Legacy – Erste Schritte mit der Pneumatik mit dem V5-System

Pneumatik ist eine sehr effiziente Möglichkeit, lineare Bewegungen zu erzeugen. Pneumatikzylinder sind sehr effektiv zum Aktivieren von Klauen, zum Schalten von Gängen zwischen Getriebesystemen und für viele andere Anwendungen. Darüber hinaus fügt die Pneumatik Ihrem Roboter eine weitere Energiequelle hinzu, macht die Arbeit damit sehr angenehm und vermittelt Kenntnisse über pneumatische Systeme, die in der Industrie weit verbreitet sind.

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

Hinweis: VEX Robotics Competition (VRC/VEX U/VEX AI)-Teams, die Pneumatik verwenden möchten, müssen die Roboterregeln zu pneumatischen Systemen im Spielhandbuchsorgfältig lesen.


Wie Pneumatik funktioniert

Ein Barometer als Beispiel für ein Gerät zur Messung des Luftdrucks.

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

Das grundlegende pneumatische System besteht aus einem Vorratstank, in dem der Luftdruck mit der Fahrradpumpe aufgepumpt werden kann, Pneumatikschläuchen zum Verbinden der Geräte, einem Ventil zur Steuerung der Druckentlastung und einem Pneumatikzylinder.

Schema eines doppeltwirkenden Pneumatikzylinders mit einer Kolbenstange, die mittels eines Lufteinlass- und eines Luftauslassanschlusses aus- und eingefahren wird. Hier wird die Kolbenstange verlängert.

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

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

Schema eines doppeltwirkenden pneumatischen Zylinders mit einer Kolbenstange, die mittels eines Lufteinlass- und eines Luftauslassanschlusses aus- und eingefahren wird. Hier wird die Kolbenstange zurückgezogen.

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

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

Schema eines einfachwirkenden pneumatischen Zylinders mit einer Kolbenstange, die mittels eines Lufteinlasses und einer Feder aus- und eingefahren wird.

Ein einfach wirkender Pneumatikzylinder funktioniert größtenteils auf die gleiche Weise, mit der Ausnahme, dass eine Feder den Kolben/die Kolbenstange zurückdrückt. Ein einfachwirkender Zylinder hat nur einen Anschluss/Anschluss, durch den die Luft ein- und ausströmen kann.

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


Pneumatikkomponenten

Luftlagerung

Bei der Luftspeicherung werden sowohl bei den doppeltwirkenden Zylindern als auch bei den einfachwirkenden Zylindern im Wesentlichen die gleichen Komponenten verwendet.

Luftreservoir-Teil.

Luftbehälter – Behälter, 1-1/2" x 4", mit 1/8"NPT & M5-Anschluss – US14227-S0400

Im Luftreservoir wird die Luft für das Pneumatiksystem gespeichert.

Hinweis: Zur Gewichtsreduzierung können die Endmuttern vom Behälter entfernt werden.

Das Ventil der Scrader-Reifenpumpe ist auf dem Luftbehälter abgebildet.

Der Anschluss für den Luftbehälter ist abgebildet.

Das Reservoir verfügt über zwei Anschlüsse. Einer an jedem Ende. Diese Gewindeanschlüsse nehmen das Schrader-Reifenpumpenventil oder den Behälteranschluss auf.

11-Zoll-Kabelbinderstück.

Der Behälter kann am Roboter befestigt werden, indem -Zoll-Kabelbinder um den Behälter und ein Strukturteil gewickelt werden.

Stahlstangenstück.

Der Behälter kann auch am Roboter befestigt werden, indem man eine Stahlstange um den Behälter wickelt und eine Schraube durch die Löcher steckt, an denen die beiden Seiten der Stange zusammentreffen. Auf die Schraube kann eine Mutter aufgesetzt werden, die eine Klemme bildet.

Anschlussstück für Reifenpumpe.

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

Anschlussstück für Reifenpumpe mit einer Lage Teflonband um das Gewinde für eine luftdichte Abdichtung.

Rolle Teflonband.

Eine einzelne Lage Teflonband kann um das Gewinde des Anschlussstücks gewickelt werden, bevor es in den Anschluss des Luftbehälters eingeschraubt wird. Dies trägt zu einer luftdichten Versiegelung bei.

Weitere Informationen zum Erstellen luftdichter Dichtungen finden Sie im Artikel Verhindern von Luftlecks in einem VEX-Pneumatiksystem in der VEX-Bibliothek.

Pfeil, der anzeigt, dass ein Ende des Reifenpumpenanschlusses heruntergedrückt werden kann, um den Druck abzulassen.

Der Kern des Schrader-Reifenpumpenventils kann hineingedrückt werden, um den Druck aus dem System abzulassen.

Anschlussstück für das Reservoir.

Das Anschlussstück für den Luftbehälter ist mit diesem verbunden.

In den Anschluss für den Behälter wird der Pneumatikschlauch eingeführt, der den Luftdruck an den Rest des Systems weiterleitet.

Das Gewinde der Armatur ist bereits mit Teflon beschichtet, um Luftlecks zu reduzieren

Pfeile zeigen an, dass der äußere Kragen des Anschlussstücks für den Ausgleichsbehälter nach unten gedrückt werden kann, um das Anschlussstück zu entfernen.

Alle Pneumatik-Schlauchverschraubungen nehmen den Schlauch auf, indem sie ihn einfach bis zum Anschlag in die Verschraubung einführen.

Um den Schlauch zu lösen, muss der äußere Kragen in Richtung der Verschraubung gedrückt werden und dann kann der Schlauch entfernt werden.

T-Stück.

„T“-Anschluss – „T“-Anschluss für Ventile. Dieses „T“-Anschlussstück ermöglicht die Aufteilung der Luftzufuhr, um zwei Ventile zu versorgen.

Hinweis: Die Armatur kann auch zur Steuerung von zwei einfachwirkenden Zylindern mit einem Wert verwendet werden.

Druckreglerteil mit einer Abbildung, die Ein- und Ausgang sowie die Drehrichtung des Reglers zur Steuerung des Luftdrucks zeigt.

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

Der Druck wird durch Drehen, Ein- und Ausfahren des Schafts eingestellt.

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

Ein-/Ausschalter.

Das doppelt wirkende Pneumatik-Kit wird mit einem Ein-/Ausschalter – Fingerventil – geliefert.

Dadurch können Sie die Luft für das System einschalten und den Luftdruck aus dem System ablassen.

Auf dem Ein-/Ausschalter sind geprägte Pfeile angebracht, um dessen Ausrichtung anzuzeigen.

Auf dem Ein-/Ausschalter ist ein geprägter Pfeil hervorgehoben, der auf den Eingang hinweist.

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.

Schematische Darstellung des Ein-/Ausschalters mit einem Beispiel für den Luftstrom im geöffneten und geschlossenen Zustand.

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

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

Luft kontrolle

Doppeltwirkendes Magnetventil zur Luftsteuerung.

Doppeltwirkende Luftsteuerung

Das Magnet-, Vorwärts-, Rückwärts-5/2-Einzelmagnetventil steuert den Luftstrom für die doppeltwirkenden Zylinder.

Anschlussstück für Ventil.

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

Achten Sie darauf, die Gewinde der Anschlüsse beim Einschrauben in den Anschluss nicht zu verkanten.

Pfeile zeigen an, dass die Anschlüsse in Port A und Port B am Ventilkörper eingeschraubt werden sollen.

Schrauben Sie jeweils ein Anschlussstück in Anschluss A und B an der Oberseite des Ventils.

Die Anschlüsse für Luftauslass und Lufteinlass sind am Ventilteil hervorgehoben.

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.

Anschlüsse für Ventilteile werden an den Öffnungen des Ventilteils angebracht.

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

Wenn jedoch ein Zustand vorliegt, bei dem es vorteilhaft ist, mit ausgefahrener Zylinderstange zu beginnen, können die beiden Anschlüsse vertauscht 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.

Ein kleiner blauer runder Knopf oben auf dem Ventil ist hervorgehoben.

Oben am 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.

Doppeltwirkendes Magnetventilteil mit angeschlossenem 3-adrigem Kabel (hervorgehoben).

3-adriges Kabelstück.

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

Wenn eine größere Länge erforderlich ist, kann zwischen dem Solenoid-Treiber und dem V5 Robot Brain ein Verlängerungskabel verwendet werden.

Einfachwirkendes Luftregelventil.

Einfachwirkende Luftsteuerung

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

Anschlussstück für Ventil.

Die gleichen Ventilanschlüsse werden in die Anschlüsse des Magnetventils eingeschraubt.

Achten Sie auch hier darauf, die Gewinde der Anschlüsse beim Einschrauben in den Anschluss nicht zu verkanten.

Pfeil, der anzeigt, dass ein Anschlussstück in Anschluss A am Ventilkörper eingeschraubt werden soll.

Schrauben Sie ein Anschlussstück in Anschluss A oben am Ventil.

Die Anschlüsse für Luftauslass und Lufteinlass sind am Ventilteil hervorgehoben.

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.

Anschlüsse für Ventilteile werden an den Öffnungen des Ventilteils angebracht.

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.

Ein kleiner orangefarbener runder Knopf oben auf dem Ventil ist hervorgehoben.

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.

Einfachwirkendes Magnetventil mit angeschlossenem 3-adrigem Kabel (hervorgehoben).

3-adriges Kabelstück.

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

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

VEXcode V5 Digital Out-Option von den 3-Draht-Geräten, wie im Menü „Gerät hinzufügen“ zu sehen.

Sowohl der doppeltwirkende als auch der einfachwirkende Magnet können mithilfe eines digitalen Ausgangsgeräts in einem benutzerdefinierten VEXcode V5 -Projekt gesteuert werden.

Weitere Informationen zum Programmieren von Pneumatik finden Sie im ArtikelSteuern von Pneumatik mithilfe von Tasten auf Ihrem Controller in der VEX-Bibliothek.

Pneumatikzylinder

Doppeltwirkendes Zylinderteil.

Doppeltwirkender Zylinder

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

Die Stange ist mit zwei Muttern verschraubt. Diese können zur Befestigung des Zylinderstangengelenks verwendet werden.

Die Vorderseite des Zylinders ist mit einem Gewinde versehen und kann als alternative Methode zur Montage des Zylinders verwendet werden, indem ein Loch in ein Strukturstück 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.

Durchflussmesser-Bauteil.

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

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

Durchflussmesserteil mit hervorgehobenem Innenring.

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 Schlitzschraubendreher gedreht werden.

Passstück für Zylinderteil.

Doppeltwirkendes Zylinderbauteil mit einem an einem Anschluss befestigten Durchflussmesser und einem an einem der anderen Anschlüsse angebrachten Anschlussstück.

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

Wie bei allen Fittings muss beim Einschrauben darauf geachtet werden, dass sich das Gewinde des Fittings nicht verkantet.

Drehzapfen an einem Zylinder.

Nahaufnahme des Zylinderstangen-Drehgelenks.

Der Zylinderstangenzapfen kann an der Zylinderstange befestigt werden, indem er zwischen den beiden Muttern am Gewindeteil der Stange platziert wird.

Zylinderbefestigungsteil.

Zylinderbefestigungsteil an einem Zylinder angebracht.

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

Das Zylinderbefestigungsteil ist an einem Zylinder angebracht, wobei die Bohrung zur Befestigung an einer Schraube oder Welle hervorgehoben ist.

Die Zylinderhalterung kann an einem Strukturstück des Roboters montiert werden. Der Zylinderstangenzapfen kann mit einer Schraube oder einer Welle an der Komponente befestigt werden, die bewegt werden soll.

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

Einfachwirkendes Zylinderteil.

Einfachwirkender Zylinder

Der Zylinder – einfachwirkender Federrückstellzylinder mit 10 mm Bohrung hat an seinem Ende einen Anschluss.

Die Stange ist mit zwei Muttern verschraubt. Diese können zur Befestigung des Zylinderstangengelenks verwendet werden.

Passstück für Zylinderteil.

Ein einfachwirkender Zylinder ist mit einem an einem seiner Anschlüsse befestigten Anschlussstück abgebildet.

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

Nahaufnahme des Zylinderstangen-Drehgelenks.

Nahaufnahme des Zylinderhalterungsteils.

Der Zylinderstangenzapfen und die Zylinderhalterung können am einfachwirkenden Zylinder auf die gleiche Weise wie am oben beschriebenen doppeltwirkenden Zylinder befestigt werden.

Zylinder mit einem Zylinderhalterungsteil und einem daran befestigten Zylinderstangen-Drehgelenk.

Die Zylinderhalterung kann an einem Strukturstück des Roboters montiert werden. Der Zylinderstangenzapfen kann mit einer Schraube oder einer Welle an der Komponente befestigt werden, die bewegt werden soll.

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

Pneumatikschlauchstück.

Um alle Geräte miteinander zu verbinden, werden Pneumatikschläuche verwendet.

Es kann mit einer scharfen Universalschere auf die richtige Länge zugeschnitten werden.


Zwei Beispiellayouts für Pneumatik

Beispielhafte pneumatische Anordnung für ein doppeltwirkendes Zylindersystem.

Ein Beispiellayout für den doppeltwirkenden Zylinder:

  1. Luft wird von einer Fahrradpumpe in das Schrader-Ventil des Luftbehälters gepumpt.
  2. Die Druckluft strömt aus dem Anschluss am anderen Ende des Behälters in den Ein-Aus-Schalter.
  3. Vom Schalter aus wird die Druckluft dem Druckregler zugeführt.
  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 die Luft strömt aus Anschluss A und in die Unterseite des Zylinders, wobei die Stange verlängert wird.
  6. Das Magnetventil wird über das Magnettreiberkabel gesteuert, das an den 3-Draht-Anschluss des V5 Robot Brain angeschlossen ist

Beispielhafte pneumatische Schaltung für einen einfachwirkenden Zylinder.

Ein Beispiellayout für den einfachwirkenden Zylinder:

  1. Luft wird von einer Fahrradpumpe in das Schrader-Ventil des Luftbehälters gepumpt.
  2. Die Druckluft strömt aus dem Anschluss am anderen Ende des Behälters in den Druckregler.
  3. Vom Druckregler strömt die Luft in das einfachwirkende Magnetventil.
  4. Abhängig vom Zustand des Magnetventils entweicht die Luft entweder aus Anschluss A oder sie strömt aus Anschluss A in den Boden des Zylinders und verlängert dessen Stange.
  5. Das Magnetventil wird über das Magnettreiberkabel gesteuert, das an den 3-Draht-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 wie folgt berechnen:

 (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 Zoll² x 100 psi = 12 Pfund Kraft (bei 100 psi)


Sicherheitsrichtlinien für die Arbeit mit Pneumatik finden Sie unter Vorsichtsmaßnahmen und Sicherheitsrichtlinien für die Arbeit mit VEX V5-Robotern.

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