La neumática es una forma muy eficiente de crear movimiento lineal. Los cilindros neumáticos son muy eficaces 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.
Nota: Los equipos de Competencia de Robótica VEX (VRC/VEX U/VEX AI) que planean utilizar sistemas neumáticos 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 para llantas de bicicleta.
El sistema neumático básico utiliza un tanque de almacenamiento en el que se puede bombear la presión del aire con la bomba de 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 el fondo del cilindro. La presión del aire empuja 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 se mueve hacia afuera, el aire de escape sale por la parte superior del cilindro.
La válvula también se puede configurar para liberar presión de aire hacia la parte superior del cilindro. Cuando esto sucede, la presión del 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.
Un cilindro neumático de simple efecto funciona prácticamente de la misma manera, con la excepción de que un resorte empuja el pistón/vástago hacia adentro. Un cilindro de simple efecto solo tiene un puerto/acoplamiento para que entre y salga 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 efecto como para los de simple efecto, utiliza esencialmente los mismos componentes.
Depósito de aire - Depósito, 1-1/2" X 4", con puerto NPT & M5 de 1/8" - US14227-S0400
El depósito de aire es donde se almacena el aire para el sistema neumático.
Nota: Las tuercas de los extremos se pueden quitar del depósito para reducir el peso.
El embalse tiene dos puertos. Uno en cada extremo. Estos puertos roscados aceptarán la válvula de bomba de neumáticos Schrader o el conector del depósito.
El depósito se puede conectar al robot envolviendo bridas 11” alrededor del depósito y una pieza estructural.
El depósito también se puede conectar al robot envolviendo una barra acero alrededor del depósito y colocando un tornillo a través de los orificios donde se unen los dos lados de la barra. Sobre el tornillo se puede colocar una tuerca formando una abrazadera.
El accesorio de bomba de neumáticos (válvula de bomba de neumáticos Schrader) es donde se conecta/desmonta una bomba de aire para presurizar el sistema neumático.
Se puede envolver una sola capa de cinta de teflón alrededor de las roscas del conector antes de atornillarlo al puerto del depósito de aire. Esto ayudará a crear 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 hacia adentro para liberar la presión del sistema.
El accesorio para 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 neumática aceptan el tubo simplemente insertando el tubo en el accesorio hasta que se detenga.
Para soltar el tubo, es necesario empujar el collar exterior hacia el conector y luego se puede retirar el tubo.
Racor "T" - Racor "T" para Válvulas. Este conector en “T” permitirá dividir la alimentación de aire para alimentar dos válvulas.
Nota: el racor también se puede utilizar para controlar dos cilindros de simple efecto con un valor.
El regulador de presión: miniregulador 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 efecto viene con un interruptor de encendido/apagado y válvula de dedo.
Esto le permitirá abrir 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 alineada 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
La válvula solenoide simple de 5/2, avance y retroceso controla el flujo de aire para los cilindros de doble efecto.
Accesorios para válvulas, estos se atornillan en los puertos de la válvula solenoide.
Tenga cuidado de no enroscar los accesorios mientras los atornilla en el puerto.
Atornille un conector tanto en el puerto A como en el puerto B en la parte superior de la válvula.
Atornille un conector en el puerto etiquetado como P donde la presión de aire ingresará a la válvula.
Deje los dos puertos etiquetados 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 arranque con la varilla retraída.
Sin embargo, si hay una condición en la que es ventajoso comenzar con el vástago del cilindro extendido, se pueden cambiar los dos puertos.
Las electroválvulas se pueden fijar al robot mediante bridas. Nota: no cubra los puertos de escape del solenoide con las bridas. 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 Star Drive 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 controlador, se conecta a la válvula de 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 del solenoide y el cerebro del robot V5 si se necesita más longitud.
Control de aire de simple efecto
Solenoide, encendido/apagado: la válvula solenoide 3/2 controla los cilindros de simple efecto.
El mismo tipo de accesorios para válvulas se atornillan en los puertos de la válvula solenoide.
Nuevamente, tenga cuidado de no enroscar los accesorios mientras los atornilla en el puerto.
Atornille un conector en el puerto A en la parte superior de la válvula.
