樂(lè)高機(jī)器人教案

1、樂(lè)高機(jī)器人齒輪篇教案在機(jī)器人的設(shè)計(jì)中，機(jī)械結(jié)構(gòu)是完善系統(tǒng)的一個(gè)重要因素。要認(rèn)識(shí)各種各樣的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，了解其工作原理及其優(yōu)缺點(diǎn)，什么時(shí)候用哪種傳動(dòng)系統(tǒng)最有效等，從而設(shè)計(jì)出出色的機(jī)器人系統(tǒng)。2.1簡(jiǎn)介     齒輪是機(jī)器中很重要的部件，它幾乎是機(jī)器的象征。探索齒輪的一種非常有用的特性：將一種力魔法般的轉(zhuǎn)換成另外一種力。介紹一些新的概念速度、力、扭矩、摩擦力；還有一些簡(jiǎn)單的機(jī)械理論基礎(chǔ)。認(rèn)識(shí)齒輪和簡(jiǎn)單杠桿之間的相似點(diǎn)。2.2齒數(shù)的計(jì)算   一般用中至少需要兩個(gè)齒輪，如圖2.1所示，為兩個(gè)普通的樂(lè)高齒輪：左邊是8齒齒輪，右邊是24齒齒輪。齒輪的

2、最重要屬性就是它的齒數(shù)。齒輪是根據(jù)齒數(shù)分類(lèi)的：它的英文縮寫(xiě)就代表它的名字，例如24齒的齒輪可以表示為24t 。圖2.1   一個(gè)8齒和24齒的齒輪例子中使用了8齒和24齒的兩個(gè)齒輪，分別固定在一根軸上。兩軸與一帶孔梁相配合，兩孔間距兩個(gè)樂(lè)高單位（一個(gè)樂(lè)高單位就相當(dāng)于相鄰兩孔間距），現(xiàn)在一手拿住梁，另一手輕輕地轉(zhuǎn)動(dòng)其中一根軸，注意到的第一個(gè)特性：當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)其中一根軸時(shí)，另一軸也同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)，因此，齒輪的基本屬性就是可以將運(yùn)動(dòng)從一根軸傳到其它軸上。第二個(gè)特點(diǎn)是你不需要用很大的力去轉(zhuǎn)動(dòng)它們，因?yàn)辇X輪間配合相當(dāng)緊湊，摩擦力很小，這也是樂(lè)高工藝系統(tǒng)大特性之一：部件之間配合精度高。第三個(gè)特點(diǎn)是

3、兩根軸反向轉(zhuǎn)動(dòng)：一個(gè)順時(shí)針，一個(gè)逆時(shí)針。第四個(gè)特點(diǎn)：也是最重要的特性，就是兩根軸的旋轉(zhuǎn)速度不同。當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)8齒齒輪時(shí)，24齒齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)得很慢；而24齒的齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，8齒齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)得很快。2.3加速和減速傳動(dòng)先轉(zhuǎn)動(dòng)大齒輪（24齒），它的每一個(gè)齒都與8齒的兩個(gè)齒嚙合的很好。當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)24齒，每一次在齒輪的接觸面一個(gè)新齒取代前一個(gè)齒時(shí)，8齒也剛好轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)齒，因此，大齒輪轉(zhuǎn)過(guò)8個(gè)齒（24齒的齒輪）就可以讓小齒輪轉(zhuǎn)過(guò)一圈（360度）。當(dāng)大齒輪再轉(zhuǎn)過(guò)8個(gè)齒時(shí)，小齒輪又轉(zhuǎn)了一圈。在你轉(zhuǎn)動(dòng)24齒齒輪的最后8個(gè)齒時(shí)，8齒齒輪轉(zhuǎn)過(guò)第三圈。這也是兩軸產(chǎn)生不同速度的原因：24齒齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，8齒齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)了三圈！我們用兩個(gè)齒輪齒數(shù)

