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氣動

目的：

本活動旨在向您介紹氣動系統(tǒng)中使用的一些組件。氣動涉及通過使用壓縮氣體來傳遞能量，從而控制機械的運動。使用氣動系統(tǒng)的裝置很多，例如噴漆設備、千斤頂錘、鑿巖機、施工土釘支護設備、食品加工設備、冷飲柜、管道機構和各種工業(yè)設備等。氣動裝置由于其簡單的設計、可靠性和安全性而受到歡迎。

本節(jié)你將學習如何使用慧魚的氣動組件。

設備：

過程：

電磁閥通過雙面膠帶連接到30mm的梁上。這樣做允許您將電磁閥連接到結構上，使其保持穩(wěn)定。參看下圖：

上圖中這個電磁閥是一個三位二通電磁閥，它允許流體從一個端口進入，并從另一端口排出。三位二通電磁閥名字中的“三”代表有3個端口，從電磁閥的外觀上我們可以看到兩個端口（1和2），第3個端口隱藏在電磁閥的底部覆蓋物之下。當壓縮空氣從端口3排出時，該覆蓋物起到消聲器和擴散器的作用。

當電磁閥得電時，端口1和端口2導通。當電磁閥斷電時，端口2和端口3導通。

下圖是雙向活塞缸，壓縮空氣通過軟管進入氣缸，推動活塞向上運動直到氣缸頂部。

我們將軟管與電磁閥連接，通過控制電磁閥的得電或斷電來控制是否將空氣沿軟管送入活塞缸。如果在雙向活塞缸另一側端口也接入另一組氣動軟管和電磁閥，這樣就可以控制活塞的雙向運動。

參考下圖，在本實例中，我們將活塞缸安裝到空氣壓縮機的上面。

空氣壓縮機是空氣動力泵。對于較大的氣動系統(tǒng)，一般使用一個儲氣罐來保持空氣壓力，這樣情況下，壓力可以保持的相當穩(wěn)定。如果沒有儲氣罐，當氣缸工作時，您會聽到壓縮機發(fā)出的聲音有一些變化。

在處理氣壓時，我們希望有一個恒定的壓力。空氣壓縮機的運行電壓為9V，因此我們將使用TXT控制器底部的9V +輸出和I8的接地引腳為壓縮機供電。參考下圖：

本例中，為了控制電磁閥，我們將其的兩根導線接入到TXT控制器上的M1端口。

連接各組件的氣動軟管是靈活的，但是需要使用接頭來保護兩端的組件。與空氣壓縮機連接的接頭是灰色的，而電磁閥的接頭是白色的。參看下圖：

氣動系統(tǒng)整體的組件連接示意圖如下：

我們使用一個開關來控制氣體是否流入到活塞缸。將開關以常開觸點的接法接到TXT控制器上的I1輸入端口。

本實驗整體示意圖如下：

現(xiàn)在我們開始進行編程，將以下模塊拖拽到編程窗口中。

右鍵單擊“電機輸出（motor output）”模塊并調(diào)整其屬性設置。選擇“電磁閥（solenoid valve）”并選擇OK，模塊上的圖標將會發(fā)生改變。

參考下圖編寫你的程序：

在線運行上面的程序 ，觀察實驗效果。你可能會發(fā)現(xiàn)活塞缸中的推桿被推出后不會發(fā)生回縮。如果我們將電磁閥的另一側端口也接入一組軟管和電磁閥，并通過另一個開關來控制這一側的通斷。那么試著寫一個程序來通過兩個電磁閥來控制雙向活塞缸中的推桿既可以伸出也可以回縮。

下面我們來介紹另一種彈性活塞缸。

上圖是彈性活塞缸（內(nèi)置有彈簧），端口1既可進氣也可出氣，端口2只有出氣。我們用這個彈性活塞缸替換上面實驗中的雙向活塞缸，當電磁閥得電時，活塞桿被推出，當電磁閥斷電時，由于彈簧的作用，活塞桿可以自動收回。

