Legacy — Pierwsze kroki z pneumatyką w systemie V5

Pneumatyka to bardzo efektywny sposób tworzenia ruchu liniowego. Cylindry pneumatyczne są bardzo skuteczne w aktywowaniu pazurów, zmianie biegów pomiędzy systemami przekładni i wielu innych zastosowaniach. Ponadto pneumatyka dodaje Twojemu robotowi kolejne źródło energii, praca z nim jest bardzo przyjemna i zapewnia wiedzę na temat systemów pneumatycznych, które są szeroko stosowane w przemyśle.

Kiedy siłowniki pneumatyczne są aktywowane, są one albo całkowicie wysunięte, albo całkowicie wsunięte.

Uwaga: Zespoły biorące udział w konkursie robotyki VEX (VRC/VEX U/VEX AI), które planują korzystać z pneumatyki, muszą uważnie przeczytać Zasady dotyczące robotów dotyczące układów pneumatycznych w Podręczniku gry.


Jak działa pneumatyka

Barometr jako przykład urządzenia do pomiaru ciśnienia powietrza.

Pneumatyka działa wykorzystując ciśnienie powietrza. Można to stworzyć za pomocą czegoś tak prostego, jak pompka do opon rowerowych.

Podstawowy układ pneumatyczny wykorzystuje zbiornik magazynujący, w którym można pompować ciśnienie powietrza za pomocą pompki rowerowej, przewody pneumatyczne do podłączenia urządzeń, zawór kontrolujący uwalnianie ciśnienia oraz cylinder pneumatyczny.

Schemat dwustronnego działania siłownika pneumatycznego z tłoczyskiem, które jest wysuwane i chowane za pomocą portu dopływowego i wylotowego powietrza. Tutaj tłoczysko zostaje wydłużone.

Cylinder pneumatyczny dwustronnego działania działa, gdy zawór uwalnia ciśnienie powietrza do dolnej części cylindra. Ciśnienie powietrza naciska na powierzchnię wewnętrznego tłoka, co wypycha tłok i tłoczysko z cylindra.

Gdy tłok/tłoczysko wysuwa się, powietrze wylotowe wypływa z górnej części cylindra

Schemat dwustronnego działania siłownika pneumatycznego z tłoczyskiem, które jest wysuwane i chowane za pomocą portu dopływowego i wylotowego powietrza. Tutaj tłoczysko jest wsuwane.

Zawór można również ustawić tak, aby uwalniał ciśnienie powietrza do górnej części cylindra. Kiedy to nastąpi, ciśnienie powietrza wpycha tłok i tłoczysko z powrotem do cylindra.

W miarę wsuwania się tłoka/tłoczyska powietrze wylotowe wypływa z dna cylindra.

Schemat jednostronnego działania cylindra pneumatycznego z tłoczyskiem, które jest wysuwane i chowane za pomocą doprowadzenia powietrza i sprężyny.

Cylinder pneumatyczny jednostronnego działania działa przeważnie w ten sam sposób, z tym wyjątkiem, że sprężyna wpycha tłok/tłoczysko z powrotem. Cylinder jednostronnego działania ma tylko jeden otwór/złączkę do wlotu i wylotu powietrza.

Aby uzyskać więcej informacji na temat dostępnych zestawów pneumatycznych dla systemu V5, zapoznaj się z artykułem Wybór zestawu pneumatycznego dla systemu V5 w bibliotece VEX.


Komponenty pneumatyki

Magazynowanie powietrza

Magazynowanie powietrza, zarówno w przypadku cylindrów dwustronnego działania, jak i cylindrów jednostronnego działania, zasadniczo wykorzystuje te same komponenty.

Część zbiornika powietrza.

Zbiornik powietrza - Zbiornik, 1-1/2" X 4", z portem 1/8"NPT & M5 - US14227-S0400

Zbiornik powietrza to miejsce, w którym magazynowane jest powietrze dla układu pneumatycznego.

Uwaga: Nakrętki końcowe można zdjąć ze zbiornika, aby zmniejszyć wagę.

Zawór pompki do opon Scrader pokazany jest na elemencie zbiornika powietrza.

Złącze zbiornika pokazano na elemencie zbiornika powietrza.

Zbiornik posiada dwa przyłącza. Po jednym na każdym końcu. Te gwintowane porty pasują do zaworu pompy opony Schrader lub złączki zbiornika.

11-calowy kawałek opaski zaciskowej.

