Τα πνευματικά συστήματα είναι ένας πολύ αποτελεσματικός τρόπος δημιουργίας γραμμικής κίνησης. Οι πνευματικοί κύλινδροι είναι πολύ αποτελεσματικοί για την ενεργοποίηση των δαγκάνων, την αλλαγή ταχυτήτων μεταξύ συστημάτων γραναζιών και πολλές άλλες εφαρμογές. Επιπλέον, τα πνευματικά συστήματα προσθέτουν μια ακόμη πηγή ενέργειας στο ρομπότ σας, είναι πολύ διασκεδαστικά στην εργασία και θα σας παρέχουν γνώσεις σχετικά με τα πνευματικά συστήματα που χρησιμοποιούνται ευρέως στη βιομηχανία.
Όταν οι πνευματικοί κύλινδροι ενεργοποιούνται, είτε εκτείνονται πλήρως είτε συμπτύσσονται πλήρως.
Σημείωση: Οι ομάδες του Διαγωνισμού Ρομποτικής VEX (VRC/VEX U/VEX AI) που σκοπεύουν να χρησιμοποιήσουν πνευματικά συστήματα πρέπει να διαβάσουν προσεκτικά τους Κανόνες Ρομπότ σχετικά με τα πνευματικά συστήματα στο Εγχειρίδιο Παιχνιδιού.
Πώς Λειτουργούν τα Πνευματικά
Τα πνευματικά συστήματα λειτουργούν χρησιμοποιώντας πίεση αέρα. Αυτό μπορεί να δημιουργηθεί με κάτι τόσο απλό όσο μια αντλία ελαστικών ποδηλάτου.
Το βασικό πνευματικό σύστημα χρησιμοποιεί μια δεξαμενή αποθήκευσης στην οποία η πίεση αέρα μπορεί να αντληθεί με την αντλία ποδηλάτου, πνευματικούς σωλήνες για τη σύνδεση των συσκευών, μια βαλβίδα για τον έλεγχο της απελευθέρωσης της πίεσης και έναν πνευματικό κύλινδρο.
Ένας πνευματικός κύλινδρος διπλής ενέργειας λειτουργεί όταν μια βαλβίδα απελευθερώνει πίεση αέρα στο κάτω μέρος του κυλίνδρου. Η πίεση του αέρα πιέζει την επιφάνεια ενός εσωτερικού εμβόλου, γεγονός που αναγκάζει το έμβολο και τη ράβδο εμβόλου να βγουν από τον κύλινδρο.
Καθώς το έμβολο/βάκτρο εμβόλου κινείται προς τα έξω, ο αέρας εξαγωγής ρέει έξω από το πάνω μέρος του κυλίνδρου
Η βαλβίδα μπορεί επίσης να ρυθμιστεί ώστε να απελευθερώνει πίεση αέρα στην κορυφή του κυλίνδρου. Όταν συμβαίνει αυτό, η πίεση του αέρα ωθεί το έμβολο και τη ράβδο του εμβόλου πίσω στον κύλινδρο.
Καθώς το έμβολο/βάκτρο εμβόλου κινείται προς τα μέσα, ο αέρας εξαγωγής ρέει έξω από το κάτω μέρος του κυλίνδρου.
Ένας πνευματικός κύλινδρος απλής ενέργειας λειτουργεί ως επί το πλείστον με τον ίδιο τρόπο, με την εξαίρεση ότι ένα ελατήριο ωθεί το έμβολο/βέρβα εμβόλου πίσω προς τα μέσα. Ένας κύλινδρος μονής ενέργειας έχει μόνο μία θύρα/εξάρτημα για την είσοδο και την έξοδο του αέρα.
Για περισσότερες πληροφορίες σχετικά με τα διαθέσιμα κιτ πνευματικών συστημάτων για το σύστημα V5, ανατρέξτε στο άρθρο Επιλογή κιτ πνευματικών συστημάτων για το σύστημα V5 από τη Βιβλιοθήκη VEX.
