レガシー - V5 システムによる空気圧入門

空気圧は直線運動を生み出す非常に効率的な方法です。 空気圧シリンダーは、爪の作動、歯車システム間の歯車の切り替え、その他多くの用途に非常に効果的です。 さらに、空気圧はロボットに別のエネルギー源を追加し、非常に楽しく作業でき、業界で広く使用されている空気圧システムの知識を提供します。

空気圧シリンダが作動すると、完全に伸長するか、完全に収縮します。

: VEX ロボティクス コンペティション (VRC/VEX U/VEX AI) チームが空気圧の使用を計画している場合は、 ゲーム マニュアルの空気圧システムに関するロボット ルールをよく読む必要があります。


空気圧の仕組み

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空気圧は空気圧を利用して動作します。 これは自転車のタイヤポンプのような簡単なもので作成できます。

基本的な空気圧システムは、自転車ポンプで空気圧を汲み上げることができる貯蔵タンク、デバイスを接続する空気圧チューブ、圧力の解放を制御するバルブ、および空気圧シリンダーを使用します。

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複動空気圧シリンダは、バルブが空気圧をシリンダの底部に放出するときに作動します。 空気圧が内部ピストンの表面積を押し、ピストンとピストンロッドをシリンダーから押し出します。

ピストン/ピストンロッドが動くと、排気がシリンダーの上部から流れ出します。

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バルブは、シリンダー上部に空気圧を逃がすように設定することもできます。 これが起こると、空気圧がピストンとピストンロッドをシリンダー内に押し戻します。

ピストン/ピストンロッドが内側に移動すると、排気空気がシリンダーの底部から流出します。

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単動空気圧シリンダは、スプリングがピストン/ピストン ロッドを押し戻す点を除いて、ほぼ同じように動作します。 単動シリンダには、空気の流入と流出のためのポート/継手が 1 つだけあります。

V5 システムで利用可能な空気圧キットの詳細については、VEX ライブラリの記事「 V5 システム用の空気圧キットの選択 を参照してください。


空気圧コンポーネント

空気貯蔵

空気貯蔵装置は、複動シリンダと単動シリンダの両方で基本的に同じ部品を使用します。

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エアリザーバー - リザーバー、1-1/2" X 4"、1/8" NPT & M5 ポート付き - US14227-S0400

空気リザーバーは、空気圧システム用に空気が保管される場所です。

:軽量化のためエンドナットをリザーバーから取り外すことができます。

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リザーバーには 2 つのポートがあります。 両端に 1 つずつあります。 これらのネジ付きポートは、シュレーダー タイヤ ポンプ バルブまたはリザーバー フィッティングを受け入れます。

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リザーバーは、 インチ結束バンド をリザーバーと構造部品の周りに巻き付けることによってロボットに取り付けることができます。

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スチールバー をリザーバーの周りに巻き付け、バーの両側が交わる穴にネジを通すことによって、リザーバーをロボットに取り付けることもできます。 ナットをネジに配置してクランプを形成することができます。

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タイヤポンプフィッティング(シュレーダータイヤポンプバルブ)は、空気圧システムを加圧するためのエアポンプを着脱する場所です。

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エアリザーバーのポートにねじ込む前に、テフロンテープの単層をフィッティングのネジ山に巻き付けることができます。 これは気密シールを作るのに役立ちます。

気密シールの作成の詳細については、VEX ライブラリの記事「 VEX 空気圧システムの空気漏れの防止 を参照してください。

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シュレーダー タイヤ ポンプ バルブのコアを押し込むと、システムから圧力が解放されます。

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リザーバーのフィッティングは、システム内の残りの部分に空気圧を供給する空気圧チューブが挿入される場所です。

フィッティングのネジ山にはテフロン加工が施されており、空気漏れを軽減します

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すべての空気圧チューブ継手は、チューブが止まるまで継手にチューブを挿入するだけでチューブを受け入れます。

チューブを外すには、外側のカラーをフィッティングに向かって押し込む必要があり、その後チューブを取り外すことができます。

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「T」フィッティング - バルブ用の「T」フィッティング。 この「T」フィッティングにより、2 つのバルブに空気を供給するために空気供給を分割できます。

: この継手は 2 つの単動シリンダを 1 つの値で制御するために使用することもできます。

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圧力レギュレーター - 4mm フィッティング付きミニレギュレーターは、システムの下流に流れる空気圧を調整できます。

