นิวเมติกเป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพมากในการสร้างการเคลื่อนที่เชิงเส้น กระบอกสูบนิวเมติกมีประสิทธิภาพมากในการกระตุ้นกรงเล็บ การเปลี่ยนเกียร์ระหว่างระบบเกียร์ และการใช้งานอื่นๆ อีกมากมาย นอกจากนี้ นิวแมติกส์ยังเพิ่มแหล่งพลังงานอีกแหล่งหนึ่งให้กับหุ่นยนต์ของคุณ สนุกมากที่จะทำงานด้วย และจะให้ความรู้เกี่ยวกับระบบนิวแมติกที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรม

เมื่อเปิดใช้งานกระบอกสูบนิวเมติก กระบอกสูบจะถูกยืดออกจนสุดหรือหดกลับจนสุด

บทความนี้จะอธิบาย:

หมายเหตุ: ทีม VEX Robotics Competition (VRC/VEX U/VEX AI) ที่วางแผนจะใช้นิวเมติกส์จะต้องระมัดระวัง อ่านกฎของหุ่นยนต์เกี่ยวกับระบบนิวแมติกใน คู่มือเกม


นิวเมติกทำงานอย่างไร

1000_F_224709921_UphU6o670XUryPpJL1XtVXHSlS5nJUCd.jpeg

นิวเมติกทำงานโดยใช้แรงดันอากาศ สามารถทำได้โดยใช้บางอย่างง่ายๆ เช่น ที่สูบลมยางรถจักรยาน

ระบบนิวแมติกพื้นฐานใช้ถังเก็บซึ่งแรงดันอากาศสามารถสูบได้ด้วยปั๊มจักรยาน ท่อลมเพื่อเชื่อมต่ออุปกรณ์ต่างๆ วาล์วสำหรับควบคุมการปลดปล่อยแรงดัน และกระบอกสูบนิวเมติก

image45.jpg

กระบอกสูบนิวแมติกแบบคู่ทำงานเมื่อวาล์วปล่อยแรงดันอากาศลงที่ด้านล่างของกระบอกสูบ แรงดันอากาศผลักไปที่พื้นผิวของลูกสูบภายในซึ่งบังคับให้ลูกสูบและก้านลูกสูบออกจากกระบอกสูบ

ขณะที่ลูกสูบ/ก้านลูกสูบเคลื่อนออก อากาศเสียจะไหลออกทางด้านบนของกระบอกสูบ

image35.jpg

วาล์วยังสามารถตั้งค่าให้ปล่อยแรงดันอากาศเข้าสู่ส่วนบนของกระบอกสูบได้อีกด้วย เมื่อสิ่งนี้เกิดขึ้น แรงดันอากาศจะดันลูกสูบและก้านลูกสูบกลับเข้าไปในกระบอกสูบ

ขณะที่ลูกสูบ/ก้านลูกสูบเคลื่อนเข้าไป อากาศเสียจะไหลออกทางด้านล่างของกระบอกสูบ

image44.jpg

กระบอกสูบนิวแมติกที่ทำงานแบบเดี่ยวส่วนใหญ่ทำงานในลักษณะเดียวกัน ยกเว้นว่าสปริงดันลูกสูบ/ก้านลูกสูบกลับเข้าไป กระบอกสูบที่ทำหน้าที่เพียงตัวเดียวมีพอร์ต/ข้อต่อเพียงช่องเดียวเพื่อให้อากาศเข้าและอากาศออก

สำหรับข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับชุดอุปกรณ์นิวเมติกสำหรับระบบ V5 โปรดดูบทความ การเลือกชุดอุปกรณ์นิวเมติกสำหรับระบบ V5 จากฐานความรู้


ส่วนประกอบนิวเมติก

ที่เก็บอากาศ

การจัดเก็บอากาศสำหรับทั้งกระบอกสูบแบบคู่และกระบอกสูบแบบเดี่ยวนั้นใช้ส่วนประกอบเดียวกันเป็นหลัก

image32.jpg

อ่างเก็บน้ำอากาศ - อ่างเก็บน้ำ 1-1/2" X 4", w 1/8"NPT & พอร์ต M5 - US14227-S0400

Air Reservoir คือที่กักเก็บอากาศสำหรับระบบนิวแมติก

หมายเหตุ: สามารถถอดน็อตปลายท่อออกจากอ่างเก็บน้ำเพื่อลดน้ำหนักได้

image23.jpg

image8.jpg

อ่างเก็บน้ำมีสองพอร์ต ที่ปลายแต่ละด้าน พอร์ตเกลียวเหล่านี้จะยอมรับวาล์วปั๊มยาง Schrader หรือข้อต่ออ่างเก็บน้ำ

image13.jpg

อ่างเก็บน้ำสามารถติดกับหุ่นยนต์ได้โดยการพัน 11” Zip Ties รอบอ่างเก็บน้ำและชิ้นส่วนโครงสร้าง

image52.jpg

อ่างเก็บน้ำยังสามารถแนบมากับหุ่นยนต์ได้โดยการพันแท่งเหล็ก รอบอ่างเก็บน้ำแล้วขันสกรูเข้าไปในรู ที่ซึ่งทั้งสองข้างของบาร์มาบรรจบกัน สามารถใส่น็อตบนสกรูเพื่อสร้างแคลมป์ได้

DSC_0888.JPG

ข้อต่อปั๊มลม (วาล์วปั๊มยาง Schrader) คือตำแหน่งที่ติดตั้ง/ถอดปั๊มลมเพื่อเพิ่มแรงดันให้กับระบบนิวแมติก

image19.jpg

image33.jpg

เทปเทฟลอนชั้นเดียวสามารถพันรอบเกลียวของข้อต่อได้ก่อนที่จะขันสกรูเข้ากับพอร์ตของ Air Reservoir สิ่งนี้จะช่วยทำให้ผนึกแน่น

สำหรับข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับการสร้างซีลสุญญากาศ โปรดดูบทความ การป้องกันการรั่วไหลของอากาศในระบบนิวเมติก VEX จากฐานความรู้

DSC_0888__1_.JPG

แกนของวาล์วปั๊มยาง Schrader สามารถดันเข้าไปเพื่อปล่อยแรงดันออกจากระบบ

DSC_0887.JPG

image12.jpg

อุปกรณ์ติดตั้งสำหรับอ่างเก็บน้ำคือที่ที่ใส่ท่อลมซึ่งจะป้อนแรงดันอากาศไปยังส่วนที่เหลือในระบบ

เกลียวของข้อต่อมาพร้อมกับเทฟลอนเพื่อลดการรั่วไหลของอากาศ

image30.jpg

อุปกรณ์ท่อลมทั้งหมดยอมรับท่อโดยเพียงแค่ใส่ท่อเข้าไปในข้อต่อจนกว่าจะหยุด

หากต้องการปลดท่อ จะต้องดันปลอกหุ้มด้านนอกเข้าหาข้อต่อ จากนั้นจึงถอดท่อออกได้

image48.jpg

ข้อต่อตัว "T" - ข้อต่อตัว "T" สำหรับวาล์ว ข้อต่อตัว "T" นี้จะช่วยให้สามารถแยกการจ่ายอากาศออกเพื่อป้อนวาล์วสองอัน

หมายเหตุ: ข้อต่อยังสามารถใช้เพื่อควบคุมกระบอกสูบเดี่ยวสองตัวด้วยค่าเดียว

image21.jpg

เครื่องปรับความดัน - เครื่องปรับลมขนาดเล็กพร้อมอุปกรณ์ขนาด 4 มม. สามารถปรับแรงดันอากาศที่ไหลลงสู่ระบบได้

แรงดันจะถูกปรับโดยการหมุนก้าน เคลื่อนเข้าหรือเคลื่อนออก

เมื่อหมุนก้านออกจนสุด ความกดอากาศจะสูงที่สุด ปริมาณความดันอากาศกำหนดปริมาณแรงที่กระบอกสูบจะใช้

image36.jpg

ชุดนิวเมติกส์แบบดับเบิ้ลแอคติ้งมาพร้อมกับสวิตช์เปิด/ปิด - วาล์วนิ้ว

ซึ่งจะทำให้คุณสามารถเปิดแอร์สำหรับระบบและปล่อยแรงดันอากาศออกจากระบบได้

image54.jpg

image51.jpg

ตรวจสอบให้แน่ใจว่าลูกศรที่มีลายนูนบนวาล์วชี้ออกจาก Air Reservoir และไปทางระบบ กล่าวอีกนัยหนึ่งลูกศรควรชี้ไปในทิศทางที่อากาศจะเคลื่อนที่

image31.jpg

เมื่อลูกบิดอยู่ในแนวเดียวกับท่ออากาศก็จะเปิดอยู่ในระบบ

เมื่อลูกบิดอยู่ในแนวเดียวกับท่อ อากาศจะถูกปิดและปล่อยแรงดันอากาศออกจากต้นน้ำในระบบ

ระบบควบคุมอากาศ

image1.jpg

ระบบควบคุมอากาศแบบ Double Act

Solenoid, Fwd, Reverse - 5/2 Single Solenoid Valve ควบคุมการไหลของอากาศสำหรับกระบอกสูบแบบคู่

image38.jpg

อุปกรณ์สำหรับวาล์ว สกรูเหล่านี้เข้ากับพอร์ตบนโซลินอยด์วาล์ว

ระวังอย่าไขเกลียวข้อต่อขณะที่กำลังขันเข้ากับพอร์ต

image41.jpg

ขันสกรูเข้ากับพอร์ต A และพอร์ต B ที่ด้านบนของวาล์ว

image34.jpg

ขันสกรูเข้ากับพอร์ตที่มีป้าย P ซึ่งแรงดันอากาศจะถูกป้อนเข้าไปในวาล์ว

เปิดพอร์ตสองพอร์ตที่มีป้าย R ทิ้งไว้เพื่อให้อากาศเสียออก

image39.jpg

ในการตั้งค่าเริ่มต้น พอร์ต A จะป้อนพอร์ตด้านล่างของกระบอกสูบแบบคู่ และพอร์ต B จะป้อนพอร์ตบนสุด สิ่งนี้จะทำให้กระบอกสูบเริ่มต้นด้วยก้านหด

อย่างไรก็ตาม หากมีเงื่อนไขที่เป็นประโยชน์ในการเริ่มต้นด้วยก้านสูบของกระบอกสูบ สามารถเปลี่ยนพอร์ตทั้งสองได้

สามารถติดตั้งโซลินอยด์วาล์วกับหุ่นยนต์ได้โดยใช้สายรัดซิป หมายเหตุ: อย่าปิดช่องระบายอากาศของโซลินอยด์ด้วยสายรัดซิป หากเกิดเหตุการณ์นี้กระบอกสูบจะไม่เคลื่อนที่

image53.jpg

มีปุ่มสีน้ำเงินเล็กๆ อยู่ที่ด้านบนของวาล์ว ซึ่งสามารถกดได้โดยใช้เครื่องมือเล็กๆ เช่น กุญแจ Star Drive หรือปากกา การกดปุ่มนี้จะเป็นการเปิดค่าด้วยตนเองเพื่อทดสอบกระแสลมไปยังกระบอกสูบ

image22.jpg

image27.jpg

ไดรเวอร์โซลินอยด์ - สายเคเบิลพร้อมไดรฟ์ เสียบเข้ากับโซลินอยด์วาล์วแบบสองทางที่ปลายด้านหนึ่ง และให้การเชื่อมต่อกับพอร์ต 3-Wire บน V5 Robot Brain ที่ปลายอีกด้านหนึ่ง

สามารถใช้สายต่อ ระหว่างไดรเวอร์โซลินอยด์และสมองของหุ่นยนต์ V5 ได้ หากจำเป็นต้องใช้ความยาวมากขึ้น

image18.jpg

Single Acting Air Control

โซลินอยด์ เปิด/ปิด - 3/2 โซลินอยด์วาล์วควบคุมกระบอกสูบที่ทำหน้าที่เดี่ยว

image38.jpg

ข้อต่อประเภทเดียวกันสำหรับวาล์วจะขันสกรูเข้ากับพอร์ตบนโซลินอยด์วาล์ว

อีกครั้ง ระวังอย่าไขเกลียวข้อต่อขณะที่กำลังขันเข้ากับพอร์ต

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

ขันสกรูเข้ากับพอร์ต A ที่ด้านบนของวาล์ว

image42.jpg

ขันสกรูเข้ากับพอร์ตที่มีป้าย P ซึ่งแรงดันอากาศจะถูกป้อนเข้าไปในวาล์ว เปิดพอร์ตที่มีป้าย R ทิ้งไว้เพื่อให้อากาศเสียออก

image17.jpg

พอร์ต A จะป้อนพอร์ตด้านล่างของกระบอกสูบที่ทำหน้าที่เดียว

สามารถติดตั้งโซลินอยด์วาล์วกับหุ่นยนต์ได้โดยใช้สายรัดซิป

หมายเหตุ: อย่าปิดช่องระบายอากาศของโซลินอยด์ด้วยสายรัด หากเกิดเหตุการณ์นี้กระบอกสูบจะไม่เคลื่อนที่

image50.jpg

มีปุ่มสีส้มเล็กๆ อยู่ที่ด้านบนของวาล์ว ซึ่งสามารถกดได้โดยใช้เครื่องมือเล็กๆ เช่น กุญแจ Star Drive หรือปากกา การกดปุ่มนี้จะเป็นการเปิดค่าด้วยตนเองเพื่อทดสอบกระแสลมไปยังกระบอกสูบ

image37.jpg

image27.jpg

ไดรเวอร์โซลินอยด์ - สายเคเบิลพร้อมไดรฟ์ เสียบเข้ากับโซลินอยด์วาล์วแบบทำงานเดี่ยวที่ปลายด้านหนึ่ง และให้การเชื่อมต่อกับพอร์ต 3-Wire บน V5 Robot Brain ที่ปลายอีกด้านหนึ่ง

สามารถใช้สายต่อ ระหว่างไดรเวอร์โซลินอยด์และสมองของหุ่นยนต์ V5 ได้หากต้องการความยาวมากขึ้น

image11.jpg

ทั้งโซลินอยด์แบบดับเบิ้ลแอคติ้งและโซลินอยด์แบบทำหน้าที่เดี่ยวสามารถควบคุมได้โดยใช้อุปกรณ์เอาท์พุตดิจิทัลภายในโปรเจ็กต์ VEXcode V5 ที่กำหนดเอง .

สำหรับข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับการตั้งโปรแกรมนิวเมติกส์ โปรดดูบทความการควบคุมนิวเมติกโดยใช้ปุ่มบนตัวควบคุม จากฐานความรู้

กระบอกสูบนิวเมติก

image55.jpg

กระบอกสูบคู่

กระบอกสูบแบบสองทิศทาง - Double Acting Cylinder 10mm Bore มีพอร์ตที่ปลายทั้งสองข้าง

แกนมีเกลียวด้วยน็อตสองตัว สามารถใช้ยึดแกนเดือยของกระบอกสูบได้

ด้านหน้าของกระบอกสูบเป็นเกลียวและสามารถใช้เป็นวิธีการทางเลือกในการติดตั้งกระบอกสูบได้โดยการเจาะรูในชิ้นส่วนของโครงสร้าง ใส่กระบอกสูบ แล้วยึดด้วยน็อตของกระบอกสูบ

หากไม่ได้ใช้วิธีการยึดนี้ สามารถถอดน็อตออกเพื่อลดน้ำหนักบนหุ่นยนต์ของคุณได้

image9.jpg

เครื่องวัดการไหล - เครื่องวัดข้อศอก M5 ตัวควบคุมการไหลออก สามารถขันสกรูเข้ากับพอร์ตด้านบนของกระบอกสูบได้

เครื่องวัดการไหลสามารถควบคุมการไหลของอากาศผ่านกระบอกสูบซึ่งจะควบคุมความเร็วที่แกนของกระบอกสูบจะขยายและหดกลับ

image47.jpg

มาตรวัดการไหลสามารถปรับได้โดยการหมุนวงแหวนด้านในขึ้นเพื่อเพิ่มการไหลหรือลดการไหลลง สามารถหมุนวงแหวนได้โดยใช้ไขควงปากแบน

image24.jpg

image46.jpg

ข้อต่อสำหรับกระบอกสูบ - ขั้วต่อ M5 ตัวผู้สำหรับกระบอกสูบ สามารถขันเข้ากับพอร์ตด้านล่างของกระบอกสูบได้

เช่นเดียวกับอุปกรณ์ติดตั้งทั้งหมด ต้องใช้ความระมัดระวังไม่ให้ร้อยเกลียวกับข้อต่อขณะขันสกรูเข้า

image49.jpg

image14.jpg

แกนหมุนของก้านสูบสามารถติดเข้ากับแกนของกระบอกสูบได้โดยวางไว้ระหว่างน็อตสองตัวบนส่วนเกลียวของแกน

image7.jpg

image3.jpg

ฐานยึดกระบอกสูบสามารถติดตั้งกับกระบอกสูบได้โดยใช้สกรู #8-32 VEX ขนาด 1 นิ้วและน็อตล็อคแบบเกลียว

image25.jpg

Cylinder Mount สามารถติดตั้งกับชิ้นส่วนของโครงสร้างบนหุ่นยนต์ได้ แกนหมุนของก้านสูบสามารถติดเข้ากับส่วนประกอบที่จะเคลื่อนย้ายโดยใช้สกรูหรือเพลา

หมายเหตุ: ห้ามติดตั้งกระบอกสูบในลักษณะที่มีแรงด้านข้างถูกนำไปใช้กับแกนของกระบอกสูบ หากแกนของกระบอกสูบโค้งงอ กระบอกสูบจะไม่ทำงาน

image26.jpg

กระบอกรักษาการเดี่ยว

กระบอกสูบ - Single Acting Spring Return Cylinder 10mm Bore มีพอร์ตอยู่ที่ปลาย

แกนมีเกลียวด้วยน็อตสองตัว สามารถใช้ยึดแกนเดือยของกระบอกสูบได้

image24.jpg

image5.jpg

ข้อต่อสำหรับกระบอกสูบ - ขั้วต่อ M5 ตัวผู้สำหรับกระบอกสูบ สามารถขันเข้ากับพอร์ตด้านล่างของกระบอกสูบได้

image14.jpg

image7.jpg

แกนหมุนของก้านสูบและที่ยึดกระบอกสูบสามารถติดเข้ากับกระบอกสูบแบบเดี่ยวในลักษณะเดียวกับที่ใช้สำหรับกระบอกสูบแบบสองทางที่อธิบายข้างต้น

image28.jpg

Cylinder Mount สามารถติดตั้งกับชิ้นส่วนของโครงสร้างบนหุ่นยนต์ได้ แกนหมุนของก้านสูบสามารถติดเข้ากับส่วนประกอบที่จะเคลื่อนย้ายโดยใช้สกรูหรือเพลา

หมายเหตุ: อย่ายึดกระบอกสูบจนมีแรงด้านข้างถูกนำไปใช้กับแกนของกระบอกสูบ หากแกนของกระบอกสูบโค้งงอ กระบอกสูบจะไม่ทำงาน

image6.jpg

ท่อลมใช้เชื่อมต่ออุปกรณ์ทั้งหมดเข้าด้วยกัน

สามารถตัดให้ยาวได้โดยใช้กรรไกรเอนกประสงค์ที่คมกริบ


เค้าโครงตัวอย่างสองแบบสำหรับนิวเมติก

image20.jpg

เลย์เอาต์ตัวอย่างสำหรับกระบอกสูบแบบสองจังหวะ:

  1. อากาศจะถูกสูบจากปั๊มจักรยานไปยังวาล์ว Schrader ของ Air Reservoir
  2. อากาศที่มีแรงดันจะไหลออกจากข้อต่อที่ปลายอีกด้านของอ่างเก็บน้ำและเข้าสู่สวิตช์เปิด-ปิด
  3. จากสวิตช์ความดันอากาศจะป้อนตัวควบคุมความดัน
  4. จากเครื่องปรับความดันอากาศจะไหลเข้าสู่วาล์วขดลวดแม่เหล็กไฟฟ้าแบบ Double Acting
  5. ขึ้นอยู่กับสถานะของโซลินอยด์วาล์ว อากาศจะไหลออกจากพอร์ต B และเข้าสู่ส่วนบนของกระบอกสูบ มิฉะนั้น อากาศจะไหลออกจากพอร์ต A และลงสู่ด้านล่างของกระบอกสูบโดยยืดก้านออก
  6. โซลินอยด์วาล์วจะถูกควบคุมโดยโซลินอยด์ไดร์เวอร์เคเบิ้ลที่ติดอยู่กับพอร์ต 3 สายของ V5 Robot Brain

image10.jpg

เลย์เอาต์ตัวอย่างสำหรับกระบอกสูบแบบเดี่ยว:

  1. อากาศจะถูกสูบจากปั๊มจักรยานไปยังวาล์ว Schrader ของ Air Reservoir
  2. อากาศที่มีแรงดันจะไหลออกจากข้อต่อที่ปลายอีกด้านของอ่างเก็บน้ำและเข้าสู่ตัวควบคุมแรงดัน
  3. จากตัวปรับความดันอากาศจะไหลเข้าสู่โซลินอยด์วาล์วแบบ Single Acting
  4. ขึ้นอยู่กับสถานะของโซลินอยด์วาล์ว อากาศจะปล่อยออกจากพอร์ต A หรืออากาศจะไหลออกจากพอร์ต A และลงสู่ด้านล่างของกระบอกสูบโดยยืดก้านออก
  5. โซลินอยด์วาล์วจะถูกควบคุมโดยสายไดรเวอร์โซลินอยด์ที่ติดอยู่กับพอร์ต 3 สายของ V5 Robot Brain

การคำนวณกำลังของกระบอกสูบ

สมการการคำนวณกำลังส่งออกสำหรับความดันจำเพาะถูกกำหนดดังนี้:

(พื้นที่หน้าตัดของทรงกระบอก) x (ความกดอากาศภายใน) = แรง

กระบอกสูบของ VEX Pneumatic Cylinders คือ 0.39 นิ้ว (10 มม.) จากนี้เราสามารถคำนวณพื้นที่หน้าตัดของทรงกระบอกโดยใช้สมการพื้นที่ของวงกลม:

(เส้นผ่านศูนย์กลาง / 2)² x π = พื้นที่

ตามที่เราได้รับกระบอกสูบ (เส้นผ่านศูนย์กลางภายใน) และเรารู้ว่า Pi ≈ 3.14 เราสามารถคำนวณพื้นที่ได้ดังนี้:

(0.39 นิ้ว / 2)² x 3.14 = 0.12 นิ้ว²

ตอนนี้เราสามารถแทนค่าตัวเลขนี้ลงในสมการเดิมของเราและคำนวณแรงเอาท์พุตของกระบอกสูบได้:

0.12 นิ้ว² x 100 psi = แรง 12 ปอนด์ (ที่ 100 psi)


สำหรับคำแนะนำด้านความปลอดภัยเมื่อทำงานกับนิวเมติกส์ โปรดดู ข้อควรระวังและคำแนะนำด้านความปลอดภัยเมื่อทำงานกับหุ่นยนต์ VEX V5

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

Last Updated: