Pierwsze kroki z pneumatyką z systemem V5

Pneumatyka to bardzo wydajny sposób tworzenia ruchu liniowego. Siłowniki pneumatyczne są bardzo skuteczne w aktywowaniu pazurów, zmianie biegów między systemami zębatymi i wielu innych zastosowaniach. Ponadto pneumatyka stanowi kolejne źródło energii dla twojego robota, jest bardzo przyjemna w pracy i dostarcza wiedzy na temat systemów pneumatycznych, które są szeroko stosowane w przemyśle.

Gdy siłowniki pneumatyczne są aktywowane, są one całkowicie wysunięte lub całkowicie schowane.

Ten artykuł wyjaśni:

Uwaga: Zespoły VEX Robotics Competition (VRC/VEX U/VEX AI), które planują używać pneumatyki, muszą zachować ostrożność przeczytaj zasady dotyczące robotów dotyczące systemów pneumatycznych w podręczniku gry.


Jak działa pneumatyka

1000_F_224709921_UphU6o670XUryPpJL1XtVXHSlS5nJUCd.jpeg

Pneumatyka działa na zasadzie ciśnienia powietrza. Można to zrobić za pomocą czegoś tak prostego, jak pompka do opon rowerowych.

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

image45.jpg

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

obraz35.jpg

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

Gdy tłok/tłok wsuwa się, powietrze wylotowe wypływa z dolnej części cylindra.

image44.jpg

Siłownik pneumatyczny jednostronnego działania działa w większości w ten sam sposób, z wyjątkiem tego, że sprężyna wpycha tłok/tłok z powrotem. Siłownik jednostronnego działania ma tylko jeden port/złączkę, przez które powietrze wchodzi i powietrze wychodzi.

Więcej informacji na temat dostępnych zestawów pneumatycznych do systemu V5 można znaleźć w artykule Wybór zestawu pneumatycznego do systemu V5 z Bazy Wiedzy.


Elementy pneumatyczne

Przechowywanie powietrza

Magazynowanie powietrza, zarówno dla cylindrów dwustronnego działania, jak i cylindrów jednostronnego działania, zasadniczo wykorzystuje te same elementy.

image32.jpg

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

Zbiornik powietrza to miejsce, w którym przechowywane jest powietrze dla systemu pneumatycznego.

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

image23.jpg

image8.jpg

Zbiornik ma dwa porty. Po jednym na każdym końcu. Te gwintowane porty pasują do zaworu pompy do opon Schrader lub łącznika zbiornika.

obraz13.jpg

Zbiornik można przymocować do robota, owijając opaskami błyskawicznymi 11 cali wokół zbiornika i elementu konstrukcyjnego.

image52.jpg

Zbiornik można również przymocować do robota, owijając prętem stalowym wokół zbiornika i umieszczając śrubę w otworach gdzie spotykają się dwie strony baru. Na śrubę można nałożyć nakrętkę tworząc zacisk.

DSC_0888.JPG

Mocowanie pompy do opon (zawór pompy do opon Schradera) to miejsce, w którym podłącza się/odłącza pompę powietrza w celu zapewnienia ciśnienia w układzie pneumatycznym.

obraz19.jpg

obraz33.jpg

Pojedynczą warstwę taśmy teflonowej można owinąć wokół gwintów złączki przed wkręceniem jej w otwór zbiornika powietrza. Pomoże to uzyskać hermetyczne uszczelnienie.

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

DSC_0888__1_.JPG

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

DSC_0887.JPG

obraz12.jpg

Złączka do zbiornika to miejsce, w którym wkładany jest przewód pneumatyczny, który dostarcza ciśnienie powietrza do reszty systemu.

Gwinty złączki mają już nałożony teflon, który ogranicza przecieki powietrza

obraz30.jpg

Wszystkie złączki węży pneumatycznych akceptują wężyk, po prostu wkładając wężyk w złączkę, aż się zatrzyma.

Aby uwolnić wężyk, należy wcisnąć zewnętrzny kołnierz w kierunku złączki, a następnie wyjąć wężyk.

obraz48.jpg

Złączka "T" - Złączka "T" do zaworów. Ta złączka „T” umożliwia rozdzielenie dopływu powietrza w celu zasilania dwóch zaworów.

Uwaga: łącznik może być również używany do sterowania dwoma siłownikami jednostronnego działania za pomocą jednej wartości.

image21.jpg

Regulator ciśnienia - mini regulator z 4mm złączkami może regulować ciśnienie powietrza przepływającego w systemie.

Nacisk reguluje się obracając łodygę, wsuwając ją lub wysuwając.