Εξαρτήματα Πνευματικών Συστημάτων
Αποθήκευση αέρα
Η αποθήκευση αέρα, τόσο για τους κυλίνδρους διπλής ενέργειας όσο και για τους κυλίνδρους απλής ενέργειας, χρησιμοποιεί ουσιαστικά τα ίδια εξαρτήματα.
Δεξαμενή αέρα - Δεξαμενή, 1-1/2" X 4", με θύρα 1/8"NPT & M5 - US14227-S0400
Η δεξαμενή αέρα είναι το σημείο όπου αποθηκεύεται ο αέρας για το πνευματικό σύστημα.
Σημείωση: Τα ακραία παξιμάδια μπορούν να αφαιρεθούν από τη δεξαμενή για μείωση του βάρους.
Η δεξαμενή έχει δύο θύρες. Ένα σε κάθε άκρο. Αυτές οι σπειροειδείς θύρες θα δέχονται τη βαλβίδα αντλίας ελαστικών Schrader ή το εξάρτημα ρεζερβουάρ.
Η δεξαμενή μπορεί να συνδεθεί στο ρομπότ τυλίγοντας 11” Zip Ties γύρω από τη δεξαμενή και ένα δομικό κομμάτι.
Η τοποθέτηση αντλίας ελαστικών (βαλβίδα αντλίας ελαστικών Schrader) είναι το σημείο όπου συνδέεται/αποσυνδέεται μια αντλία αέρα για να ασκεί πίεση στο πνευματικό σύστημα.
Ένα μόνο στρώμα ταινίας τεφλόν μπορεί να τυλιχθεί γύρω από τα σπειρώματα του εξαρτήματος πριν το βιδώσετε στη θύρα της δεξαμενής αέρα. Αυτό θα βοηθήσει στην αεροστεγή σφράγιση.
Για περισσότερες πληροφορίες σχετικά με τη δημιουργία αεροστεγών στεγανοποιήσεων, ανατρέξτε στο άρθρο Πρόληψη διαρροής αέρα σε πνευματικό σύστημα VEX από τη βιβλιοθήκη VEX.
Ο πυρήνας της βαλβίδας αντλίας ελαστικών Schrader μπορεί να πιεστεί προς τα μέσα για να απελευθερωθεί η πίεση από το σύστημα.
Το εξάρτημα για τη δεξαμενή είναι το σημείο όπου εισάγεται ο πνευματικός σωλήνας, ο οποίος θα τροφοδοτήσει την πίεση αέρα στο υπόλοιπο σύστημα.
Τα σπειρώματα του εξαρτήματος διαθέτουν ήδη τεφλόν για τη μείωση των διαρροών αέρα
Όλα τα εξαρτήματα πνευματικών σωληνώσεων δέχονται τον σωλήνα απλώς εισάγοντάς τον στο εξάρτημα μέχρι να σταματήσει.
Για να απελευθερώσετε τον σωλήνα, το εξωτερικό κολάρο πρέπει να πιεστεί προς τα μέσα προς το εξάρτημα και στη συνέχεια ο σωλήνας μπορεί να αφαιρεθεί.
Σύνδεση "T" - Σύνδεση "T" για βαλβίδες. Αυτό το εξάρτημα "Τ" θα επιτρέψει τον διαχωρισμό της τροφοδοσίας αέρα για την τροφοδοσία δύο βαλβίδων.
Σημείωση: το εξάρτημα μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για τον έλεγχο δύο κυλίνδρων απλής δράσης με μία τιμή.
Ο ρυθμιστής πίεσης - μίνι ρυθμιστής με εξαρτήματα 4 mm μπορεί να ρυθμίσει την πίεση του αέρα που ρέει κατάντη στο σύστημα.
Η πίεση ρυθμίζεται περιστρέφοντας το στέλεχος, μετακινώντας το προς τα μέσα ή μετακινώντας το προς τα έξω.
Με το στέλεχος στραμμένο εντελώς προς τα έξω, η πίεση του αέρα θα είναι η υψηλότερη. Η ποσότητα της πίεσης του αέρα καθορίζει την ποσότητα δύναμης που θα ασκήσει ο κύλινδρος.
Το κιτ πνευματικών συστημάτων διπλής ενέργειας διαθέτει διακόπτη ενεργοποίησης/απενεργοποίησης - βαλβίδα δακτύλου.
Αυτό θα σας επιτρέψει να ενεργοποιήσετε την παροχή αέρα στο σύστημα και να απελευθερώσετε την πίεση αέρα από αυτό.
Βεβαιωθείτε ότι τα ανάγλυφα βέλη στη βαλβίδα δείχνουν μακριά από τη δεξαμενή αέρα και προς το σύστημα. Με άλλα λόγια, το βέλος πρέπει να είναι στραμμένο προς την κατεύθυνση που θα κινείται ο αέρας.
Όταν το κουμπί είναι ευθυγραμμισμένο με τον σωλήνα, ο αέρας είναι ενεργοποιημένος στο σύστημα.
Όταν το κουμπί είναι ευθυγραμμισμένο συνεχώς με τον σωλήνα, ο αέρας απενεργοποιείται και απελευθερώνει την πίεση του αέρα από την ανάντη ροή του συστήματος.
Έλεγχος Αέρα
Διπλός έλεγχος αέρα
Η ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα, εμπρός, όπισθεν - 5/2 ελέγχει τη ροή αέρα για τους κυλίνδρους διπλής ενέργειας.
Εξαρτήματα για βαλβίδες, αυτά βιδώνονται στις θύρες της ηλεκτρομαγνητικής βαλβίδας.
Προσέξτε να μην σπείρετε σταυρωτά τα εξαρτήματα καθώς βιδώνονται στη θύρα.
Βιδώστε ένα εξάρτημα στη θύρα Α και στη θύρα Β στο πάνω μέρος της βαλβίδας.
Βιδώστε ένα εξάρτημα στη θύρα με την ένδειξη P, όπου η πίεση αέρα θα τροφοδοτήσει τη βαλβίδα.
Αφήστε τις δύο θύρες με την ένδειξη R ανοιχτές για να επιτρέψετε την απελευθέρωση του αέρα εξαγωγής.
Στην προεπιλεγμένη ρύθμιση, η Θύρα Α θα τροφοδοτεί την κάτω θύρα του κυλίνδρου διπλής ενέργειας και η Θύρα Β θα τροφοδοτεί την επάνω θύρα. Αυτό θα έχει ως αποτέλεσμα ο κύλινδρος να ξεκινά με τη ράβδο ανασυρμένη.
Ωστόσο, εάν υπάρχει μια συνθήκη όπου είναι πλεονεκτικό να ξεκινήσετε με τη ράβδο του κυλίνδρου εκτεταμένη, οι δύο θύρες μπορούν να αλλάξουν.
Οι ηλεκτρομαγνητικές βαλβίδες μπορούν να συνδεθούν στο ρομπότ χρησιμοποιώντας φερμουάρ. Σημείωση: Μην καλύπτετε τις θύρες εξαγωγής του ηλεκτρομαγνητικού πηνίου με τα φερμουάρ. Εάν συμβεί αυτό, ο κύλινδρος δεν θα κινηθεί.
Υπάρχει ένα μικρό μπλε κουμπί στο πάνω μέρος της βαλβίδας το οποίο μπορεί να πατηθεί χρησιμοποιώντας ένα μικρό εργαλείο όπως ένα κλειδί Star Drive ή ένα στυλό. Πατώντας αυτό το κουμπί, θα ανοίξει χειροκίνητα η τιμή για να ελεγχθεί η ροή αέρα προς τον κύλινδρο.
Ο οδηγός ηλεκτρομαγνητικής βαλβίδας - Καλώδιο με κίνηση, συνδέεται στη διπλής ενέργειας ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα στο ένα άκρο και παρέχει σύνδεση με τη θύρα 3 καλωδίων στον εγκέφαλο ρομπότ V5 στο άλλο άκρο.
Ένα καλώδιο επέκτασης μπορεί να χρησιμοποιηθεί μεταξύ του οδηγού ηλεκτρομαγνητικής βαλβίδας και του εγκεφάλου ρομπότ V5 εάν απαιτείται μεγαλύτερο μήκος.
Μονοενεργός έλεγχος αέρα
Ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα, On/Off - 3/2 ελέγχει τους κυλίνδρους απλής δράσης.
Ο ίδιος τύπος εξαρτημάτων για βαλβίδες βιδώνεται στις θύρες της ηλεκτρομαγνητικής βαλβίδας.
Και πάλι, προσέξτε να μην περάσετε σταυρωτά τα εξαρτήματα καθώς βιδώνονται στη θύρα.
Βιδώστε ένα εξάρτημα στη θύρα Α στο πάνω μέρος της βαλβίδας.
Βιδώστε ένα εξάρτημα στη θύρα με την ένδειξη P, όπου η πίεση αέρα θα τροφοδοτήσει τη βαλβίδα. Αφήστε την θύρα με την ένδειξη R ανοιχτή για να επιτρέψετε την απελευθέρωση του αέρα εξαγωγής.
Η θύρα Α θα τροφοδοτήσει την κάτω θύρα του κυλίνδρου απλής ενέργειας.
Οι ηλεκτρομαγνητικές βαλβίδες μπορούν να συνδεθούν στο ρομπότ χρησιμοποιώντας φερμουάρ.
Σημείωση: Μην καλύπτετε την θύρα εξαγωγής του ηλεκτρομαγνητικού πηνίου με τα φερμουάρ. Εάν συμβεί αυτό, ο κύλινδρος δεν θα κινηθεί.
Υπάρχει ένα μικρό πορτοκαλί κουμπί στο πάνω μέρος της βαλβίδας το οποίο μπορεί να πατηθεί χρησιμοποιώντας ένα μικρό εργαλείο όπως ένα κλειδί Star Drive ή ένα στυλό. Πατώντας αυτό το κουμπί, θα ανοίξει χειροκίνητα η τιμή για να ελεγχθεί η ροή αέρα προς τον κύλινδρο.
Ο οδηγός ηλεκτρομαγνητικής βαλβίδας - Καλώδιο με κίνηση, συνδέεται στη μονοενεργή ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα στο ένα άκρο και παρέχει σύνδεση με τη θύρα 3 καλωδίων στον εγκέφαλο ρομπότ V5 στο άλλο άκρο.
Ένα καλώδιο επέκτασης μπορεί να χρησιμοποιηθεί μεταξύ του οδηγού ηλεκτρομαγνητικής βαλβίδας και του εγκεφάλου ρομπότ V5 εάν απαιτείται μεγαλύτερο μήκος
Τόσο η διπλή όσο και η απλής ενέργειας ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα μπορούν να ελεγχθούν χρησιμοποιώντας μια ψηφιακή συσκευή εξόδου σε ένα προσαρμοσμένο έργο VEXcode V5.
Για περισσότερες πληροφορίες σχετικά με τον προγραμματισμό πνευματικών συστημάτων, ανατρέξτε στο άρθροΈλεγχος πνευματικών συστημάτων χρησιμοποιώντας κουμπιά στον ελεγκτή σας από τη Βιβλιοθήκη VEX.
Πνευματικοί Κύλινδροι
Κύλινδρος διπλής ενέργειας
Ο κύλινδρος, αμφίδρομος - διπλής ενέργειας, διαμέτρου 10 mm, έχει θύρα και στα δύο άκρα.
Η ράβδος είναι σπειρωμένη με δύο παξιμάδια. Αυτά μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη σύνδεση του άξονα της ράβδου κυλίνδρου.
Το μπροστινό μέρος του κυλίνδρου είναι σπειροειδές και μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως εναλλακτική μέθοδος για την τοποθέτηση του κυλίνδρου, ανοίγοντας μια τρύπα σε ένα κομμάτι της κατασκευής, εισάγοντας τον κύλινδρο και στη συνέχεια ασφαλίζοντας με το παξιμάδι του κυλίνδρου.
Εάν δεν χρησιμοποιείται αυτή η μέθοδος σύνδεσης, το παξιμάδι μπορεί να αφαιρεθεί για να μειωθεί το βάρος του ρομπότ σας.
Ο μετρητής ροής - M5 αγκώνας μετρητής ελέγχου ροής, μπορεί να βιδωθεί στην επάνω θύρα του κυλίνδρου.
Ο μετρητής ροής μπορεί να ελέγξει τη ροή του αέρα μέσω του κυλίνδρου, η οποία θα ελέγχει την ταχύτητα με την οποία η ράβδος του κυλίνδρου θα εκτείνεται και θα συμπτύσσεται.
Ο μετρητής ροής μπορεί να ρυθμιστεί περιστρέφοντας τον εσωτερικό δακτύλιο προς τα πάνω για να αυξήσετε τη ροή ή προς τα κάτω για να τη μειώσετε. Ο δακτύλιος μπορεί να περιστραφεί χρησιμοποιώντας ένα κατσαβίδι με λεπίδα.
Το εξάρτημα για κυλίνδρους - Αρσενικός σύνδεσμος M5 για κυλίνδρους, μπορεί να βιδωθεί στην κάτω θύρα του κυλίνδρου.
Όπως με όλα τα εξαρτήματα, πρέπει να προσέξετε να μην υπάρχει σταυρωτό σπείρωμα στο εξάρτημα καθώς βιδώνεται.
Ο άξονας της ράβδου κυλίνδρου μπορεί να στερεωθεί στη ράβδο του κυλίνδρου τοποθετώντας τον ανάμεσα στα δύο παξιμάδια στο σπειροειδές τμήμα της ράβδου.
Η βάση του κυλίνδρου μπορεί να στερεωθεί στον κύλινδρο χρησιμοποιώντας μια βίδα VEX #8-32 1 ίντσας και ένα παξιμάδι nylock.
Η βάση κυλίνδρου μπορεί να τοποθετηθεί σε ένα δομικό στοιχείο του ρομπότ. Ο άξονας της ράβδου κυλίνδρου μπορεί να στερεωθεί στο εξάρτημα από το οποίο θα κινηθεί χρησιμοποιώντας μια βίδα ή έναν άξονα.
Σημείωση: Μην τοποθετείτε τον κύλινδρο έτσι ώστε να ασκείται πλευρική δύναμη στη ράβδο του κυλίνδρου. Εάν η ράβδος του κυλίνδρου λυγίσει, ο κύλινδρος δεν θα λειτουργήσει.
Μονής ενέργειας κύλινδρος
Ο κύλινδρος - Κύλινδρος επαναφοράς ελατηρίου μονής ενέργειας με διάμετρο 10 mm έχει μια θύρα στο άκρο του.
Η ράβδος είναι σπειρωμένη με δύο παξιμάδια. Αυτά μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη σύνδεση του άξονα της ράβδου κυλίνδρου.
Το εξάρτημα για κυλίνδρους - Αρσενικός σύνδεσμος M5 για κυλίνδρους, μπορεί να βιδωθεί στην κάτω θύρα του κυλίνδρου.
Ο άξονας της ράβδου του κυλίνδρου και η βάση του κυλίνδρου μπορούν να προσαρτηθούν στον κύλινδρο απλής ενέργειας με τον ίδιο τρόπο που συνδέονται με τον κύλινδρο διπλής ενέργειας που περιγράφεται παραπάνω.
Η βάση κυλίνδρου μπορεί να τοποθετηθεί σε ένα δομικό στοιχείο του ρομπότ. Ο άξονας της ράβδου κυλίνδρου μπορεί να στερεωθεί στο εξάρτημα από το οποίο θα κινηθεί χρησιμοποιώντας μια βίδα ή έναν άξονα.
Σημείωση: Μην τοποθετείτε τον κύλινδρο έτσι ώστε να ασκείται πλευρική δύναμη στη ράβδο του κυλίνδρου. Εάν η ράβδος του κυλίνδρου λυγίσει, ο κύλινδρος δεν θα λειτουργήσει.
Οι πνευματικοί σωλήνες χρησιμοποιούνται για τη σύνδεση όλων των συσκευών μεταξύ τους.
Μπορεί να κοπεί στο επιθυμητό μήκος χρησιμοποιώντας ένα κοφτερό ψαλίδι γενικής χρήσης.
