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
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.
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
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.
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.
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 Reservoir verfügt über zwei Anschlüsse. Einer an jedem Ende. Diese Gewindeanschlüsse nehmen das Schrader-Reifenpumpenventil oder den Behälteranschluss auf.
Der Behälter kann am Roboter befestigt werden, indem -Zoll-Kabelbinder um den Behälter und ein Strukturteil gewickelt werden.
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.
Beim Reifenpumpenanschluss (Schrader-Reifenpumpenventil) wird eine Luftpumpe angebracht/abgenommen, um das pneumatische System unter Druck zu setzen.
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.
Der Kern des Schrader-Reifenpumpenventils kann hineingedrückt werden, um den Druck aus dem System abzulassen.
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
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“-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.
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.
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.
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.
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
Doppeltwirkende Luftsteuerung
Das Magnet-, Vorwärts-, Rückwärts-5/2-Einzelmagnetventil steuert den Luftstrom für die doppeltwirkenden Zylinder.
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.
Schrauben Sie jeweils ein Anschlussstück in Anschluss A und B an der Oberseite des Ventils.
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.
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.
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.
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.
Einfachwirkende Luftsteuerung
Magnet, Ein/Aus – 3/2-Magnetventil steuert die einfachwirkenden Zylinder.
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.
Schrauben Sie ein Anschlussstück in Anschluss A oben am Ventil.
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.
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.
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.
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
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
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.
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.
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.
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.
Der Zylinderstangenzapfen kann an der Zylinderstange befestigt werden, indem er zwischen den beiden Muttern am Gewindeteil der Stange platziert wird.
Die Zylinderhalterung kann mit einer 1-Zoll #8-32 VEX-Schraube und einer Nylock-Mutter am Zylinder befestigt werden.
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.
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.
Das Fitting für Zylinder – M5-Stecker für Zylinder, kann in den unteren Anschluss des Zylinders geschraubt werden.
Der Zylinderstangenzapfen und die Zylinderhalterung können am einfachwirkenden Zylinder auf die gleiche Weise wie am oben beschriebenen doppeltwirkenden Zylinder befestigt werden.
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.
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
Ein Beispiellayout für den doppeltwirkenden Zylinder:
- Luft wird von einer Fahrradpumpe in das Schrader-Ventil des Luftbehälters gepumpt.
- Die Druckluft strömt aus dem Anschluss am anderen Ende des Behälters in den Ein-Aus-Schalter.
- Vom Schalter aus wird die Druckluft dem Druckregler zugeführt.
- Vom Druckregler strömt die Luft in das doppeltwirkende Magnetventil.
- 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.
- Das Magnetventil wird über das Magnettreiberkabel gesteuert, das an den 3-Draht-Anschluss des V5 Robot Brain angeschlossen ist
Ein Beispiellayout für den einfachwirkenden Zylinder:
- Luft wird von einer Fahrradpumpe in das Schrader-Ventil des Luftbehälters gepumpt.
- Die Druckluft strömt aus dem Anschluss am anderen Ende des Behälters in den Druckregler.
- Vom Druckregler strömt die Luft in das einfachwirkende Magnetventil.
- 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.
- 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.