Erste Schritte in der Pneumatik mit dem V5-System

Pneumatik ist eine sehr effiziente Möglichkeit, lineare Bewegungen zu erzeugen. Pneumatikzylinder sind sehr effektiv zum Betätigen von Klauen, zum Schalten von Gängen zwischen Getriebesystemen und vielen anderen Anwendungen. Darüber hinaus erweitert die Pneumatik Ihren Roboter um eine weitere Energiequelle, macht viel Spaß und vermittelt Kenntnisse über pneumatische Systeme, die in der Industrie weit verbreitet sind.

Wenn Pneumatikzylinder aktiviert werden, sind sie entweder vollständig ausgefahren oder vollständig eingefahren.

Dieser Artikel wird erklären:

Hinweis: Teams des VEX Robotics Competition (VRC/VEX U/VEX AI), die den Einsatz von Pneumatik planen, müssen sorgfältig Lesen Sie die Roboterregeln zu pneumatischen Systemen im Spielhandbuch.


Wie Pneumatik funktioniert

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Pneumatik funktioniert mit Luftdruck. Dies kann mit etwas so Einfachem wie einer Fahrradreifenpumpe erstellt werden.

Das pneumatische Grundsystem verwendet einen Vorratsbehälter, in dem der Luftdruck mit der Fahrradpumpe aufgepumpt werden kann, Pneumatikschläuche zum Anschluss der Geräte, ein Ventil zur Steuerung des Druckabbaus und einen Pneumatikzylinder.

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Ein doppeltwirkender Pneumatikzylinder funktioniert, wenn ein Ventil Luftdruck in den Boden des Zylinders ablässt. Der Luftdruck drückt auf die Oberfläche eines Innenkolbens, der Kolben und Kolbenstange aus dem Zylinder drückt.

Beim Ausfahren des Kolbens/der Kolbenstange strömt die Abluft oben aus dem Zylinder

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Das Ventil kann auch so eingestellt werden, dass Luftdruck in die Oberseite des Zylinders abgelassen wird. Dabei drückt der Luftdruck Kolben und Kolbenstange zurück in den Zylinder.

Beim Einfahren des Kolbens/der Kolbenstange strömt die Abluft unten am Zylinder aus.

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Ein einfachwirkender Pneumatikzylinder funktioniert meist gleich, mit der Ausnahme, dass eine Feder den Kolben/die Kolbenstange zurückdrückt. Ein einfachwirkender Zylinder hat nur einen Anschluss/Anschluss für den Lufteintritt und den Luftaustritt.

Weitere Informationen zu den verfügbaren Pneumatik-Kits für das V5-System finden Sie im Artikel Auswählen eines Pneumatik-Kits für das V5-System aus der Wissensdatenbank.


Pneumatikkomponenten

Luftlagerung

Luftspeicher verwenden sowohl für die doppeltwirkenden Zylinder als auch für die einfachwirkenden Zylinder im Wesentlichen die gleichen Komponenten.

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Luftbehälter - Behälter, 1-1/2" X 4", w 1/8"NPT & M5-Anschluss - US14227-S0400

Im Luftbehälter wird die Luft für das pneumatische System gespeichert.

Hinweis: Endmuttern können aus dem Behälter entfernt werden, um das Gewicht zu reduzieren.

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Das Reservoir hat zwei Anschlüsse. An jedem Ende eine. Diese Gewindeanschlüsse nehmen das Schrader-Reifenpumpenventil oder den Ausgleichsbehälteranschluss auf.

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Das Reservoir kann am Roboter befestigt werden, indem 11-Zoll-Kabelbinder um das Reservoir und ein Strukturstück gewickelt werden.

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Das Reservoir kann auch am Roboter befestigt werden, indem eine Stahlstange um das Reservoir gewickelt und eine Schraube durch die Löcher gesteckt wird wo sich die beiden Seiten der Bar treffen. Auf die Schraube kann eine Mutter aufgesetzt werden, die eine Klemme bildet.

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An der Reifenpumpe (Schrader-Reifenpumpenventil) wird eine Luftpumpe angebracht/abgenommen, um das pneumatische System unter Druck zu setzen.

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Eine einzelne Lage Teflonband kann um das Gewinde der Armatur gewickelt werden, bevor sie in den Anschluss des Luftbehälters geschraubt wird. Dies wird dazu beitragen, eine luftdichte Versiegelung herzustellen.

