Initiation à la pneumatique avec le système V5

La pneumatique est un moyen très efficace de créer un mouvement linéaire. Les vérins pneumatiques sont très efficaces pour activer les griffes, changer de vitesse entre les systèmes d'engrenages et de nombreuses autres applications. De plus, la pneumatique ajoute une autre source d'énergie à votre robot, est très amusante à utiliser et vous permettra de connaître les systèmes pneumatiques largement utilisés dans l'industrie.

Lorsque les vérins pneumatiques sont activés, ils sont soit entièrement déployés, soit entièrement rétractés.

Cet article expliquera :

Remarque : les équipes de la compétition de robotique VEX (VRC/VEX U/VEX AI) qui prévoient d'utiliser la pneumatique doivent soigneusement lire les règles du robot concernant les systèmes pneumatiques dans le manuel du jeu.


Comment fonctionne la pneumatique

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La pneumatique fonctionne en utilisant la pression d'air. Cela peut être créé avec quelque chose d'aussi simple qu'une pompe à pneu de vélo.

Le système pneumatique de base utilise un réservoir de stockage dans lequel la pression d'air peut être pompée avec la pompe à vélo, des tubes pneumatiques pour connecter les appareils, une vanne pour contrôler la libération de la pression et un vérin pneumatique.

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Un vérin pneumatique à double effet fonctionne lorsqu'une vanne libère de la pression d'air dans le fond du vérin. La pression de l'air pousse sur la surface d'un piston interne qui force le piston et la tige de piston hors du cylindre.

Lorsque le piston/la tige de piston sortent, l'air d'échappement s'écoule par le haut du cylindre

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La vanne peut également être réglée pour libérer la pression d'air dans le haut du cylindre. Lorsque cela se produit, la pression d'air repousse le piston et la tige de piston dans le cylindre.

Au fur et à mesure que le piston/la tige de piston rentre, l'air d'échappement s'écoule par le bas du cylindre.

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Un vérin pneumatique à simple effet fonctionne principalement de la même manière, à l'exception du fait qu'un ressort repousse le piston/la tige de piston. Un vérin à simple effet n'a qu'un seul orifice/raccord pour l'entrée d'air et la sortie d'air.

Pour plus d'informations sur les kits pneumatiques disponibles pour le système V5, consultez l'article Sélection d'un kit pneumatique pour le système V5 de la base de connaissances.


Composants pneumatiques

Stockage d'air

Le stockage d'air, pour les vérins à double effet et les vérins à simple effet, utilise essentiellement les mêmes composants.

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Réservoir d'air - Réservoir, 1-1/2" X 4", avec 1/8" NPT & port M5 - US14227-S0400

Le réservoir d'air est l'endroit où l'air est stocké pour le système pneumatique.

Remarque : les écrous d'extrémité peuvent être retirés du réservoir pour réduire le poids.

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Le réservoir a deux ports. Un à chaque extrémité. Ces ports filetés accepteront la valve de la pompe à pneu Schrader ou le raccord du réservoir.

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Le réservoir peut être attaché au robot en enroulant attaches zippées 11" autour du réservoir et d'une pièce structurelle.

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Le réservoir peut également être fixé au robot en enroulant une barre d'acier autour du réservoir et en plaçant une vis dans les trous où les deux côtés de la barre se rencontrent. Un écrou peut être placé sur la vis formant une pince.

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Le raccord de pompe à pneu (valve de pompe à pneu Schrader) est l'endroit où une pompe à air est fixée/détachée pour pressuriser le système pneumatique.

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Une seule couche de ruban téflon peut être enroulée autour des filetages du raccord avant de le visser dans le port du réservoir d'air. Cela aidera à faire un joint hermétique.

Pour plus d'informations sur la création de joints hermétiques, reportez-vous à l'article Prévention des fuites d'air dans un système pneumatique VEX de la base de connaissances.

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Le noyau de la valve de la pompe à pneu Schrader peut être enfoncé pour relâcher la pression du système.

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Le raccord pour réservoir est l'endroit où le tube pneumatique est inséré qui alimente en pression d'air le reste du système.

Le filetage du raccord est livré avec du téflon déjà appliqué pour réduire les fuites d'air

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Tous les raccords de tubes pneumatiques acceptent le tube en insérant simplement le tube dans le raccord jusqu'à ce qu'il s'arrête.

Pour libérer le tube, le collier extérieur doit être poussé vers le raccord, puis le tube peut être retiré.

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Raccord "T" - Raccord "T" pour vannes. Ce raccord en « T » permettra de diviser l'alimentation en air afin d'alimenter deux vannes.

Remarque: le raccord peut également être utilisé pour contrôler deux vérins simple effet avec la même valeur.

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Le régulateur de pression - Mini régulateur avec raccords de 4 mm peut ajuster la pression d'air circulant en aval dans le système.

La pression est ajustée en tournant la tige, en la déplaçant vers l'intérieur ou vers l'extérieur.

Avec la tige complètement tournée, la pression d'air sera la plus élevée. La quantité de pression d'air détermine la quantité de force que le cylindre appliquera.

