Pneumatika je velmi účinný způsob vytváření lineárního pohybu. Pneumatické válce jsou velmi účinné pro aktivaci drápů, řazení převodů mezi převodovými systémy a mnoho dalších aplikací. Pneumatika navíc dodává vašemu robotu další zdroj energie, práce s ní je velmi zábavná a poskytne znalosti o pneumatických systémech, které jsou široce používány v průmyslu.
Když jsou pneumatické válce aktivovány, jsou buď zcela vysunuty, nebo zcela zasunuty.
Poznámka: Týmy VEX Robotics Competition (VRC/VEX U/VEX AI), které plánují použití pneumatiky, si musí pečlivě přečíst Pravidla robota týkající se pneumatických systémů v Game Manual.
Jak funguje pneumatika
Pneumatika funguje pomocí tlaku vzduchu. To lze vytvořit pomocí něčeho tak jednoduchého, jako je pumpa na pneumatiky pro jízdní kolo.
Základní pneumatický systém využívá akumulační nádrž, ve které lze pumpou na kolo načerpat tlak vzduchu, pneumatické hadice pro připojení zařízení, ventil pro ovládání uvolňování tlaku a pneumatický válec.
Dvojčinný pneumatický válec funguje, když ventil uvolňuje tlak vzduchu do spodní části válce. Tlak vzduchu tlačí na povrch vnitřního pístu, který tlačí píst a pístnici ven z válce.
Když se píst/pístnice vysouvá, výfukový vzduch proudí z horní části válce
Ventil lze také nastavit tak, aby uvolnil tlak vzduchu do horní části válce. Když k tomu dojde, tlak vzduchu tlačí píst a pístnici zpět do válce.
Když se píst/pístnice zasouvá dovnitř, výfukový vzduch proudí ze spodní části válce.
Jednočinný pneumatický válec funguje většinou stejným způsobem, s výjimkou toho, že pružina tlačí píst/pístnici zpět. Jednočinný válec má pouze jeden port/armaturu pro vstup vzduchu a pro výstup vzduchu.
Další informace o dostupných pneumatických sadách pro systém V5 naleznete v článku Výběr pneumatické sady pro systém V5 z knihovny VEX.
Pneumatické komponenty
Skladování vzduchu
Zásobník vzduchu, jak pro dvojčinné válce, tak pro jednočinné válce, používá v podstatě stejné součásti.
Vzduchová nádrž - nádrž, 1-1/2" X 4", w 1/8" NPT & port M5 - US14227-S0400
Vzduchová nádrž je místo, kde je uložen vzduch pro pneumatický systém.
Poznámka: Koncové matice mohou být odstraněny z nádrže pro snížení hmotnosti.
Nádrž má dva porty. Na každém konci jeden. Do těchto závitových portů lze vložit ventilek pneumatiky Schrader nebo armaturu zásobníku.
Zásobník lze k robotu připevnit omotáním 11” zipových pásků kolem zásobníku a konstrukčního kusu.
Zásobník lze také připojit k robotu tak, že šroub se prostrčí otvory, kde se obě strany tyče setkávají. Na šroub tvořící svorku lze umístit matici.
Montáž pneumatického čerpadla (ventil pneumatického čerpadla Schrader) je místo, kde je připojeno/odpojeno vzduchové čerpadlo pro natlakování pneumatického systému.
Jedna vrstva teflonové pásky může být ovinuta kolem závitů armatury před jejím zašroubováním do portu vzduchového zásobníku. To pomůže vytvořit vzduchotěsné těsnění.
Další informace o vytváření vzduchotěsných těsnění naleznete v článku Prevence úniku vzduchu v pneumatickém systému VEX z knihovny VEX.
Jádro ventilku pneumatiky Schrader lze zatlačit dovnitř, aby se uvolnil tlak ze systému.
Fitting for Reservoir je místo, kam se vkládá pneumatické potrubí, které bude dodávat tlak vzduchu do zbytku v systému.
Závity armatury se dodávají s již naneseným teflonem, aby se snížily úniky vzduchu
Všechny armatury pneumatických hadic přijímají hadici jednoduchým zasunutím hadičky do armatury, dokud se nezastaví.
Pro uvolnění hadičky je třeba zatlačit vnější objímku směrem k armatuře a poté hadičku vyjmout.
"T" armatura - "T" armatura pro ventily. Tato armatura „T“ umožní rozdělení přívodu vzduchu pro napájení dvou ventilů.
Poznámka: armaturu lze také použít k ovládání dvou jednočinných válců s jednou hodnotou.
Regulátor tlaku - Mini Regulátor se 4mm armaturami může upravit tlak vzduchu proudícího po proudu v systému.
