Los neumáticos son una forma muy eficiente de crear movimiento lineal. Los cilindros neumáticos son muy efectivos para activar garras, cambiar engranajes entre sistemas de engranajes y muchas otras aplicaciones. Además, la neumática agrega otra fuente de energía a su robot, es muy divertida de trabajar y proporcionará conocimiento de los sistemas neumáticos que se utilizan ampliamente en la industria.
Cuando los cilindros neumáticos están activados, están completamente extendidos o completamente retraídos.
Nota: Los equipos de VEX Robotics Competition (VRC/VEX U/VEX AI) que planean usar neumática deben leer atentamente las Reglas del robot con respecto a los sistemas neumáticos en el Manual del juego.
Cómo funciona la neumática
La neumática funciona mediante el uso de presión de aire. Esto se puede crear con algo tan simple como una bomba de neumáticos de bicicleta.
El sistema neumático básico utiliza un tanque de almacenamiento en el que se puede bombear la presión de aire con la bomba de la bicicleta, tubos neumáticos para conectar los dispositivos, una válvula para controlar la liberación de presión y un cilindro neumático.
Un cilindro neumático de doble acción funciona cuando una válvula libera presión de aire en la parte inferior del cilindro. La presión de aire empuja sobre el área de superficie de un pistón interno que fuerza al pistón y al vástago del pistón a salir del cilindro.
A medida que el pistón/vástago del pistón se mueve hacia afuera, el aire de escape fluye por la parte superior del cilindro
La válvula también se puede configurar para liberar la presión de aire en la parte superior del cilindro. Cuando esto sucede, la presión de aire empuja el pistón y el vástago del pistón hacia el cilindro.
A medida que el pistón/vástago del pistón se mueve hacia adentro, el aire de escape fluye por la parte inferior del cilindro.
Un cilindro neumático de acción única funciona principalmente de la misma manera, con la excepción de que un resorte empuja el pistón/vástago del pistón hacia adentro. Un cilindro de acción única solo tiene un puerto/accesorio para que entre y salga el aire.
Para obtener más información sobre los kits neumáticos disponibles para el sistema V5, consulte el artículo Selección de un kit neumático para el sistema V5 de la biblioteca VEX.
Componentes neumáticos
Almacenamiento de aire
El almacenamiento de aire, tanto para los cilindros de doble acción como para los cilindros de acción simple, utiliza esencialmente los mismos componentes.
Depósito de aire - Depósito, 1-1/2" X 4", w 1/8"NPT & M5 puerto - US14227-S0400
El depósito de aire es donde se almacena el aire para el sistema neumático.
Nota: Las tuercas de los extremos se pueden retirar del depósito para reducir el peso.
El embalse tiene dos puertos. Uno en cada extremo. Estos puertos roscados aceptarán la válvula de la bomba de neumático Schrader o el accesorio del depósito.
El depósito se puede unir al robot envolviendo corbatas de 11" alrededor del depósito y una pieza estructural.
El depósito también se puede unir al robot envolviendo una barra de acero alrededor del depósito y colocando un tornillo a través de los orificios donde se encuentran los dos lados de la barra. Se puede colocar una tuerca en el tornillo formando una abrazadera.
El ajuste de la bomba de neumáticos (válvula de la bomba de neumáticos Schrader) es donde se conecta/desconecta una bomba de aire para presurizar el sistema neumático.
Se puede envolver una sola capa de cinta de teflón alrededor de las roscas del accesorio antes de atornillarlo en el puerto del depósito de aire. Esto ayudará a hacer un sello hermético.
Para obtener más información sobre cómo crear sellos herméticos, consulte el artículo Prevención de fugas de aire en un sistema neumático VEX de la biblioteca VEX.
El núcleo de la válvula de la bomba de neumáticos Schrader se puede empujar para liberar la presión del sistema.
El accesorio para el depósito es donde se inserta el tubo neumático que alimentará la presión de aire al resto del sistema.
Las roscas del accesorio vienen con teflón ya aplicado para reducir las fugas de aire
Todos los accesorios de tubería neumáticos aceptan la tubería simplemente insertando la tubería en el accesorio hasta que se detenga.
Para liberar el tubo, el collar exterior debe empujarse hacia el accesorio y luego el tubo puede retirarse.
Accesorio "T" - Accesorio "T" para válvulas. Este accesorio en "T" permitirá dividir la alimentación de aire para alimentar dos válvulas.
Nota: el accesorio también se puede utilizar para controlar dos cilindros de acción simple con el mismo valor.
El regulador de presión - Mini regulador con accesorios de 4 mm puede ajustar la presión del aire que fluye aguas abajo en el sistema.
La presión se ajusta girando el vástago, moviéndolo hacia adentro o hacia afuera.
