A pneumática é uma forma muito eficiente de criar movimento linear. Os cilindros pneumáticos são muito eficazes para ativar garras, mudar de marcha entre sistemas de engrenagens e muitas outras aplicações. Além disso, a pneumática adiciona outra fonte de energia ao seu robô, é muito divertida de trabalhar e fornecerá conhecimento sobre sistemas pneumáticos amplamente utilizados na indústria.
Quando os cilindros pneumáticos são ativados, eles ficam totalmente estendidos ou totalmente retraídos.
Nota: As equipes da Competição de Robótica VEX (VRC/VEX U/VEX AI) que planejam usar pneumática precisam ler atentamente as Regras do Robô relacionadas aos sistemas pneumáticos no Manual do Jogo.
Como funciona a pneumática
A pneumática funciona usando pressão de ar. Isto pode ser criado com algo tão simples como uma bomba de pneu de bicicleta.
O sistema pneumático básico utiliza um tanque de armazenamento no qual a pressão do ar pode ser bombeada com a bomba da bicicleta, uma tubulação pneumática para conectar os dispositivos, uma válvula para controlar a liberação de pressão e um cilindro pneumático.
Um cilindro pneumático de dupla ação funciona quando uma válvula libera pressão de ar na parte inferior do cilindro. A pressão do ar empurra a superfície de um pistão interno que força o pistão e a haste do pistão para fora do cilindro.
À medida que o pistão/haste se move para fora, o ar de exaustão flui para fora da parte superior do cilindro
A válvula também pode ser configurada para liberar a pressão do ar na parte superior do cilindro. Quando isso acontece, a pressão do ar empurra o pistão e a haste de volta para o cilindro.
À medida que o pistão/haste se move para dentro, o ar de exaustão sai pela parte inferior do cilindro.
Um cilindro pneumático de ação simples funciona basicamente da mesma maneira, com a exceção de que uma mola empurra o pistão/haste de volta para dentro. Um cilindro de ação única possui apenas uma porta/encaixe para o ar entrar e o ar sair.
Para obter mais informações sobre os kits pneumáticos disponíveis para o sistema V5, consulte o artigo Selecionando um kit pneumático para o sistema V5 da Biblioteca VEX.
Componentes pneumáticos
Armazenamento de ar
O armazenamento de ar, tanto para os cilindros de dupla ação quanto para os cilindros de simples ação, utiliza essencialmente os mesmos componentes.
Reservatório de ar - Reservatório, 1-1/2" X 4", com porta 1/8"NPT & M5 - US14227-S0400
O Reservatório de Ar é onde o ar é armazenado para o sistema pneumático.
Nota: As porcas finais podem ser removidas do reservatório para reduzir o peso.
O reservatório possui duas portas. Um em cada extremidade. Essas portas rosqueadas aceitarão a válvula da bomba de pneu Schrader ou o encaixe do reservatório.
O reservatório pode ser preso ao robô enrolando 11” Zip Ties ao redor do reservatório e uma peça estrutural.
O encaixe da bomba de pneu (válvula da bomba de pneu Schrader) é onde uma bomba de ar é conectada/desconectada para pressurizar o sistema pneumático.
Uma única camada de fita de Teflon pode ser enrolada nas roscas da conexão antes de parafusá-la na porta do reservatório de ar. Isso ajudará a fazer uma vedação hermética.
Para obter mais informações sobre a criação de vedações herméticas, consulte o artigo Prevenção de vazamento de ar em um sistema pneumático VEX da Biblioteca VEX.
O núcleo da válvula da bomba de pneu Schrader pode ser empurrado para liberar a pressão do sistema.
A Conexão para Reservatório é onde é inserida a tubulação pneumática que alimentará a pressão do ar para o restante do sistema.
As roscas da conexão já vêm com teflon aplicado para reduzir vazamentos de ar
Todas as conexões de tubulação pneumática aceitam a tubulação simplesmente inserindo a tubulação na conexão até que ela pare.
Para liberar o tubo, o colar externo precisa ser empurrado em direção à conexão e então o tubo pode ser removido.
Conexão "T" - Conexão "T" para válvulas. Esta conexão “T” permitirá que a alimentação de ar seja dividida para alimentar duas válvulas.
Nota: a conexão também pode ser usada para controlar dois cilindros de simples ação com um valor.
O Regulador de Pressão - Mini Regulador com Conexões de 4mm pode ajustar a pressão do ar que flui a jusante no sistema.
A pressão é ajustada girando a haste, movendo-a para dentro ou para fora.
Com a haste totalmente voltada para fora, a pressão do ar será mais alta. A quantidade de pressão do ar determina a quantidade de força que o cilindro aplicará.