Zbiornik można przymocować do robota poprzez owinięcie zbiornika i elementu konstrukcyjnego opaskami zaciskowymi 11”.

Kawałek pręta stalowego.

Zbiornik można również przymocować do robota poprzez owinięcie zbiornika prętem stalowym i wkręcenie śruby w otwory w miejscu styku dwóch stron pręta. Na śrubę można nałożyć nakrętkę tworząc zacisk.

Element montażowy pompki do opon.

Złączka pompy opony (zawór pompy opony Schradera) to miejsce, w którym podłącza się/odłącza pompę powietrza w celu zwiększenia ciśnienia w układzie pneumatycznym.

Element montażowy pompki do opon, z warstwą taśmy teflonowej owiniętą wokół gwintu w celu zapewnienia hermetycznego zamknięcia.

Rolka taśmy teflonowej.

Pojedynczą warstwę taśmy teflonowej można owinąć wokół gwintu złączki przed wkręceniem jej do otworu zbiornika powietrza. Pomoże to uzyskać szczelne uszczelnienie.

Więcej informacji na temat tworzenia hermetycznych uszczelnień można znaleźć w artykule Zapobieganie wyciekom powietrza w systemie pneumatycznym VEX z biblioteki VEX.

Strzałka wskazująca, że ​​jeden koniec pompki do opon można nacisnąć w celu uwolnienia ciśnienia.

Rdzeń zaworu pompy opony Schrader można wcisnąć, aby uwolnić ciśnienie z układu.

Element mocujący zbiornik.

Element łączący zbiornik pokazano w połączeniu ze zbiornikiem powietrza.

Złączka zbiornika to miejsce, w którym wkłada się rurkę pneumatyczną, która będzie dostarczać ciśnienie powietrza do pozostałej części układu.

Gwinty złączki pokryte są już teflonem, który zapobiega wyciekom powietrza

Strzałki wskazują, że można nacisnąć zewnętrzny kołnierz zbiornika, aby zdjąć złączkę.

Do wszystkich łączników przewodów pneumatycznych można podłączyć przewód, po prostu wsuwając go do złączki, aż do oporu.

Aby zwolnić rurkę, należy wcisnąć zewnętrzny kołnierz w kierunku złączki, a następnie można zdjąć rurkę.

Element montażowy T.

Złącze „T” - Złącze „T” do zaworów. To złącze w kształcie litery „T” umożliwi rozdzielenie dopływu powietrza w celu zasilania dwóch zaworów.

Uwaga: złączkę można również wykorzystać do sterowania dwoma cylindrami jednostronnego działania za pomocą jednej wartości.

Element regulatora ciśnienia z diagramem przedstawiającym jego wejście i wyjście oraz sposób obracania trzpienia w celu kontrolowania ciśnienia powietrza.

Regulator ciśnienia — mini regulator ze złączami 4 mm umożliwia regulację ciśnienia powietrza przepływającego za systemem.

Regulacja ciśnienia odbywa się poprzez obracanie trzpienia, wsuwanie go lub wysuwanie.

Przy całkowicie wykręconym trzpieniu ciśnienie powietrza będzie najwyższe. Wielkość ciśnienia powietrza określa siłę, jaką przyłoży cylinder.

Element włączający/wyłączający.

Zestaw pneumatyki dwustronnego działania jest wyposażony w włącznik/wyłącznik – zawór palcowy.

Umożliwi to włączenie dopływu powietrza do systemu i uwolnienie ciśnienia powietrza z systemu.

Wytłoczone strzałki na przełączniku włącz/wyłącz zaznaczają jego orientację.

Wytłoczona strzałka na przełączniku włącz/wyłącz, wskazująca jego wejście.

Upewnij się, że strzałki wytłoczone na zaworze są skierowane w stronę przeciwną od zbiornika powietrza i w stronę systemu. Innymi słowy, strzałka powinna być skierowana w kierunku, w którym będzie się przemieszczać powietrze.

Schemat przełącznika Włącz/Wyłącz z przykładem przepływu powietrza podczas otwierania i zamykania.

Gdy pokrętło znajduje się w jednej linii z rurką, w układzie jest włączone powietrze.

Gdy pokrętło jest ustawione w sposób ciągły w poprzek rury, dopływ powietrza zostaje wyłączony i następuje uwolnienie ciśnienia powietrza znajdującego się przed układem.