Con el vástago girado completamente hacia afuera, la presión del aire será la más alta. La cantidad de presión de aire determina la cantidad de fuerza que aplicará el cilindro.
El kit neumático de doble acción viene con un interruptor de encendido/apagado - Válvula de dedo.
Esto le permitirá encender el aire del sistema y liberar la presión de aire del sistema.
Asegúrese de que las flechas grabadas en la válvula apunten en dirección opuesta al depósito de aire y hacia el sistema. En otras palabras, la flecha debe apuntar en la dirección en la que viajará el aire.
Cuando la perilla está en línea con el tubo, el aire está encendido en el sistema.
Cuando la perilla está alineada perpetuamente con el tubo, el aire se apaga y libera la presión del aire aguas arriba en el sistema.
Control de aire
Control de aire de doble acción
El solenoide, Fwd, reversa - Válvula de solenoide simple 5/2 controla el flujo de aire para los cilindros de doble acción.
Accesorios para válvulas, estos se atornillan en los puertos de la válvula solenoide.
Tenga cuidado de no enroscar los accesorios a medida que se atornillan en el puerto.
Atornille un accesorio tanto en el puerto A como en el puerto B en la parte superior de la válvula.
Atornille un accesorio en el puerto etiquetado P donde la presión de aire se alimentará a la válvula.
Deje los dos puertos etiquetados como R abiertos para permitir que se libere el aire de escape.
En la configuración predeterminada, el puerto A alimentará el puerto inferior del cilindro de doble efecto y el puerto B alimentará el puerto superior. Esto hará que el cilindro comience con la varilla retraída.
Sin embargo, si hay una condición en la que es ventajoso comenzar con la varilla del cilindro extendida, los dos puertos se pueden cambiar.
Las válvulas de solenoide se pueden conectar al robot mediante bridas. Nota: no cubra los puertos de escape del solenoide con las abrazaderas. Si esto ocurre, el cilindro no se moverá.
Hay un pequeño botón azul en la parte superior de la válvula que se puede presionar con una herramienta pequeña como una llave de estrella o un bolígrafo. Al presionar este botón, se abrirá manualmente el valor para probar el flujo de aire al cilindro.
El controlador de solenoide - Cable con accionamiento, se enchufa en la válvula de solenoide de doble acción en un extremo y proporciona una conexión al puerto de 3 hilos en el cerebro del robot V5 en el otro extremo.
Se puede utilizar un cable de extensión entre el controlador del solenoide y el cerebro del robot V5 si se necesita más longitud.
Control de aire de acción única
Solenoide, encendido/apagado: la válvula de solenoide 3/2 controla los cilindros de acción simple.
El mismo tipo de accesorios para válvulas se atornillan en los puertos de la electroválvula.
Una vez más, tenga cuidado de no enroscar los accesorios a medida que se atornillan en el puerto.
Atornille un accesorio en el puerto A en la parte superior de la válvula.
Atornille un accesorio en el puerto etiquetado P donde la presión de aire se alimentará a la válvula. Deje abierto el puerto con la etiqueta R para permitir que se libere el aire de escape.
El puerto A alimentará el puerto inferior del cilindro de acción única.
Las válvulas de solenoide se pueden conectar al robot mediante bridas.
Nota: No cubra el puerto de escape del solenoide con las abrazaderas. Si esto ocurre, el cilindro no se moverá.
Hay un pequeño botón naranja en la parte superior de la válvula que se puede presionar con una pequeña herramienta como una llave de estrella o un bolígrafo. Al presionar este botón, se abrirá manualmente el valor para probar el flujo de aire al cilindro.
El controlador de solenoide - Cable con accionamiento, se enchufa en la válvula de solenoide de acción simple en un extremo y proporciona una conexión al puerto de 3 hilos en el cerebro del robot V5 en el otro extremo.
Se puede utilizar un cable de extensión entre el controlador del solenoide y el cerebro del robot V5 si se necesita más longitud
Tanto el solenoide de doble acción como el solenoide de acción simple se pueden controlar mediante un dispositivo de salida digital dentro de un proyecto VEXcode V5 personalizado.
Para obtener más información sobre la programación de la neumática, consulte el artículo Controlar la neumática usando botones en su controlador de la biblioteca VEX.
Cilindros neumáticos
Cilindro de doble efecto
El cilindro, bidireccional - cilindro de doble efecto de 10 mm de diámetro, tiene un puerto en ambos extremos.
La varilla está roscada con dos tuercas. Estos se pueden utilizar para fijar el pivote de la varilla del cilindro.
La parte frontal del cilindro está roscada y se puede usar como un método alternativo para montar el cilindro perforando un agujero en una pieza de estructura, insertando el cilindro y luego asegurándolo con la tuerca del cilindro.
Si no se utiliza este método de fijación, se puede quitar la tuerca para reducir el peso del robot.