4、之比來(lái)表示兩者的關(guān)系：24比8。經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)化，得到3:1。從數(shù)字來(lái)看，24齒齒輪1轉(zhuǎn)就相當(dāng)與8齒齒輪的3轉(zhuǎn)。由此，我們得到一種加速的方法（從技術(shù)角度來(lái)將應(yīng)稱為角速度，而不是速度）。這時(shí)候你可能會(huì)想到在競(jìng)速小車(chē)上使用巨大的傳動(dòng)比。遺憾的是，在力學(xué)中有得必有失，獲得了速度，同時(shí)就減少了扭矩，簡(jiǎn)單的說(shuō)，就是在力量上的損失會(huì)轉(zhuǎn)化為速度速度越快，扭矩就越小。比率也相同：如果獲得了三倍的角速度，你的扭矩會(huì)減小到原來(lái)的1/3。齒輪有一個(gè)有趣的特性：扭矩和速度的轉(zhuǎn)換是對(duì)稱的，你可以將扭矩轉(zhuǎn)換成速度，反之亦然。當(dāng)系統(tǒng)增加速度而減小扭矩時(shí)，我們稱為加速，反之我們稱為減速。什么是扭矩？當(dāng)你用扳手轉(zhuǎn)動(dòng)螺釘上的螺母時(shí)，即產(chǎn)

5、生扭矩。扳手動(dòng)時(shí)，螺母產(chǎn)生抵阻力，你握手柄的地方離螺母越遠(yuǎn)，你需要施加的力就越小。實(shí)際上，力矩是兩個(gè)參數(shù)的乘積：距離和力。增加其中一個(gè)量，就可以增加扭矩。力矩的度量單位就是力的單位和距離的單位，國(guó)際單位表示為牛頓米（nm）或者是牛頓厘米（ncm）。如果熟悉杠桿，你會(huì)認(rèn)識(shí)到它們之間的相似性。對(duì)于杠桿，合力的大小依賴施力點(diǎn)和支點(diǎn)的距離，距離越大，力就越大。你可以把齒輪當(dāng)作杠桿，它的支點(diǎn)就在軸上，施力點(diǎn)在齒輪的齒上，將同樣的力施加到更大的齒輪上，扭矩就增加了。  什么時(shí)候應(yīng)當(dāng)加速或減速傳動(dòng)，經(jīng)驗(yàn)會(huì)告訴你。總的來(lái)說(shuō)，減速傳動(dòng)用的比加速傳動(dòng)要多，因?yàn)轳R達(dá)會(huì)產(chǎn)生很高的速度，但扭矩很小。在多數(shù)時(shí)候

6、，常減小速度來(lái)提高扭矩，讓小車(chē)能爬上斜坡，或者讓機(jī)器人的手臂舉起物體。在你不需要大扭矩時(shí)，可以減小速度來(lái)精確定位。   力學(xué)中能量轉(zhuǎn)換是有損耗的。在上面的例子中，它的損耗是由摩擦力引起的，盡管摩擦力是無(wú)法避免的，但我們應(yīng)盡量減小摩擦力，因?yàn)槟Σ亮υ谵D(zhuǎn)換過(guò)程中會(huì)抵消一部分扭矩。2.4齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)最大的樂(lè)高齒輪是40齒的，而最小的是8齒的。這樣，使用兩個(gè)齒輪傳動(dòng)時(shí)，最大可以得到1：5的傳動(dòng)比。(如圖2.2)圖2.2  1:5傳動(dòng)比如果還想得到更高的傳動(dòng)比，應(yīng)該使用多級(jí)變速系統(tǒng)（加速或減速），我們稱它為齒輪傳動(dòng)鏈，如圖2.3。在這個(gè)裝置中，第一級(jí)傳動(dòng)比為3：1，第二級(jí)傳

