Pneumatiikka on erittäin tehokas tapa luoda lineaarista liikettä. Pneumaattiset sylinterit ovat erittäin tehokkaita kynsien aktivoimiseen, vaihteiden vaihtamiseen vaihdejärjestelmien välillä ja moniin muihin sovelluksiin. Lisäksi pneumatiikka lisää robottiisi toisen energialähteen, on erittäin hauska työskennellä ja antaa tietoa teollisuudessa laajalti käytetyistä pneumaattisista järjestelmistä.
Kun pneumaattiset sylinterit aktivoidaan, ne ovat joko täysin ulos vedettyinä tai kokonaan sisään vedettyinä.
Huomautus: VEX Robotics Competition (VRC/VEX U/VEX AI) -joukkueiden, jotka suunnittelevat pneumatiikan käyttöä, on luettava huolellisesti pneumaattisia järjestelmiä koskevat robottisäännöt Game Manual-oppaasta.
Miten pneumatiikka toimii
Pneumatiikka toimii käyttämällä ilmanpainetta. Tämä voidaan luoda jollain niin yksinkertaisella kuin polkupyörän rengaspumpulla.
Peruspneumaattisessa järjestelmässä käytetään varastosäiliötä, johon ilmanpainetta voidaan pumpata ylös pyöräpumpulla, pneumaattista letkua laitteiden liittämiseen, venttiiliä paineen vapautumisen ohjaamiseen ja pneumaattista sylinteriä.
Kaksitoiminen pneumaattinen sylinteri toimii, kun venttiili vapauttaa ilmanpainetta sylinterin pohjalle. Ilmanpaine painaa sisäisen männän pinta-alaa, mikä pakottaa männän ja männän varren ulos sylinteristä.
Kun mäntä/männänvarsi liikkuu ulos, poistoilma virtaa ulos sylinterin yläosasta
Venttiili voidaan myös asettaa vapauttamaan ilmanpainetta sylinterin yläosaan. Kun näin tapahtuu, ilmanpaine työntää männän ja männän varren takaisin sylinteriin.
Kun mäntä/männänvarsi liikkuu sisään, poistoilma virtaa ulos sylinterin pohjasta.
Yksitoiminen pneumaattinen sylinteri toimii pääosin samalla tavalla, paitsi että jousi työntää männän/männänvarren takaisin sisään. Yksitoimisessa sylinterissä on vain yksi aukko/liitin ilman tuloa varten ja ilman ulostuloa varten.
Lisätietoja saatavilla olevista V5-järjestelmän pneumaattisista sarjoista on VEX-kirjaston artikkelissa Pneumatiikkasarjan valitseminen V5-järjestelmälle.
Pneumatiikkakomponentit
Ilman varastointi
Sekä kaksitoimisten sylintereiden että yksitoimisten sylintereiden ilmanvarastoissa käytetään olennaisesti samoja komponentteja.
Ilmasäiliö - Säiliö, 1-1/2" X 4", w 1/8" NPT & M5-portti - US14227-S0400
Ilmasäiliö on paikka, jossa ilma varastoidaan pneumaattista järjestelmää varten.
Huomautus: Päätymutterit voidaan irrottaa säiliöstä painon vähentämiseksi.
Säiliössä on kaksi porttia. Yksi kummassakin päässä. Nämä kierreportit hyväksyvät Schrader-rengaspumpun venttiilin tai säiliön liittimen.
Säiliö voidaan kiinnittää robottiin kiertämällä 11” vetoketjut säiliön ja rakenneosan ympärille.
Säiliö voidaan kiinnittää myös robottiin kiedomalla terästanko säiliön ympärille ja asettamalla ruuvi reikien läpi, joissa tangon kaksi sivua kohtaavat. Ruuviin voidaan asettaa mutteri, joka muodostaa puristimen.
Rengaspumpun kiinnitys (Schrader-rengaspumpun venttiili) on paikka, jossa ilmapumppu kiinnitetään/irrotetaan paineistamaan pneumaattinen järjestelmä.
Yksi kerros teflonteippiä voidaan kääriä liittimen kierteiden ympärille ennen sen ruuvaamista ilmasäiliön porttiin. Tämä auttaa tekemään ilmatiiviin tiivisteen.