Weitere Informationen zum Erstellen luftdichter Verschlüsse finden Sie im Artikel Verhindern von Luftlecks in einem pneumatischen VEX-System aus der Knowledge Base.

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Der Kern des Schrader Reifenpumpenventils lässt sich eindrücken, um den Druck aus dem System zu entlasten.

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In den Anschluss für den Vorratsbehälter wird der pneumatische Schlauch eingeführt, der den Luftdruck an den Rest des Systems weiterleitet.

Die Gewinde der Armatur sind bereits mit Teflon versehen, um Luftlecks zu reduzieren

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Alle pneumatischen Schlauchverschraubungen nehmen den Schlauch auf, indem Sie den Schlauch einfach bis zum Anschlag in die Verschraubung einführen.

Zum Lösen des Schlauches muss die äußere Manschette in Richtung Fitting gedrückt werden und dann kann der Schlauch entfernt werden.

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"T"-Fitting - "T"-Fitting für Ventile. Dieses „T“-Fitting ermöglicht die Aufteilung der Luftzufuhr, um zwei Ventile zu versorgen.

Hinweis: Die Armatur kann auch verwendet werden, um zwei einfachwirkende Zylinder mit dem einen Wert zu steuern.

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Der Druckregler - Mini-Regler mit 4 mm-Anschlüssen kann den Luftdruck einstellen, der stromabwärts im System fließt.

Der Druck wird durch Drehen des Vorbaus, Ein- oder Ausfahren eingestellt.

Wenn der Vorbau ganz herausgedreht ist, ist der Luftdruck am höchsten. Der Luftdruck bestimmt die Kraft, die der Zylinder ausübt.

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Das doppeltwirkende Pneumatik-Kit wird mit einem Ein/Aus-Schalter - Fingerventil geliefert.

Auf diese Weise können Sie die Luft für das System einschalten und den Luftdruck aus dem System ablassen.

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Stellen Sie sicher, dass die auf dem Ventil eingeprägten Pfeile vom Luftbehälter weg und zum System zeigen. Mit anderen Worten, der Pfeil sollte in die Richtung zeigen, in die sich die Luft bewegt.

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Wenn der Knopf mit dem Schlauch ausgerichtet ist, ist die Luft im System eingeschaltet.

Wenn der Knopf ständig quer zum Schlauch ausgerichtet ist, wird die Luft abgeschaltet und der Luftdruck von stromaufwärts im System abgelassen.

Luft kontrolle

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Doppeltwirkende Luftsteuerung

Das Magnetventil, Fwd, Reverse - 5/2-Einzelmagnetventil steuert den Luftstrom für die doppeltwirkenden Zylinder.

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Armaturen für Ventile, diese werden in die Anschlüsse des Magnetventils eingeschraubt.

Achten Sie darauf, dass Sie die Fittings beim Einschrauben in den Anschluss nicht überkreuzen.

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Schrauben Sie ein Anschlussstück in Anschluss A und Anschluss B oben am Ventil.

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Schrauben Sie ein Anschlussstück in den mit P gekennzeichneten Anschluss, wo der Luftdruck in das Ventil geleitet wird.

Lassen Sie die beiden mit R gekennzeichneten Anschlüsse offen, damit die Abluft entweichen kann.

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In der Standardeinstellung versorgt Port A den unteren Port des doppeltwirkenden Zylinders und Port B den oberen Port. Dadurch startet der Zylinder mit eingefahrener Stange.

Wenn es jedoch eine Bedingung gibt, in der es vorteilhaft ist, mit ausgefahrener Zylinderstange zu starten, können die beiden Anschlüsse umgeschaltet werden.

Die Magnetventile können mit Kabelbindern am Roboter befestigt werden. Hinweis: Decken Sie die Auslassöffnungen des Magnetventils nicht mit den Kabelbindern ab. In diesem Fall bewegt sich der Zylinder nicht.

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Oben auf dem Ventil befindet sich ein kleiner blauer Knopf, der mit einem kleinen Werkzeug wie einem Star Drive Key oder einem Stift gedrückt werden kann. Durch Drücken dieser Taste wird der Wert manuell geöffnet, um den Luftstrom zum Zylinder zu testen.

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Der Magnettreiber - Kabel mit Antrieb wird an einem Ende in das doppeltwirkende Magnetventil eingesteckt und stellt am anderen Ende eine Verbindung zum 3-Draht-Anschluss des V5 Robot Brain her.

Ein Verlängerungskabel kann zwischen dem Solenoid Driver und dem V5 Robot Brain verwendet werden, wenn mehr Länge erforderlich ist.

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Einfachwirkende Luftsteuerung

Magnet, Ein/Aus - 3/2 Magnetventil steuert die einfachwirkenden Zylinder.

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Die gleiche Art von Fittings für Ventile wird in die Anschlüsse des Magnetventils geschraubt.

Achten Sie auch hier darauf, dass Sie die Anschlüsse beim Einschrauben in den Anschluss nicht überkreuzen.

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Ein Anschlussstück in Anschluss A oben am Ventil einschrauben.

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Schrauben Sie ein Anschlussstück in den mit P gekennzeichneten Anschluss, wo der Luftdruck in das Ventil geleitet wird. Lassen Sie den mit R gekennzeichneten Anschluss offen, damit die Abluft entweichen kann.

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Anschluss A versorgt den unteren Anschluss des einfachwirkenden Zylinders.

Magnetventile können mit Kabelbindern am Roboter befestigt werden.

Hinweis: Decken Sie die Auslassöffnung des Magnetventils nicht mit den Kabelbindern ab. In diesem Fall bewegt sich der Zylinder nicht.

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Oben am Ventil befindet sich ein kleiner orangefarbener Knopf, der mit einem kleinen Werkzeug wie einem Star Drive Key oder einem Stift gedrückt werden kann. Durch Drücken dieser Taste wird der Wert manuell geöffnet, um den Luftstrom zum Zylinder zu testen.

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Der Magnettreiber - Kabel mit Antrieb wird an einem Ende in das einfachwirkende Magnetventil eingesteckt und stellt am anderen Ende eine Verbindung zum 3-Draht-Anschluss des V5 Robot Brain her.

Ein Verlängerungskabel kann zwischen dem Solenoid Driver und dem V5 Robot Brain verwendet werden, wenn mehr Länge erforderlich ist

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Sowohl der doppeltwirkende als auch der einfachwirkende Magnet können mit einem digitalen Ausgangsgerät in einem benutzerdefinierten VEXcode V5 -Projekt gesteuert werden .

Weitere Informationen zum Programmieren von Pneumatik finden Sie im Steuern der Pneumatik mithilfe der Tasten auf Ihrem Controller in der Knowledge Base.

Pneumatische Zylinder

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Doppeltwirkender Zylinder

Der Zylinder, bidirektional - doppeltwirkender Zylinder mit 10 mm Bohrung, hat an beiden Enden einen Anschluss.

Die Stange ist mit zwei Muttern gefädelt. Diese können verwendet werden, um das Zylinderstangengelenk zu befestigen.

Die Vorderseite des Zylinders ist mit einem Gewinde versehen und kann als alternative Methode zur Montage des Zylinders verwendet werden, indem ein Loch in eine Struktur gebohrt, der Zylinder eingesetzt und dann mit der Zylindermutter befestigt wird.

Wenn diese Befestigungsmethode nicht verwendet wird, kann die Mutter entfernt werden, um das Gewicht Ihres Roboters zu reduzieren.

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Der Durchflussmesser - M5 Winkelmesser mit Durchflusskontrolle kann in den oberen Anschluss des Zylinders geschraubt werden.

Der Durchflussmesser kann den Luftstrom durch den Zylinder steuern, der die Geschwindigkeit steuert, mit der die Zylinderstange aus- und eingefahren wird.

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Der Durchflussmesser kann eingestellt werden, indem der Innenring nach oben gedreht wird, um den Durchfluss zu erhöhen, oder nach unten, um den Durchfluss zu verringern. Der Ring kann mit einem Klingenschraubendreher gedreht werden.

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Das Fitting für Zylinder - M5-Stecker für Zylinder, kann in den unteren Anschluss des Zylinders geschraubt werden.

Wie bei allen Fittings ist darauf zu achten, dass das Fitting beim Einschrauben nicht überkreuzt wird.

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Das Zylinderstangengelenk kann an der Zylinderstange befestigt werden, indem es zwischen den beiden Muttern auf dem Gewindeteil der Stange platziert wird.

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Die Zylinderhalterung kann mit einer 1 Zoll #8-32 VEX-Schraube und einer Nylock-Mutter am Zylinder befestigt werden.

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Die Zylinderhalterung kann an einer Struktur des Roboters montiert werden. Das Zylinderstangengelenk kann mit einer Schraube oder einer Welle an dem zu bewegenden Bauteil befestigt werden.

