공압은 선형 운동을 생성하는 매우 효율적인 방법입니다. 공압 실린더는 클로 활성화, 기어 시스템 간의 기어 변속 및 기타 여러 응용 분야에 매우 효과적입니다. 또한 공압은 로봇에 또 다른 에너지원을 추가하고 작업하기가 매우 재미있으며 산업에서 널리 사용되는 공압 시스템에 대한 지식을 제공합니다.
공압 실린더가 활성화되면 완전히 확장되거나 완전히 수축됩니다.
참고: 공압을 사용하려는 VEX 로봇공학 대회(VRC/VEX U/VEX AI) 팀은 게임 매뉴얼에서 공압 시스템에 관한 로봇 규칙을 주의 깊게 읽어야 합니다.
공압 작동 방식
공압은 공기의 압력을 이용하여 작동합니다. 이것은 자전거 타이어 펌프처럼 간단한 것으로 만들 수 있습니다.
기본 공압 시스템은 자전거 펌프로 공기 압력을 펌핑할 수 있는 저장 탱크, 장치를 연결하는 공압 튜브, 압력 방출을 제어하는 밸브 및 공압 실린더를 사용합니다.
복동 공압 실린더는 밸브가 공기 압력을 실린더 바닥으로 방출할 때 작동합니다. 공기압은 내부 피스톤의 표면을 밀어 피스톤과 피스톤 로드를 실린더 밖으로 밀어냅니다.
피스톤/피스톤 로드가 밖으로 나오면 배기 공기가 실린더 상단으로 흘러나옵니다.
밸브는 공기 압력을 실린더 상단으로 방출하도록 설정할 수도 있습니다. 이런 일이 발생하면 공기 압력이 피스톤과 피스톤 로드를 실린더 안으로 밀어 넣습니다.
피스톤/피스톤 로드가 안으로 들어가면서 배기 공기가 실린더 바닥으로 흘러나갑니다.
단동 공압 실린더는 스프링이 피스톤/피스톤 로드를 다시 밀어 넣는다는 점을 제외하면 대부분 동일한 방식으로 작동합니다. 단동 실린더에는 공기가 들어가고 공기가 나가는 포트/피팅이 하나만 있습니다.
V5 시스템에 사용 가능한 공압 키트에 대한 자세한 내용은 VEX 라이브러리에서 V5 시스템용 공압 키트 선택 기사를 참조하세요.
공압 부품
공기 저장
복동 실린더와 단동 실린더 모두에 대한 공기 저장 장치는 기본적으로 동일한 구성 요소를 사용합니다.
공기 저장소 - 저장소, 1-1/2" X 4", 1/8"NPT & M5 포트 포함 - US14227-S0400
공기 저장소는 공압 시스템을 위한 공기가 저장되는 곳입니다.
참고: 무게를 줄이기 위해 저장소에서 엔드 너트를 제거할 수 있습니다.
저수지에는 두 개의 포트가 있습니다. 각 끝에 하나씩. 이 나사형 포트는 Schrader 타이어 펌프 밸브 또는 저장소 피팅을 수용합니다.
저장소와 구조 부품 주위에 11인치 지퍼 타이 감아 저장소를 로봇에 부착할 수 있습니다.
저장소 주위에 강철 막대 감싸고 바의 양쪽이 만나는 구멍을 통해 나사를 배치하여 저장소를 로봇에 부착할 수도 있습니다. 너트는 클램프를 형성하는 나사에 배치될 수 있습니다.
타이어 펌프 피팅(Schrader 타이어 펌프 밸브)은 공압 시스템에 압력을 가하기 위해 공기 펌프를 탈부착하는 곳입니다.
공기 저장통 포트에 나사로 고정하기 전에 테프론 테이프 한 겹으로 피팅 나사산을 감쌀 수 있습니다. 이렇게 하면 밀폐된 밀봉을 만드는 데 도움이 됩니다.
밀폐 씰 생성에 대한 자세한 내용은 VEX 라이브러리의 VEX 공압 시스템의 공기 누출 방지 기사를 참조하십시오.