Lisätietoja ilmatiiviiden tiivisteiden luomisesta on VEX-kirjaston artikkelissa Ilmavuotojen estäminen VEX-pneumaattisessa järjestelmässä.
Schrader-rengaspumpun venttiilin ydin voidaan työntää sisään paineen vapauttamiseksi järjestelmästä.
Säiliön liitin on paikka, jossa pneumaattinen letku työnnetään sisään, joka syöttää ilmanpaineen muuhun järjestelmään.
Liittimen kierteissä on valmiiksi levitetty teflon, joka vähentää ilmavuotoja
Kaikki pneumaattiset letkuliittimet hyväksyvät letkun yksinkertaisesti työntämällä letkun liittimeen, kunnes se pysähtyy.
Letkun vapauttamiseksi ulompaa kaulusta on työnnettävä sisään kohti liitintä ja sitten letku voidaan poistaa.
"T"-liitin - "T"-liitin venttiileille. Tämä "T"-liitin mahdollistaa ilmansyötön jakamisen kahden venttiilin syöttämiseksi.
Huomautus: liitintä voidaan käyttää myös kahden yksitoimisen sylinterin ohjaamiseen yhdellä arvolla.
Paineensäädin - Miniregulaattori 4mm liittimillä voi säätää järjestelmässä myötävirtaan virtaavan ilmanpainetta.
Painetta säädetään kääntämällä vartta, siirtämällä sitä sisään tai ulos.
Kun varsi on käännetty kokonaan ulos, ilmanpaine on korkein. Ilmanpaineen määrä määrää sylinterin kohdistaman voiman määrän.
Kaksitoimisen pneumatiikkasarjan mukana tulee päälle/pois-kytkin - sormiventtiili.
Näin voit kytkeä järjestelmän ilman päälle ja vapauttaa ilmanpaineen järjestelmästä.
Varmista, että venttiiliin kohokuvioidut nuolet osoittavat poispäin ilmasäiliöstä ja järjestelmää kohti. Toisin sanoen nuolen tulee olla suunnattu siihen suuntaan, jossa ilma kulkee.
Kun nuppi on linjassa letkun kanssa, ilma on päällä järjestelmässä.
Kun nuppi on jatkuvasti linjassa letkun poikki, ilma sammuu ja se vapauttaa ilmanpaineen järjestelmän ylävirrasta.
Ilmanohjaus
Kaksitoiminen ilmanohjaus
Solenoidi, Fwd, Reverse - 5/2 yksisolenoidiventtiili ohjaa kaksitoimisten sylintereiden ilmavirtausta.
Venttiililiittimet, nämä ruuvataan magneettiventtiilin portteihin.
Varo, ettet kierrä liittimiä ristiin, kun niitä ruuvataan porttiin.
Ruuvaa liitin sekä porttiin A että porttiin B venttiilin päällä.
Ruuvaa liitin P-porttiin, josta ilmanpaine syötetään venttiiliin.
Jätä kaksi R-merkittyä aukkoa auki, jotta poistoilma pääsee vapautumaan.
Oletusasetuksissa portti A syöttää kaksitoimisen sylinterin alaporttia ja portti B yläporttia. Tällöin sylinteri käynnistyy varren ollessa sisään vedettynä.
Jos kuitenkin on tilanne, jossa on edullista aloittaa sylinterin tanko ojennettuna, voidaan kaksi porttia vaihtaa.
Solenoidiventtiilit voidaan kiinnittää robottiin vetoketjuilla. Huomautus: älä peitä solenoidin poistoaukkoja vetoketjuilla. Jos näin tapahtuu, sylinteri ei liiku.
Venttiilin yläosassa on pieni sininen painike, jota voidaan painaa pienellä työkalulla, kuten Star Drive Key tai kynä. Tämän painikkeen painaminen avaa arvon manuaalisesti sylinteriin menevän ilmavirran testaamiseksi.
Solenoidiohjain - Kaapeli asemalla, liitetään kaksitoimiseen solenoidiventtiiliin toisessa päässä ja muodostaa yhteyden V5 Robot Brainin 3-johtimiseen porttiin toisessa päässä.
jatkokaapelia voidaan käyttää solenoidiohjaimen ja V5 Robot Brainin välillä, jos tarvitaan enemmän pituutta.