Hinweis: Montieren Sie den Zylinder nicht so, dass eine seitliche Kraft auf die Zylinderstange ausgeübt wird. Wenn die Stange des Zylinders verbogen wird, funktioniert der Zylinder nicht.

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Einfachwirkender Zylinder

Der Zylinder - Einfachwirkender Federrücklaufzylinder mit 10 mm Bohrung hat einen Anschluss an seinem Ende.

Die Stange ist mit zwei Muttern gefädelt. Diese können verwendet werden, um das Zylinderstangengelenk zu befestigen.

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Das Fitting für Zylinder - M5-Stecker für Zylinder, kann in den unteren Anschluss des Zylinders geschraubt werden.

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Das Zylinderstangengelenk und die Zylinderhalterung können am einfachwirkenden Zylinder auf die gleiche Weise wie beim oben beschriebenen doppeltwirkenden Zylinder befestigt werden.

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Die Zylinderhalterung kann an einer Struktur des Roboters montiert werden. Das Zylinderstangengelenk kann mit einer Schraube oder einer Welle an dem zu bewegenden Bauteil befestigt werden.

Hinweis: Montieren Sie den Zylinder nicht so, dass eine seitliche Kraft auf die Zylinderstange ausgeübt wird. Wenn die Stange des Zylinders verbogen wird, funktioniert der Zylinder nicht.

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Pneumatikschläuche werden verwendet, um alle Geräte miteinander zu verbinden.

Es kann mit einer scharfen Universalschere auf Länge geschnitten werden.


Zwei Beispiellayouts für Pneumatik

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Ein Beispiellayout für den doppeltwirkenden Zylinder:

  1. Die Luft wird von einer Fahrradpumpe in das Schrader-Ventil des Luftbehälters gepumpt.
  2. Die Druckluft strömt aus der Armatur am anderen Ende des Behälters und in den Ein-Aus-Schalter.
  3. Vom Schalter aus speist die Druckluft den Druckregler.
  4. Vom Druckregler strömt die Luft in das doppeltwirkende Magnetventil.
  5. Abhängig vom Zustand des Magnetventils strömt die Luft entweder aus Anschluss B und in die Oberseite des Zylinders oder Luft strömt aus Anschluss A und in den Boden des Zylinders, der seine Stange verlängert.
  6. Das Magnetventil wird durch das Magnettreiberkabel gesteuert, das an den 3-adrigen Anschluss des V5 Robot Brain angeschlossen ist

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Ein Beispiellayout für den einfachwirkenden Zylinder:

  1. Die Luft wird von einer Fahrradpumpe in das Schrader-Ventil des Luftbehälters gepumpt.
  2. Die Druckluft strömt aus der Armatur am anderen Ende des Behälters und in den Druckregler.
  3. Vom Druckregler strömt die Luft in das einfachwirkende Magnetventil.
  4. Abhängig vom Zustand des Magnetventils strömt die Luft entweder aus Anschluss A aus oder Luft strömt aus Anschluss A und in den Boden des Zylinders, der seine Stange verlängert.
  5. Das Magnetventil wird durch das Magnettreiberkabel gesteuert, das an den 3-adrigen Anschluss des V5 Robot Brain angeschlossen ist

Berechnung der Kraft von Zylindern

Die Gleichung zur Berechnung der Ausgangskraft für einen bestimmten Druck lautet:

(Querschnittsfläche des Zylinders) x (Innenluftdruck) = Kraft

Die Zylinderbohrung der VEX Pneumatikzylinder beträgt 0,39 Zoll (10 mm). Daraus können wir die Querschnittsfläche des Zylinders berechnen, indem wir die Gleichung für die Fläche eines Kreises verwenden:

(Durchmesser / 2)² x π = Fläche

Da uns die Zylinderbohrung (Innendurchmesser) gegeben ist und wir wissen, dass Pi ≈ 3,14 ist, können wir die Fläche berechnen zu:

(0,39 Zoll / 2)² x 3,14 = 0,12 Zoll²

Wir können diese Zahl nun in unsere ursprüngliche Gleichung einsetzen und die Zylinderausgangskraft berechnen:

0,12 in² x 100 psi = 12 Pfund Kraft (bei 100 psi)


Sicherheitsrichtlinien bei der Arbeit mit Pneumatik finden Sie unter Vorsichtsmaßnahmen und Sicherheitsrichtlinien bei der Arbeit mit VEX V5-Robotern.

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