运动
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方形机器人组装
概念解析
子系统接口
运动子系统组件清单
方形机器人组装
在方形机器人设计中，运动子系统与结构子系统紧密集成。这两个系统共同构成了方形机器人的“底盘”。
请参阅结构章节中的方形机器人底盘零件与组装部分，了解运动和结构子系统如何协同构建。
概念解析
电机和伺服电机
电机是将电能转化为机械能的设备。也就是说，它们接收电能，并产生物理运动。在VEX系统中，它们进一步分为两大类：标准电机和伺服电机。
主要区别非常清晰明了。标准电机使连接的轴不断旋转，而伺服电机则在一定范围内（VEX伺服模块为120度）将轴转到特定方向。
另外请注意，在相同的遥控器指令下，VEX电机模块和VEX伺服模块的轴旋转方向相反。这个细微差别是由于两种不同模块的内部电机设计。有关无线电控制操作的更多信息，请参阅发明者指南的控制子系统部分。
使用电机和伺服电机
虽然外观相似，但电机和伺服电机适用于截然不同的任务类型。
在需要持续旋转的情况下，例如机器人的主驱动系统，应使用普通电机。
伺服电机只能在运动边界明确定义的场合使用，但它们具有无价的自我校正能力，可以在这些边界内维持任何特定位置。
速度与扭矩
电机可以产生一定量的功率；也就是说，它每秒可以提供一定的能量？这些能量最常用于使车轮旋转。由于能量是有限的，因此在*扭矩*（电机转动车轮的力）和*速度*（电机转动车轮的速率）之间存在固有的权衡。
扭矩和速度的确切配置通常使用齿轮来设置。通过在电机和车轮之间放置不同组合的齿轮，可以改变速度-扭矩的平衡。
齿轮
齿轮比
您可以将齿轮比视为扭矩的“乘数”，速度的“除数”。如果您有一个2:1的齿轮比，那么您的扭矩将是1:1齿轮比的两倍，而速度只有一半。
计算一对齿轮之间的齿轮比很简单。首先，确定哪个齿轮是“主动轮”，哪个是“从动轮”。“主动轮”是指为转动另一个齿轮提供力的齿轮。通常，这个齿轮直接连接到电机轴上。另一个齿轮，即被主动轮转动的齿轮，称为“从动轮”。
要找到齿轮比，只需计算“从动轮”上的齿数，然后除以“主动轮”上的齿数。
齿轮，续
惰轮
可以在主动轮和从动轮之间插入齿轮。这些称为惰轮，它们对机器人的齿轮比没有影响，因为它们的齿轮比贡献会相互抵消（因为它们相对于第一个齿轮是从动轮，而相对于最后一个齿轮是主动轮——您首先乘以惰轮的齿数，然后除以相同的数字，这总是会抵消）。
但是，惰轮会反转旋转方向。通常，主动轮和从动轮会以相反的方向旋转。添加惰轮会使它们以相同的方向旋转。添加第二个惰轮会使它们再次以相反的方向旋转。
惰轮通常用于反转两个齿轮之间的旋转方向，或者通过使用多个惰轮在物理上桥接距离来将力从一个齿轮传递到另一个远离的齿轮。
复合齿轮比
当同一轴上有多个齿轮时，就会形成复合齿轮。复合齿轮不应与惰轮混淆，因为复合齿轮会影响系统的整体齿轮比！
在复合齿轮系统中，有多个齿轮对。每对都有自己的齿轮比，但这些对通过共享的轴相互连接。由此产生的复合齿轮系统仍然有一个主动轮和一个从动轮，并且仍然有一个齿轮比（现在称为“复合齿轮比”）。驱动轮和从动轮之间的复合齿轮比是通过将每个单独齿轮对的齿轮比相乘来计算的。复合齿轮允许实现使用现有组件通常无法实现的齿轮比配置。在上例中，仅使用12齿和60齿齿轮就实现了1:25的复合齿轮比。这将使您的机器人能够以比正常快25倍的速度转动轴（尽管力只有正常值的1/25！）。
非齿轮系统的齿轮比
齿轮比的真正本质比仅计算齿轮上的齿数要复杂一些。齿轮比实际上定义为主动轴转动一圈以使从动轴转动一圈所需的转数。当处理带齿的齿轮时，您可以通过计算齿数来找到所需的转数，如上文所述（请参阅“齿轮比”）。
对于其他类型的系统，您仍然可以通过测量从动轴和主动轴的转数来找到“齿轮比”。其他此类驱动类型包括皮带-滑轮驱动和链条-链轮驱动。
当电机和车轮位于机器人上相距较远的位置时，皮带或链条驱动通常优于齿轮。但是，皮带和链条都会为系统带来特殊的维护和性能要求（例如，链条需要润滑和张力），您应该仔细权衡它们的优点和其他设计考虑因素。
车轮
车轮尺寸
通常，机器人的运动子系统的作用是使机器人沿地面移动。在驱动链的最后一步，在电机和齿轮之后，就是车轮。
与电机和齿轮一样，车轮的不同特性会影响您的机器人性能。车轮的尺寸将是一个重要因素，它会影响机器人的两个截然不同的特性：加速度和最高速度。