ステムを回転させたり、押し込んだり、出したりすることで圧力を調整します。

ステムを一番外側まで回すと空気圧が最も高くなります。 空気圧の量によって、シリンダーが加える力の量が決まります。

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複動空気圧キットには、オン/オフ スイッチ - フィンガー バルブが付属しています。

これにより、システムの空気をオンにし、システムから空気圧を解放することができます。

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バルブにエンボス加工された矢印がエアリザーバーから離れてシステムの方向を向いていることを確認してください。 言い換えれば、矢印は空気が進行する方向を指す必要があります。

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ノブがチューブと一直線にあるとき、システム内の空気がオンになります。

ノブが常にチューブに沿って位置合わせされていると、空気がオフになり、システムの上流から空気圧が解放されます。

エアコントロール

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複動式エアコントロール

ソレノイド、前進、後進 - 5/2 シングル ソレノイド バルブは、複動シリンダーのエアフローを制御します。

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バルブ用継手で、電磁弁のポートにねじ込みます。

継手をポートにねじ込む際に、ねじ山を交差させないように注意してください。

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バルブ上部のポート A とポート B の両方に継手をねじ込みます。

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バルブに空気圧が供給される P というラベルの付いたポートに継手をねじ込みます。

排気が放出されるように、R というラベルの付いた 2 つのポートを開いたままにしておきます。

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デフォルト設定では、ポート A が複動シリンダの下部ポートに供給し、ポート B が上部ポートに供給します。 これにより、ロッドが縮んだ状態でシリンダーが始動します。

ただし、シリンダのロッドを伸ばした状態で始動することが有利な条件がある場合には、2 つのポートを切り替えることができます。

電磁弁は結束バンドを使用してロボットに取り付けることができます。 :ソレノイドの排気口を結束バンドで覆わないでください。 こうなるとシリンダーは動きません。

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バルブの上部には小さな青いボタンがあり、スター ドライブ キーやペンなどの小さなツールを使用して押すことができます。 このボタンを押すと、シリンダーへの空気の流れをテストするために手動で値が開きます。

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ソレノイド ドライバー - ドライブ付きケーブルは、一端で複動ソレノイド バルブに差し込み、もう一端で V5 Robot Brain の 3 線ポートに接続します。

より長い長さが必要な場合は、ソレノイド ドライバーと V5 ロボット ブレインの間で 延長ケーブル を使用できます。

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単動式エアコントロール

ソレノイド、オン/オフ - 3/2 ソレノイド バルブは単動シリンダーを制御します。

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電磁弁のポートに同種のバルブ用継手をねじ込みます。

この場合も、継手をポートにねじ込むときに、ねじ山を交差させないように注意してください。

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バルブ上部のポート A に継手をねじ込みます。

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バルブに空気圧が供給される P というラベルの付いたポートに継手をねじ込みます。 排気が放出されるように、R というラベルの付いたポートを開いたままにしておきます。

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ポート A は単動シリンダの下部ポートに供給します。

電磁弁は結束バンドを使用してロボットに取り付けることができます。

:ソレノイドの排気口を結束バンドで覆わないでください。 こうなるとシリンダーは動きません。

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バルブの上部には小さなオレンジ色のボタンがあり、スター ドライブ キーやペンなどの小さなツールを使用して押すことができます。 このボタンを押すと、シリンダーへの空気の流れをテストするために手動で値が開きます。

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ソレノイド ドライバー - ドライブ付きケーブルは、一端で単動ソレノイド バルブに差し込み、もう一端で V5 Robot Brain の 3 線ポートに接続します。

より長い長さが必要な場合は、ソレノイドドライバーと V5 ロボットブレインの間で 延長ケーブル を使用できます。

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複動ソレノイドと単動ソレノイドの両方は、カスタム VEXcode V5 プロジェクト内のデジタル出力デバイスを使用して制御できます。

空気圧プログラミングの詳細については、VEX ライブラリの記事「コントローラーのボタンを使用した空気圧の制御 を参照してください。

空気圧シリンダ

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複動シリンダ

シリンダ、双方向 - 複動シリンダ、ボア 10mm、両端にポートがあります。

ロッドには 2 つのナットがねじ込まれています。 シリンダーロッドピボットの取り付けに使用できます。

シリンダーの前面にはねじが切られており、構造物に穴を開け、シリンダーを挿入し、シリンダーナットで固定することでシリンダーを取り付ける代替方法として使用できます。

この取り付け方法を使用しない場合は、ナットを取り外してロボットの重量を軽減できます。

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流量計 - M5 エルボ メーター出力流量制御は、シリンダーの上部ポートにねじ込むことができます。