Kontrola powietrzna

Część zaworu elektromagnetycznego sterowania powietrzem o podwójnym działaniu.

Sterowanie powietrzem o podwójnym działaniu

Zawór elektromagnetyczny, do przodu, do tyłu — pojedynczy zawór elektromagnetyczny 5/2 steruje przepływem powietrza w cylindrach dwustronnego działania.

Dopasowanie do elementu zaworowego.

Złączki do zaworów, wkręcane w przyłącza zaworu elektromagnetycznego.

Należy uważać, aby nie przekręcić gwintów łączników podczas ich wkręcania w port.

Strzałki wskazują, że złączki należy wkręcić do portu A i portu B na zaworze.

Wkręcić złączkę do portu A i portu B na górze zaworu.

Otwory wylotowe i wejściowe powietrza zaznaczone na zaworze.

Wkręć złączkę do portu oznaczonego P, gdzie ciśnienie powietrza będzie doprowadzane do zaworu.

Pozostaw dwa porty oznaczone R otwarte, aby umożliwić uwolnienie powietrza wywiewanego.

Złączki do elementów zaworowych dodane do portów na elemencie zaworowym.

W konfiguracji domyślnej Port A będzie zasilał dolny port cylindra dwustronnego działania, a Port B będzie zasilał górny port. Spowoduje to uruchomienie cylindra przy wsuniętym tłoczysku.

Jeżeli jednak zaistnieje sytuacja, w której korzystne jest rozpoczęcie od wysuniętego tłoczyska cylindra, można zamienić oba przyłącza.

Zawory elektromagnetyczne można przymocować do robota za pomocą opasek zaciskowych. Uwaga: nie zakrywać otworów wylotowych elektrozaworu opaskami zaciskowymi. Jeżeli tak się stanie, cylinder nie będzie się poruszał.

Mały, niebieski, okrągły przycisk na górze zaworu jest podświetlony.

Na górze zaworu znajduje się mały niebieski przycisk, który można wcisnąć za pomocą małego narzędzia, takiego jak klucz Star Drive lub długopis. Naciśnięcie tego przycisku spowoduje ręczne otwarcie wartości w celu sprawdzenia przepływu powietrza do cylindra.

Część zaworu elektromagnetycznego dwustronnego działania z podłączonym do niej kablem 3-żyłowym, zaznaczona.

Odcinek kabla 3-żyłowego.

Sterownik elektromagnetyczny — kabel z napędem, podłącza się do elektrozaworu dwustronnego działania na jednym końcu i zapewnia połączenie z portem 3-przewodowym w mózgu robota V5 na drugim końcu.

Jeśli konieczna jest większa długość, można zastosować kabel przedłużający pomiędzy sterownikiem elektromagnesu a mózgiem robota V5.

Element zaworu sterującego powietrzem, jednostronnego działania.

Sterowanie powietrzem jednostronnego działania

Elektrozawór, wł./wył. — Zawór elektromagnetyczny 3/2 steruje cylindrami jednostronnego działania.

Dopasowanie do elementu zaworowego.

Złączki tego samego typu do zaworów wkręca się w przyłącza elektrozaworu.

Ponownie uważaj, aby nie przekręcić gwintów łączników podczas ich wkręcania w port.

Strzałka wskazuje, że należy wkręcić złączkę do portu A na zaworze.

Wkręcić złączkę do portu A na górze zaworu.

Otwory wylotowe i wejściowe powietrza zaznaczone na zaworze.

Wkręć złączkę do portu oznaczonego P, gdzie ciśnienie powietrza będzie doprowadzane do zaworu. Pozostaw port oznaczony literą R otwarty, aby umożliwić uwolnienie powietrza wywiewanego.

Złączki do elementów zaworowych dodane do portów na elemencie zaworowym.

Port A będzie zasilał dolny port cylindra jednostronnego działania.

Zawory elektromagnetyczne można przymocować do robota za pomocą opasek zaciskowych.

Uwaga: Nie zakrywaj otworu wylotowego elektrozaworu opaskami zaciskowymi. Jeżeli tak się stanie, cylinder nie będzie się poruszał.

Mały pomarańczowy, okrągły przycisk znajdujący się na górze zaworu jest podświetlony.

Na górze zaworu znajduje się mały pomarańczowy przycisk, który można wcisnąć za pomocą małego narzędzia, takiego jak klucz Star Drive lub długopis. Naciśnięcie tego przycisku spowoduje ręczne otwarcie wartości w celu sprawdzenia przepływu powietrza do cylindra.