车轮尺寸和加速度
车轮尺寸和加速度之间的关系很简单：大轮胎的加速度较慢，而小轮胎的加速度较快。
这种关系是物理学将电机的旋转运动转化为车辆前进运动的产物。
电机产生“旋转”力（扭矩），车轮将其转化为与地面接触点的“推动”力。这个“推动”力越大，机器人加速越快。扭矩和力之间的关系是
力 = _ 扭矩 _ 从中心到车轮边缘的距离
到车轮边缘
车轮中心和地面之间的距离越长，在相同扭矩下产生的力就越小，因此较大的车轮（距离较长）的力较小，因此加速度较慢。
车轮尺寸和最高速度
在最高速度下，具有相同电机和齿轮比的机器人通常会以电机能旋转的最快速度行驶。机器人可能需要一些时间才能达到此速度，尤其是在齿轮比很高（高齿轮比=低扭矩）的情况下，但最终它们往往会达到或至少接近此速度。
当车轮沿地面滚动时，它基本上是在每次旋转时将其圆周“展开”在行驶的表面上。较大的车轮具有较长的圆周，因此每次旋转“展开”的距离更远。
将这两个观察结果结合起来，您可以看到，车轮较大的机器人将具有更高的最高速度。车轮较大的机器人每次车轮转动行驶的距离更远，而在最高速度下，具有相同电机和齿轮的机器人每秒转动的次数相同。每秒转动次数相同乘以每转距离更长等于距离更长，因此车轮较大的机器人速度更快。
车轮，续
摩擦力
摩擦力发生在两个表面接触的所有地方。在考虑机器人的车轮时，它最为重要，因为您需要决定需要多少摩擦力才能最大化机器人的性能。
车轮摩擦力对您的机器人既有积极的后果，也有消极的后果。一方面，车轮与地面之间的摩擦力对于机器人加速至关重要。没有摩擦力，您的机器人会空转，而无法前进，就像卡在冰面上的汽车一样。车轮与地面之间的摩擦力为机器人提供了在加速、减速或转弯时“推离”的依据。
另一方面，车轮摩擦力也负责在机器人移动时将其减速。在粘性表面上行驶的机器人比在光滑表面上行驶的机器人慢，因为摩擦力会消散机器人的一些能量。
地形
在更具挑战性的赛道上，通常会有必须穿越的物理障碍物。轮胎的尺寸和产生的摩擦量对于确保您能够成功穿越它们都非常重要。这些障碍将是众多且复杂的，因此您需要为它们做好计划，并测试您的解决方案以确保它们能够可靠地工作。
离合器
离合器
VEX入门套件中的每个电机都配有预装的离合器模块。离合器模块的目的是通过在阻力过大时临时断开电机与其连接的车轮或齿轮之间的连接来防止电机内部齿轮损坏。这可以防止电机进入可能损坏的停滞（电机无法转动）或反向驱动（电机被强制向后）状态。
出于维护原因，电机离合器是可拆卸的，但应在之后立即重新安装。请勿在未安装离合器的情况下操作电机。
运动零件特性
轮毂轮胎
套件中的小型绿色轮胎实际上是一体两用。通过取下橡胶绿色轮胎表面，灰色轮毂可以直接用作机器人的一组非常小、低摩擦力的轮胎。
非轴向安装点
（60齿齿轮）
除了用于齿轮轴的中心孔外，60齿齿轮（以及单独出售的84齿齿轮）还有许多额外的偏心安装孔。这些安装点有多种用途。例如，可以在齿轮顶部建造一个较大的结构，该结构会随着齿轮的转动而转动。或者，非轴向安装点的“轨道”运动可用于从旋转运动产生线性运动。
齿轮磨损
齿轮是简单的塑料组件，但在移动系统中它们通常承受巨大的应力。特别是电机内部的齿轮，在机器人应用中经常需要快速反向（例如，为了让机器人换向）时，会承受大量的磨损。
不可避免地，这些齿轮会磨损并需要更换。VEX入门套件包含电机内部齿轮的替换件（您可以购买更多），因此您可以在需要时进行必要的维修。
要更换电机或伺服电机中的齿轮，请遵循以下说明。
1. （页面顶部）卸下离合器和离合器柱。
2. 卸下电机外壳正面角落处的四颗螺钉。
3. 小心取下顶盖。尽量不要扰动内部的齿轮，以便将来参考其正确配置。
4. 一起取下中间齿轮和大的轴齿轮。
*处理齿轮时要小心，因为它们涂有润滑剂，有助于其平稳转动。处理完齿轮后请洗手！
5. 取下侧面齿轮。
6. 取下薄的底部齿轮。
7. 打开替换齿轮的包装。处理替换齿轮时要特别小心，因为它们非常小且湿滑（它们已预先润滑）。
注意：大的黑色伺服电机齿轮在齿轮的金属衬套下方有一个黑色的塑料键。（未显示）
8. 安装替换的薄底部齿轮。
9. 安装替换的侧面齿轮。
10. 以拆卸时相同的方式安装替换的中间齿轮和替换的大的齿轮。
11. 小心地盖上顶盖。不要扰动齿轮，否则电机可能无法正常转动。
12. 重新安装四颗角落螺钉。
13. 重新安装离合器和离合器轴。
子系统交互
运动子系统如何与...