7、動(dòng)比為3：1，這樣，總的傳動(dòng)比就為9:1。圖2.3 9:1的傳動(dòng)比齒輪傳動(dòng)鏈可能會(huì)產(chǎn)生讓你難以置信的能量，因?yàn)樗軐⑴ぞ剞D(zhuǎn)化為角速度，兩個(gè)1：5的傳動(dòng)比產(chǎn)生1：25的傳動(dòng)比，3個(gè)1：5的傳動(dòng)比產(chǎn)生1：125的傳動(dòng)比。但必須小心使用，因?yàn)闃?lè)高組件可能因?yàn)闄C(jī)器人不能產(chǎn)生某種動(dòng)作而損壞。換句話說(shuō)，如果某一樣組件卡住了，樂(lè)高馬達(dá)的速度乘上125產(chǎn)生的速度足以扭曲梁，扭斷軸或者打破齒輪的齒。選擇合適的傳動(dòng)比在選擇傳動(dòng)比之前先做一些實(shí)驗(yàn)，不要等到搭好機(jī)器人的時(shí)候才發(fā)覺(jué)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)沒(méi)有正確地工作。先搭建一個(gè)粗糙的模型或者是一個(gè)特殊的子模型，調(diào)試傳動(dòng)比，直到你滿意為止，搭建的模型不需要很牢固，也不需要很完整，關(guān)鍵

8、是能否正確地模擬某一個(gè)具體的動(dòng)作以及能處理實(shí)際的載重。例如，如果你準(zhǔn)備搭建一個(gè)爬斜坡（50%坡度）的機(jī)器人，首先必須計(jì)算模型所要承受的所有重量：執(zhí)行其它任務(wù)的馬達(dá)、rcx、額外的組件等。不能無(wú)負(fù)載測(cè)試，否則機(jī)器人將無(wú)法正常工作。注意：記住，在多級(jí)減速過(guò)程中，每增加一級(jí)就會(huì)產(chǎn)生更大的摩擦力，因此，如果想得到最大的傳動(dòng)效率，應(yīng)該盡可能地降低傳動(dòng)級(jí)來(lái)達(dá)到你所需的傳動(dòng)比。2.5渦輪在機(jī)器人套裝中，你會(huì)發(fā)現(xiàn)另外一種奇怪的黑色齒輪，類(lèi)似帶有螺旋線的圓柱體。它也是一種齒輪。在圖2.4中，渦輪與常用的24齒齒輪嚙合，通過(guò)搭建這個(gè)簡(jiǎn)單的裝置，可以發(fā)現(xiàn)渦輪的很多特點(diǎn)。用手試著去轉(zhuǎn)動(dòng)齒輪，你能輕易的轉(zhuǎn)動(dòng)與渦輪相連接

9、的軸，但不能轉(zhuǎn)動(dòng)與24齒相連接的的軸。因此渦輪的第一個(gè)重要的屬性是：它能產(chǎn)生單向傳動(dòng)系統(tǒng)。也就是說(shuō)，你能用渦輪帶動(dòng)其它齒輪，但不能被其它齒輪帶動(dòng)，產(chǎn)生這個(gè)現(xiàn)象的原因又是摩擦力引起的。這個(gè)屬性可以用于特殊的用途。圖2.4 渦輪裝置你可能也注意到了另外一種情況：兩根軸是正交的，使用渦輪時(shí)，傳動(dòng)方向必然會(huì)改變?，F(xiàn)在再來(lái)回到齒輪：我們已經(jīng)很熟悉如何計(jì)算普通齒輪的傳動(dòng)比。你是否想知道渦輪所產(chǎn)生的傳動(dòng)比呢？先做一個(gè)實(shí)驗(yàn)：搭建圖2.4中的裝置，緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)渦輪軸一圈，同時(shí)觀察24齒齒輪?？梢杂^察到渦輪每轉(zhuǎn)過(guò)一圈，24齒齒輪剛好轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)齒，我們得到一個(gè)結(jié)論：渦輪是1齒齒輪，我們?cè)谘b置中使用了一級(jí)傳動(dòng)就得到了24：

