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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

: c; t: o. q# G$ N; V! C* O
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
  g) u# Q. z- S9 p

, \' V. X% u! ]( h/ S' [1 l, d! n
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。
1 a0 H* }  M, U1 i' W
5 M6 f% j9 ]  ^, k4 j; E3 e
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。6 O$ z- G' }- ?6 F) h0 {& b* V
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。
2 L# t2 a6 q. J3 ~  L$ R
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 Z0 i- V& O- L' J% w) L  b4 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。. Y6 @: j6 c. R+ e% V
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。
3 K# m+ @3 \( Q: M: L! a
  
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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 X0 ?- J6 A7 ~7 @- k
- j) ?! ?6 @/ I# K2 C7 r( J0 G. M, T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。
; a  C2 B: q$ h1 Q1 l, w$ H+ I) n& ^7 ?6 x
属性 5 u+ v( s0 G+ Y
高速马达
1 `: v) k0 q3 S; S低速马达
3 C- t& u- m  Z5 y" h  V$ _' H% Y5 a微马达
8 N0 e. ]2 _! c1 K$ g) t: z) E  b; v- x
最大电压
$ s9 x4 J/ ~! v, k9VDC $ R( L' I& ^/ I) x7 y7 D" `
9VDC : o8 v8 `+ a, L! K* F$ k  {  H
9VDC 8 z, x- T8 M9 O$ ?6 i! I- e

1 K5 v' ^% n- z% P# N* p最小电流(无负载)
: f) C; }1 j& ?& R5 E) S100mA 7 B5 p2 d* F8 J; n3 {
10Ma / j1 ~* p4 ?& \7 ~/ Z2 C+ j
5mA 4 O# ^2 g! o: t& Y% o
& E+ \; k  c) m
最大电流(stall)
) _& k9 Q: X* K: o. k450mA ) I8 e+ b* Y0 z9 t7 L5 z( `0 F: \; |
250mA ! V0 D. ?! ]% N4 \
90mA
/ A' I6 V; w) z' ]7 \9 D
( M$ x* y, a) {* N6 b最大速度(无负载) ; Q1 w% l/ V7 s6 v5 z6 k
4000rpm 8 P: Y! Y: o0 w7 d* F4 i: X+ Z& K
300rpm ! m; W% E7 w: A/ C+ i) v
30rpm 0 h% \" _4 ~7 O+ k7 M5 c

. b* q4 m. N5 Q! l在一般负载下的速度 0 v' y/ i( ^+ F5 g* c2 n
2500rpm   D6 P0 l- W4 U/ L
200rpm
& p, S) N5 P% j8 S2 }7 y2 x25rpm : f$ Z  P8 V3 f7 R! I, O- w2 E+ G
* ^$ o. s1 K* D. \

3 }9 Q9 ~( T7 @; g' g
- w5 Q  _, }6 w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。 4 T5 n& p% m/ x" @9 B& _
3 ?: ~$ m/ T) i- e
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。
5 a9 K" S* l7 Z/ N! T7 r2 D3 H( P5 ^) z+ X
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。 ' y! \7 i- i% S4 R$ @

/ h5 Q% k  o, P$ ~* D方法和技巧 ; O% ]1 h7 p1 e% w0 Z

6 }! E4 G( S4 {: Z' y" K2 s7 r如何解除微马达被卡住情况:
! _, b/ P& A5 e3 A
- R/ n1 D& t. N( E! R微马达是很容易卡住的,此时,你只需按下列步骤进行: # l4 H, j% a% R6 A
" l" B; }+ ]  F7 y3 b5 L( F% t  a
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。" F/ A( d1 @/ V2 @
& {: C7 I& ~* l* [3 n* [
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。
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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 o3 {  z( i/ v, {6 g
5 H5 H  z; U& a( A
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。
: S, i+ t+ b) M9 U
7 q! {- p8 d/ ?  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)
" v' x$ e+ q2 w# Z. e1 Y5 D8 n% N# _0 j6 y
3.3固定马达 0 G7 }9 T/ z7 [( K
, N: Z: s0 d; a; ?
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。
+ c7 c2 {1 i! j: {7 l* i9 ]( M5 e0 e3 \8 _
    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。. C/ [8 Y+ L7 g4 x) u6 P

' ~+ a% F% J4 J3 s7 f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。 1 r! E. n% @- P; t. a9 L
) B/ R# ~6 N2 b0 S- E) ?1 t  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。 : I0 o3 a  }$ t* S" L6 J
6 n( z9 {2 v  M# ]! B( @
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
; m- I* q9 U; q7 l* G' n# Y4 `
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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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