Introducción a la neumática con el sistema V5

La neumática es una forma muy eficaz de crear movimiento lineal. Los cilindros neumáticos son muy efectivos para activar garras, cambiar marchas entre sistemas de engranajes y muchas otras aplicaciones. Además, la neumática añade otra fuente de energía a su robot, es muy divertido trabajar con ella y le proporcionará conocimientos sobre los sistemas neumáticos que se utilizan ampliamente en la industria.

Cuando se activan los cilindros neumáticos, están completamente extendidos o completamente retraídos.

Este artículo explicará:

Nota: Los equipos de la competencia de robótica VEX (VRC / VEX U / VEX AI) que planean utilizar la neumática deben tener cuidado lea las Reglas del robot con respecto a los sistemas neumáticos en el Manual del juego.


Cómo funciona la neumática

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La neumática funciona mediante el uso de presión de aire. Esto se puede crear con algo tan simple como una bomba para 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, tubería neumática para conectar los dispositivos, una válvula para controlar la liberación de presión y un cilindro neumático.

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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 el área de la 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, el aire de escape sale por la parte superior del cilindro

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La válvula también se puede configurar para liberar 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 sale por la parte inferior del cilindro.

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Un cilindro neumático de acción simple funciona principalmente de la misma manera, con la excepción de que un resorte empuja el pistón / vástago hacia adentro. Un cilindro de acción simple solo tiene un puerto / conexión para que el aire entre y salga.

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 base de conocimientos.


Componentes Neumáticos

Almacenamiento de aire

El almacenamiento de aire, tanto para los cilindros de acción doble como para los cilindros de acción simple, utiliza esencialmente los mismos componentes.

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Depósito de aire - Depósito, 1-1 / 2 "X 4", con 1/8 "NPT & Puerto M5 - US14227-S0400

El depósito de aire es donde se almacena el aire para el sistema neumático.

Nota: las tuercas terminales se pueden quitar del depósito para reducir el peso.

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El depósito tiene dos puertos. Uno en cada extremo. Estos puertos roscados aceptarán la válvula de la bomba de neumáticos Schrader o el accesorio del depósito.

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El depósito se puede conectar al robot envolviendo 11 "Zip Ties alrededor del depósito y una pieza estructural.

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El depósito también se puede conectar 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 sobre el tornillo formando una abrazadera.

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Montaje de bomba de neumáticos (válvula de bomba de neumáticos Schrader) es donde se conecta / desconecta una bomba de aire para presurizar el sistema neumático.

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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 la creación de sellos herméticos, consulte el artículo Prevención de fugas de aire en un sistema neumático VEX de la base de conocimientos.

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El núcleo de la válvula de la bomba de neumáticos Schrader se puede empujar hacia adentro para liberar la presión del sistema.

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El accesorio para el depósito es donde se inserta la tubería neumática 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.

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Todos los accesorios de tubería neumática aceptan la tubería simplemente insertando la tubería en el accesorio hasta que se detenga.

Para soltar el tubo, es necesario empujar el collar exterior hacia el accesorio y luego se puede quitar el tubo.

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Racor "T" - Racor "T" para válvulas. Este accesorio en "T" permitirá que la alimentación de aire se divida para alimentar dos válvulas.

Nota: el accesorio también se puede utilizar para controlar dos cilindros de acción simple con un valor.

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El regulador de presión - Mini regulador con accesorios de 4 mm puede ajustar la presión de aire que fluye hacia abajo en el sistema.

La presión se ajusta girando el vástago, moviéndolo hacia adentro o hacia afuera.

Con el vástago completamente girado, la presión de aire será la más alta. La cantidad de presión de aire determina la cantidad de fuerza que aplicará el cilindro.

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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.

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Asegúrese de que las flechas en relieve 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.

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Cuando la perilla está alineada con la tubería, el aire entra en el sistema.

Cuando la perilla se alinea perpetuamente a lo largo de la tubería, el aire se apaga y libera la presión de aire de aguas arriba en el sistema.

Control de aire

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Control de aire de doble efecto

La válvula solenoide, avance, retroceso - 5/2 de solenoide simple controla el flujo de aire para los cilindros de doble acción.