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Le kit pneumatique à double effet est livré avec un interrupteur marche/arrêt - valve à doigt.

Cela vous permettra d'activer l'air pour le système et de libérer la pression d'air du système.

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Assurez-vous que les flèches gravées sur la valve pointent vers le réservoir d'air et vers le système. En d'autres termes, la flèche doit être pointée dans la direction dans laquelle l'air se déplacera.

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Lorsque le bouton est aligné avec le tube, l'air est activé dans le système.

Lorsque le bouton est aligné perpétuellement avec le tube, l'air est coupé et il libère la pression d'air de l'amont dans le système.

Contrôle aérien

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Contrôle d'air à double effet

L'électrovanne simple, marche avant, marche arrière - 5/2 contrôle le débit d'air pour les vérins à double effet.

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Raccords pour vannes, ceux-ci se vissent dans les ports de l'électrovanne.

Veillez à ne pas fausser le filetage des raccords lorsqu'ils sont vissés dans le port.

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Vissez un raccord dans les ports A et B sur le dessus de la vanne.

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Vissez un raccord dans le port étiqueté P où la pression d'air sera introduite dans la vanne.

Laissez les deux ports marqués R ouverts pour permettre à l'air d'échappement de s'échapper.

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Dans la configuration par défaut, le port A alimente le port inférieur du vérin à double effet et le port B alimente le port supérieur. Cela fera démarrer le cylindre avec la tige rétractée.

Cependant, s'il y a une condition où il est avantageux de commencer avec la tige du vérin étendue, les deux ports peuvent être commutés.

Les électrovannes peuvent être fixées au robot à l'aide d'attaches zip. Remarque : ne couvrez pas les orifices d'échappement du solénoïde avec les attaches. Si cela se produit, le cylindre ne bougera pas.

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Il y a un petit bouton bleu sur le dessus de la valve qui peut être enfoncé à l'aide d'un petit outil comme une clé Star Drive ou un stylo. Appuyez sur ce bouton pour ouvrir manuellement la valeur afin de tester le débit d'air vers le cylindre.

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Le pilote d'électrovanne - Câble avec entraînement, se branche sur l'électrovanne à double effet à une extrémité et fournit une connexion au port à 3 fils du V5 Robot Brain à l'autre extrémité.

Un câble d'extension peut être utilisé entre le pilote de solénoïde et le V5 Robot Brain si plus de longueur est nécessaire.

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Contrôle d'air à simple effet

Solénoïde, marche/arrêt - L'électrovanne 3/2 contrôle les vérins à simple effet.

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Le même type de raccords pour vannes se visse dans les ports de l'électrovanne.

Encore une fois, veillez à ne pas fausser le filetage des raccords lorsqu'ils sont vissés dans le port.

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Vissez un raccord dans le port A sur le dessus de la vanne.

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Vissez un raccord dans le port étiqueté P où la pression d'air sera introduite dans la vanne. Laissez le port étiqueté R ouvert pour permettre à l'air d'échappement de s'échapper.

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Le port A alimentera le port inférieur du vérin à simple effet.

Les électrovannes peuvent être fixées au robot à l'aide d'attaches zip.

Remarque : Ne couvrez pas l'orifice d'échappement du solénoïde avec les attaches. Si cela se produit, le cylindre ne bougera pas.

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Il y a un petit bouton orange sur le dessus de la valve qui peut être enfoncé à l'aide d'un petit outil comme une clé Star Drive ou un stylo. Appuyez sur ce bouton pour ouvrir manuellement la valeur afin de tester le débit d'air vers le cylindre.

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Le pilote d'électrovanne - Câble avec entraînement, se branche sur l'électrovanne à simple effet à une extrémité et fournit une connexion au port à 3 fils sur le V5 Robot Brain à l'autre extrémité.

Un câble d'extension peut être utilisé entre le pilote de solénoïde et le V5 Robot Brain si plus de longueur est nécessaire

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Le solénoïde à double effet et le solénoïde à simple effet peuvent être contrôlés à l'aide d'un périphérique de sortie numérique dans un projet personnalisé VEXcode V5.

Pour plus d'informations sur la programmation de la pneumatique, consultez l'article Contrôle de la pneumatique à l'aide des boutons de votre contrôleur de la base de connaissances.

Vérins pneumatiques

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Cylindre à double effet

Le cylindre, bidirectionnel - cylindre à double effet d'alésage de 10 mm, a un orifice aux deux extrémités.

La tige est filetée avec deux écrous. Ceux-ci peuvent être utilisés pour attacher le pivot de tige de cylindre.

L'avant du cylindre est fileté et peut être utilisé comme méthode alternative pour monter le cylindre en perçant un trou dans une pièce de structure, en insérant le cylindre, puis en le fixant avec l'écrou du cylindre.

Si cette méthode de fixation n'est pas utilisée, l'écrou peut être retiré pour réduire le poids de votre robot.

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Le débitmètre - débitmètre coudé M5, peut être vissé dans l'orifice supérieur du cylindre.

