h7 ?" ^+ r  p1 J; N0 A, Z
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 S& r% P9 T$ d
+ v7 P% h+ l  M' I) @- ^属性
4 [2 C* [. Q: O2 k9 r: B# c, D高速马达 ' k: B6 R; }' \5 u. T5 o
低速马达
9 W* U4 X& v- e+ K微马达
, _0 D3 t$ {! Q0 y: T+ I
; H# |3 f, N; e  T" a7 V9 `最大电压   E* ^# X* O! i" }  c* h& r
9VDC % ?1 L) v" N- w$ ]" o8 r
9VDC
' j( `+ B" O' p0 `5 M9VDC
) E& [, C- t; d8 G; z7 W
  ~3 i6 w& S/ V4 o最小电流(无负载) 3 v2 r, N; M5 V. `9 G1 C. o. t7 h
100mA
; w3 s4 q& {8 M7 n* s0 |9 z10Ma
) D) [& A3 d4 u5mA
( F% r+ Z$ H" o( ^! O2 b% @: g2 _: `1 K3 S. u3 H
最大电流(stall)
3 k+ P6 @+ I: h6 C# m7 ^450mA / M0 W6 W4 o" [; e& D0 R4 F- x% ~% b; N
250mA ( h# \5 I" |2 m' x: X
90mA
2 y( J+ G8 |: W! _; C
" z% ~/ G2 _/ K1 H4 N( c最大速度(无负载) 0 f) s/ A6 b+ v  H1 s$ P) n
4000rpm 9 r* u( \' h' C2 F4 a' Z  M+ b
300rpm : G. c0 R0 n  b, ]% n( I
30rpm * j6 J3 J6 Y5 V; w
4 X1 w0 h, S% n9 W
在一般负载下的速度
* K# F" k7 \/ [* n' t( Y2500rpm 1 P4 Y* e9 n8 t% b" n
200rpm % s/ s# ^& r4 ^/ J/ N* u" \
25rpm ! |7 g7 p) {0 x  y5 q$ U

4 M' X, ~) U+ {2 ^8 F7 d( O9 y
( w9 N6 e; a+ T2 z% h1 A3 R' }2 L' f! F. ~8 z6 ~
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。 6 H: E% k3 b; k( n* v& a

: p4 f( p& A7 P3 d7 l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。
; f( n8 ]& }0 F/ k. B7 h7 s/ `: S& F6 W" ^2 ?3 j
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。   z& F! Y: L2 @6 K0 F0 h
4 h; K. F; J4 d- h" C
方法和技巧
7 {& u. ?4 p0 j, h6 H" K& U! _+ }- R' i1 }: j/ a) `- o+ B0 @0 @* E
如何解除微马达被卡住情况: . P! t7 U$ K( O+ m

% e7 }8 U4 |/ G* Z/ n: \2 E, k4 M微马达是很容易卡住的,此时,你只需按下列步骤进行: % c3 ~7 g6 C6 f; i! v4 L
+ m( m* B# n0 `! @
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。1 C9 o7 e9 l: Y" @

) }1 ?4 ^; z5 [0 l' r2. 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。
0 ~/ P) l6 }: ]6 q
) H/ y) o& r! D: @1 A8 \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。
6 ^  k- z" g, J+ Z1 N
" L$ W( D/ W3 H( k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。
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0 `% m: K9 Y- d  V1 d6 a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)
% w  J' }2 o, Z, g5 n. c1 [, K) K; O! X; k6 \3 U
3.3固定马达
. S4 K' g) F( b, H) `
! P, ?  a" i. T5 C0 }$ b3 c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。 $ l8 H7 F3 u. A- H( Q, O2 D; {

, B7 _) w) h, `5 Y1 a+ E3 O    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。0 q. b5 R  f1 @3 Y" j0 n

. t; u2 Y! s9 P  u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。 ( J# }! l& r9 T6 {" ^* L

6 ?9 b( Q& l+ d  a1 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。 : |9 [1 ]5 M' F0 g$ `9 n
/ v7 [. R7 ?% {* h5 h& c9 ?  K+ W
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
- ?7 N0 `9 q9 _* H
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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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