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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

$ M/ T/ y! M  o8 Z& S* A
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

. h7 d- h9 V# I' a$ o7 W! V& e

+ A5 l  ]' f: F
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。
) P9 n, [* m1 T2 S6 t

+ x% Q% m9 s# B! y. q1 I
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。8 G# m  [& ]' w% A" Y6 u* H' O
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。" D5 Y! x* h0 e, w, V% l2 L1 j/ B
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。* F2 g  k: `6 D9 T: a3 O
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。
. O3 J; |9 I) Q+ Q: R* 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。
2 n, y3 c8 d7 c' c7 B
  
8 L" e7 B) J0 l

5 N# E/ Q0 a3 {
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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
* R) {) @7 z5 x& C9 r+ u$ @
- J2 ^. s* D; k2 S, |! N/ 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。
1 c+ w' s- m. ^
* b. d6 L9 @* `' \4 Y3 T属性 4 x/ Z. S3 R# a8 }3 V4 H) U( M  s
高速马达 ' N2 r9 A. V7 F* ]) f! y
低速马达
) a/ ~( Y' ^1 E  j3 C: P微马达 ) P9 w6 R6 E+ b/ b0 K! Q

: ^1 X1 F. n4 h7 h1 X最大电压 : \& X8 o. g$ r! n) x( s
9VDC . m) G1 U: y: _; s: n" B) w- O+ @
9VDC & }- \6 h$ O* E4 L3 f0 t
9VDC 7 w1 Q0 W, i; t1 y1 j# m

! A2 B( c( O5 q& J' k' M最小电流(无负载)
/ |; y: b# n' A7 N! l100mA 9 s4 T+ i: O, |) l: a9 b
10Ma # r1 O! B5 r, `8 u2 @/ H7 ?9 C4 n3 y
5mA
- Y( \; L- f6 r  e# |$ \
4 y3 n- [( @- ?# i4 S& N最大电流(stall)
& t7 E3 V* g# v1 ]6 Q+ }6 q450mA 1 E2 Y+ D6 b4 G/ w$ `
250mA ' ^$ B  l- j' ]# T1 ?8 {4 B
90mA
& o7 z1 |  v# }' g9 D
% S8 s0 @9 h- r  T) l最大速度(无负载)
" p2 z' B8 ?" E3 S4000rpm
. o+ `8 y9 U6 Y( _; o" x- K300rpm
/ ^+ i# E& C- z' {* c3 r1 E) ]30rpm
; }  q* i& w" q4 h/ s- F8 Q+ @" f8 [
在一般负载下的速度
# w( ]7 O, Q" l8 }7 ], W5 b* W2500rpm
# S* u+ m. [7 a" I200rpm
6 `1 T+ F7 t  B, l2 R25rpm
" o% I- c; h" s4 d+ b: ~! h8 I* r8 R6 `+ G

% D$ ?* A* m' f: o% T3 @# }% ^; o3 H
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。 * ?* @, k- V) G8 k  ]( {' o

; C9 D' E2 n9 K4 P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。
! k- z* T- z: z% A# j/ i* T  e4 v6 e! s/ I& 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。 4 _5 N0 H: `) {  F2 a' x4 m" R) G

. m# [2 a* G) X2 q- D方法和技巧
4 U% [2 W0 c. E. }: y& X7 `
; O/ X# S, q9 P如何解除微马达被卡住情况: ! O2 g6 u$ g: J+ `0 R; b% @( J
7 j7 R" i+ A# H. E# O( o- h
微马达是很容易卡住的,此时,你只需按下列步骤进行:
5 X* Z4 p, |! f& d# j# W4 K  v8 [9 s5 D
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。7 o  T2 T0 y( m* P

- K+ ~. N% }7 Z% _) Z3 s  K/ |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。% P  |  Q7 L" c* \8 {
* B/ ?7 ?' J* L* F$ c
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。
" I0 ~* G4 U# c9 g% x
0 C; c, j$ M+ |8 g& 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。& E3 Y  e- T5 m

/ x+ X3 [) @% w* u' M$ 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) - O  h+ K& w$ o8 g" r

5 [+ D1 u# q6 X3.3固定马达
$ e2 e( }# ^) O: K2 f0 X- u1 g* f6 @+ J1 G" D/ _- Y  I' s
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。
. @& q9 i0 b; \% M2 _& U# B" }0 J: Z7 B  v8 F
    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。1 A+ D/ }8 @/ [% o+ q% r- z& o
9 ^7 k/ X) d: v3 ?8 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。
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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。
6 \- \; D+ ?" X) L' n
5 G8 w0 {0 f! F3 ]7 |, ]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9 b2 o# n( W; e2 i7 Q
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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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