10、1的傳動(dòng)比。使用40齒的齒輪可以將傳動(dòng)比提高到40：1。這個(gè)不對(duì)稱的渦輪裝置主要應(yīng)用在減速和增加扭矩，這個(gè)特殊的裝置的摩擦力極大以至無(wú)法被其它齒輪帶動(dòng)。同樣，這么大的摩擦力也會(huì)使它的效率大大降低，因?yàn)樵谶@過(guò)程中會(huì)損耗許多扭矩。這一特殊并不代表它不好。在某些情況下，我們非常需要這種不對(duì)稱的裝置。例如，我們?cè)O(shè)計(jì)的機(jī)器人用手臂提起物體。如果使用標(biāo)準(zhǔn)齒輪產(chǎn)生25：1的傳動(dòng)比：當(dāng)手臂提起物體并停止時(shí)會(huì)發(fā)生什么情況呢？這個(gè)對(duì)稱裝置把物體的重量（勢(shì)能）轉(zhuǎn)變成扭矩，扭矩轉(zhuǎn)變成角速度，馬達(dá)就自行回轉(zhuǎn)使得手臂回落下來(lái)。在類(lèi)似這種情況中，就可以使用渦輪來(lái)解決這一問(wèn)題。渦輪的自鎖功能使馬達(dá)不能回轉(zhuǎn)。由此當(dāng)你希望帶有負(fù)

11、載的裝置準(zhǔn)確、穩(wěn)定地定位時(shí)，或是想獲得一個(gè)很高的減速傳動(dòng)比，渦輪會(huì)非常有用。2.6離合齒輪  接下來(lái)，介紹另一個(gè)特殊組件：白色的24齒厚齒輪，在它的表面山上有奇怪的斑紋（如圖2.5），它的名字叫做離合齒輪，在接下來(lái)討論它是如何工作的。圖2.5離合齒輪      實(shí)驗(yàn)很簡(jiǎn)單：將軸的一端插入離合齒輪，將另一端插入24齒齒輪用作旋鈕。用手讓后者保持適當(dāng)?shù)奈恢?，緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)離合齒輪，盡管阻力很大，但還是轉(zhuǎn)動(dòng)了。這就是它的作用：當(dāng)扭矩大于額定值時(shí)，將產(chǎn)生打滑來(lái)保護(hù)結(jié)構(gòu)。    離合齒輪通過(guò)限制傳動(dòng)系統(tǒng)中的力來(lái)保護(hù)馬達(dá)、

12、組件并解決某些困難的情況。刻在上面的2.5-5ncm（ncm代表牛頓厘米，扭矩的單位）表示這個(gè)齒輪可以傳輸大約2.5-5ncm的扭矩，超出這個(gè)范圍，它內(nèi)部的離合結(jié)構(gòu)就開(kāi)始打滑。離合有什么用處呢？我們知道，在減速傳動(dòng)中系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生很大的扭矩，出現(xiàn)意外時(shí)，這個(gè)力足以毀壞機(jī)構(gòu)，離合齒輪可以避免這種情況的發(fā)生：將傳輸?shù)牧ο拗频侥硞€(gè)值內(nèi)。還有一種情況：齒輪降速很小，且扭矩不足以毀壞樂(lè)高組件。但如果機(jī)構(gòu)卡住，馬達(dá)停轉(zhuǎn)，這種情況很麻煩，因?yàn)檫@時(shí)馬達(dá)有電流流過(guò)，可能會(huì)造成馬達(dá)永久損壞。離合齒輪避免了這種損壞：當(dāng)扭矩變大時(shí)，齒輪就脫離馬達(dá)。在某些情況下，離合齒輪甚至可以減少傳感器的使用。假設(shè)你搭建一個(gè)能夠完成某些

13、動(dòng)作的動(dòng)力裝置，比如使某個(gè)子機(jī)構(gòu)（手臂、控制桿、傳動(dòng)裝置）處于兩種狀態(tài)：打開(kāi)或關(guān)閉，向右或向左，嚙合或脫離嚙合，你需要打開(kāi)馬達(dá)一定時(shí)間，將機(jī)構(gòu)從一種狀態(tài)變到另一種狀態(tài)。但不幸的是，很難精確控制馬達(dá)執(zhí)行某個(gè)動(dòng)作的時(shí)間（更壞的是，如果負(fù)載變化，時(shí)間也要隨之改變），如果時(shí)間太短，系統(tǒng)就會(huì)產(chǎn)生中間狀態(tài)，如果時(shí)間太長(zhǎng)，馬達(dá)就有可能損壞。此時(shí)，你可以使用一個(gè)傳感器來(lái)檢查裝置的狀態(tài)是否達(dá)到；然而，如果你在傳動(dòng)鏈的某處使用一個(gè)離合齒輪，你可以大概設(shè)置一個(gè)時(shí)間，使你的馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)到最大負(fù)載位置時(shí)，即使設(shè)置時(shí)間稍長(zhǎng)，離合齒輪打滑，會(huì)保護(hù)你的機(jī)器人和馬達(dá)。    現(xiàn)在，討論最后一個(gè)問(wèn)題：在