Yksitoiminen ilmanohjaus
Solenoidi, päällä/pois - 3/2 solenoidiventtiili ohjaa yksitoimisia sylintereitä.
Samantyyppiset liittimet venttiileille ruuvataan magneettiventtiilin portteihin.
Varo jälleen, ettet kierrä liittimiä ristiin, kun niitä ruuvataan porttiin.
Ruuvaa liitin venttiilin päällä olevaan porttiin A.
Ruuvaa liitin P-porttiin, josta ilmanpaine syötetään venttiiliin. Jätä aukko, jossa on merkintä R auki, jotta poistoilma pääsee vapautumaan.
Portti A syöttää yksitoimisen sylinterin pohjaporttia.
Solenoidiventtiilit voidaan kiinnittää robottiin vetoketjuilla.
Huomautus: Älä peitä solenoidin poistoaukkoa vetoketjuilla. Jos näin tapahtuu, sylinteri ei liiku.
Venttiilin yläosassa on pieni oranssi painike, jota voidaan painaa pienellä työkalulla, kuten Star Drive Key tai kynä. Tämän painikkeen painaminen avaa arvon manuaalisesti sylinteriin menevän ilmavirran testaamiseksi.
Solenoidiohjain - Kaapeli asemalla, liitetään yksitoimiseen solenoidiventtiiliin toisessa päässä ja muodostaa yhteyden V5 Robot Brainin 3-johtimiseen porttiin toisessa päässä.
jatkokaapelia voidaan käyttää solenoidiohjaimen ja V5 Robot Brainin välillä, jos tarvitaan enemmän pituutta
Sekä kaksitoimista solenoidia että yksitoimista solenoidia voidaan ohjata digitaalisella ulostulolaitteella mukautetun VEXcode V5 -projektin sisällä.
Lisätietoja pneumatiikan ohjelmoinnista on VEX-kirjaston artikkelissaPneumatiikan ohjaus ohjaimen painikkeilla.
Pneumaattiset sylinterit
Kaksitoiminen sylinteri
Sylinteri, kaksisuuntainen - kaksitoiminen sylinteri, 10 mm:n reikä, on portti molemmissa päissä.
Tanko on kierretty kahdella mutterilla. Näitä voidaan käyttää sylinteritangon nivelen kiinnittämiseen.
Sylinterin etuosa on kierre, ja sitä voidaan käyttää vaihtoehtoisena tapana asentaa sylinteri poraamalla reikä rakenteen osaan, työntämällä sylinteri paikalleen ja kiinnittämällä sitten sylinterin mutterilla.
Jos tätä kiinnitystapaa ei käytetä, mutteri voidaan irrottaa robotin painon vähentämiseksi.
Virtausmittari - M5-kulmamittarin ulosvirtaussäätö, voidaan ruuvata sylinterin yläporttiin.
Virtausmittari voi ohjata ilmavirtausta sylinterin läpi, mikä säätelee nopeutta, jolla sylinterin varsi ulottuu ja vetäytyy sisään.
Virtausmittaria voidaan säätää kääntämällä sisärengasta ylöspäin virtauksen lisäämiseksi tai alaspäin virtauksen vähentämiseksi. Rengasta voidaan kääntää teräruuvimeisselillä.
Sylinteriliitin - M5-urosliitin sylintereille, voidaan ruuvata sylinterin pohjaporttiin.
Kuten kaikkien liittimien kohdalla, on varottava, ettei liitos kierre ristiin ruuvattaessa.
Sylinteritangon sarana voidaan kiinnittää sylinterin tankoon asettamalla se tangon kierreosan kahden mutterin väliin.
Sylinterikiinnike voidaan kiinnittää sylinteriin käyttämällä 1 tuuman #8-32 VEX-ruuvia ja nylock-mutteria.
Sylinterikiinnitys voidaan kiinnittää robotin rakenteen osaan. Sylinteritangon nivel voidaan kiinnittää komponenttiin, jota sitä liikutetaan ruuvilla tai akselilla.