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Accesorios para válvulas, estos se atornillan en los puertos de la válvula solenoide.

Tenga cuidado de no cruzar las roscas de los accesorios mientras se atornillan en el puerto.

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Atornille un accesorio en el puerto A y el puerto B en la parte superior de la válvula.

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Atornille un accesorio en el puerto etiquetado P donde la presión de aire se alimentará a la válvula.

Deje los dos puertos etiquetados con R abiertos para permitir que se libere el aire de escape.

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En la configuración predeterminada, el puerto A alimentará el puerto inferior del cilindro de doble acción y el puerto B alimentará el puerto superior. Esto hará que el cilindro comience con la varilla retraída.

Sin embargo, si existe una condición en la que es ventajoso comenzar con el vástago del cilindro extendido, se pueden cambiar los dos puertos.

Las válvulas de solenoide se pueden unir al robot mediante bridas. Nota: no cubra los puertos de escape del solenoide con las bridas. Si esto ocurre, el cilindro no se moverá.

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Hay un pequeño botón azul en la parte superior de la válvula que se puede presionar con una herramienta pequeña como una llave Star Drive o un bolígrafo. Al presionar este botón, se abrirá manualmente el valor para probar el flujo de aire al cilindro.

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El controlador de solenoide - Cable con impulsor, se conecta a la válvula solenoide de doble acción en un extremo y proporciona una conexión al puerto de 3 cables en el cerebro del robot V5 en el otro extremo.

Se puede utilizar un cable de extensión entre el controlador de solenoide y el cerebro del robot V5 si se necesita más longitud.

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Control de aire de acción simple

Solenoide, encendido / apagado - La válvula solenoide 3/2 controla los cilindros de acción simple.

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El mismo tipo de accesorios para válvulas se atornilla en los puertos de la válvula solenoide.

Nuevamente, tenga cuidado de no cruzar las roscas de los accesorios mientras se atornillan en el puerto.

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Atornille un accesorio en el puerto A en la parte superior de la válvula.

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Atornille un accesorio en el puerto etiquetado P donde la presión de aire se alimentará a la válvula. Deje el puerto etiquetado R abierto para permitir que se libere el aire de escape.

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El puerto A alimentará el puerto inferior del cilindro de simple efecto.

Las válvulas solenoides se pueden conectar al robot mediante bridas.

Nota: No cubra el puerto de escape del solenoide con las bridas. Si esto ocurre, el cilindro no se moverá.

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Hay un pequeño botón naranja en la parte superior de la válvula que se puede presionar con una herramienta pequeña como una llave Star Drive o un bolígrafo. Al presionar este botón, se abrirá manualmente el valor para probar el flujo de aire al cilindro.

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El controlador de solenoide - Cable con impulsor, se conecta a la válvula solenoide de acción simple en un extremo y proporciona una conexión al puerto de 3 cables en el cerebro del robot V5 en el otro extremo.

Se puede utilizar un cable de extensión entre el controlador de solenoide y el cerebro del robot V5 si se necesita más longitud

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Tanto el solenoide de acción doble como el solenoide de acción simple se pueden controlar mediante un dispositivo de salida digital dentro de un proyecto personalizado VEXcode V5.

Para obtener más información sobre la programación de la neumática, consulte el artículoControl de la neumática mediante botones en su controladorde la base de conocimientos.

Cilindros neumaticos

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Cilindro de doble efecto

El cilindro, bidireccional - cilindro de doble acción de 10 mm de diámetro, tiene un puerto en ambos extremos.

La varilla está roscada con dos tuercas. Estos se pueden utilizar para sujetar el pivote de la varilla del cilindro.

La parte delantera del cilindro está roscada y se puede utilizar como método alternativo para montar el cilindro perforando un orificio 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 de su robot.

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El medidor de flujo - medidor de codo M5 con 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 que controlará la velocidad a la que la varilla del cilindro se extenderá y retraerá.

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El medidor de flujo se puede ajustar girando el anillo interior hacia arriba para aumentar el flujo o hacia abajo para disminuirlo. El anillo se puede girar con un destornillador plano.

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El racor 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 cruzar la rosca del accesorio mientras se atornilla.