14、傳動(dòng)鏈的哪個(gè)地方放入離合齒輪。我們知道，離合齒輪有24齒且能傳遞5ncm的最大扭矩，因此你可以應(yīng)用學(xué)過(guò)的齒輪傳動(dòng)比計(jì)算方法。如果你在40齒的齒輪前面放一個(gè)離合齒輪，傳動(dòng)比是40：24，大約是1.67：1。最大的扭矩是1.67×5，即8.35ncm。圖2.6中比較復(fù)雜的傳動(dòng)鏈中，傳動(dòng)比分別是3：5和1：3，則總傳動(dòng)比為5：1，那么最大扭矩是25ncm；一個(gè)有25ncm扭矩輸出的系統(tǒng)能夠產(chǎn)生的力是5ncm所產(chǎn)生力的5倍，換句話說(shuō)，它能提起一個(gè)5倍于它的重物重量。圖2.6 傳動(dòng)鏈中的離合齒輪 從這些例子可以推斷出與混合有離合齒輪的傳動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)生的最大的扭矩是由離合齒輪的最大的扭矩乘

15、上它后面?zhèn)鲃?dòng)級(jí)的傳動(dòng)比。當(dāng)減速時(shí)，輸出的扭矩越大，在傳動(dòng)鏈中離合齒輪離動(dòng)力源就必須越近。相反的，當(dāng)你減小角速度時(shí)，不是得到扭矩而是想得到更精確的定位，你要把離合齒輪放在傳動(dòng)鏈的最后一級(jí)，這樣會(huì)讓最后的扭矩最小化。搭建模型是一個(gè)很好的學(xué)習(xí)過(guò)程。搭建一些簡(jiǎn)單的模型，試驗(yàn)離合齒輪在不同位置時(shí)的傳動(dòng)效果。2.7齒輪的配合樂(lè)高齒輪組件包含許多不同類(lèi)型的齒輪，前面已介紹了8齒、24齒、40齒的齒輪，現(xiàn)在我們了解其它類(lèi)型的齒輪，討論如何根據(jù)它們的尺寸和形狀來(lái)使用。8齒、24齒、40齒的齒輪的半徑分別為0.5、1.5、2.5個(gè)樂(lè)高單位（從齒心到半齒的距離），當(dāng)兩者配合時(shí)，連接兩齒輪軸的距離就等于它們半徑之和，

16、可以看到這三種齒輪之間配合的距離都是整數(shù)倍，這樣可以配合得很好。8齒與24齒齒輪的距離是2個(gè)樂(lè)高單位，8齒與40齒齒輪的距離是3個(gè)樂(lè)高單位，24齒與40齒齒輪的距離是4個(gè)樂(lè)高單位，這種配合很容易與標(biāo)準(zhǔn)柵格結(jié)構(gòu)上的其它組件連接，因?yàn)槊恳粚訛閮蓚€(gè)樂(lè)高單位（圖2.7所示）。圖2.7 垂直齒輪配合另一個(gè)普通齒輪是16齒齒輪(如圖2.8)，它的半徑是1個(gè)樂(lè)高單位，兩個(gè)這樣的齒輪以兩個(gè)樂(lè)高單位的距離可以配合地很好。但與其它齒輪配合會(huì)有一點(diǎn)問(wèn)題，因?yàn)樗c其它齒輪的配合距離會(huì)產(chǎn)生半個(gè)樂(lè)高單位，不過(guò)有一種特殊的梁（1×1帶孔梁，1×2帶孔梁）可以解決這個(gè)問(wèn)題（如圖2.9）。 圖2.