Po całkowitym wysunięciu trzpienia ciśnienie powietrza będzie najwyższe. Wielkość ciśnienia powietrza określa siłę, jaką przyłoży cylinder.

image36.jpg

Zestaw pneumatyczny dwustronnego działania jest dostarczany z włącznikiem/wyłącznikiem – zaworem palcowym.

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

obraz54.jpg

obraz51.jpg

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

obraz31.jpg

Gdy pokrętło znajduje się w jednej linii z rurkami, powietrze jest włączone w systemie.

Gdy pokrętło ustawi się na stałe w poprzek z przewodami, powietrze jest wyłączone i uwalnia ciśnienie powietrza z górnego strumienia w systemie.

Kontrola powietrzna

obraz1.jpg

Sterowanie powietrzem dwustronnego działania

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

image38.jpg

Okucia do zaworów wkręca się w porty zaworu elektromagnetycznego.

Uważaj, aby nie nakręcić złączy na krzyż podczas wkręcania ich w port.

obraz41.jpg

Wkręć złączkę do portu A i portu B w górnej części zaworu.

obraz34.jpg

Wkręć złączkę do portu oznaczonego P, w którym ciśnienie powietrza będzie podawane do zaworu.

Dwa porty oznaczone literą R pozostaw otwarte, aby umożliwić uwolnienie powietrza wylotowego.

image39.jpg

W konfiguracji domyślnej port A będzie zasilał dolny port cylindra dwustronnego działania, a port B będzie zasilał górny port. Spowoduje to uruchomienie cylindra z cofniętym prętem.

Jeśli jednak zaistnieje sytuacja, w której korzystne jest rozpoczęcie z wysuniętym prętem cylindra, oba porty można zamienić.

Zawory elektromagnetyczne można przymocować do robota za pomocą opasek zaciskowych. Uwaga: nie zakrywaj otworów wylotowych elektrozaworu opaskami zaciskowymi. W takim przypadku cylinder się nie poruszy.

obraz53.jpg

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

image22.jpg

image27.jpg

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

Przedłużacz może być używany między sterownikiem solenoidu a mózgiem robota V5, jeśli wymagana jest większa długość.

image18.jpg

Sterowanie powietrzem jednostronnego działania

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

image38.jpg

Ten sam typ złączy do zaworów wkręca się w porty zaworu elektromagnetycznego.

Znowu uważaj, aby nie przekręcić złączy na krzyż podczas wkręcania ich w port.

2021-07-08_13-49-08.jpeg

Wkręć złączkę do portu A na górze zaworu.

image42.jpg

Wkręć złączkę do portu oznaczonego P, w którym ciśnienie powietrza będzie podawane do zaworu. Pozostaw port oznaczony jako R otwarty, aby umożliwić uwolnienie powietrza wylotowego.

obraz17.jpg

Port A będzie zasilał dolny port cylindra jednostronnego działania.

Zawory elektromagnetyczne można przymocować do robota za pomocą opasek zaciskowych.

Uwaga: nie zakrywaj wylotu elektrozaworu opaskami zaciskowymi. W takim przypadku cylinder się nie poruszy.

obraz50.jpg

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

image37.jpg

image27.jpg

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.

Kabel przedłużający może być używany między sterownikiem elektromagnetycznym a mózgiem robota V5, jeśli wymagana jest większa długość

image11.jpg

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

Aby uzyskać więcej informacji na temat programowania pneumatyki, zobacz artykuł Sterowanie układami pneumatycznymi za pomocą przycisków na kontrolerze w Bazie wiedzy.

Siłowniki pneumatyczne

obraz55.jpg

Cylinder dwustronnego działania

Cylinder, dwukierunkowy - cylinder dwustronnego działania o średnicy 10 mm, ma port na obu końcach.

Pręt jest gwintowany dwoma nakrętkami. Można ich użyć do zamocowania sworznia cylindra.

Przód butli jest gwintowany i może być używany jako alternatywna metoda montażu butli poprzez wywiercenie otworu w elemencie konstrukcji, włożenie butli, a następnie zabezpieczenie nakrętką butli.

Jeśli ta metoda mocowania nie jest używana, nakrętkę można zdjąć, aby zmniejszyć wagę robota.

obraz9.jpg

Przepływomierz - kolanko M5 z kontrolą przepływu, można wkręcić w górny port cylindra.

Przepływomierz może kontrolować przepływ powietrza przez cylinder, który kontroluje prędkość, z jaką pręt cylindra będzie się wysuwał i chował.

obraz47.jpg

Przepływomierz można regulować, obracając pierścień wewnętrzny w górę, aby zwiększyć przepływ lub w dół, aby zmniejszyć przepływ. Pierścień można obracać za pomocą śrubokręta płaskiego.

image24.jpg

image46.jpg

Złączka do butli — złącze męskie M5 do butli, można wkręcić w dolny port butli.

Podobnie jak w przypadku wszystkich złączy, należy uważać, aby nie przecinać złączki podczas wkręcania.

image49.jpg

obraz14.jpg

Sworzeń pręta cylindra można przymocować do pręta cylindra, umieszczając go między dwiema nakrętkami na gwintowanej części pręta.

obraz7.jpg

obraz3.jpg

Mocowanie butli można przymocować do butli za pomocą 1-calowej śruby VEX #8-32 i nakrętki nylock.

image25.jpg

Uchwyt cylindryczny można zamontować na elemencie konstrukcji robota. Cylinder Rod Pivot można przymocować do elementu, który będzie przesuwany za pomocą śruby lub wałka.

Uwaga: nie montuj cylindra w taki sposób, że na pręt cylindra działa siła boczna. Jeśli pręt cylindra zostanie wygięty, cylinder nie będzie działał.

image26.jpg

Siłownik jednostronnego działania

Cylinder - Cylinder powrotny sprężyny jednostronnego działania o średnicy 10 mm ma otwór na swoim końcu.

Pręt jest gwintowany dwoma nakrętkami. Można ich użyć do zamocowania sworznia cylindra.

image24.jpg

obraz5.jpg

Złączka do butli — złącze męskie M5 do butli, można wkręcić w dolny port butli.

obraz14.jpg

obraz7.jpg

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

image28.jpg

Uchwyt cylindryczny można zamontować na elemencie konstrukcji robota. Cylinder Rod Pivot można przymocować do elementu, który będzie przesuwany za pomocą śruby lub wałka.

Uwaga: Nie montuj cylindra w taki sposób, że na pręt cylindra działa siła boczna. Jeśli pręt cylindra zostanie wygięty, cylinder nie będzie działał.

image6.jpg

Węże pneumatyczne służą do połączenia wszystkich urządzeń razem.

Można go przyciąć na długość za pomocą ostrych nożyczek użytkowych.


Dwa przykładowe układy dla pneumatyki

image20.jpg

Przykładowy układ cylindra dwustronnego działania:

  1. Powietrze będzie pompowane z pompki rowerowej do zaworu Schradera w zbiorniku powietrza.
  2. Powietrze pod ciśnieniem wypływa z łącznika na drugim końcu zbiornika i do wyłącznika.
  3. Z przełącznika sprężone powietrze będzie zasilać regulator ciśnienia.
  4. Z regulatora ciśnienia powietrze wpłynie do zaworu elektromagnetycznego dwustronnego działania.
  5. W zależności od stanu elektrozaworu, powietrze wypłynie z portu B do górnej części cylindra lub wypłynie z portu A do dolnej części cylindra, przedłużając jego pręt.
  6. Zawór elektromagnetyczny będzie sterowany za pomocą kabla sterownika elektromagnetycznego podłączonego do 3-przewodowego portu robota V5

obraz10.jpg

Przykładowy układ cylindra jednostronnego działania:

  1. Powietrze będzie pompowane z pompki rowerowej do zaworu Schradera w zbiorniku powietrza.
  2. Powietrze pod ciśnieniem wypływa z łącznika na drugim końcu zbiornika i do regulatora ciśnienia.
  3. Z regulatora ciśnienia powietrze wpłynie do zaworu elektromagnetycznego jednostronnego działania.
  4. W zależności od stanu elektrozaworu, powietrze albo wypłynie z portu A, albo wypłynie z portu A do dna cylindra, wysuwając jego pręt.
  5. Zawór elektromagnetyczny będzie sterowany za pomocą kabla sterownika solenoidu podłączonego do 3-przewodowego portu robota V5

Obliczanie siły cylindrów

Równanie do obliczania siły wyjściowej dla określonego ciśnienia jest podane jako:

(Przekrój poprzeczny cylindra) x (Wewnętrzne ciśnienie powietrza) = Siła

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

(Średnica / 2)² x π = Powierzchnia

Ponieważ mamy otwór cylindra (średnicę wewnętrzną) i wiemy, że Pi ≈ 3,14, możemy obliczyć powierzchnię tak:

(0,39 cala / 2)² x 3,14 = 0,12 cala²

Możemy teraz wstawić tę liczbę do naszego oryginalnego równania i obliczyć siłę wyjściową cylindra:

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


Wytyczne dotyczące bezpieczeństwa podczas pracy z pneumatyką można znaleźć w Środki ostrożności i wytyczne dotyczące bezpieczeństwa podczas pracy z robotami VEX V5.

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