Přítlak se nastavuje otáčením vřetena, zasouváním nebo vysouváním.
Při úplném otočení vřetena bude tlak vzduchu nejvyšší. Velikost tlaku vzduchu určuje velikost síly, kterou válec vyvine.
Dvojčinná pneumatická sada je dodávána se spínačem zapnutí/vypnutí – prstovým ventilem.
To vám umožní zapnout vzduch pro systém a uvolnit tlak vzduchu ze systému.
Ujistěte se, že šipky vyražené na ventilu směřují pryč od vzduchové nádrže a směrem k systému. Jinými slovy, šipka by měla směřovat ve směru, kterým se bude vzduch pohybovat.
Když je knoflík v jedné linii s hadičkou, je v systému zapnutý vzduch.
Když je knoflík trvale zarovnán s hadicí, vzduch se vypne a uvolní tlak vzduchu z horní části systému.
Ovládání vzduchu
Dvojčinné ovládání vzduchu
Solenoidový, vpřed, vzad - 5/2 jednoduchý solenoidový ventil řídí proudění vzduchu pro dvojčinné válce.
Armatury pro ventily se našroubují do portů na solenoidovém ventilu.
Dávejte pozor, abyste nezkřížili závity fitinků při jejich šroubování do portu.
Našroubujte armaturu do portu A i portu B na horní straně ventilu.
Našroubujte šroubení do portu označeného P, kterým bude do ventilu přiváděn tlak vzduchu.
Nechte dva porty označené R otevřené, aby bylo možné vypustit odpadní vzduch.
Ve výchozím nastavení bude port A napájet spodní port dvojčinného válce a port B bude napájet horní port. Tím se spustí válec se zataženou tyčí.
Pokud však nastane stav, kdy je výhodné začít s vysunutou tyčí válce, lze oba porty přepnout.
Elektromagnetické ventily lze k robotu připevnit pomocí stahovacích pásků. Poznámka: nezakrývejte výfukové otvory solenoidu stahovacími páskami. Pokud k tomu dojde, válec se nepohne.
Na horní straně ventilu je malé modré tlačítko, které lze stisknout pomocí malého nástroje, jako je klíč Star Drive nebo pero. Stisknutím tohoto tlačítka ručně otevřete hodnotu za účelem testování průtoku vzduchu do válce.
Ovladač elektromagnetu – kabel s pohonem se zapojuje do dvojčinného solenoidového ventilu na jednom konci a poskytuje připojení k 3-vodičovému portu na robotickém mozku V5 na druhém konci.
V případě potřeby větší délky lze mezi ovladačem elektromagnetu a robotickým mozkem V5 použít prodlužovací kabel .
Jednočinné ovládání vzduchu
Solenoid, On/Off - 3/2 Solenoidový ventil ovládá jednočinné válce.
Stejný typ fitinků pro ventily se našroubuje do portů na solenoidovém ventilu.
Opět dávejte pozor, abyste nezkřížili závity fitinků při jejich šroubování do portu.
Našroubujte armaturu do portu A na horní straně ventilu.
Našroubujte šroubení do portu označeného P, kterým bude do ventilu přiváděn tlak vzduchu. Nechte port označený R otevřený, aby bylo možné vypustit odpadní vzduch.
Port A bude napájet spodní port jednočinného válce.
Elektromagnetické ventily lze k robotu připevnit pomocí stahovacích pásků.
Poznámka: Nezakrývejte výfukový port solenoidu stahovacími páskami. Pokud k tomu dojde, válec se nepohne.
Na horní straně ventilu je malé oranžové tlačítko, které lze stisknout pomocí malého nástroje, jako je klíč Star Drive Key nebo pero. Stisknutím tohoto tlačítka ručně otevřete hodnotu za účelem testování průtoku vzduchu do válce.
Dvojčinný i jednočinný solenoid lze ovládat pomocí digitálního výstupního zařízení v rámci vlastního projektu VEXcode V5.
Další informace o programování pneumatiky najdete v článkuControlling Pneumatics Using Buttons on Your Controller z knihovny VEX.
Pneumatické válce
Dvojčinný válec
Válec, obousměrný - dvojčinný válec, vrtání 10 mm, má port na obou koncích.
Tyč je opatřena závitem dvěma maticemi. Ty lze použít k připevnění čepu tyče válce.
Přední část válce je opatřena závitem a lze ji použít jako alternativní způsob montáže válce vyvrtáním otvoru do kusu konstrukce, vložením válce a následným zajištěním maticí válce.
Pokud tento způsob upevnění nepoužíváte, matici lze odstranit, aby se snížila hmotnost vašeho robota.