17、8  16齒齒輪 圖2.9  16齒齒輪與24齒齒輪的配合 惰輪   討論一下圖2.7所示的惰輪，圖中傳動(dòng)鏈的比率是多少呢？從8齒齒輪開(kāi)始，第一級(jí)傳動(dòng)比是24：8，第二級(jí)傳動(dòng)比為40：24，兩者相乘，得到40：8或者5：1。8齒齒輪與40齒齒輪直接傳動(dòng)也可得到5：1的傳動(dòng)比，那么，中間的24齒就是一個(gè)惰輪，它不影響傳動(dòng)比。惰輪在機(jī)械中使用非常普遍，它有助于連接遠(yuǎn)處的軸。那么，惰輪在系統(tǒng)中是否不起作用呢？不是的，它們有一個(gè)非常重要的作用：改變輸出方向。標(biāo)準(zhǔn)柵格的使用非常靈活，可以用多種方式解決問(wèn)題，而不需求助于特殊部件。如圖2.10所示

18、圖2.10  對(duì)角線配合當(dāng)我們使用一對(duì)16齒齒輪時(shí)，傳動(dòng)比是1：1。對(duì)角速度或扭矩都不會(huì)有影響（除一小部分被轉(zhuǎn)換摩擦力外），但在某些應(yīng)用中的確需要使用一對(duì)16齒齒輪，例如，當(dāng)你只需要把運(yùn)動(dòng)從一根軸傳到另一根軸上時(shí)，這也是齒輪常用功能。還有一種特殊的齒輪，可以把運(yùn)動(dòng)從一根軸傳到與之垂直的軸上，這種齒輪稱為斜齒輪。齒隙水平配合和垂直配合比對(duì)角線配合更精確。對(duì)角線配合時(shí)嚙合齒輪的兩齒的間隙較大，多出的空隙稱為齒隙，即一個(gè)齒輪在不影響與它的嚙合的齒輪的情況下可以承受的震動(dòng)。當(dāng)加速傳動(dòng)時(shí)齒隙會(huì)變大，減速傳動(dòng)時(shí)會(huì)減小?？傊鼘?duì)系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生不良的作用：減小了輸出軸的精度，因此要盡量少用。齒輪家族中

19、最普通的成員是12齒的斜齒輪，而且只有一種使用方式，如圖2.11。它不能與我們前面討論過(guò)的標(biāo)準(zhǔn)齒輪配合。但是它有一個(gè)非常有用的功能改變傳動(dòng)方向，戰(zhàn)用空間很少。還有一種與這種齒輪相同設(shè)計(jì)的20齒傘齒輪（如圖2.12）。這兩種斜齒輪的厚度是半個(gè)樂(lè)高單位，其它的都是1個(gè)樂(lè)高單位。        圖2.11垂直配合的斜齒輪 圖2.12  20齒斜齒輪此外，24齒的齒輪還有一種形狀冠形。它的前端齒比較特殊，但可以當(dāng)作標(biāo)準(zhǔn)齒來(lái)使用，可以與其它標(biāo)準(zhǔn)齒輪在正交方向傳輸運(yùn)動(dòng)（圖2.13）。簡(jiǎn)單的介紹一種新齒輪，樂(lè)

20、高機(jī)器人挑戰(zhàn)套裝沒(méi)有這種齒輪，但你在其他套裝里可能會(huì)找到它：圖2.14所示的雙面斜齒輪（12齒和20齒，半徑分別為0.75和1,25），它們以兩個(gè)樂(lè)高單位配合。 圖2.13垂直配合的冠齒輪 圖2.14 雙面斜齒輪如果將兩種相同的雙面斜齒輪配合就有點(diǎn)麻煩，因?yàn)榫嚯x變成1.5或2.5了。與其它的齒輪配合就更復(fù)雜了，它們配合的距離甚至可能包含1/4或3/4個(gè)樂(lè)高單位。這種齒輪更適合垂直安裝（如圖2.15）。圖2.15 垂直配合的雙面斜齒輪2.8滑輪、皮帶、鏈條的使用在樂(lè)高機(jī)器人挑戰(zhàn)套裝中還有一些滑輪、皮帶，它們的工作原理與齒輪功能相似，這里說(shuō)相似，說(shuō)明還是有區(qū)別的。滑輪還有一些特