El medidor de flujo - medidor de codo M5 fuera del control de flujo, se puede atornillar en el puerto superior del cilindro.
El medidor de flujo puede controlar el flujo de aire a través del cilindro, lo que controlará la velocidad a la que se extenderá y retraerá el vástago del cilindro.
El medidor de flujo se puede ajustar girando el anillo interior hacia arriba para aumentar el flujo o hacia abajo para disminuir el flujo. El anillo se puede girar con un destornillador de cuchilla.
El accesorio para cilindros - Conector macho M5 para cilindros, se puede atornillar en el puerto inferior del cilindro.
Al igual que con todos los accesorios, se debe tener cuidado de no enroscar el accesorio mientras se atornilla.
El pivote de la varilla del cilindro se puede unir a la varilla del cilindro colocándolo entre las dos tuercas en la parte roscada de la varilla.
El soporte del cilindro se puede unir al cilindro con un tornillo VEX #8-32 de 1 pulgada y una tuerca nylock.
El soporte del cilindro se puede montar en una pieza de estructura en el robot. El pivote de la varilla del cilindro se puede unir al componente que se moverá utilizando un tornillo o un eje.
Nota: no monte el cilindro de tal manera que se aplique una fuerza lateral al vástago del cilindro. Si el vástago del cilindro se dobla, el cilindro no funcionará.
Cilindro de acción simple
El cilindro - cilindro de retorno de resorte de acción única de 10 mm de diámetro tiene un puerto en su extremo.
La varilla está roscada con dos tuercas. Estos se pueden utilizar para fijar el pivote de la varilla del cilindro.
El accesorio para cilindros - Conector macho M5 para cilindros, se puede atornillar en el puerto inferior del cilindro.
El pivote de la varilla del cilindro y el soporte del cilindro se pueden unir al cilindro de acción simple de la misma manera que para el cilindro de doble acción descrito anteriormente.
El soporte del cilindro se puede montar en una pieza de estructura en el robot. El pivote de la varilla del cilindro se puede unir al componente que se moverá utilizando un tornillo o un eje.
Nota: No monte el cilindro de tal manera que se aplique una fuerza lateral al vástago del cilindro. Si el vástago del cilindro se dobla, el cilindro no funcionará.
El tubo neumático se utiliza para conectar todos los dispositivos entre sí.
Se puede cortar a medida con un par de tijeras afiladas.
Dos diseños de muestra para neumática
Un diseño de muestra para el cilindro de doble efecto:
- El aire se bombeará desde una bomba de bicicleta a la válvula Schrader del depósito de aire.
- El aire presurizado sale del accesorio en el otro extremo del depósito y entra en el interruptor de encendido y apagado.
- Desde el interruptor, el aire presurizado alimentará el regulador de presión.
- Desde el regulador de presión, el aire fluirá hacia la válvula solenoide de doble acción.
- Dependiendo del estado de la electroválvula, el aire saldrá del puerto B y entrará en la parte superior del cilindro o saldrá del puerto A y entrará en la parte inferior del cilindro extendiendo su vástago.
- La electroválvula se controlará mediante el cable del controlador del solenoide conectado al puerto de 3 hilos del cerebro del robot V5
Un diseño de muestra para el cilindro de acción única:
- El aire se bombeará desde una bomba de bicicleta a la válvula Schrader del depósito de aire.
- El aire presurizado fluye fuera del accesorio en el otro extremo del depósito y hacia el regulador de presión.
- Desde el regulador de presión, el aire fluirá hacia la válvula solenoide de acción única.
- Dependiendo del estado de la electroválvula, el aire saldrá del puerto A o fluirá fuera del puerto A y hacia la parte inferior del cilindro que extiende su vástago.
- La electroválvula será controlada por el cable del controlador del solenoide conectado al puerto de 3 hilos del Cerebro del Robot V5
Cálculo de la fuerza de los cilindros
La ecuación para calcular la fuerza de salida para una presión específica se da como:
(Área de la sección transversal del cilindro) x (Presión de aire interna) = Fuerza
El diámetro interior de los cilindros de los cilindros neumáticos VEX es de 0,39 pulgadas (10 mm). A partir de esto podemos calcular el área de la sección transversal del cilindro utilizando la ecuación para el área de un círculo:
(Diámetro / 2)² x π = Área
Como se nos da el orificio del cilindro (diámetro interior) y sabemos que Pi ≈ 3.14, podemos calcular el área para que sea:
(0.39 in / 2)² x 3.14 = 0.12 in²
Ahora podemos insertar este número en nuestra ecuación original y calcular la fuerza de salida del cilindro:
0.12 in² x 100 psi = 12 libras de fuerza (a 100 psi)
Para obtener pautas de seguridad cuando se trabaja con neumáticos, consulte Precauciones y pautas de seguridad cuando se trabaja con robots VEX V5.