Schrader 타이어 펌프 밸브의 코어를 밀어 넣어 시스템의 압력을 방출할 수 있습니다.
저장소용 피팅은 시스템의 나머지 부분에 공기 압력을 공급하는 공압 튜브가 삽입되는 곳입니다.
피팅의 나사산에는 공기 누출을 줄이기 위해 이미 테플론이 도포되어 있습니다.
모든 공압식 튜빙 피팅은 튜빙이 멈출 때까지 피팅에 삽입하기만 하면 튜빙을 수용합니다.
튜브를 풀려면 외부 칼라를 피팅 쪽으로 밀어 넣은 다음 튜브를 제거해야 합니다.
"T" 피팅 - 밸브용 "T" 피팅. 이 "T" 피팅을 사용하면 두 개의 밸브에 공급하기 위해 공기 공급을 분할할 수 있습니다.
참고: 피팅은 하나의 값으로 두 개의 단동 실린더를 제어하는 데에도 사용할 수 있습니다.
압력 조절기 - 4mm 피팅이 있는 미니 조절기는 시스템의 하류로 흐르는 공기 압력을 조정할 수 있습니다.
압력은 스템을 돌리거나 안으로 옮기거나 밖으로 움직여 조정됩니다.
스템을 끝까지 돌리면 공기압이 가장 높아집니다. 공기압의 양에 따라 실린더에 적용되는 힘의 양이 결정됩니다.
복동식 공압 키트에는 On/Off 스위치 - 핑거 밸브가 함께 제공됩니다.
이렇게 하면 시스템에 공기를 공급하고 시스템에서 공기 압력을 배출할 수 있습니다.
밸브에 양각으로 표시된 화살표가 공기 저장소 반대쪽, 시스템 쪽을 가리키는지 확인하십시오. 즉, 화살표는 공기가 이동하는 방향을 가리켜야 합니다.
손잡이가 튜브와 일치하면 시스템에 공기가 공급됩니다.
노브가 튜브와 영구적으로 교차되도록 정렬되면 공기가 꺼지고 시스템의 업스트림에서 공기 압력이 방출됩니다.
항공 관제
복동식 공기 제어 장치
솔레노이드, 전진, 역방향 - 5/2 단일 솔레노이드 밸브는 복동 실린더의 공기 흐름을 제어합니다.
밸브용 피팅으로 솔레노이드 밸브의 포트에 나사로 고정됩니다.
포트에 나사로 고정될 때 피팅이 교차되지 않도록 주의하십시오.
밸브 상단의 포트 A와 포트 B에 피팅을 나사로 고정합니다.
공기압이 밸브로 공급되는 P라고 표시된 포트에 피팅을 나사로 고정합니다.
배기 공기가 배출될 수 있도록 R이라고 표시된 두 개의 포트를 열어 두십시오.
기본 설정에서 포트 A는 복동 실린더의 하단 포트에 전원을 공급하고 포트 B는 상단 포트에 전원을 공급합니다. 이렇게 하면 로드가 후퇴된 상태에서 실린더가 시작됩니다.
그러나 실린더 로드를 확장한 상태에서 시작하는 것이 유리한 조건이 있는 경우 두 포트를 전환할 수 있습니다.
솔레노이드 밸브는 지퍼 타이를 사용하여 로봇에 부착할 수 있습니다. 참고: 집타이로 솔레노이드의 배기구를 덮지 마십시오. 이런 일이 발생하면 실린더가 움직이지 않습니다.
밸브 상단에는 스타 드라이브 키나 펜과 같은 작은 도구를 사용하여 누를 수 있는 작은 파란색 버튼이 있습니다. 이 버튼을 누르면 실린더로의 공기 흐름을 테스트하기 위해 값이 수동으로 열립니다.
솔레노이드 드라이버 - 드라이브 포함 케이블은 한쪽 끝이 복동 솔레노이드 밸브에 연결되고 다른 쪽 끝은 V5 로봇 브레인의 3선 포트에 연결됩니다.
