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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

. h# r8 ^4 K+ ^# h
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

! j& K2 a/ x* b+ B5 H5 [6 h* {/ e

- R9 e' x5 X, R$ u, F2 m
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 \% h# B! K( t) |' L% |, L/ z! N
" _* g; n# W& \, q! J8 H. b$ j
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 S0 ]* y$ S' V; I
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。  z) M; G: r8 j+ |1 M) D* S
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。
2 }0 @8 D7 v$ P- ~" ?0 G# k, r
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。2 \) L, o0 Q' S$ |* s& S
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。* ]! o/ ]% G6 G
  

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& g' J; Z1 m8 w1 Y/ l4 q% ~
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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
! H" k# @& T+ G" }6 ]! c6 ~8 j4 V* k* f- g' \+ J* c2 W1 k9 {
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。
5 v' O: [( q, f/ R
3 c) n8 D$ E  L" z属性
# N  v8 j: b) |; L: m3 }; M高速马达
7 n5 p7 Z, f  a+ a低速马达
1 P0 |+ i; u2 k1 z/ m' Z( {微马达 ; Z8 J1 c1 M2 v
1 O# w( Z) t& P$ D( ~
最大电压
5 i' h, D0 ~3 Q9VDC
% J) G- D6 _9 f+ c, J, I5 @9VDC
: [) d0 v7 `) _6 F( f1 P. u+ F3 S9 ?9VDC
$ d" b2 s8 G* r. e- @3 p( ?+ e
% d8 h* {9 M& y! L5 ~( B! A& j最小电流(无负载)
* r8 I: t4 |" A$ a+ }0 [) T100mA
' q& g& ~/ z$ r3 G/ a& q10Ma
$ S* C  g5 h- J, l8 N& q. X5mA % r$ {. b- |* f. C0 F$ w* T
' ^8 b! l! E  z% c. {
最大电流(stall) : ?8 ^( I, K/ o; B5 ^' u! c2 a9 c
450mA 2 a$ ?- l4 N. i
250mA 6 E- i0 H" @: @. \4 ]1 b* E
90mA % ^- y. S& w3 ^% I

. x- e8 T' E3 S最大速度(无负载)
. {/ U4 ^9 S3 p% B$ s5 z4000rpm
" g( m! N* ~$ h300rpm   O% y3 f0 i! Z1 i: K9 z3 g6 v5 p* [
30rpm # X. v# v0 j- i, B) M
* F, f5 ~4 u7 {9 V! M
在一般负载下的速度
0 n3 b3 |: Y1 u" k3 ]2500rpm % M' C% U/ R' o, `$ c9 U8 x
200rpm
4 |; P, E6 q4 g0 v. S+ ~9 S* _25rpm
0 q! O* \! x' D0 V$ C# K
  U" U+ A. a2 a( g- d) U: L3 W, c6 p3 }* x" d$ J0 \! N5 ~8 ^. g& K" q
$ b: r% w$ R- W$ U7 F, |# b
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 I+ V$ b- @1 E/ W! o# i% Z. Y. s& 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。
3 |' r) `6 r3 K2 D8 _
- l; y# ^: B! k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。 ' j+ T9 n$ _4 p9 L. ^

/ ]8 i+ J+ p- M7 k1 [方法和技巧 / P) d4 K5 F- x
0 p4 B3 L+ _! W( A8 h; J) v0 t
如何解除微马达被卡住情况: 4 d$ x1 ^$ w0 R  Y  l, E

& ^, O1 q( e; u0 E, u- A5 R微马达是很容易卡住的,此时,你只需按下列步骤进行:   |: x" u  [8 {

7 K5 s0 p$ C( r6 _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。& n+ o8 H# i/ H; n7 M
' O% B0 c2 v6 A( S# Q
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。+ @- R0 t& c+ p$ O
& \8 i2 R) P- [7 @0 y
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。3 x, y  u' k8 |- W" I1 y$ u

) U4 h, @( ]. X& E0 _( ~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。9 Y# g+ `' H1 ?/ k1 D& z8 [) j; s4 R1 N

0 X: o8 {- m; X! u2 O8 u8 b5 g! o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) 1 e* T  R( E* P( k' K& j- B
6 m  Q$ `9 H$ {5 D7 b1 Q+ p/ X
3.3固定马达
4 Y3 [, ~" M. k! r1 `4 Y# n1 [6 }( N6 Z+ H: M6 n) W+ 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。
4 @+ V% f6 W. y
. {+ {( K) b9 @: h( S& a0 H    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。% s! G2 A) j% b5 h) D9 X

. U% L8 G5 f4 H7 j$ |  z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。   M7 W( c1 Z% f1 W

$ b# g8 C6 y& z0 V8 L3 @4 O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。
$ R1 j9 U" ^6 z+ A/ q
' B) C, W$ e3 `: `6 I  B% w: b: 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
4 E( u# X$ X. 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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