Δύο Δείγματα Διατάξεων για Πνευματικά
Ένα δείγμα διάταξης για τον κύλινδρο διπλής ενέργειας:
- Ο αέρας θα αντλείται από μια αντλία ποδηλάτου στη βαλβίδα Schrader της δεξαμενής αέρα.
- Ο πεπιεσμένος αέρας ρέει έξω από το εξάρτημα στο άλλο άκρο της δεξαμενής και στον διακόπτη ενεργοποίησης-απενεργοποίησης.
- Από τον διακόπτη, ο πεπιεσμένος αέρας θα τροφοδοτήσει τον ρυθμιστή πίεσης.
- Από τον ρυθμιστή πίεσης ο αέρας θα ρέει στην ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα διπλής ενέργειας.
- Ανάλογα με την κατάσταση της ηλεκτρομαγνητικής βαλβίδας, ο αέρας είτε θα ρέει έξω από τη Θύρα Β και στην κορυφή του κυλίνδρου είτε ο αέρας θα ρέει έξω από τη Θύρα Α και στον πυθμένα του κυλίνδρου εκτείνοντας τη ράβδο του.
- Η ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα θα ελέγχεται από το καλώδιο οδήγησης ηλεκτρομαγνητικής βαλβίδας που είναι συνδεδεμένο στη θύρα 3 καλωδίων του εγκεφάλου ρομπότ V5.
Ένα δείγμα διάταξης για τον κύλινδρο απλής δράσης:
- Ο αέρας θα αντλείται από μια αντλία ποδηλάτου στη βαλβίδα Schrader της δεξαμενής αέρα.
- Ο πεπιεσμένος αέρας ρέει έξω από το εξάρτημα στο άλλο άκρο της δεξαμενής και μέσα στον ρυθμιστή πίεσης.
- Από τον ρυθμιστή πίεσης ο αέρας θα ρέει στην ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα απλής ενέργειας.
- Ανάλογα με την κατάσταση της ηλεκτρομαγνητικής βαλβίδας, ο αέρας είτε θα εξέλθει από τη Θύρα Α είτε θα ρέει αέρας από τη Θύρα Α και θα εισέλθει στον πυθμένα του κυλίνδρου, επεκτείνοντας τη ράβδο του.
- Η ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα θα ελέγχεται από το καλώδιο του ηλεκτρομαγνητικού οδηγού που είναι συνδεδεμένο στη θύρα 3 καλωδίων του V5 Robot Brain.
Υπολογισμός Δύναμης Κυλίνδρων
Η εξίσωση για τον υπολογισμό της δύναμης εξόδου για μια συγκεκριμένη πίεση δίνεται ως εξής:
(Εμβαδόν διατομής κυλίνδρου) x (Εσωτερική πίεση αέρα) = Δύναμη
Η διάμετρος των κυλίνδρων των πνευματικών κυλίνδρων VEX είναι 0,39 ίντσες (10 mm). Από αυτό μπορούμε να υπολογίσουμε την εγκάρσια διατομή του κυλίνδρου χρησιμοποιώντας την εξίσωση για το εμβαδόν ενός κύκλου:
(Διάμετρος / 2)² x π = Εμβαδόν
Δεδομένου ότι μας δίνεται η εσωτερική διάμετρος του κυλίνδρου και γνωρίζουμε ότι Pi ≈ 3,14, μπορούμε να υπολογίσουμε το εμβαδόν ως εξής:
(0,39 ίντσες / 2)² x 3,14 = 0,12 ίντσες²
Μπορούμε τώρα να ενσωματώσουμε αυτόν τον αριθμό στην αρχική μας εξίσωση και να υπολογίσουμε τη δύναμη εξόδου του κυλίνδρου:
0,12 ίντσες² x 100 psi = 12 λίβρες δύναμης (στα 100 psi)
Για οδηγίες ασφαλείας κατά την εργασία με πνευματικά συστήματα, ανατρέξτε στην ενότητα Προφυλάξεις και οδηγίες ασφαλείας κατά την εργασία με ρομπότ VEX V5.