O kit pneumático de dupla ação vem com um interruptor liga/desliga - válvula de dedo.
Isso permitirá que você ligue o ar do sistema e libere a pressão do ar do sistema.
Certifique-se de que as setas gravadas na válvula apontam para longe do reservatório de ar e em direção ao sistema. Em outras palavras, a seta deve estar apontada na direção em que o ar irá viajar.
Quando o botão está alinhado com a tubulação, o ar entra no sistema.
Quando o botão está alinhado perpetuamente com a tubulação, o ar é desligado e libera a pressão do ar a montante do sistema.
Controle de ar
Controle de ar de dupla ação
A válvula solenóide única, dianteira e reversa - 5/2 controla o fluxo de ar para os cilindros de dupla ação.
Acessórios para válvulas, estes são aparafusados nas portas da válvula solenóide.
Tome cuidado para não cruzar as conexões enquanto elas estão sendo parafusadas na porta.
Aparafuse uma conexão na Porta A e na Porta B na parte superior da válvula.
Aparafuse uma conexão na porta identificada como P, onde a pressão do ar será alimentada na válvula.
Deixe as duas portas marcadas com R abertas para permitir a liberação do ar de exaustão.
Na configuração padrão, a Porta A alimentará a porta inferior do cilindro de dupla ação e a Porta B alimentará a porta superior. Isso fará com que o cilindro comece com a haste retraída.
Entretanto, se houver uma condição em que seja vantajoso começar com a haste do cilindro estendida, as duas portas poderão ser trocadas.
As válvulas solenóides podem ser fixadas ao robô usando braçadeiras. Nota: não cubra as portas de exaustão do solenóide com os fechos de correr. Se isto ocorrer, o cilindro não se moverá.
Há um pequeno botão azul na parte superior da válvula que pode ser pressionado usando uma pequena ferramenta como uma Star Drive Key ou caneta. Pressionar este botão abrirá manualmente o valor para testar o fluxo de ar para o cilindro.
O driver solenóide - cabo com acionamento, se conecta à válvula solenóide de dupla ação em uma extremidade e fornece uma conexão à porta de 3 fios no Cérebro do Robô V5 na outra extremidade.
Um cabo de extensão pode ser usado entre o driver solenóide e o cérebro do robô V5 se for necessário mais comprimento.
Controle de ar de ação única
Solenóide, Liga/Desliga - A válvula solenóide 3/2 controla os cilindros de simples ação.
O mesmo tipo de conexões para válvulas é aparafusado nas portas da válvula solenóide.
Novamente, tome cuidado para não cruzar as conexões enquanto elas estão sendo parafusadas na porta.
Aparafuse uma conexão na Porta A na parte superior da válvula.
Aparafuse uma conexão na porta identificada como P, onde a pressão do ar será alimentada na válvula. Deixe a porta marcada com R aberta para permitir a liberação do ar de exaustão.
A porta A alimentará a porta inferior do cilindro de ação simples.
As válvulas solenóides podem ser fixadas ao robô usando braçadeiras.
Nota: Não cubra a porta de exaustão do solenóide com as braçadeiras. Se isto ocorrer, o cilindro não se moverá.
Há um pequeno botão laranja na parte superior da válvula que pode ser pressionado usando uma pequena ferramenta como uma Star Drive Key ou caneta. Pressionar este botão abrirá manualmente o valor para testar o fluxo de ar para o cilindro.
O driver solenóide - cabo com acionamento, se conecta à válvula solenóide de ação única em uma extremidade e fornece uma conexão à porta de 3 fios no Cérebro do Robô V5 na outra extremidade.
Um cabo de extensão pode ser usado entre o driver solenóide e o cérebro do robô V5 se for necessário mais comprimento
Tanto o solenóide de dupla ação quanto o solenóide de simples ação podem ser controlados usando um dispositivo de saída digital dentro de um projeto VEXcode V5 personalizado.
Para obter mais informações sobre a programação da pneumática, consulte o artigoControlando a pneumática usando botões no seu controlador da Biblioteca VEX.
Cilindros Pneumáticos
Cilindro de Dupla Ação
O Cilindro, Bidirecional - Cilindro de Dupla Ação com Furo de 10mm, possui uma porta em ambas as extremidades.
A haste é rosqueada com duas porcas. Eles podem ser usados para fixar o pivô da haste do cilindro.
A frente do cilindro é rosqueada e pode ser utilizada como método alternativo de montagem do cilindro, fazendo um furo em uma peça da estrutura, inserindo o cilindro e fixando-o com a porca do cilindro.
Se este método de fixação não estiver sendo usado, a porca pode ser removida para reduzir o peso do seu robô.
O medidor de vazão - medidor de cotovelo M5 para controle de vazão, pode ser parafusado na porta superior do cilindro.
O medidor de vazão pode controlar o fluxo de ar através do cilindro, o que controlará a velocidade com que a haste do cilindro se estenderá e retrairá.
O medidor de vazão pode ser ajustado girando o anel interno para cima para aumentar o fluxo ou para baixo para diminuir o fluxo. O anel pode ser girado com uma chave de fenda.
A Conexão para Cilindros - Conector Macho M5 para Cilindros, pode ser parafusada na porta inferior do cilindro.
Tal como acontece com todas as conexões, é preciso ter cuidado para não cruzar a rosca da conexão enquanto ela está sendo aparafusada.
O pivô da haste do cilindro pode ser fixado à haste do cilindro colocando-o entre as duas porcas na parte roscada da haste.
O suporte do cilindro pode ser fixado ao cilindro usando um parafuso VEX nº 8-32 de 1 polegada e uma porca nylock.
O suporte do cilindro pode ser montado em uma peça da estrutura do robô. O pivô da haste do cilindro pode ser fixado ao componente que será movido por meio de um parafuso ou eixo.
Nota: não monte o cilindro de forma que haja uma força lateral aplicada à haste do cilindro. Se a haste do cilindro ficar dobrada, o cilindro não funcionará.
Cilindro de Ação Simples
O Cilindro - Cilindro de Retorno por Mola de Ação Simples com Furo de 10mm possui uma porta em sua extremidade.
A haste é rosqueada com duas porcas. Eles podem ser usados para fixar o pivô da haste do cilindro.
A Conexão para Cilindros - Conector Macho M5 para Cilindros, pode ser parafusada na porta inferior do cilindro.
O pivô da haste do cilindro e o suporte do cilindro podem ser fixados ao cilindro de simples ação da mesma maneira que no cilindro de dupla ação descrito acima.
O suporte do cilindro pode ser montado em uma peça da estrutura do robô. O pivô da haste do cilindro pode ser fixado ao componente que será movido por meio de um parafuso ou eixo.
Nota: Não monte o cilindro de forma que haja uma força lateral aplicada à haste do cilindro. Se a haste do cilindro ficar dobrada, o cilindro não funcionará.
A tubulação pneumática é usada para conectar todos os dispositivos.
Ele pode ser cortado no comprimento certo usando uma tesoura afiada.
Dois exemplos de layouts para pneumática
Um exemplo de layout para o cilindro de dupla ação:
- O ar será bombeado de uma bomba de bicicleta para a válvula Schrader do reservatório de ar.
- O ar pressurizado sai pela conexão na outra extremidade do reservatório e entra no interruptor liga-desliga.
- Do interruptor, o ar pressurizado alimentará o Regulador de Pressão.
- Do regulador de pressão, o ar fluirá para a válvula solenóide de dupla ação.
- Dependendo do estado da válvula solenóide, o ar fluirá para fora da Porta B e para o topo do cilindro ou o ar fluirá para fora da Porta A e para a parte inferior do cilindro, estendendo sua haste.
- A válvula solenóide será controlada pelo cabo do acionador solenóide conectado à porta de 3 fios do Cérebro Robô V5
Um exemplo de layout para o cilindro de ação simples:
- O ar será bombeado de uma bomba de bicicleta para a válvula Schrader do reservatório de ar.
- O ar pressurizado sai pela conexão na outra extremidade do reservatório e entra no regulador de pressão.
- Do regulador de pressão, o ar fluirá para a válvula solenóide de ação simples.
- Dependendo do estado da válvula solenóide, o ar sairá da Porta A ou o ar fluirá da Porta A para a parte inferior do cilindro, estendendo sua haste.
- A válvula solenóide será controlada pelo cabo acionador do solenóide conectado à porta de 3 fios do V5 Robot Brain
Cálculo da Força dos Cilindros
A equação para calcular a Força de Saída para uma pressão específica é dada como:
(Área da seção transversal do cilindro) x (Pressão de ar interna) = Força
O diâmetro interno dos cilindros pneumáticos VEX é de 10 mm (0,39 pol.). A partir disso podemos calcular a área da seção transversal do cilindro usando a equação da área de um círculo:
(Diâmetro / 2)² x π = Área
Como temos o diâmetro interno do cilindro e sabemos que Pi ≈ 3,14, podemos calcular a área como:
(0,39 pol./2)² x 3,14 = 0,12 pol²
Agora podemos inserir esse número em nossa equação original e calcular a força de saída do cilindro:
0,12 pol² x 100 psi = 12 libras de força (a 100 psi)
Para obter diretrizes de segurança ao trabalhar com pneumática, consulte Precauções e diretrizes de segurança ao trabalhar com robôs VEX V5.