더 긴 길이가 필요한 경우 솔레노이드 드라이버와 V5 로봇 브레인 사이에 연장 케이블 사용할 수 있습니다.
단동 공기 제어 장치
솔레노이드, On/Off - 3/2 솔레노이드 밸브는 단동 실린더를 제어합니다.
동일한 유형의 밸브용 피팅을 솔레노이드 밸브의 포트에 나사로 고정합니다.
다시 말하지만, 피팅이 포트에 나사로 고정될 때 나사산이 교차되지 않도록 주의하십시오.
밸브 상단의 포트 A에 피팅을 나사로 고정합니다.
공기압이 밸브로 공급되는 P라고 표시된 포트에 피팅을 나사로 고정합니다. 배기 공기가 배출될 수 있도록 R이라고 표시된 포트를 열어 두십시오.
포트 A는 단동 실린더의 하단 포트에 공급됩니다.
솔레노이드 밸브는 지퍼 타이를 사용하여 로봇에 부착할 수 있습니다.
주: 집타이 등으로 솔레노이드 배기구를 막지 마십시오. 이런 일이 발생하면 실린더가 움직이지 않습니다.
밸브 상단에는 스타 드라이브 키나 펜과 같은 작은 도구를 사용하여 누를 수 있는 작은 주황색 버튼이 있습니다. 이 버튼을 누르면 실린더로의 공기 흐름을 테스트하기 위해 값이 수동으로 열립니다.
솔레노이드 드라이버 - 드라이브 포함 케이블은 한쪽 끝이 단동 솔레노이드 밸브에 연결되고 다른 쪽 끝은 V5 로봇 브레인의 3선 포트에 연결됩니다.
더 많은 길이가 필요한 경우 솔레노이드 드라이버와 V5 로봇 브레인 사이에 연장 케이블 을 사용할 수 있습니다.
복동 솔레노이드와 단동 솔레노이드 모두 맞춤형 VEXcode V5 프로젝트 내의 디지털 출력 장치를 사용하여 제어할 수 있습니다.
공압 프로그래밍에 대한 자세한 내용은 VEX 라이브러리의컨트롤러의 버튼을 사용하여 공압 제어 기사를 참조하세요.
공압 실린더
복동 실린더
실린더, 양방향 - 복동 실린더 10mm 보어, 양쪽 끝에 포트가 있습니다.
막대에는 두 개의 너트가 끼워져 있습니다. 이는 실린더 로드 피벗을 부착하는 데 사용할 수 있습니다.
실린더 전면에는 나사산이 있으며 구조물에 구멍을 뚫고 실린더를 삽입한 다음 실린더 너트로 고정하여 실린더를 장착하는 대체 방법으로 사용할 수 있습니다.
이 부착 방법을 사용하지 않는 경우 너트를 제거하여 로봇의 무게를 줄일 수 있습니다.
유량계 - M5 엘보우 미터 아웃 유량 제어 장치는 실린더의 상단 포트에 나사로 고정할 수 있습니다.
유량계는 실린더 로드가 확장되고 수축되는 속도를 제어하는 실린더를 통과하는 공기 흐름을 제어할 수 있습니다.
유량계는 내부 링을 위쪽으로 돌려 유량을 늘리거나 아래쪽으로 돌려 유량을 줄여 조절할 수 있습니다. 링은 일자 드라이버를 사용하여 돌릴 수 있습니다.
실린더용 피팅 - 실린더용 M5 수 커넥터는 실린더의 하단 포트에 나사로 고정할 수 있습니다.
모든 피팅과 마찬가지로 나사를 조일 때 피팅의 나사산이 교차되지 않도록 주의해야 합니다.
실린더 로드 피벗은 로드의 나사산 부분에 있는 두 너트 사이에 배치하여 실린더 로드에 부착할 수 있습니다.
실린더 마운트는 1인치 #8-32 VEX 나사와 나이록 너트를 사용하여 실린더에 부착할 수 있습니다.
실린더 마운트는 로봇의 구조물에 장착할 수 있습니다. 실린더 로드 피벗은 나사나 샤프트를 사용하여 이동할 구성 요소에 부착할 수 있습니다.