流量計はシリンダーを通る空気の流れを制御し、シリンダーのロッドが伸びたり縮んだりする速度を制御します。

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流量計は、内リングを上に回すと流量が増加し、下に回すと流量が減少することで調整できます。 リングはドライバーを使用して回すことができます。

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シリンダ用フィッティング - シリンダ用 M5 オスコネクタは、シリンダの底部ポートにねじ込むことができます。

すべての継手と同様に、継手をねじ込む際にねじ山を横切らないように注意する必要があります。

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シリンダロッドピボットは、ロッドのネジ部分にある 2 つのナットの間に配置することでシリンダロッドに取り付けることができます。

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シリンダーマウントは、1インチ#8-32 VEXネジとナイロックナットを使用してシリンダーに取り付けることができます。

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シリンダー マウントはロボットの構造物に取り付けることができます。 シリンダーロッドピボットは、ネジまたはシャフトを使用して移動するコンポーネントに取り付けることができます。

:シリンダのロッドに横力がかかるような取付けは行わないでください。 シリンダのロッドが曲がるとシリンダは機能しなくなります。

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単動シリンダ

シリンダ - 単動スプリングリターンシリンダ 10mm ボアの端にはポートがあります。

ロッドには 2 つのナットがねじ込まれています。 シリンダーロッドピボットの取り付けに使用できます。

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シリンダ用フィッティング - シリンダ用 M5 オスコネクタは、シリンダの底部ポートにねじ込むことができます。

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単動シリンダにも上記複動シリンダと同様にシリンダロッドピボットとシリンダマウントを取り付けることができます。

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シリンダー マウントはロボットの構造物に取り付けることができます。 シリンダーロッドピボットは、ねじまたはシャフトを使用して移動するコンポーネントに取り付けることができます。

:シリンダのロッドに横力がかかるような取付けはしないでください。 シリンダのロッドが曲がるとシリンダは機能しなくなります。

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すべてのデバイスを接続するために空気圧チューブが使用されます。

鋭利な実用ハサミを使用して、必要な長さにカットできます。


空気圧用の 2 つのサンプル レイアウト

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複動シリンダのレイアウト例:

  1. 空気はバイクポンプからエアリザーバーのシュレーダーバルブにポンプで送られます。
  2. 加圧空気はリザーバの他端のフィッティングから流出し、オン/オフ スイッチに流れ込みます。
  3. スイッチから加圧空気が圧力調整器に供給されます。
  4. 空気は圧力調整器から複動ソレノイドバルブに流れ込みます。
  5. ソレノイドバルブの状態に応じて、空気はポート B から流出してシリンダの上部に流入するか、空気がポート A から流出してシリンダの下部に流入し、ロッドを伸ばします。
  6. ソレノイド バルブは、V5 ロボット ブレインの 3 線ポートに接続されたソレノイド ドライバー ケーブルによって制御されます。

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単動シリンダのレイアウト例:

  1. 空気はバイクポンプからエアリザーバーのシュレーダーバルブにポンプで送られます。
  2. 加圧された空気は、リザーバーの他端にあるフィッティングから流出し、圧力レギュレーターに流入します。
  3. 空気は圧力調整器から単動ソレノイドバルブに流れ込みます。
  4. ソレノイドバルブの状態に応じて、空気はポートAから排出されるか、または空気がポートAからロッドを伸ばしてシリンダの底部に流れ込みます。
  5. ソレノイドバルブは、V5 Robot Brain の 3 線ポートに接続されたソレノイドドライバーケーブルによって制御されます。

シリンダの力の計算

特定の圧力に対する出力力を計算する式は次のように与えられます。 

(シリンダーの断面積) x (内部の空気圧) = 力 

VEX 空気圧シリンダのシリンダ内径は 10 mm (0.39 インチ) です。 これから、円の面積の方程式を使用して円柱の断面積を計算できます。 

(直径 / 2)² x π = 面積

シリンダーのボア (内径) が与えられており、Pi ≈ 3.14 であることがわかっているため、面積は次のように計算できます。

 (0.39 インチ / 2)² x 3.14 = 0.12 インチ² 

この数値を元の方程式に代入して、シリンダーの出力力を計算できます。

0.12 インチ平方 x 100 psi = 12 ポンドの力 (100 psi で)


空気圧を使用する場合の安全ガイドラインについては、 VEX V5 ロボットを使用する場合の注意事項と安全ガイドラインを参照してください。

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