…结构子系统交互？
… 运动和结构子系统在许多机器人设计中（包括方形机器人）都紧密集成。运动子系统无法在没有某些结构组件（如底盘导轨）提供支撑和位置参考的情况下构建。同样，结构子系统在很大程度上必须设计为容纳运动组件。
… 在方形机器人上，结构和运动子系统如此相互关联，以至于您无法将它们分开构建。因此，它们是在底盘建造说明中（可在结构子系统章节中找到）一起构建的。
… 电源子系统交互？
… 运动子系统的电机和伺服电机将电能转化为物理能，因此它们当然需要电能来工作。这些能量最终由电源子系统的电池提供，但电机不直接插入电池。而是由微控制器指挥电流的流动，微控制器决定允许多少电能从电源子系统流向运动组件。
… 传感器子系统交互？
… 机器人通常有由传感器控制的电机和其他运动组件（例如，碰撞开关传感器被按下时，紧急停止功能会停止电机）。但是，传感器子系统不直接控制运动子系统。相反，传感器将信息提供给微控制器，微控制器会考虑这些信息，然后决定向运动子系统发送什么命令。
… 控制子系统交互？
… 与遥控汽车不同，VEX机器人不直接将控制子系统连接到运动子系统。操作员使用发射器生成的命令会发送到机器人上的RF接收器，但之后，这些命令会发送给微控制器，微控制器会考虑这些命令和其他信息，然后决定向运动组件发出什么命令。
… 逻辑子系统交互？
… 运动子系统连接到微控制器，而微控制器是逻辑子系统的主要组件。虽然运动组件在不同程度上由用户输入（控制子系统）和传感器反馈（传感器子系统）“控制”，但最终发出什么命令的决定，以及实际的电流流动（来自电源子系统）都由逻辑子系统控制。逻辑子系统控制运动组件所做的一切。
齿轮套件
齿轮套件此套件包含额外的齿轮，因此您将始终拥有合适的组合，以确保您能够实现所需的扭矩、速度和方向平衡。此套件中包含的所有零件也都包含在入门套件中，84齿齿轮除外，它与其他齿轮一样，只是齿数更多，这使您能够获得更高（或更低）的齿轮比。
为了扩展您的发明可能性，60齿和84齿齿轮具有额外的安装孔。当使用这些齿轮作为转盘系统或其他类似设计的组件时，这些安装孔可用于将金属杆或零件固定到这些齿轮上。请参阅您的VEX发明者指南，获取有关如何使用齿轮改变机器人驱动链旋转的速度/扭矩平衡和方向的建造技巧和示例。
电机套件
电机和四轮驱动（4WD）套件
如发明者指南的运动子系统部分所述，标准电机通过以受控速度向前或向后旋转来将电能转换为机械能。
现在您有了四个电机，您的机器人不再需要依赖单个电机来同时转动机器人同侧的前轮和后轮。您现在可以使用每个车轮一个电机，并且有两倍的扭矩供您的机器人应对日益困难的地形。
VEX机器人微控制器已经能够支持这种四轮驱动模式。您只需要将跳线夹放在适当的模拟/数字端口上，您的机器人就能与所有四个电机协同工作。有关详细信息，请参阅原始VEX入门套件发明者指南的附录F。
伺服电机套件
如发明者指南的运动子系统部分所述，伺服电机是一种电机，可以指示其转向特定方向，而不是仅仅向前或向后旋转。
车轮套件
此套件包含额外的车轮，有助于您的机器人更好地应对任何情况。此套件中包含的所有零件也包含在您的VEX入门套件中，因此请参阅VEX发明者指南，获取有关如何使用它们的建造技巧和示例。
运动子系统组件清单
运动子系统组件清单
