Pneumatik är ett mycket effektivt sätt att skapa linjär rörelse. Pneumatiska cylindrar är mycket effektiva för att aktivera klor, växla mellan växelsystem och många andra tillämpningar. Dessutom tillför pneumatik ytterligare en energikälla till din robot, är väldigt roliga att arbeta med och ger kunskap om pneumatiska system som används flitigt inom industrin.
När pneumatiska cylindrar aktiveras är de antingen helt utfällda eller helt indragna.
Anmärkning: VEX Robotics Competition (VRC/VEX U/VEX AI)-lag som planerar att använda pneumatik måste noggrant läsa robotreglerna gällande pneumatiska system i Spelmanualen.
Hur pneumatik fungerar
Pneumatik fungerar med hjälp av lufttryck. Detta kan skapas med något så enkelt som en cykeldäckspump.
Det grundläggande pneumatiska systemet använder en lagringstank där lufttrycket kan pumpas upp med cykelpumpen, pneumatiska slangar för att ansluta enheterna, en ventil för att styra tryckavlastningen och en pneumatisk cylinder.
En dubbelverkande pneumatisk cylinder fungerar när en ventil släpper ut lufttryck i cylinderns botten. Lufttrycket trycker på ytan av en inre kolv vilket tvingar kolven och kolvstången ut ur cylindern.
När kolven/kolvstången rör sig utåt strömmar avluft ut från cylinderns ovansida
Ventilen kan också ställas in för att släppa ut lufttryck i cylinderns topp. När detta händer trycker lufttrycket kolven och kolvstången tillbaka in i cylindern.
När kolven/kolvstången rör sig inåt strömmar avluft ut genom cylinderns botten.
En enkelverkande pneumatisk cylinder fungerar i stort sett på samma sätt, med undantaget att en fjäder trycker in kolven/kolvstången igen. En enkelverkande cylinder har bara en port/koppling för luft att gå in och luft att gå ut.
För mer information om tillgängliga pneumatiksatser för V5-systemet, se artikeln Välja ett pneumatiksats för V5-systemet från VEX-biblioteket.
Pneumatikkomponenter
Luftlagring
Luftlagring, för både dubbelverkande cylindrar och enkelverkande cylindrar, använder i huvudsak samma komponenter.
Luftbehållare - Behållare, 3,5 mm x 10 mm, med 1/8" NPT & M5-port - US14227-S0400
Luftbehållaren är där luften för det pneumatiska systemet lagras.
Anmärkning: Ändmuttrarna kan tas bort från behållaren för att minska vikten.
Reservoaren har två portar. En i varje ände. Dessa gängade portar passar Schrader-däckpumpens ventil eller reservoarkopplingen.
Reservoaren kan fästas på roboten genom att linda 11” buntband runt behållaren och en strukturdel.
Reservoaren kan också fästas på roboten genom att linda en stålstång runt behållaren och placera en skruv genom hålen där stångens två sidor möts En mutter kan placeras på skruven och bilda en klämma.
Däckpumpsmontering (Schrader-däckpumpventil) är där en luftpump fästs/lossas för att trycksätta det pneumatiska systemet.
Ett enda lager teflontejp kan viras runt kopplingens gängor innan den skruvas fast i luftbehållarens port. Detta kommer att bidra till att skapa en lufttät försegling.
För mer information om hur man skapar lufttäta tätningar, se artikeln Förebyggande av luftläckage i ett VEX pneumatiskt system från VEX-biblioteket.
Kärnan i Schrader-däckpumpens ventil kan tryckas in för att släppa ut trycket från systemet.
Anslutningen för reservoaren är där den pneumatiska slangen förs in, som matar lufttrycket till resten av systemet.
Kopplingens gängor är redan applicerade med teflon för att minska luftläckage.
Alla pneumatiska slangkopplingar accepterar slangen genom att helt enkelt föra in slangen i kopplingen tills den stannar.
För att lossa slangen måste den yttre kragen tryckas in mot kopplingen och sedan kan slangen tas bort.
T-koppling - T-koppling för ventiler. Denna T-koppling gör att lufttillförseln kan delas för att mata två ventiler.
Anmärkning: Kopplingen kan även användas för att styra två enkelverkande cylindrar med ett värde.
Tryckregulatorn - miniregulator med 4 mm kopplingar kan justera lufttrycket som strömmar nedströms i systemet.
Trycket justeras genom att vrida skaftet, flytta det inåt eller utåt.
Med stammen helt utvriden kommer lufttrycket att vara högst. Mängden lufttryck avgör hur mycket kraft cylindern kommer att utöva.
Det dubbelverkande pneumatikpaketet levereras med en på/av-brytare - fingerventil.
Detta gör att du kan slå på luften till systemet och släppa ut lufttrycket från systemet.
Se till att pilarna som är präglade på ventilen pekar bort från luftbehållaren och mot systemet. Med andra ord ska pilen peka i den riktning luften färdas.
När vredet är i linje med slangen är det luft i systemet.
När vredet är i linje permanent mitt emot slangen stängs luften av och lufttrycket släpps ut uppströms i systemet.
Luftkontroll
Dubbelverkande luftkontroll
Solenoid-, framåt-, backväxel - 5/2 enkelmagnetventil styr luftflödet för de dubbelverkande cylindrarna.
Kopplingar för ventiler, dessa skruvas in i portarna på magnetventilen.
Var noga med att inte korsa kopplingarna när de skruvas in i porten.
Skruva fast en koppling i både port A och port B på ventilens ovansida.
Skruva fast en koppling i porten märkt P där lufttrycket kommer att matas in i ventilen.
Lämna de två portarna märkta R öppna så att frånluften kan släppas ut.
I standardinställningen matar port A den nedre porten på den dubbelverkande cylindern och port B den övre porten. Detta kommer att få cylindern att starta med stången indragen.
Om det emellertid finns ett tillstånd där det är fördelaktigt att börja med cylinderstången utsträckt kan de två portarna växlas.
Magnetventilerna kan fästas på roboten med hjälp av buntband. Anmärkning: Täck inte över solenoidens avgasportar med buntband. Om detta inträffar kommer cylindern inte att röra sig.
Det finns en liten blå knapp på toppen av ventilen som kan tryckas ner med ett litet verktyg som en Star Drive-nyckel eller en penna. Genom att trycka på den här knappen öppnas värdet manuellt för att testa luftflödet till cylindern.
Solenoiddrivaren - kabel med drivning, ansluts till den dubbelverkande magnetventilen i ena änden och ger en anslutning till 3-trådsporten på V5 Robot Brain i den andra änden.
En förlängningskabel kan användas mellan solenoiddrivaren och V5 Robot Brain om längre längd behövs.
Enkelverkande luftkontroll
Magnetventil, På/Av - 3/2 magnetventil styr de enkelverkande cylindrarna.
Samma typ av kopplingar för ventiler skruvas in i portarna på magnetventilen.
Återigen, var noga med att inte korsa gängorna när de skruvas in i porten.
Skruva fast en koppling i port A på ventilens ovansida.
Skruva fast en koppling i porten märkt P där lufttrycket kommer att matas in i ventilen. Lämna porten märkt R öppen så att frånluften kan släppas ut.
Port A matar den nedre porten på den enkelverkande cylindern.
Magnetventiler kan fästas på roboten med hjälp av buntband.
Anmärkning: Täck inte över solenoidens avgasport med buntbanden. Om detta inträffar kommer cylindern inte att röra sig.
Det finns en liten orange knapp på toppen av ventilen som kan tryckas ner med ett litet verktyg som en Star Drive-nyckel eller en penna. Genom att trycka på den här knappen öppnas värdet manuellt för att testa luftflödet till cylindern.
Solenoiddrivaren - kabel med drivning, ansluts till den enkelverkande magnetventilen i ena änden och ger en anslutning till 3-trådsporten på V5 Robot Brain i den andra änden.
En förlängningskabel kan användas mellan solenoiddrivaren och V5 Robot Brain om längre längd behövs.
Både den dubbelverkande och den enkelverkande solenoiden kan styras med en digital utgångsenhet i ett anpassat VEXcode V5 projekt.
För mer information om programmering av pneumatik, se artikelnStyra pneumatik med hjälp av knappar på din styrenhet från VEX-biblioteket.
Pneumatiska cylindrar
Dubbelverkande cylinder
Cylindern, dubbelriktad - dubbelverkande cylinder, 10 mm borrning, har en port i båda ändar.
Stången är gängad med två muttrar. Dessa kan användas för att fästa cylinderstångens pivotpunkt.
Cylinderns framsida är gängad och kan användas som en alternativ metod för att montera cylindern genom att borra ett hål i en konstruktionsdel, sätta i cylindern och sedan säkra med cylindermuttern.
Om denna fästmetod inte används kan muttern tas bort för att minska vikten på din robot.
Flödesmätaren - M5-böjmätarens utgående flödeskontroll, kan skruvas fast i cylinderns övre port.
Flödesmätaren kan styra luftflödet genom cylindern, vilket styr hastigheten som cylinderns stång kommer att förlängas och dras in.
Flödesmätaren kan justeras genom att vrida den inre ringen uppåt för att öka flödet eller nedåt för att minska flödet. Ringen kan vridas med en bladskruvmejsel.
Cylindrarkopplingen - M5-hankoppling för cylindrar, kan skruvas fast i cylinderns bottenport.
Som med alla kopplingar måste man vara försiktig så att man inte korsgängar kopplingen när den skruvas i.
Cylinderstångens pivotpunkt kan fästas på cylinderstången genom att placera den mellan de två muttrarna på den gängade delen av stången.
Cylinderfästet kan fästas på cylindern med en 1-tums #8-32 VEX-skruv och en nylockmutter.
Cylinderfästet kan monteras på en konstruktionsdel på roboten. Cylinderstångens pivotpunkt kan fästas på den komponent som den ska flyttas med hjälp av en skruv eller en axel.
Anmärkning: Montera inte cylindern så att en sidokraft appliceras på cylinderstången. Om cylinderstången böjs kommer cylindern inte att fungera.
Enkelverkande cylinder
Cylindern - enkelverkande fjäderreturcylinder med 10 mm borrning har en port på sin ände.
Stången är gängad med två muttrar. Dessa kan användas för att fästa cylinderstångens pivotpunkt.
Cylindrarkopplingen - M5-hankoppling för cylindrar, kan skruvas fast i cylinderns bottenport.
Cylinderstångens pivotpunkt och cylinderfästet kan fästas på den enkelverkande cylindern på samma sätt som de är för den dubbelverkande cylindern som beskrivs ovan.
Cylinderfästet kan monteras på en konstruktionsdel på roboten. Cylinderstångens pivotpunkt kan fästas på den komponent som den ska flyttas med hjälp av en skruv eller en axel.
Anmärkning: Montera inte cylindern så att en sidokraft appliceras på cylinderstången. Om cylinderstången böjs kommer cylindern inte att fungera.
Pneumatiska slangar används för att koppla samman alla enheter.
Den kan klippas till rätt längd med en vass sax.
Två exempellayouter för pneumatik
Ett exempel på layout för den dubbelverkande cylindern:
- Luft pumpas från en cykelpump in i Schrader-ventilen på luftbehållaren.
- Tryckluften flödar ut genom kopplingen i andra änden av behållaren och in i på-av-brytaren.
- Från brytaren matas tryckluften till tryckregulatorn.
- Från tryckregulatorn kommer luften att strömma in i den dubbelverkande magnetventilen.
- Beroende på magnetventilens tillstånd kommer luften antingen att strömma ut ur port B och in i cylinderns topp eller så kommer luft att strömma ut ur port A och in i cylinderns botten genom att sträcka ut sin stång.
- Magnetventilen styrs av solenoiddrivkabeln som är ansluten till 3-trådsporten på V5 Robot Brain.
Ett exempel på layout för den enkelverkande cylindern:
- Luft pumpas från en cykelpump in i Schrader-ventilen på luftbehållaren.
- Tryckluften flödar ut genom kopplingen i andra änden av behållaren och in i tryckregulatorn.
- Från tryckregulatorn kommer luften att strömma in i den enkelverkande magnetventilen.
- Beroende på magnetventilens tillstånd kommer luften antingen att tömmas ut ur port A eller så kommer luft att strömma ut ur port A och in i cylinderns botten genom att sträcka ut sin stång.
- Magnetventilen styrs av solenoiddrivkabeln som är ansluten till 3-trådsporten på V5 Robot Brain.
Beräkning av cylindrars kraft
Ekvationen för att beräkna utgående kraft för ett specifikt tryck ges som:
(Cylinderns tvärsnittsarea) x (Inre lufttryck) = Kraft
Cylinderdiametern på VEX pneumatiska cylindrar är 10 mm (0,39 tum). Utifrån detta kan vi beräkna cylinderns tvärsnittsarea med hjälp av ekvationen för cirkelns area:
(Diameter / 2)² x π = Area
Eftersom vi har cylinderborrningen (innerdiametern) och vet att Pi ≈ 3,14, kan vi beräkna arean till:
(0,39 tum / 2)² x 3,14 = 0,12 tum²
Vi kan nu infoga detta tal i vår ursprungliga ekvation och beräkna cylinderns utgående kraft:
0,12 in² x 100 psi = 12 pund kraft (vid 100 psi)
För säkerhetsriktlinjer vid arbete med pneumatik, se Försiktighetsåtgärder och säkerhetsriktlinjer vid arbete med VEX V5-robotar.