21、性，下面我們會(huì)介紹到。樂(lè)高機(jī)器人挑戰(zhàn)套裝基本組件中沒(méi)有鏈條，如果需要，可單獨(dú)購(gòu)買(mǎi)。鏈條在機(jī)構(gòu)連接中與齒輪和皮帶輪系統(tǒng)有一些共同的特性。2.8.1滑輪和皮帶滑輪就像在直徑端帶有凹槽（座圈）的輪子。lego technic套裝中包含了4種滑輪（如圖2.16）圖2.16  滑輪最小的滑輪（a）實(shí)際上就是半個(gè)軸套，常常用來(lái)固定軸，以防止軸前后滑動(dòng)，因?yàn)樗灿凶?，也稱其為滑輪。它的半徑是1個(gè)樂(lè)高單位，厚度是半個(gè)樂(lè)高單位。（b）中的滑輪厚度為1個(gè)樂(lè)高單位，寬1.5個(gè)樂(lè)高單位。它兩面不對(duì)稱，因此它的凹槽也不在中心位置。在帶有橡皮圈的軸孔的一端可以與微馬達(dá)連接。（c）中的滑輪直徑是3個(gè)樂(lè)高單位，厚

22、度也是半個(gè)樂(lè)高單位。（d）中大滑輪的直徑是4.5個(gè)樂(lè)高單位，厚度為1個(gè)樂(lè)高單位。樂(lè)高皮帶是類(lèi)似于橡皮筋的橡膠環(huán)，樂(lè)高機(jī)器人挑戰(zhàn)套裝中有3種不同顏色（對(duì)應(yīng)不同長(zhǎng)度）的皮帶：白色、藍(lán)色、黃色（其他套裝里還有另外一種長(zhǎng)度的紅色皮帶），樂(lè)高皮帶與普通橡膠帶（套裝里黑色的那種）不同，普通膠帶彈性大，不適合用于連接兩個(gè)滑輪并傳遞運(yùn)動(dòng)。而樂(lè)高皮帶是用來(lái)連接滑輪的，樂(lè)高設(shè)計(jì)的皮帶可以很好的與滑輪的凹槽配合。我們看一下皮帶連接兩滑輪的裝置（如圖2.17）。皮帶將運(yùn)動(dòng)從一個(gè)滑輪傳遞到另一個(gè)滑輪上，非常類(lèi)似一對(duì)齒輪。那如何計(jì)算它們的傳動(dòng)比呢？滑輪沒(méi)有齒，我們通過(guò)計(jì)算機(jī)滑輪的半徑比來(lái)確定其傳動(dòng)比（這個(gè)規(guī)則民樣適合齒輪

23、傳動(dòng)比的計(jì)算，只不過(guò)齒輪的圓周上均勻地分布著齒，根據(jù)齒數(shù)來(lái)計(jì)算傳動(dòng)比要方便得多）。計(jì)算直徑時(shí)應(yīng)從座圈內(nèi)部開(kāi)始計(jì)算，因?yàn)椴郾谑菫榱朔乐蛊幕喩系粝聛?lái)的，不應(yīng)算入直徑。圖2.17 皮帶與滑輪連接由于皮帶很容易打滑，因此不適合傳遞大扭矩?；茢?shù)量也很難估計(jì)，因?yàn)樗Q于多種因素，包括扭矩和速度、皮帶的張力、皮帶和滑輪之間的摩擦力、皮帶的彈性等。綜合這些因素，我們更需要在給定的條件下用實(shí)驗(yàn)方法來(lái)測(cè)量不同滑輪組合的傳動(dòng)比，如表2.1測(cè)試的結(jié)果。 半軸套小滑輪中滑輪大滑輪半軸套1:11:21:41:6小滑輪1:21:11:2.51:4.1中滑輪4:12.5:11:11:1.8大滑輪6:14.1:11.8:11:1 計(jì)算滑輪之間的傳動(dòng)比如何判斷滑輪之間的傳動(dòng)比呢？只要用皮帶連接