Пневматика — очень эффективный способ создания линейного движения. Пневматические цилиндры очень эффективны для приведения в действие захватов, переключения передач между системами передач и многих других задач. Кроме того, пневматика добавляет вашему роботу еще один источник энергии, с ней очень интересно работать, и она дает знания о пневматических системах, которые широко используются в промышленности.
Когда пневматические цилиндры активируются, они либо полностью выдвигаются, либо полностью втягиваются.
Примечание: команды соревнований по робототехнике VEX (VRC/VEX U/VEX AI), которые планируют использовать пневматику, должны внимательно прочитать Правила для роботов, касающиеся пневматических систем, в Руководстве по игре.
Как работает пневматика
Пневматика работает за счет давления воздуха. Это можно сделать с помощью чего-то простого, например, насоса для велосипедных шин.
Базовая пневматическая система использует резервуар для хранения, в котором давление воздуха можно накачивать велосипедным насосом, пневматические трубки для подключения устройств, клапан для контроля сброса давления и пневматический цилиндр.
Пневматический цилиндр двойного действия работает, когда клапан сбрасывает давление воздуха в нижнюю часть цилиндра. Давление воздуха давит на поверхность внутреннего поршня, в результате чего поршень и шток поршня выталкиваются из цилиндра.
Когда поршень/шток поршня выдвигается, выхлопной воздух выходит из верхней части цилиндра.
Клапан также можно настроить на сброс давления воздуха в верхнюю часть цилиндра. Когда это происходит, давление воздуха толкает поршень и шток поршня обратно в цилиндр.
Когда поршень/шток движется внутрь, выхлопной воздух выходит из нижней части цилиндра.
Пневматический цилиндр одностороннего действия работает в основном таким же образом, за исключением того, что пружина толкает поршень/шток обратно внутрь. Цилиндр одностороннего действия имеет только одно отверстие/штуцер для входа и выхода воздуха.
Дополнительную информацию о доступных пневматических комплектах для системы V5 см. в статье Выбор пневматического комплекта для системы V5 из библиотеки VEX.
Пневматические компоненты
Хранение воздуха
В хранилище воздуха как для цилиндров двойного действия, так и для цилиндров одностороннего действия, по существу, используются одни и те же компоненты.
Воздушный резервуар — Резервуар, 1-1/2 дюйма X 4 дюйма, с портом M5 1/8 дюйма NPT & — US14227-S0400
Воздушный резервуар — это место, где хранится воздух для пневматической системы.
Примечание: Концевые гайки можно снять с резервуара для уменьшения веса.
Водохранилище имеет два порта. По одному на каждом конце. К этим резьбовым портам можно подключить клапан шинного насоса Schrader или фитинг резервуара.
Резервуар можно прикрепить к роботу, обернув его и структурную деталь стяжками дюйма.
Фитинг шинного насоса (клапан шинного насоса Schrader) — это место, где прикрепляется/отсоединяется воздушный насос для создания давления в пневматической системе.
Один слой тефлоновой ленты можно обернуть вокруг резьбы фитинга перед ввинчиванием его в отверстие воздушного резервуара. Это поможет сделать герметичное уплотнение.
Более подробную информацию о создании герметичных уплотнений можно найти в статье Предотвращение утечки воздуха в пневматической системе VEX из библиотеки VEX.
Сердечник клапана шинного насоса Schrader можно нажать, чтобы сбросить давление в системе.
В фитинг резервуара вставляется пневматическая трубка, которая подает давление воздуха в остальную часть системы.
В резьбу фитинга уже нанесен тефлон для уменьшения утечек воздуха.
Все фитинги для пневматических трубок принимают трубку, просто вставляя трубку в фитинг до упора.
Чтобы освободить трубку, необходимо надавить на внешний воротник в сторону фитинга, после чего трубку можно будет снять.
Т-образный фитинг - Т-образный фитинг для клапанов. Этот Т-образный фитинг позволит разделить подачу воздуха на два клапана.
Примечание: фитинг также можно использовать для управления двумя цилиндрами одностороннего действия с одним значением.
Регулятор давления — мини-регулятор с фитингами диаметром 4 мм позволяет регулировать давление воздуха, проходящего вниз по потоку в системе.
Давление регулируется поворотом штока, перемещением его внутрь или наружу.
При полностью вывернутом штоке давление воздуха будет самым высоким. Величина давления воздуха определяет величину силы, которую приложит цилиндр.
Комплект пневматики двойного действия поставляется с переключателем включения/выключения – пальцевым клапаном.
Это позволит вам включить подачу воздуха в систему и сбросить давление воздуха в системе.
Убедитесь, что стрелки, выдавленные на клапане, направлены от воздушного резервуара к системе. Другими словами, стрелка должна быть направлена в направлении движения воздуха.
Когда ручка находится на одной линии с трубкой, в системе есть воздух.
Когда ручка постоянно выровнена поперек трубки, подача воздуха отключается и давление воздуха из верхнего потока в системе сбрасывается.
Контроль воздуха
Управление воздухом двойного действия
Одиночный электромагнитный клапан прямого и обратного хода 5/2 управляет потоком воздуха в цилиндрах двойного действия.
Фитинги для клапанов, ввинчиваются в отверстия на электромагнитном клапане.
Будьте осторожны, чтобы не перерезать резьбу фитингов во время их ввинчивания в порт.
Вверните фитинг в порт A и порт B в верхней части клапана.
Вверните фитинг в порт с надписью P, через который давление воздуха будет подаваться в клапан.
Оставьте два отверстия с надписью R открытыми, чтобы обеспечить выход отработанного воздуха.
При настройке по умолчанию порт A будет питать нижний порт цилиндра двойного действия, а порт B будет питать верхний порт. Это приведет к запуску цилиндра с втянутым штоком.
Однако, если есть условия, когда выгодно начинать с выдвинутым штоком цилиндра, два порта можно переключить.
Электромагнитные клапаны можно прикрепить к роботу с помощью стяжек. Примечание: не закрывайте выпускные отверстия соленоида стяжками. Если это произойдет, цилиндр не будет двигаться.
В верхней части клапана есть небольшая синяя кнопка, которую можно нажать с помощью небольшого инструмента, например, ключа Star Drive или ручки. Нажатие этой кнопки вручную откроет значение для проверки потока воздуха в цилиндре.
Электромагнитный привод — кабель с приводом, подключается к электромагнитному клапану двойного действия на одном конце и обеспечивает соединение с 3-проводным портом робота-мозга V5 на другом конце.
Если необходима большая длина, можно использовать удлинительный кабель между соленоидным приводом и мозгом робота V5.
Управление воздухом одностороннего действия
Соленоид, вкл./выкл. — электромагнитный клапан 3/2 управляет цилиндрами одностороннего действия.
Фитинги того же типа для клапанов ввинчиваются в отверстия электромагнитного клапана.
Опять же, будьте осторожны, чтобы не перепутать резьбу фитингов при их ввинчивании в порт.
Вверните фитинг в порт А в верхней части клапана.
Вверните фитинг в порт с надписью P, через который давление воздуха будет подаваться в клапан. Оставьте порт с надписью R открытым, чтобы обеспечить выход отработанного воздуха.
Порт А будет питать нижний порт цилиндра одностороннего действия.
Электромагнитные клапаны можно прикрепить к роботу с помощью стяжек.
Примечание: Не закрывайте выпускное отверстие соленоида стяжками. Если это произойдет, цилиндр не будет двигаться.
В верхней части клапана имеется небольшая оранжевая кнопка, которую можно нажать с помощью небольшого инструмента, например, ключа Star Drive или ручки. Нажатие этой кнопки вручную откроет значение для проверки потока воздуха в цилиндре.
Электромагнитный привод — кабель с приводом, подключается к электромагнитному клапану одностороннего действия на одном конце и обеспечивает соединение с 3-проводным портом на роботизированном мозге V5 на другом конце.
Если необходима большая длина, можно использовать удлинительный кабель между соленоидным приводом и мозгом робота V5.
Как соленоид двойного действия, так и соленоид одинарного действия могут управляться с помощью цифрового выходного устройства в рамках пользовательского проекта VEXcode V5.
Дополнительную информацию о программировании пневматики см. в статьеУправление пневматикой с помощью кнопок на контроллере из библиотеки VEX.
Пневматические цилиндры
Цилиндр двойного действия
Цилиндр двунаправленного действия - цилиндр двойного действия диаметром 10 мм имеет порты на обоих концах.
Стержень имеет резьбу с двумя гайками. Их можно использовать для крепления шарнира штока цилиндра.
Передняя часть цилиндра имеет резьбу, и ее можно использовать в качестве альтернативного метода крепления цилиндра, просверлив отверстие в детали конструкции, вставив цилиндр и затем закрепив гайкой цилиндра.
Если этот метод крепления не используется, гайку можно снять, чтобы уменьшить вес робота.
Расходомер — регулятор расхода коленчатого расходомера М5, можно ввинтить в верхнее отверстие цилиндра.
Расходомер может контролировать поток воздуха через цилиндр, который будет контролировать скорость выдвижения и втягивания штока цилиндра.
Расходомер можно отрегулировать, повернув внутреннее кольцо вверх, чтобы увеличить расход, или вниз, чтобы уменьшить расход. Кольцо можно повернуть с помощью плоской отвертки.
Фитинг для баллонов — штекер M5 для баллонов, можно ввинчивать в нижнее отверстие баллона.
Как и в случае со всеми фитингами, необходимо соблюдать осторожность, чтобы не перерезать резьбу фитинга во время его ввинчивания.
Шарнир штока цилиндра можно прикрепить к штоку цилиндра, поместив его между двумя гайками на резьбовой части штока.
Крепление цилиндра можно прикрепить к цилиндру с помощью винта VEX № 8-32 диаметром 1 дюйм и нейлоновой контргайки.
Крепление цилиндра можно закрепить на конструкции робота. Шарнир штока цилиндра можно прикрепить к компоненту, который он будет перемещать, с помощью винта или вала.
Примечание: не устанавливайте цилиндр так, чтобы к штоку цилиндра прикладывалась боковая сила. Если шток цилиндра погнут, цилиндр не будет работать.
Цилиндр одностороннего действия
Цилиндр – цилиндр одностороннего действия с пружинным возвратом диаметром 10 мм имеет порт на конце.
Стержень имеет резьбу с двумя гайками. Их можно использовать для крепления шарнира штока цилиндра.
Фитинг для баллонов — штекер M5 для баллонов, можно ввинчивать в нижнее отверстие баллона.
Шарнир штока цилиндра и крепление цилиндра можно прикрепить к цилиндру одностороннего действия таким же образом, как и к цилиндру двойного действия, описанному выше.
Крепление цилиндра можно закрепить на конструкции робота. Поворотный шток цилиндра можно прикрепить к компоненту, который он будет перемещать, с помощью винта или вала.
Примечание: Не устанавливайте цилиндр так, чтобы к штоку цилиндра прикладывалась боковая сила. Если шток цилиндра погнут, цилиндр не будет работать.
Пневматическая трубка используется для соединения всех устройств вместе.
Его можно отрезать до нужной длины с помощью острых канцелярских ножниц.
Два образца компоновки для пневматики
Пример компоновки цилиндра двустороннего действия:
- Воздух будет закачиваться велосипедным насосом в клапан Шредера воздушного резервуара.
- Сжатый воздух выходит из фитинга на другом конце резервуара и попадает в выключатель.
- От переключателя сжатый воздух подается на регулятор давления.
- Из регулятора давления воздух будет поступать в электромагнитный клапан двойного действия.
- В зависимости от состояния электромагнитного клапана воздух будет либо выходить из порта B в верхнюю часть цилиндра, либо воздух будет выходить из порта A и в нижнюю часть цилиндра, выдвигая свой стержень.
- Электромагнитный клапан будет управляться кабелем привода соленоида, подключенным к 3-проводному порту робота-мозга V5.
Пример компоновки цилиндра одностороннего действия:
- Воздух будет закачиваться велосипедным насосом в клапан Шредера воздушного резервуара.
- Сжатый воздух выходит из фитинга на другом конце резервуара и поступает в регулятор давления.
- Из регулятора давления воздух будет поступать в электромагнитный клапан одностороннего действия.
- В зависимости от состояния электромагнитного клапана воздух либо выйдет из порта А, либо воздух выйдет из порта А в нижнюю часть цилиндра, выдвигая шток.
- Электромагнитный клапан будет управляться кабелем привода соленоида, подключенным к 3-проводному порту робота-мозга V5.
Расчет силы цилиндров
Уравнение для расчета выходной силы для определенного давления имеет вид:
(Площадь поперечного сечения цилиндра) x (Внутреннее давление воздуха) = Сила
Диаметр цилиндра пневматических цилиндров VEX составляет 0,39 дюйма (10 мм). Отсюда мы можем вычислить площадь поперечного сечения цилиндра, используя уравнение площади круга:
(Диаметр / 2)² x π = Площадь
Поскольку нам известен диаметр цилиндра (внутренний диаметр) и мы знаем, что Pi ≈ 3,14, мы можем вычислить площадь:
(0,39 дюйма / 2)² x 3,14 = 0,12 дюйма²
Теперь мы можем подставить это число в наше исходное уравнение и вычислить выходную силу цилиндра:
0,12 дюйма² x 100 фунтов на квадратный дюйм = 12 фунтов силы (при 100 фунтах на квадратный дюйм)
Правила техники безопасности при работе с пневматикой см. в разделе Меры предосторожности и правила техники безопасности при работе с роботами VEX V5».