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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

0 }; c, k+ J/ w2 Y

8 R$ g. B( B8 F8 w5 U
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。
0 z6 r, }9 y5 y& p; M9 g
1 V+ k& z8 ]# |, w4 @! E7 c) d
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。" z2 s$ G" B+ k" Q  [9 I! N
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。
5 L" C# _; u% o! r6 T
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。& g0 J9 {/ M( G; d; g
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 N, {, s0 v: C) @% z# n8 ?
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。
' w+ d/ K, S6 X) f+ s0 F# E
  

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1 ^) e2 _" Y. S; X
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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 / ]  e% L) i  G6 X( u9 y

( \8 T' O- b* S& E4 I8 J) f, {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。 & b1 F5 N8 [) j8 h

( Z# [: k+ I6 [) Y  g& }7 U属性
; v- K- J& f5 O  H( m高速马达
; @( U2 M- C! D7 a6 J% K低速马达 # N& m/ U" S; _8 ^  b
微马达 0 s. k& x7 B9 _9 l- ]! l
1 m& S, Y) B: N" Q0 S" p
最大电压
* y% ^2 _4 S$ J/ P: J9VDC
0 N; b* l: t4 U% A. f9VDC 6 @7 c2 ~- C7 o4 |- |5 k
9VDC . K# @+ B5 h$ K( m3 D
# ?( H- K# x: N( f, E
最小电流(无负载) + ?$ {0 M* w6 L8 C0 }
100mA : R  [+ Y$ W0 ]5 R. P% E# K4 H: z
10Ma ) Y: ?2 B+ N% O* d. k' @
5mA
! d' n1 S7 {+ Y
7 @7 t( L$ z& f/ \2 d, P0 J! m最大电流(stall)
2 J. \* e' W) l8 L450mA * h! D1 y1 Z1 ~$ W! l
250mA
4 y' K7 f& b/ r90mA 9 w  e5 V5 v; l1 t' V
! ^0 |0 _( U/ i" X
最大速度(无负载)
& u4 e5 i9 k( w/ O7 M! ^9 i4000rpm
( R" K" {/ H8 l% B; _2 [& F9 a4 Q6 A300rpm 5 p( h1 h, ]/ J7 V
30rpm 5 z& U$ k2 l9 ~" [% A& ~1 n
/ _8 e7 B; B4 t/ L3 u. Y2 B# H
在一般负载下的速度 8 g& v% S1 o8 o
2500rpm
- v. H7 K: _1 Q2 C; C200rpm 2 \" Z* Y  A9 N7 o# v  T/ O
25rpm : N( G& |: g% o
2 P, L0 x8 V4 h/ l' b) R' G, ~
$ u3 B4 r- J$ S
3 L+ }* y4 d. e! o1 k; t% N
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。
2 E% U4 Z1 e2 i- [# S
# ?" \( ?, P/ U9 |, g0 k* s/ Q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。 ' G. r2 e1 F' y9 v7 |# E/ r& \. A
: Q9 b  {3 I; a: O; 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。
1 h* l4 H; l5 i8 r* `
  W; a8 [# B; K6 Z+ s5 Q1 e  Z方法和技巧
; c0 P9 Y9 z5 @( r  Z7 P$ x) j- }5 G  {/ R
如何解除微马达被卡住情况:
4 {) A% i/ T% V6 [+ Y
4 p- p. J3 K0 W* e; E; w4 a- r: t6 _微马达是很容易卡住的,此时,你只需按下列步骤进行:
9 y. z' l" X% i4 ]% z8 u$ r% A! W  U( I+ s
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。; v. S- w6 y. g" x; V
! G& J' Q. ~/ a5 E9 o1 v: W
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。9 k1 t6 ^) \2 Y: j% [) @. D( s  H

4 i# ~2 u0 r5 z$ C3 G, 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。
8 v2 b+ E; ~" z
" B5 ]$ i" M) O6 F8 g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。. |) f* f) {- A% v
( d8 V2 {' _: Z! e. X: k+ }
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)
( v8 U5 s6 m- Y; P8 s( F
  _' h" O) u4 c  d5 B; h. `$ t3.3固定马达
/ N) C8 C7 Z$ i7 t/ ?3 x
+ Y3 D( i) }8 d& R! B& |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。 $ ]+ D7 m$ k( k! M
7 n, {8 n! O1 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。
% H$ o- b: d! i
, {( Q# ]0 V# e# K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。 4 W# @+ p; J, P! h8 e

  x# |: f. u: b/ I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。 0 ?; M" f! l5 K! ]* L  H& }% C. o5 G

: m# o2 t9 z! e+ Z6 A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
; [, w' x. ~3 ^; F
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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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