La pneumatica è un modo molto efficiente per creare movimento lineare. I cilindri pneumatici sono molto efficaci per attivare gli artigli, cambiare marcia tra sistemi di ingranaggi e molte altre applicazioni. Inoltre, la pneumatica aggiunge un'altra fonte di energia al tuo robot, è molto divertente da lavorare e fornirà la conoscenza dei sistemi pneumatici ampiamente utilizzati nell'industria.
Quando i cilindri pneumatici vengono attivati, sono completamente estesi o completamente retratti.
Nota: i team della VEX Robotics Competition (VRC/VEX U/VEX AI) che intendono utilizzare sistemi pneumatici devono leggere attentamente le Regole dei robot relative ai sistemi pneumatici nel Manuale di gioco.
Come funziona la pneumatica
La pneumatica funziona utilizzando la pressione dell'aria. Questo può essere creato con qualcosa di semplice come una pompa per pneumatici da bicicletta.
Il sistema pneumatico di base utilizza un serbatoio di stoccaggio in cui la pressione dell'aria può essere pompata con la pompa della bicicletta, un tubo pneumatico per collegare i dispositivi, una valvola per controllare il rilascio della pressione e un cilindro pneumatico.
Un cilindro pneumatico a doppio effetto funziona quando una valvola rilascia la pressione dell'aria nella parte inferiore del cilindro. La pressione dell'aria spinge sulla superficie di un pistone interno che spinge il pistone e l'asta del pistone fuori dal cilindro.
Quando il pistone/stelo si sposta, l'aria di scarico fuoriesce dalla parte superiore del cilindro
La valvola può anche essere impostata per rilasciare la pressione dell'aria nella parte superiore del cilindro. Quando ciò accade, la pressione dell'aria spinge il pistone e l'asta del pistone nuovamente nel cilindro.
Quando il pistone/stelo si muove verso l'interno, l'aria di scarico fuoriesce dal fondo del cilindro.
Un cilindro pneumatico a semplice effetto funziona per lo più allo stesso modo, con l'eccezione che una molla spinge indietro il pistone/stelo. Un cilindro a semplice effetto ha solo una porta/raccordo per l'ingresso e l'uscita dell'aria.
Per maggiori informazioni sui kit pneumatici disponibili per il sistema V5, consultare l'articolo Selezione di un kit pneumatico per il sistema V5 nella VEX Library.
Componenti pneumatici
Stoccaggio dell'aria
Il serbatoio dell'aria, sia per i cilindri a doppio effetto che per quelli a semplice effetto, utilizza essenzialmente gli stessi componenti.
Serbatoio dell'aria - Serbatoio, 1-1/2" X 4", con porta & M5 da 1/8"NPT - US14227-S0400
Il serbatoio dell'aria è il luogo in cui viene immagazzinata l'aria per il sistema pneumatico.
Nota: I dadi terminali possono essere rimossi dal serbatoio per ridurre il peso.
Il serbatoio ha due porte. Uno su ciascuna estremità. Queste porte filettate accettano la valvola della pompa per pneumatici Schrader o il raccordo del serbatoio.
Il serbatoio può essere fissato al robot avvolgendo delle fascette da 11” attorno al serbatoio e a un pezzo strutturale.
Il raccordo della pompa per pneumatici (valvola della pompa per pneumatici Schrader) è il punto in cui una pompa dell'aria viene collegata/staccata per pressurizzare il sistema pneumatico.
È possibile avvolgere un singolo strato di nastro in Teflon attorno alle filettature del raccordo prima di avvitarlo nella porta del serbatoio dell'aria. Ciò contribuirà a creare una chiusura ermetica.
Per maggiori informazioni sulla creazione di guarnizioni ermetiche, fare riferimento all'articolo Prevenzione delle perdite d'aria in un sistema pneumatico VEX della VEX Library.
Il nucleo della valvola della pompa per pneumatici Schrader può essere spinto verso l'interno per rilasciare la pressione dal sistema.
Il raccordo per il serbatoio è il punto in cui viene inserito il tubo pneumatico che alimenterà la pressione dell'aria al resto del sistema.
La filettatura del raccordo viene fornita con teflon già applicato per ridurre le perdite d'aria
Tutti i raccordi per tubi pneumatici accettano il tubo semplicemente inserendolo nel raccordo fino all'arresto.
Per rilasciare il tubo è necessario spingere il collare esterno verso il raccordo e quindi rimuovere il tubo.
Raccordo a "T" - Raccordo a "T" per Valvole. Questo raccordo a “T” consentirà di dividere l'alimentazione dell'aria per alimentare due valvole.
Nota: il raccordo può essere utilizzato anche per controllare due cilindri a semplice effetto con lo stesso valore.
Il regolatore di pressione - Mini regolatore con raccordi da 4 mm può regolare la pressione dell'aria che scorre a valle nel sistema.
La pressione viene regolata ruotando lo stelo, spostandolo verso l'interno o verso l'esterno.
Con lo stelo completamente rivolto verso l'esterno la pressione dell'aria sarà massima. La quantità di pressione dell'aria determina la quantità di forza che verrà applicata dal cilindro.