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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.

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El montaje del cilindro se puede unir al cilindro con un tornillo VEX # 8-32 de 1 pulgada y una tuerca de seguridad.

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El montaje del cilindro se puede montar en una pieza de estructura del robot. El pivote del vástago del cilindro se puede unir al componente que se moverá mediante un tornillo o un eje.

Nota: no monte el cilindro de manera que se aplique una fuerza lateral a la varilla del cilindro. Si la varilla del cilindro se dobla, el cilindro no funcionará.

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Cilindro de simple efecto

El cilindro - Cilindro de retorno por resorte de acción simple de 10 mm de diámetro tiene un puerto en su extremo.

La varilla está roscada con dos tuercas. Estos se pueden utilizar para sujetar el pivote de la varilla del cilindro.

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El racor para cilindros - Conector macho M5 para cilindros, se puede atornillar en el puerto inferior del cilindro.

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El pivote del vástago del cilindro y el soporte del cilindro se pueden unir al cilindro de simple efecto de la misma manera que para el cilindro de doble efecto descrito anteriormente.

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El montaje del cilindro se puede montar en una pieza de estructura del robot. El pivote del vástago del cilindro se puede unir al componente que se moverá mediante un tornillo o un eje.

Nota: No monte el cilindro de modo que se aplique una fuerza lateral a la varilla del cilindro. Si la varilla del cilindro se dobla, el cilindro no funcionará.

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Se utilizan tubos neumáticos para conectar todos los dispositivos.

Puede cortarse a medida con un par de tijeras de uso general afiladas.


Dos diseños de muestra para neumática

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Un diseño de muestra para el cilindro de doble efecto:

  1. Se bombeará aire desde una bomba de bicicleta a la válvula Schrader del depósito de aire.
  2. El aire presurizado sale por el accesorio en el otro extremo del depósito y entra en el interruptor de encendido y apagado.
  3. Desde el interruptor, el aire presurizado alimentará el regulador de presión.
  4. Desde el regulador de presión, el aire fluirá hacia la válvula solenoide de doble acción.
  5. Dependiendo del estado de la válvula solenoide, el aire saldrá del puerto B y entrará en la parte superior del cilindro o el aire saldrá del puerto A y entrará en la parte inferior del cilindro extendiendo su varilla.
  6. La válvula solenoide será controlada por el cable del controlador de solenoide conectado al puerto de 3 hilos del V5 Robot Brain

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Un diseño de muestra para el cilindro de simple efecto:

  1. Se bombeará aire desde una bomba de bicicleta a la válvula Schrader del depósito de aire.
  2. El aire presurizado fluye por el accesorio en el otro extremo del depósito y hacia el regulador de presión.
  3. Desde el regulador de presión, el aire fluirá hacia la válvula solenoide de acción simple.
  4. Dependiendo del estado de la válvula solenoide, el aire saldrá por el puerto A o saldrá por el puerto A y entrará en la parte inferior del cilindro extendiendo su varilla.
  5. La válvula solenoide será controlada por el cable del controlador de solenoide conectado al puerto de 3 hilos del V5 Robot Brain

Cálculo de la fuerza de los cilindros

La ecuación para calcular la fuerza de salida para una presión específica se da como:

(Área de sección transversal del cilindro) x (Presión de aire interna) = Fuerza

El diámetro interior de los cilindros de los cilindros neumáticos VEX es de 10 mm (0,39 pulg.). A partir de esto, podemos calcular el área de la sección transversal del cilindro usando la ecuación para el área de un círculo:

(Diámetro / 2) ² x π = Área

Como se nos da el diámetro interior del cilindro (diámetro interior) y sabemos que Pi ≈ 3.14, podemos calcular el área como:

(0,39 pulg / 2) ² x 3,14 = 0,12 pulg²

Ahora podemos insertar este número en nuestra ecuación original y calcular la fuerza de salida del cilindro:

0,12 pulg² x 100 psi = 12 libras de fuerza (a 100 psi)


Para conocer las pautas de seguridad al trabajar con sistemas neumáticos, consulte Precauciones y pautas de seguridad al trabajar con robots VEX V5.

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