編碼電機

基礎知識：

慧魚電機的內(nèi)部實際上是一個永磁直流電機。

電機本身由兩個永磁體組成，在它們之間建立磁場。

在磁場內(nèi)部，我們放置一根可以自由旋轉的導線。這個軸被稱為電樞。通過電樞導線的電流引起磁場的產(chǎn)生。金屬絲纏繞在一系列分割板上以集中磁場。

電流通過左側紅色圓圈中的兩個刷子。這些電刷接觸銜鐵上的換向器，使電樞在磁場中旋轉。

電動機有各種尺寸，但它們都是通過旋轉磁場來工作的。雖然它們能非常有效地工作，驅(qū)動機械運動，但是當你試圖精確地控制運動，并想知道確切的位置信息時，還是會遇到一些問題。為了克服這個問題，我們開始計算電動機的轉數(shù)。

慧魚編碼電機是一端為齒輪輸出軸的直流電機，轉矩增大時，該齒輪輸出軸的轉速會減慢。

齒輪箱顯示在下圖中的右側。你可以看到連接到輸出軸的齒輪系。

在另一端有一個電路板。該電路板具有霍爾效應傳感器，通過檢測黑色旋轉磁鐵的磁場來計數(shù)每一次旋轉。

編碼電機的接線使用和普通電機一樣的紅綠導線（控制正反轉和電機轉速），但通過編碼電機里的傳感器，我們可以更加精確地控制電機。通過計算轉數(shù)，我們可以控制編碼電機轉動的次數(shù)。

簡單的描述一下，如果我們想控制機器人車回到同一個地方，我們可以計算從起始點去到某個地方所需要的電機轉動次數(shù)，然后進行相反的次數(shù)控制，這樣就可以使機器人車回到我們開始的地方。

編碼電機中的傳感器（編碼器）是需要獨立電源（9V）才能工作的有源傳感器，編碼器的接線有一個單獨的線束。

上圖中，藍色接插件的線束（含有三根線）是與編碼電機上的編碼器進行連接的。其中，紅線的是接9V電源，綠線是傳感器的地線。黑線是編碼器信號線。

典型的接線如下所示。電機左右兩側的兩根紅綠導線連接到M1。傳感器獨立線束中的紅線連接到9V +，綠色線連接到C1的接地端，黑色信號線連接到C1。C1是一個計數(shù)器輸入端口，控制器通過這個端口對脈沖數(shù)進行計數(shù)。不論電機是正轉（CW）還是反轉（CCW），C1都是進行正數(shù)計數(shù)。

這里需要注意的，如果編碼電機接入M1，那么它上面的脈沖器的黑色信號線就要接入對應的C1，以此類推，如果編碼電機接入M4，那么它上面的脈沖器的黑色信號線就要接入對應的C4。

設備：

RoBo Pro軟件

搭建“發(fā)現(xiàn)者機器人套裝（TXT Discovery Set）”中“機器人車（mobile robot）”模型，參照拼裝手冊中第24頁的搭建步驟，并在其上加裝一個開關，開關以常開觸點的接法接入到控制器的I1端。

過程：

上圖中，我們將控制左右輪的兩個編碼電機分別接到M1和M2，對應的，M1編碼電機上的獨立線束中的黑色信號線接到C1，M2編碼電機上的獨立線束中的黑色信號線接到C2。將開關接到I1輸入口。

為了調(diào)試時的方便，我們用慧魚的結構件搭建一定高度的支架，將小車模型架高，以便在測試電機的時候小車不會在地面上隨便移動。

現(xiàn)在打開RoboPro軟件，創(chuàng)建一個新文件。將“Enviroment（環(huán)境）”設置為“ROBO TX/TXT Controller”，將使用級別設置為“Level 3：Variables （變量）”。