Huomautus: älä asenna sylinteriä niin, että sylinterin tankoon kohdistuu sivuvoima. Jos sylinterin varsi vääntyy, sylinteri ei toimi.
Yksitoiminen sylinteri
Sylinteri - Yksitoiminen jousipalautussylinteri, 10 mm:n reikä, on portti päässä.
Tanko on kierretty kahdella mutterilla. Näitä voidaan käyttää sylinteritangon nivelen kiinnittämiseen.
Sylinteriliitin - M5-urosliitin sylintereille, voidaan ruuvata sylinterin pohjaporttiin.
Sylinterin varren nivel ja sylinterikiinnike voidaan kiinnittää yksitoimiseen sylinteriin samalla tavalla kuin ne on kiinnitetty edellä kuvattuun kaksitoimiseen sylinteriin.
Sylinterikiinnitys voidaan kiinnittää robotin rakenteen osaan. Sylinteritangon nivel voidaan kiinnittää komponenttiin, jota sitä liikutetaan ruuvilla tai akselilla.
Huomautus: Älä asenna sylinteriä niin, että sylinterin tankoon kohdistuu sivuvoima. Jos sylinterin varsi vääntyy, sylinteri ei toimi.
Pneumaattista letkua käytetään kaikkien laitteiden yhdistämiseen.
Se voidaan leikata sopivaan pituuteen terävillä käyttösaksilla.
Kaksi esimerkkiasettelua pneumatiikalle
Esimerkkiasettelu kaksitoimiselle sylinterille:
- Ilma pumpataan pyöräpumpusta ilmasäiliön Schrader-venttiiliin.
- Paineilma virtaa ulos säiliön toisessa päässä olevasta liittimestä on-off-kytkimeen.
- Kytkimestä paineilma syöttää paineensäätimen.
- Paineensäätimestä ilma virtaa kaksitoimiseen solenoidiventtiiliin.
- Solenoidiventtiilin tilasta riippuen ilma joko virtaa ulos portista B ja sylinterin yläosaan tai ilma virtaa ulos portista A ja sylinterin pohjaan jatkaen sen sauvaa.
- Solenoidiventtiiliä ohjataan solenoidiohjainkaapelilla, joka on kiinnitetty V5 Robot Brainin 3-johtimiseen porttiin
Yksitoimisen sylinterin malliasettelu:
- Ilma pumpataan pyöräpumpusta ilmasäiliön Schrader-venttiiliin.
- Paineilma virtaa ulos säiliön toisessa päässä olevasta liittimestä paineensäätimeen.
- Paineensäätimestä ilma virtaa yksitoimiseen solenoidiventtiiliin.
- Solenoidiventtiilin tilasta riippuen ilma joko poistuu portista A tai ilma virtaa ulos portista A sylinterin pohjalle ojentaen sen sauvan.
- Solenoidiventtiiliä ohjataan solenoidiohjainkaapelilla, joka on kiinnitetty V5 Robot Brainin 3-johtimiseen porttiin
Sylinterien voiman laskeminen
Yhtälö tietyn paineen lähtövoiman laskemiseksi esitetään seuraavasti:
(sylinterin poikkileikkausala) x (sisäinen ilmanpaine) = voima
VEX pneumaattisten sylinterien sylinterireikä on 0,39 tuumaa (10 mm). Tästä voidaan laskea sylinterin poikkileikkauspinta-ala käyttämällä ympyrän pinta-alan yhtälöä:
(Halkaisija / 2)² x π = Pinta-ala
Koska meille annetaan sylinterin reikä (sisähalkaisija) ja tiedämme, että Pi ≈ 3,14, voimme laskea alueen olevan:
(0,39 tuumaa / 2)² x 3,14 = 0,12 tuumaa²
Voimme nyt liittää tämän luvun alkuperäiseen yhtälöimme ja laskea sylinterin lähtövoiman:
0,12 in² x 100 psi = 12 paunaa voimaa (100 psi:llä)
Katso turvallisuusohjeet pneumatiikan kanssa työskennellessäsi kohdasta Varotoimet ja turvallisuusohjeet työskennellessäsi VEX V5 -robottien kanssa.