Il kit pneumatico a doppio effetto viene fornito con un interruttore on/off - valvola a dito.
Ciò consentirà di accendere l'aria per il sistema e rilasciare la pressione dell'aria dal sistema.
Assicurarsi che le frecce in rilievo sulla valvola puntino lontano dal serbatoio dell'aria e verso il sistema. In altre parole, la freccia dovrebbe essere puntata nella direzione in cui viaggerà l'aria.
Quando la manopola è in linea con il tubo, l'aria nel sistema è accesa.
Quando la manopola è costantemente allineata al tubo, l'aria viene spenta e viene rilasciata la pressione dell'aria a monte del sistema.
Controllo aereo
Controllo dell'aria a doppia azione
L'elettrovalvola a solenoide singola, avanti e indietro - 5/2 controlla il flusso d'aria per i cilindri a doppio effetto.
Raccordi per valvole, si avvitano nelle porte dell'elettrovalvola.
Fare attenzione a non incrociare la filettatura dei raccordi mentre vengono avvitati nella porta.
Avvitare un raccordo sia nella porta A che nella porta B sulla parte superiore della valvola.
Avvitare un raccordo nella porta etichettata P dove la pressione dell'aria verrà immessa nella valvola.
Lasciare aperte le due porte contrassegnate con R per consentire il rilascio dell'aria di scarico.
Nella configurazione predefinita, la porta A alimenterà la porta inferiore del cilindro a doppio effetto e la porta B alimenterà la porta superiore. In questo modo il cilindro inizierà con lo stelo retratto.
Tuttavia, se esiste una condizione in cui è vantaggioso iniziare con lo stelo del cilindro esteso, è possibile invertire le due porte.
Le elettrovalvole possono essere fissate al robot tramite fascette. Nota: non coprire le porte di scarico del solenoide con le fascette. Se ciò accade, il cilindro non si muoverà.
Sulla parte superiore della valvola è presente un piccolo pulsante blu che può essere premuto utilizzando un piccolo strumento come una chiave Star Drive o una penna. Premendo questo pulsante si aprirà manualmente il valore per testare il flusso d'aria al cilindro.
Il driver del solenoide - Cavo con azionamento, si collega all'elettrovalvola a doppio effetto su un'estremità e fornisce una connessione alla porta a 3 fili sul cervello del robot V5 sull'altra estremità.
Se è necessaria una lunghezza maggiore, è possibile utilizzare un cavo di prolunga tra il driver del solenoide e il cervello del robot V5.
Controllo dell'aria a semplice effetto
Solenoide, On/Off - L'elettrovalvola 3/2 controlla i cilindri a semplice effetto.
Lo stesso tipo di raccordi per valvole si avvitano nelle porte dell'elettrovalvola.
Ancora una volta, fare attenzione a non incrociare la filettatura dei raccordi mentre vengono avvitati nella porta.
Avvitare un raccordo nella porta A sulla parte superiore della valvola.
Avvitare un raccordo nella porta etichettata P dove la pressione dell'aria verrà immessa nella valvola. Lasciare aperta la porta contrassegnata con R per consentire il rilascio dell'aria di scarico.
La porta A alimenterà la porta inferiore del cilindro a semplice effetto.
Le elettrovalvole possono essere fissate al robot utilizzando fascette.
Nota: Non coprire la porta di scarico del solenoide con le fascette. Se ciò accade, il cilindro non si muoverà.
Sulla parte superiore della valvola è presente un piccolo pulsante arancione che può essere premuto utilizzando un piccolo strumento come una chiave Star Drive o una penna. Premendo questo pulsante si aprirà manualmente il valore per testare il flusso d'aria al cilindro.
Il driver del solenoide - Cavo con azionamento, si collega all'elettrovalvola a singolo effetto su un'estremità e fornisce una connessione alla porta a 3 fili sul cervello del robot V5 sull'altra estremità.
È possibile utilizzare un cavo di prolunga tra il driver del solenoide e il cervello del robot V5 se è necessaria una lunghezza maggiore
Sia il solenoide a doppio effetto che quello a semplice effetto possono essere controllati tramite un dispositivo di uscita digitale all'interno di un progetto VEXcode V5 .
Per ulteriori informazioni sulla programmazione della pneumatica, vedere l'articoloControllo della pneumatica tramite i pulsanti del controller della VEX Library.
Cilindri pneumatici
Cilindro a doppio effetto
Il cilindro, bidirezionale - Cilindro a doppio effetto con alesaggio da 10 mm, ha una porta su entrambe le estremità.
L'asta è filettata con due dadi. Questi possono essere utilizzati per collegare il perno dell'asta del cilindro.
La parte anteriore del cilindro è filettata e può essere utilizzata come metodo alternativo per montare il cilindro praticando un foro in un pezzo della struttura, inserendo il cilindro e quindi fissandolo con il dado del cilindro.
Se non si utilizza questo metodo di fissaggio, è possibile rimuovere il dado per ridurre il peso del robot.
Il flussometro - controllo del flusso in uscita dal misuratore a gomito M5, può essere avvitato nella porta superiore del cilindro.