點擊工具欄中的“COM / USB”，設置連接方式為USB連接TXT控制器。

每當有傳感器或者執(zhí)行器連接到TXT控制器時，最好在工具欄中中打開“Interface Test（測試接口板）”工具，測試傳感器的設置是否正確以及是否能提供正確的信號輸入，同時在這個工具面板中我們還對執(zhí)行器（一般是電機、燈）進行測試以排除硬件連接上的問題。

如上圖所示，當你點擊M1旁邊的CW或CCW時（這時小車一側的輪子也會開始轉動），你會注意到C1旁邊的計數(shù)文字框中的數(shù)值發(fā)生變化，同理，點擊M2旁邊的CW或CCW時，C2旁邊的計數(shù)文字框中的數(shù)值也發(fā)生相應的變化。

點擊STOP，停止電機，這時你會看到電機從啟動一直到電機停止，C1一共記錄了多少個脈沖數(shù)，點擊計數(shù)文字框旁邊的Reset復選框，可以進行清零，也就是重置計數(shù)器。對計數(shù)器進行清零可以允許你準確的記錄小車從你想要的位置開始 ，運行到你想要它停止的位置所行進的實際“距離”（脈沖數(shù)）。

編程

將以下三個模塊拖拽到編程窗口中。

右鍵單擊“Advanced motor control（高級馬達控制）”模塊。這個模塊專門用于控制編碼電機。在其屬性面板中我們不僅可以開啟或關閉電機，還可以設置兩個電機之間的同步。在“action（動作）”標簽中選擇“synchronous distance（同步同距離）”，然后將“speed（速度）”設置為8，“distance（距離）”設置為200，M1和M2兩個電機的轉向均設置為CW。參看下圖。

當你選擇OK退出后，你會看到這個模塊已經(jīng)改變了外觀。這個指令集的作用是命令兩個編碼電機向前移動200個脈沖。

按照下圖編輯程序。

在線運行上面的程序，你會發(fā)現(xiàn)什么現(xiàn)象？如果你將距離脈沖數(shù)從200改為2000會發(fā)生什么？或者如果你改變其中一個電機的運行方向，再次運行程序時會發(fā)生什么？你會發(fā)現(xiàn)程序啟動后，電機僅僅“動”了一下，這個程序就自動結束了。

現(xiàn)在在編程窗口中添加一個“wait for input（等待輸入）”模塊，右鍵單擊該模塊，打開其屬性設置面板。

在屬性面板中，我們將“wait for（等待）”選項設置為“1”。將“digital input（數(shù)字輸入）”選項設置為“M1E”。

M1E這個信號是一個內(nèi)置信號，當我們?yōu)榫幋a電機設置了脈沖數(shù)后，當電機啟動運轉并達到了你所指定的脈沖數(shù)時，這個內(nèi)置的“M1E”（位置到達信號）就會從數(shù)字“0”變?yōu)閿?shù)字“1”。M1E這個位置信號是監(jiān)測的C1口上的脈沖讀數(shù)，以此類推，M4E這個就是監(jiān)測的C4口上的脈沖讀數(shù)。

點擊屬性設置面板上的“OK”退出，你會看到該模塊的圖示發(fā)生變化。

參照下圖再次編輯你的程序：

再次運行你的程序，觀察小車車輪的運轉情況，這時你會發(fā)現(xiàn)小車如你希望的那樣開始運行。如果在CW或CCW時小車兩側的車輪并不是按照同一個方向運轉的，那么你可以在調(diào)換電機上的紅綠兩個導線的接線位置。

現(xiàn)在，你可以將小車從支架上取下，放在堅硬平滑的地面上，以便觀察實際運行效果。你可以測量出編碼電機在200個脈沖數(shù)的設置下，小車實際的前進距離。

這里我們需要說明一點，有的時候，我們會在一個程序中既使用“Advanced motor control（高級馬達控制）”模塊，又使用“motor output（馬達輸出）”模塊，這時在兩種控制模式切換之間我們就要使用“stop（停止）”這個命令。參考下面的程序：