주: 실린더의 로드에 횡력이 가해지는 방식으로 실린더를 장착하지 마십시오. 실린더의 로드가 구부러지면 실린더가 작동하지 않습니다.
단동 실린더
실린더 - 단동 스프링 리턴 실린더 10mm 보어 끝에 포트가 있습니다.
막대에는 두 개의 너트가 끼워져 있습니다. 이는 실린더 로드 피벗을 부착하는 데 사용할 수 있습니다.
실린더용 피팅 - 실린더용 M5 수 커넥터는 실린더의 하단 포트에 나사로 고정할 수 있습니다.
단동 실린더에도 위에서 설명한 복동 실린더와 동일한 방식으로 실린더 로드 피벗과 실린더 마운트를 부착할 수 있습니다.
실린더 마운트는 로봇의 구조물에 장착할 수 있습니다. 실린더 로드 피벗은 나사나 샤프트를 사용하여 이동할 구성 요소에 부착할 수 있습니다.
주: 실린더 로드에 횡력이 가해지는 방식으로 실린더를 장착하지 마십시오. 실린더의 로드가 구부러지면 실린더가 작동하지 않습니다.
공압 튜브는 모든 장치를 함께 연결하는 데 사용됩니다.
날카로운 유틸리티 가위를 사용하여 길이에 맞게자를 수 있습니다.
공압을 위한 두 가지 샘플 레이아웃
복동 실린더의 샘플 레이아웃:
- 공기는 자전거 펌프에서 공기 저장소의 Schrader 밸브로 펌핑됩니다.
- 가압된 공기는 저장통의 반대쪽 끝에 있는 피팅을 통해 On-Off 스위치로 흘러 들어갑니다.
- 스위치에서 가압된 공기가 압력 조절기에 공급됩니다.
- 압력 조절기에서 공기는 복동 솔레노이드 밸브로 흘러 들어갑니다.
- 솔레노이드 밸브의 상태에 따라 공기는 포트 B에서 실린더 상단으로 흘러 들어가거나 공기가 포트 A에서 나와 로드를 연장하는 실린더 바닥으로 흐릅니다.
- 솔레노이드 밸브는 V5 Robot Brain의 3선 포트에 연결된 솔레노이드 드라이버 케이블에 의해 제어됩니다.
단동 실린더의 샘플 레이아웃:
- 공기는 자전거 펌프에서 공기 저장소의 Schrader 밸브로 펌핑됩니다.
- 가압된 공기는 저장소의 다른 쪽 끝에 있는 피팅을 통해 압력 조절기로 흘러 들어갑니다.
- 압력 조절기에서 공기는 단동 솔레노이드 밸브로 흘러 들어갑니다.
- 솔레노이드 밸브의 상태에 따라 공기는 포트 A에서 배출되거나 공기가 포트 A에서 흘러 로드를 연장하는 실린더 바닥으로 흐릅니다.
- 솔레노이드 밸브는 V5 Robot Brain의 3선 포트에 연결된 솔레노이드 드라이버 케이블에 의해 제어됩니다.
실린더의 힘 계산
특정 압력에 대한 출력 힘을 계산하는 방정식은 다음과 같습니다.
(실린더 단면적) x (내부 공기압) = 힘
VEX 공압 실린더의 실린더 내경은 10mm(0.39인치)입니다. 이로부터 원의 면적에 대한 방정식을 사용하여 원통의 단면적을 계산할 수 있습니다.
(직경/2)² x π = 면적
실린더 내경(내경)이 주어지고 Pi ≒ 3.14라는 것을 알고 있으므로 면적을 다음과 같이 계산할 수 있습니다.
(0.39인치/2)² x 3.14 = 0.12인치²
이제 이 숫자를 원래 방정식에 연결하고 실린더 출력 힘을 계산할 수 있습니다.
0.12in² x 100psi = 12파운드의 힘(100psi에서)
공압 작업 시 안전 지침은 VEX V5 로봇 작업 시 주의 사항 및 안전 지침을 참조하십시오.