Il flussometro può controllare il flusso d'aria attraverso il cilindro che controllerà la velocità di estensione e ritrazione dell'asta del cilindro.
Il flussometro può essere regolato ruotando l'anello interno verso l'alto per aumentare il flusso o verso il basso per diminuire il flusso. L'anello può essere ruotato utilizzando un cacciavite a lama.
Il raccordo per cilindri - connettore maschio M5 per cilindri, può essere avvitato nella porta inferiore del cilindro.
Come con tutti i raccordi, è necessario fare attenzione a non incrociare la filettatura del raccordo mentre viene avvitato.
Il perno dell'asta del cilindro può essere fissato all'asta del cilindro posizionandolo tra i due dadi sulla parte filettata dell'asta.
Il supporto del cilindro può essere fissato al cilindro utilizzando una vite VEX n. 8-32 da 1 pollice e un dado Nylock.
Il supporto del cilindro può essere montato su un pezzo della struttura del robot. Il perno con asta del cilindro può essere fissato al componente che verrà spostato utilizzando una vite o un albero.
Nota: non montare il cilindro in modo tale che allo stelo del cilindro venga applicata una forza laterale. Se lo stelo del cilindro si piega, il cilindro non funzionerà.
Cilindro a semplice effetto
Il cilindro: cilindro con ritorno a molla a semplice effetto, alesaggio da 10 mm, ha una porta all'estremità.
L'asta è filettata con due dadi. Questi possono essere utilizzati per collegare il perno dell'asta del cilindro.
Il raccordo per cilindri - connettore maschio M5 per cilindri, può essere avvitato nella porta inferiore del cilindro.
Il perno dell'asta del cilindro e il supporto del cilindro possono essere fissati al cilindro a semplice effetto nello stesso modo in cui lo sono per il cilindro a doppio effetto sopra descritto.
Il supporto del cilindro può essere montato su un pezzo della struttura del robot. Il perno con asta del cilindro può essere fissato al componente che verrà spostato utilizzando una vite o un albero.
Nota: Non montare il cilindro in modo tale che allo stelo del cilindro venga applicata una forza laterale. Se lo stelo del cilindro si piega, il cilindro non funzionerà.
Il tubo pneumatico viene utilizzato per collegare insieme tutti i dispositivi.
Può essere tagliato a misura utilizzando un paio di forbici affilate.
Due layout di esempio per la pneumatica
Un layout di esempio per il cilindro a doppio effetto:
- L'aria verrà pompata da una pompa da bicicletta nella valvola Schrader del serbatoio dell'aria.
- L'aria pressurizzata fuoriesce dal raccordo sull'altra estremità del serbatoio e nell'interruttore On-Off.
- Dall'interruttore l'aria pressurizzata alimenterà il regolatore di pressione.
- Dal regolatore di pressione l'aria fluirà nell'elettrovalvola a doppio effetto.
- A seconda dello stato dell'elettrovalvola, l'aria uscirà dalla porta B e nella parte superiore del cilindro oppure l'aria uscirà dalla porta A e nella parte inferiore del cilindro estendendone lo stelo.
- L'elettrovalvola sarà controllata dal cavo del driver dell'elettrovalvola collegato alla porta a 3 fili del cervello del robot V5
Un esempio di disposizione per il cilindro a semplice effetto:
- L'aria verrà pompata da una pompa da bicicletta nella valvola Schrader del serbatoio dell'aria.
- L'aria pressurizzata fuoriesce dal raccordo sull'altra estremità del serbatoio e entra nel regolatore di pressione.
- Dal regolatore di pressione l'aria fluirà nell'elettrovalvola a semplice effetto.
- A seconda dello stato dell'elettrovalvola, l'aria verrà scaricata dalla porta A oppure l'aria uscirà dalla porta A e fluirà nella parte inferiore del cilindro estendendone lo stelo.
- L'elettrovalvola sarà controllata dal cavo del driver dell'elettrovalvola collegato alla porta a 3 fili del cervello robot V5
Calcolo della forza dei cilindri
L'equazione per calcolare la forza di uscita per una pressione specifica è data come:
(Area della sezione trasversale del cilindro) x (Pressione dell'aria interna) = Forza
L'alesaggio dei cilindri pneumatici VEX è di 10 mm (0,39 pollici). Da questo possiamo calcolare l'area della sezione trasversale del cilindro utilizzando l'equazione per l'area di un cerchio:
(Diametro / 2)² x π = Area
Poiché abbiamo l'alesaggio del cilindro (diametro interno) e sappiamo che Pi ≈ 3,14, possiamo calcolare l'area:
(0,39 pollici/2)² x 3,14 = 0,12 pollici²
Ora possiamo inserire questo numero nella nostra equazione originale e calcolare la forza di uscita del cilindro:
0,12 pollici² x 100 psi = 12 libbre di forza (a 100 psi)
Per le linee guida di sicurezza quando si lavora con componenti pneumatici, fare riferimento a Precauzioni e linee guida di sicurezza quando si lavora con robot VEX V5.