Część zaworu elektromagnetycznego jednostronnego działania z podłączonym do niej kablem 3-żyłowym, zaznaczona.

Odcinek kabla 3-żyłowego.

Sterownik elektromagnetyczny — kabel z napędem, podłącza się do zaworu elektromagnetycznego jednostronnego działania na jednym końcu i zapewnia połączenie z portem 3-przewodowym w mózgu robota V5 na drugim końcu.

Jeśli potrzebna jest większa długość, można użyć kabla przedłużającego między sterownikiem elektromagnesu a mózgiem robota V5

Opcja wyjścia cyfrowego VEXcode V5 z urządzeń 3-Wire, jak widać w menu Dodaj urządzenie.

Zarówno elektromagnes dwustronnego działania, jak i elektromagnes jednostronnego działania mogą być sterowane za pomocą cyfrowego urządzenia wyjściowego w ramach niestandardowego projektu VEXcode V5.

Więcej informacji na temat programowania pneumatyki można znaleźć w artykuleSterowanie pneumatyką za pomocą przycisków w kontrolerze z biblioteki VEX.

Cylindry pneumatyczne

Część cylindra dwustronnego działania.

Cylinder dwustronnego działania

Cylinder, dwukierunkowy, cylinder dwustronnego działania, średnica 10 mm, ma przyłącze na obu końcach.

Pręt jest gwintowany za pomocą dwóch nakrętek. Można ich używać do mocowania sworznia tłoczyska cylindra.

Przód cylindra jest gwintowany i można go zastosować jako alternatywną metodę montażu cylindra poprzez wywiercenie otworu w elemencie konstrukcji, włożenie cylindra, a następnie zabezpieczenie nakrętką cylindra.

Jeśli ta metoda mocowania nie jest używana, nakrętkę można usunąć, aby zmniejszyć ciężar robota.

Część przepływomierza.

Przepływomierz - kolanko M5 do kontroli przepływu, można wkręcić w górny otwór cylindra.

Przepływomierz może kontrolować przepływ powietrza przez cylinder, co będzie kontrolować prędkość wysuwania i cofania tłoczyska cylindra.

Element przepływomierza z wyróżnioną cechą pierścienia wewnętrznego.

Przepływomierz można regulować obracając pierścień wewnętrzny w górę w celu zwiększenia przepływu lub w dół w celu zmniejszenia przepływu. Pierścień można obrócić za pomocą śrubokręta płaskiego.

Pasuje do elementu cylindrycznego.

Element cylindra dwustronnego działania z przepływomierzem przymocowanym do jednego portu i złączką dodaną do jednego z pozostałych portów.

Złączka do butli - Złącze męskie M5 do butli, można wkręcić w dolny otwór butli.

Podobnie jak w przypadku wszystkich złączek, należy zachować ostrożność, aby nie przekręcić gwintu złącza podczas jego wkręcania.

Pręt cylindryczny Element obrotowy przymocowany do cylindra.

Zbliżenie na element obrotowy pręta cylindrycznego.

Przegub tłoczyska cylindra można przymocować do tłoczyska cylindra, umieszczając go pomiędzy dwiema nakrętkami na gwintowanej części tłoczyska.

Element mocujący cylindra.

Element mocujący cylinder przymocowany do cylindra.

Uchwyt cylindra można przymocować do cylindra za pomocą 1-calowej śruby nr 8-32 VEX i nakrętki zabezpieczającej typu nylock.

Element mocujący cylinder przymocowany do cylindra z zaznaczonym otworem do montażu na śrubie lub wale.

Uchwyt cylindra można zamontować do elementu konstrukcji robota. Obrotowy pręt cylindra można przymocować do elementu, który będzie przesuwany za pomocą śruby lub wału.

Uwaga: nie montuj cylindra w taki sposób, aby na tłoczysko cylindra działała siła boczna. Jeśli tłoczysko cylindra zostanie wygięte, cylinder nie będzie działał.

Część cylindra jednostronnego działania.

Cylinder jednostronnego działania

Cylinder — Cylinder jednostronnego działania ze sprężyną powrotną i średnicą 10 mm ma przyłącze na końcu.

Pręt jest gwintowany za pomocą dwóch nakrętek. Można ich używać do mocowania sworznia tłoczyska cylindra.

Pasuje do elementu cylindrycznego.