Le débitmètre peut contrôler le débit d'air à travers le cylindre, ce qui contrôlera la vitesse à laquelle la tige du cylindre s'étendra et se rétractera.

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Le débitmètre peut être ajusté en tournant la bague intérieure vers le haut pour augmenter le débit ou vers le bas pour diminuer le débit. La bague peut être tournée à l'aide d'un tournevis plat.

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Le raccord pour cylindres - Connecteur mâle M5 pour cylindres, peut être vissé dans l'orifice inférieur du cylindre.

Comme pour tous les raccords, il faut veiller à ne pas fausser le filetage du raccord lors de son vissage.

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Le pivot de tige de vérin peut être fixé à la tige de vérin en le plaçant entre les deux écrous sur la partie filetée de la tige.

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Le support de cylindre peut être fixé au cylindre à l'aide d'une vis VEX #8-32 de 1 pouce et d'un écrou nylock.

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Le support de cylindre peut être monté sur une pièce de structure sur le robot. Le pivot de tige de vérin peut être fixé au composant sur lequel il sera déplacé à l'aide d'une vis ou d'un axe.

Remarque : ne montez pas le vérin de telle sorte qu'une force latérale soit appliquée sur la tige du vérin. Si la tige du cylindre se plie, le cylindre ne fonctionnera pas.

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Vérin à simple effet

Le cylindre - cylindre de rappel à ressort à simple effet d'alésage de 10 mm a un orifice à son extrémité.

La tige est filetée avec deux écrous. Ceux-ci peuvent être utilisés pour attacher le pivot de tige de cylindre.

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Le raccord pour cylindres - Connecteur mâle M5 pour cylindres, peut être vissé dans l'orifice inférieur du cylindre.

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Le pivot de tige de vérin et le support de vérin peuvent être fixés au vérin à simple effet de la même manière que pour le vérin à double effet décrit ci-dessus.

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Le support de cylindre peut être monté sur une pièce de structure sur le robot. Le pivot de tige de vérin peut être fixé au composant sur lequel il sera déplacé à l'aide d'une vis ou d'un axe.

Remarque : Ne montez pas le vérin de telle sorte qu'une force latérale soit appliquée sur la tige du vérin. Si la tige du cylindre se plie, le cylindre ne fonctionnera pas.

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Un tube pneumatique est utilisé pour connecter tous les appareils ensemble.

Il peut être coupé à longueur à l'aide d'une paire de ciseaux utilitaires pointus.


Deux exemples de disposition pour la pneumatique

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Un exemple de disposition pour le vérin à double effet :

  1. L'air sera pompé d'une pompe à vélo dans la valve Schrader du réservoir d'air.
  2. L'air sous pression sort du raccord à l'autre extrémité du réservoir et pénètre dans l'interrupteur marche-arrêt.
  3. À partir de l'interrupteur, l'air sous pression alimente le régulateur de pression.
  4. Du régulateur de pression, l'air s'écoulera dans l'électrovanne à double effet.
  5. Selon l'état de l'électrovanne, l'air s'écoulera soit du port B et dans le haut du cylindre, soit de l'air s'écoulera du port A et dans le bas du cylindre en prolongeant sa tige.
  6. L'électrovanne sera contrôlée par le câble de commande de solénoïde attaché au port à 3 fils du V5 Robot Brain

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Exemple de disposition pour le vérin simple effet :

  1. L'air sera pompé d'une pompe à vélo dans la valve Schrader du réservoir d'air.
  2. L'air sous pression sort du raccord à l'autre extrémité du réservoir et pénètre dans le régulateur de pression.
  3. Du régulateur de pression, l'air s'écoulera dans l'électrovanne à simple effet.
  4. En fonction de l'état de l'électrovanne, l'air s'échappera du port A ou de l'air s'écoulera du port A et dans le fond du cylindre prolongeant sa tige.
  5. L'électrovanne sera contrôlée par le câble de commande de l'électrovanne attaché au port à 3 fils du V5 Robot Brain

Calcul de la force des cylindres

L'équation de calcul de la force de sortie pour une pression spécifique est donnée comme suit :

(Surface de la section transversale du cylindre) x (Pression d'air interne) = Force

L'alésage des vérins pneumatiques VEX est de 0,39 po (10 mm). À partir de là, nous pouvons calculer l'aire de la section transversale du cylindre en utilisant l'équation de l'aire d'un cercle :

(Diamètre / 2)² x π = Aire

Comme on nous donne l'alésage du cylindre (diamètre intérieur) et que nous savons que Pi 3,14, nous pouvons calculer l'aire à :

(0,39 po / 2)² x 3,14 = 0,12 po²

Nous pouvons maintenant insérer ce nombre dans notre équation d'origine et calculer la force de sortie du cylindre :

0,12 po² x 100 psi = 12 livres de force (à 100 psi)


Pour les consignes de sécurité lors de l'utilisation de pneumatiques, reportez-vous aux Précautions et consignes de sécurité lors de l'utilisation de robots VEX V5.

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