2.3　電機(jī)軸

電機(jī)的力矩是通過(guò)電機(jī)軸輸出的，直流電機(jī)通過(guò)減速裝置后，一般可以有同心軸輸出或偏心軸輸出。在智能小車(chē)上使用偏心軸輸出有一個(gè)好處，就是輪子安裝在偏心軸上后，小車(chē)的底盤(pán)會(huì)比用同尺寸的同心軸輸出時(shí)離地高出許多。

圖2.6是同心軸和偏心軸的比較圖。直流電機(jī)除了單軸輸出，還有一種是雙軸輸出，電機(jī)軸從兩頭貫穿整個(gè)電機(jī)，使用這種電機(jī)的好處就是可以在電機(jī)尾部的輸出軸上加裝編碼盤(pán)，通過(guò)編碼盤(pán)能檢測(cè)到機(jī)器小車(chē)電機(jī)的實(shí)時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)速度，檢測(cè)電機(jī)實(shí)時(shí)速度是實(shí)現(xiàn)電機(jī)PID功能的關(guān)鍵，當(dāng)然檢測(cè)的方式也不局限于使用輸出軸安裝編碼盤(pán)。圖2.7所示是一個(gè)雙出軸的直流減速電機(jī)。

圖2.6　同心軸和偏心軸

根據(jù)電機(jī)大小不一樣，電機(jī)軸也會(huì)有不一樣的直徑，智能小車(chē)使用的直流電機(jī)輸出軸直徑會(huì)有3mm、4mm、5mm、6mm等多種規(guī)格。制作小型智能小車(chē)時(shí)，通常是直接把輪子通過(guò)聯(lián)軸器安裝在電機(jī)軸上的，這樣整個(gè)小車(chē)的重量將會(huì)作用到電機(jī)輸出軸上，電機(jī)軸除了輸出軸向力也要承受一個(gè)向下的徑向力。越重的機(jī)器人小車(chē)在選擇電機(jī)時(shí)，應(yīng)該選擇輸出軸直徑越大的電機(jī)，過(guò)于細(xì)小的輸出軸可能會(huì)發(fā)生變形。同時(shí)還要注意的就是，輸出軸越長(zhǎng)，軸的遠(yuǎn)端所受的徑向力也越大，也就是說(shuō)軸越長(zhǎng)，越容易彎曲變形。

圖2.7　雙出軸的直流減速電機(jī)

聯(lián)軸器通常會(huì)使用剛性的，制作簡(jiǎn)單，安裝方便，而且便宜。彈性的聯(lián)軸器通常用于重型的機(jī)器人，可以在一定程度上減輕電機(jī)所承受的徑向力，它還有一個(gè)作用就是不需要所聯(lián)接的兩個(gè)軸嚴(yán)格對(duì)中。也有便宜的彈性聯(lián)軸器，比如使用膠管來(lái)制作聯(lián)軸器，雖然便宜，但是制作安裝相對(duì)復(fù)雜許多，所以制作普通的智能小車(chē)還是推薦使用簡(jiǎn)單的剛性聯(lián)軸器。

圖2.8所示是市面上最常見(jiàn)的用于制作智能小車(chē)的金屬聯(lián)軸器，在選購(gòu)時(shí)要注意安裝孔的規(guī)格和安裝柱面形狀是否對(duì)應(yīng)所選的輸出軸直徑和輪子的安裝位。安裝方法也很簡(jiǎn)單，只要把軸插入聯(lián)軸器內(nèi)，用一兩枚螺絲鎖緊就可以了，如圖2.9所示。

圖2.8　金屬聯(lián)軸器

圖2.9　安裝方法

安裝、固定電機(jī)的方法有很多種，有些直流減速電機(jī)已在外殼上留有安裝孔，可以很方便地裝上，有些則有另外的專(zhuān)用固定座，而大多數(shù)電機(jī)都是不配套專(zhuān)用的固定安裝支架的，這時(shí)可以自行制作或購(gòu)買(mǎi)能安裝該電機(jī)的支架。筆者使用的安裝支架是使用L形鋁型材制作的，如圖2.10所示。

網(wǎng)上有些機(jī)器人配件商店有可以安裝不同電機(jī)的支架，圖2.11所示則是42步進(jìn)電機(jī)和它的成品安裝支架，但是網(wǎng)上出售的也不一定會(huì)適合你手上的電機(jī)安裝孔位，如果有足夠的工具是可以自制的，因?yàn)樗慕Y(jié)構(gòu)一點(diǎn)都不復(fù)雜。圖2.12所示是安裝上直流減速電機(jī)和輪子的固定支架，機(jī)器小車(chē)最基本的電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分的制作工作就可以告一段落了。表2.1、表2.2分別是筆者所選用的電機(jī)和輪子的一些參數(shù)和計(jì)算，供讀者參考。

圖2.10　L形鋁型材

圖2.11　42步進(jìn)電機(jī)和它的成品安裝支架

圖2.12　安裝上直流減速電機(jī)和輪子的固定支架

表2.1　所選電機(jī)參數(shù)

表2.2　輪子