Průtokoměr - M5 s kolenem pro regulaci průtoku, lze našroubovat do horního portu válce.
Průtokoměr může řídit průtok vzduchu válcem, který bude řídit rychlost, kterou se tyč válce vysouvá a zasouvá.
Průtokoměr lze nastavit otočením vnitřního kroužku nahoru pro zvýšení průtoku nebo otočením dolů pro snížení průtoku. Kroužek lze otáčet pomocí čepelového šroubováku.
Armatura pro válce - M5 samec konektor pro válce, lze našroubovat do spodního portu válce.
Stejně jako u všech tvarovek je třeba dbát na to, aby nedošlo ke křížovému závitu tvarovky při zašroubování.
Čep tyče válce lze připevnit k tyči válce umístěním mezi dvě matice na závitové části tyče.
Držák válce lze připevnit k válci pomocí 1palcového šroubu #8-32 VEX a matice nylock.
Držák válce lze namontovat na kus konstrukce na robotu. Čep tyče válce lze připevnit ke komponentu, se kterým se bude pohybovat, pomocí šroubu nebo hřídele.
Poznámka: Nemontujte válec tak, aby na tyč válce působila boční síla. Pokud se tyč válce ohne, válec nebude fungovat.
Jednočinný válec
Válec – jednočinný válec s vratnou pružinou 10mm vrtání má na konci port.
Tyč je opatřena závitem dvěma maticemi. Ty lze použít k připevnění čepu tyče válce.
Armatura pro válce - M5 samec konektor pro válce, lze našroubovat do spodního portu válce.
Čep tyče válce a držák válce mohou být připojeny k jednočinnému válci stejným způsobem jako u výše popsaného dvojčinného válce.
Držák válce lze namontovat na kus konstrukce na robotu. Čep tyče válce lze připevnit ke komponentu, se kterým se bude pohybovat, pomocí šroubu nebo hřídele.
Poznámka: Nemontujte válec tak, aby na tyč válce působila boční síla. Pokud se tyč válce ohne, válec nebude fungovat.
Pneumatické potrubí se používá ke spojení všech zařízení dohromady.
Lze jej zkrátit na délku pomocí páru ostrých užitkových nůžek.
Dvě vzorová rozložení pro pneumatiku
Ukázka rozložení pro dvojčinný válec:
- Vzduch bude pumpován z pumpy na kolo do Schraderova ventilu vzduchové nádrže.
- Stlačený vzduch proudí z armatury na druhém konci zásobníku do vypínače.
- Ze spínače bude tlakový vzduch napájet regulátor tlaku.
- Z regulátoru tlaku bude vzduch proudit do dvojčinného solenoidového ventilu.
- V závislosti na stavu solenoidového ventilu bude vzduch proudit buď z portu B a do horní části válce, nebo bude vzduch proudit z portu A a do spodní části válce rozšiřující jeho tyč.
- Solenoidový ventil bude řízen kabelem ovladače elektromagnetu připojeným k 3vodičovému portu robotického mozku V5
Ukázka rozložení jednočinného válce:
- Vzduch bude pumpován z pumpy na kolo do Schraderova ventilu vzduchové nádrže.
- Stlačený vzduch proudí z armatury na druhém konci zásobníku do regulátoru tlaku.
- Z regulátoru tlaku bude vzduch proudit do jednočinného solenoidového ventilu.
- V závislosti na stavu solenoidového ventilu bude vzduch vycházet buď z portu A, nebo bude proudit z portu A do spodní části válce, kde se rozšíří jeho tyč.
- Solenoidový ventil bude řízen kabelem ovladače elektromagnetu připojeným k 3vodičovému portu V5 Robot Brain
Výpočet síly válců
Rovnice pro výpočet výstupní síly pro konkrétní tlak je dána takto:
(Průřezová plocha válce) x (Vnitřní tlak vzduchu) = Síla
Vrtání válců pneumatických válců VEX je 0,39 palce (10 mm). Z toho můžeme vypočítat plochu průřezu válce pomocí rovnice pro plochu kruhu:
(Průměr / 2)² x π = Plocha
Protože máme vrtání válce (vnitřní průměr) a víme, že Pi ≈ 3,14, můžeme vypočítat plochu, která bude:
(0,39 palce / 2)² x 3,14 = 0,12 palce²
Nyní můžeme toto číslo zapojit do naší původní rovnice a vypočítat výstupní sílu válce:
0,12 in² x 100 psi = 12 liber síly (při 100 psi)
Bezpečnostní pokyny při práci s pneumatikou viz Bezpečnostní pokyny a bezpečnostní pokyny při práci s roboty VEX V5.