Atornille un conector en el puerto etiquetado como P donde la presión de aire ingresará a la válvula. Deje el puerto etiquetado como R abierto para permitir que se libere el aire de escape.
El puerto A alimentará el puerto inferior del cilindro de simple efecto.
Las válvulas solenoides se pueden fijar al robot mediante bridas.
Nota: No cubra el puerto de escape del solenoide con las bridas. 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 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.
El controlador de solenoide: cable con controlador, se conecta a la válvula de 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 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 personalizado VEXcode V5.
Para obtener más información sobre la programación neumática, consulte el artículoControlar la neumática mediante botones en su controlador de la biblioteca VEX.
Cilindros neumáticos
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. Se pueden utilizar para fijar el pivote de la varilla del cilindro.
La parte frontal del cilindro tiene rosca 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.
El medidor de flujo: control de flujo de salida del medidor en codo M5 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 la varilla del cilindro.
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 de punta.
El Racor para Cilindros - Conector Macho M5 para Cilindros, se puede atornillar en el puerto inferior del cilindro.
Como ocurre 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 fijar a la varilla del cilindro colocándolo entre las dos tuercas en la parte roscada de la varilla.
El soporte del cilindro se puede fijar al cilindro usando un tornillo VEX #8-32 de 1 pulgada y una tuerca nylock.
El soporte del cilindro se puede montar en una pieza de estructura del robot. El pivote del vástago del cilindro se puede fijar al componente que se moverá mediante un tornillo o un eje.
Nota: no monte el cilindro de manera que se aplique una fuerza lateral al vástago del cilindro. Si la varilla del cilindro se dobla, el cilindro no funcionará.
Cilindro de simple efecto
El cilindro - Cilindro de simple efecto con retorno por resorte de 10 mm de diámetro tiene un puerto en su extremo.
La varilla está roscada con dos tuercas. Se pueden utilizar para fijar el pivote de la varilla del cilindro.
El Racor para Cilindros - Conector Macho M5 para Cilindros, se puede atornillar en el puerto inferior del cilindro.
El pivote del vástago del cilindro y el soporte del cilindro se pueden fijar al cilindro de simple efecto de la misma manera que lo hacen para el cilindro de doble efecto descrito anteriormente.
El soporte del cilindro se puede montar en una pieza de estructura del robot. El pivote del vástago del cilindro se puede fijar al componente que se moverá mediante un tornillo o un eje.
Nota: No monte el cilindro de manera que se aplique una fuerza lateral al vástago del cilindro. Si la varilla del cilindro se dobla, el cilindro no funcionará.
Se utiliza tubería neumática 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 por el 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 válvula solenoide, el aire fluirá desde el puerto B hacia la parte superior del cilindro o el aire fluirá desde el puerto A hacia la parte inferior del cilindro extendiendo su vástago.
- La válvula solenoide será controlada por el cable controlador de solenoide conectado al puerto de 3 cables del cerebro del robot V5.
Un diseño de muestra para el cilindro de simple efecto:
- El aire se bombeará desde una bomba de bicicleta a la válvula Schrader del depósito de aire.
- El aire presurizado sale por el conector del otro extremo del depósito y entra en el regulador de presión.
- Desde el regulador de presión, el aire fluirá hacia la válvula solenoide de simple efecto.
- Dependiendo del estado de la válvula solenoide, el aire saldrá por el puerto A o fluirá hacia la parte inferior del cilindro extendiendo su vástago.
- La válvula solenoide será controlada por el cable del controlador de solenoide conectado al puerto de 3 cables del V5 Robot Brain
Calcular la fuerza de los cilindros
La ecuación para calcular la fuerza de salida para una presión específica viene dada por:
(Área de la sección transversal del cilindro) x (Presión de aire interna) = Fuerza
El diámetro interior 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 nos dan el diámetro interior del cilindro y sabemos que Pi ≈ 3,14, podemos calcular el área como:
(0,39 pulgadas / 2)² x 3,14 = 0,12 pulgadas²
Ahora podemos introducir 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 componentes neumáticos, consulte Precauciones y pautas de seguridad al trabajar con robots VEX V5.