Cylinder jednostronnego działania pokazany jest z przyłączem przymocowanym do jednego z jego portów.

Złączka do butli - Złącze męskie M5 do butli, można wkręcić w dolny otwór butli.

Zbliżenie na element obrotowy pręta cylindrycznego.

Zbliżenie na element mocujący cylinder.

Obrót tłoczyska cylindra i mocowanie cylindra można przymocować do cylindra jednostronnego działania w taki sam sposób, jak w przypadku cylindra dwustronnego działania opisanego powyżej.

Cylinder z elementem mocującym cylinder i przymocowanym elementem obrotowym pręta cylindra.

Uchwyt cylindra można zamontować do elementu konstrukcji robota. Obrotowy pręt cylindra można przymocować do elementu, który będzie przesuwany za pomocą śruby lub wału.

Uwaga: Nie montuj cylindra w taki sposób, aby na tłoczysko cylindra działała siła boczna. Jeśli tłoczysko cylindra zostanie wygięte, cylinder nie będzie działał.

Część przewodu pneumatycznego.

Do łączenia wszystkich urządzeń w jedną całość służą przewody pneumatyczne.

Można go przyciąć na odpowiednią długość za pomocą ostrych nożyczek użytkowych.


Dwa przykładowe układy dla pneumatyki

Przykładowy układ pneumatyki dla układu cylindra dwustronnego działania.

Przykładowy układ cylindra dwustronnego działania:

  1. Powietrze będzie pompowane z pompki rowerowej do zaworu Schradera w zbiorniku powietrza.
  2. Sprężone powietrze przepływa przez złączkę na drugim końcu zbiornika i do wyłącznika.
  3. Z przełącznika sprężone powietrze będzie zasilać regulator ciśnienia.
  4. Z regulatora ciśnienia powietrze będzie przepływać do zaworu elektromagnetycznego dwustronnego działania.
  5. W zależności od stanu elektrozaworu, powietrze będzie albo wypływać z portu B do górnej części cylindra, albo powietrze będzie wypływać z portu A w dół cylindra poprzez przedłużenie jego pręta.
  6. Zawór elektromagnetyczny będzie sterowany za pomocą kabla sterownika elektromagnetycznego podłączonego do 3-przewodowego portu robota V5

Przykładowy układ pneumatyki dla cylindra jednostronnego działania.

Przykładowy układ cylindra jednostronnego działania:

  1. Powietrze będzie pompowane z pompki rowerowej do zaworu Schradera w zbiorniku powietrza.
  2. Sprężone powietrze przepływa przez złączkę na drugim końcu zbiornika i do regulatora ciśnienia.
  3. Z regulatora ciśnienia powietrze będzie przepływać do zaworu elektromagnetycznego jednostronnego działania.
  4. W zależności od stanu elektrozaworu, powietrze będzie albo wypływać z portu A, albo będzie wypływać z portu A na dno cylindra, rozciągając jego pręt.
  5. Zawór elektromagnetyczny będzie sterowany za pomocą kabla sterownika elektromagnesu podłączonego do 3-przewodowego portu robota V5 Brain

Obliczanie siły cylindrów

Równanie do obliczenia siły wyjściowej dla określonego ciśnienia podano jako: 

(Powierzchnia przekroju poprzecznego cylindra) x (Wewnętrzne ciśnienie powietrza) = Siła 

Średnica cylindrów cylindrów pneumatycznych VEX wynosi 0,39 cala (10 mm). Z tego możemy obliczyć pole przekroju poprzecznego walca, korzystając z równania na pole koła: 

(Średnica / 2)² x π = Powierzchnia

Mając dany otwór cylindra (średnicę wewnętrzną) i wiemy, że Pi ≈ 3,14, możemy obliczyć pole powierzchni jako:

 (0,39 cala / 2)² x 3,14 = 0,12 cala² 

Możemy teraz podłączyć tę liczbę do naszego pierwotnego równania i obliczyć siłę wyjściową cylindra:

0,12 cala² x 100 psi = 12 funtów siły (przy 100 psi)


Aby zapoznać się z wytycznymi bezpieczeństwa dotyczącymi pracy z urządzeniami pneumatycznymi, zapoznaj się z rozdziałem Środki ostrożności i wytyczne bezpieczeństwa dotyczące pracy z robotami VEX V5.

For more information, help, and tips, check out the many resources at VEX Professional Development Plus

Last Updated: