นิวเมติกส์เป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพมากในการสร้างการเคลื่อนที่เชิงเส้น กระบอกลมมีประสิทธิภาพมากในการเปิดใช้งานก้ามปู การเปลี่ยนเกียร์ระหว่างระบบเกียร์ และการใช้งานอื่นๆ อีกมากมาย นอกจากนี้ นิวแมติกส์ยังช่วยเพิ่มแหล่งพลังงานให้กับหุ่นยนต์ของคุณ ใช้งานได้อย่างสนุกสนาน และจะให้ความรู้เกี่ยวกับระบบนิวแมติกส์ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรม
เมื่อกระบอกสูบนิวแมติกทำงาน กระบอกสูบจะขยายออกจนสุดหรือหดกลับจนสุด
หมายเหตุ: ทีมการแข่งขัน VEX Robotics (VRC/VEX U/VEX AI) ที่กำลังวางแผนใช้นิวแมติกส์จำเป็นต้องอ่านกฎของหุ่นยนต์เกี่ยวกับระบบนิวแมติกส์อย่างละเอียดในคู่มือเกม เล่ม
นิวเมติกส์ทำงานอย่างไร
นิวเมติกส์ทำงานโดยใช้แรงดันอากาศ สิ่งนี้สามารถสร้างขึ้นได้ด้วยสิ่งง่ายๆ เช่น ที่สูบลมยางรถจักรยาน
ระบบนิวแมติกพื้นฐานใช้ถังเก็บซึ่งแรงดันอากาศสามารถสูบขึ้นด้วยปั๊มจักรยาน ท่อนิวแมติกเพื่อเชื่อมต่ออุปกรณ์ วาล์วสำหรับควบคุมการปล่อยแรงดัน และกระบอกนิวแมติก
กระบอกสูบนิวแมติกส์แบบสองทางจะทำงานเมื่อวาล์วปล่อยแรงดันอากาศลงสู่ก้นกระบอกสูบ แรงดันอากาศจะดันไปที่พื้นที่ผิวของลูกสูบภายในซึ่งดันลูกสูบและแกนลูกสูบออกจากกระบอกสูบ
เมื่อลูกสูบ/ก้านลูกสูบเคลื่อนออก อากาศเสียจะไหลออกจากด้านบนของกระบอกสูบ
สามารถตั้งค่าวาล์วให้ปล่อยแรงดันอากาศเข้าด้านบนของกระบอกสูบได้ เมื่อสิ่งนี้เกิดขึ้น แรงดันอากาศจะดันลูกสูบและก้านลูกสูบกลับเข้าไปในกระบอกสูบ
เมื่อลูกสูบ/ก้านลูกสูบเคลื่อนเข้ามา อากาศเสียจะไหลออกด้านล่างของกระบอกสูบ
กระบอกสูบนิวแมติกแบบออกฤทธิ์เดี่ยวทำงานในลักษณะเดียวกันเป็นส่วนใหญ่ ยกเว้นว่าสปริงจะดันลูกสูบ/ก้านลูกสูบกลับเข้าไป กระบอกสูบแบบออกฤทธิ์เดี่ยวจะมีช่อง/ข้อต่อสำหรับอากาศเข้าและอากาศออกเพียงช่องเดียวเท่านั้น
สำหรับข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับชุดอุปกรณ์นิวแมติกส์ที่มีสำหรับระบบ V5 โปรดดูบทความ การเลือกชุดอุปกรณ์นิวแมติกส์สำหรับระบบ V5 จากห้องสมุด VEX
ส่วนประกอบของนิวแมติกส์
ห้องเก็บอากาศ
การจัดเก็บอากาศสำหรับทั้งกระบอกสูบแบบแสดงสองทางและกระบอกสูบแบบแสดงเดี่ยวนั้น จะใช้ส่วนประกอบเดียวกันเป็นหลัก
อ่างเก็บน้ำอากาศ - อ่างเก็บน้ำ 1-1/2" X 4", พร้อม 1/8"NPT & พอร์ต M5 - US14227-S0400
ถังเก็บอากาศเป็นที่สำหรับเก็บอากาศไว้สำหรับระบบนิวแมติก
หมายเหตุ: สามารถถอดน็อตปลายออกจากกระปุกเพื่อลดน้ำหนักได้
อ่างเก็บน้ำมีสองท่าเรือ หนึ่งอันที่ปลายแต่ละด้าน พอร์ตแบบเกลียวเหล่านี้จะยอมรับวาล์วปั๊มลมยาง Schrader หรือข้อต่ออ่างเก็บน้ำ
สามารถติดตั้งถังเก็บน้ำเข้ากับหุ่นยนต์ได้โดยการพันสายรัดซิป ขนาด 11 นิ้ว รอบถังเก็บน้ำและชิ้นส่วนโครงสร้าง
ข้อต่อปั๊มลมยาง (วาล์วปั๊มลมยาง Schrader) คือตำแหน่งที่ติด/ถอดปั๊มลมเพื่อเพิ่มแรงดันให้กับระบบนิวแมติก
สามารถพันเทปเทฟลอนชั้นเดียวไว้รอบๆ เกลียวของข้อต่อก่อนที่จะขันสกรูเข้ากับช่องเก็บอากาศ สิ่งนี้จะช่วยสร้างผนึกสุญญากาศ
สำหรับข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับการสร้างซีลกันรั่ว โปรดดูบทความ การป้องกันการรั่วไหลของอากาศในระบบนิวเมติก VEX จากห้องสมุด VEX
แกนของวาล์วปั๊มลมยาง Schrader สามารถดันเข้าไปเพื่อระบายแรงดันออกจากระบบได้
ข้อต่อสำหรับอ่างเก็บน้ำคือตำแหน่งที่ท่อนิวแมติกถูกเสียบเข้าไปซึ่งจะป้อนแรงดันอากาศไปยังส่วนที่เหลือในระบบ
เกลียวของข้อต่อมาพร้อมกับเทฟล่อนที่ทาไว้แล้วเพื่อลดการรั่วไหลของอากาศ
อุปกรณ์ข้อต่อท่อลมทั้งหมดยอมรับท่อโดยเพียงแค่สอดท่อเข้าไปในข้อต่อจนกระทั่งหยุด
หากต้องการปลดท่อออก จะต้องดันปลอกด้านนอกเข้าหาข้อต่อ จากนั้นจึงถอดท่อออกได้
ข้อต่อ "T" - ข้อต่อ "T" สำหรับวาล์ว ข้อต่อ “T” นี้จะช่วยให้สามารถแยกการป้อนอากาศเพื่อป้อนวาล์วสองตัวได้
หมายเหตุ: ข้อต่อยังสามารถใช้เพื่อควบคุมกระบอกสูบแบบออกฤทธิ์เดี่ยวสองตัวด้วยค่าเดียวได้
ตัวปรับแรงดัน - ตัวปรับแรงดันลมขนาดเล็กพร้อมฟิตติ้งขนาด 4 มม. สามารถปรับแรงดันอากาศที่ไหลด้านท้ายน้ำในระบบได้
ความดันจะถูกปรับโดยการหมุนก้าน เลื่อนเข้าหรือเลื่อนออก
เมื่อก้านหมุนออกจนสุด ความกดอากาศจะสูงสุด ปริมาณความดันอากาศจะเป็นตัวกำหนดปริมาณแรงที่กระบอกสูบจะใช้
ชุดนิวเมติกส์แบบสองทางมาพร้อมกับสวิตช์เปิด/ปิด - ฟิงเกอร์วาล์ว
ซึ่งจะช่วยให้คุณสามารถเปิดอากาศให้กับระบบและปล่อยแรงดันอากาศออกจากระบบได้
ตรวจสอบให้แน่ใจว่าลูกศรที่มีลายนูนบนวาล์วชี้ออกจากถังเก็บอากาศและหันไปทางระบบ กล่าวอีกนัยหนึ่ง ลูกศรควรชี้ไปในทิศทางที่อากาศจะเคลื่อนที่
เมื่อปุ่มอยู่ในแนวเดียวกับท่อ อากาศก็จะเปิดอยู่ในระบบ
เมื่อลูกบิดอยู่ในแนวเดียวกับท่อ อากาศจะถูกปิด และจะปล่อยแรงดันอากาศจากต้นน้ำในระบบ
ระบบควบคุมอากาศ
ระบบควบคุมอากาศแบบ Double Acting
โซลินอยด์วาล์ว Fwd ถอยหลัง - 5/2 โซลินอยด์วาล์วเดี่ยวควบคุมการไหลเวียนของอากาศสำหรับกระบอกสูบแบบแสดงสองทาง
ข้อต่อสำหรับวาล์ว ขันสกรูเหล่านี้เข้ากับพอร์ตบนโซลินอยด์วาล์ว
ระวังอย่าไขว้เกลียวข้อต่อขณะขันสกรูเข้ากับพอร์ต
ขันข้อต่อเข้ากับพอร์ต A และพอร์ต B ที่ด้านบนของวาล์ว
ขันข้อต่อเข้ากับช่องที่มีป้ายกำกับ P ซึ่งแรงดันอากาศจะถูกป้อนเข้าไปในวาล์ว
เปิดพอร์ตทั้งสองที่มีป้ายกำกับ R ทิ้งไว้เพื่อให้อากาศเสียถูกปล่อยออกมา
ในการตั้งค่าเริ่มต้น พอร์ต A จะป้อนพอร์ตด้านล่างของกระบอกสูบแบบแสดงสองทาง และพอร์ต B จะป้อนพอร์ตด้านบน นี่จะทำให้กระบอกสูบเริ่มต้นด้วยการหดแกนกลับ
อย่างไรก็ตาม หากมีเงื่อนไขที่เป็นประโยชน์ที่จะเริ่มต้นด้วยการขยายแกนของกระบอกสูบ ก็สามารถสลับพอร์ตทั้งสองได้
โซลินอยด์วาล์วสามารถติดเข้ากับหุ่นยนต์ได้โดยใช้สายรัดแบบซิป หมายเหตุ: ห้ามปิดช่องระบายอากาศของโซลินอยด์ด้วยสายรัดซิป หากเกิดเหตุการณ์เช่นนี้ กระบอกสูบจะไม่เคลื่อนที่
มีปุ่มสีน้ำเงินเล็กๆ ที่ด้านบนของวาล์ว ซึ่งสามารถกดได้โดยใช้เครื่องมือขนาดเล็ก เช่น กุญแจสตาร์ไดรฟ์หรือปากกา การกดปุ่มนี้จะเป็นการเปิดค่าด้วยตนเองเพื่อทดสอบการไหลเวียนของอากาศไปยังกระบอกสูบ
ระบบควบคุมอากาศแบบออกฤทธิ์เดี่ยว
โซลินอยด์ เปิด/ปิด - 3/2 โซลินอยด์วาล์วควบคุมกระบอกสูบทางเดียว
ข้อต่อสำหรับวาล์วประเภทเดียวกันจะขันเข้ากับพอร์ตบนโซลินอยด์วาล์ว
ขอย้ำอีกครั้งว่าระวังอย่าไขว้เกลียวข้อต่อขณะขันสกรูเข้ากับพอร์ต
ขันข้อต่อเข้ากับพอร์ต A ที่ด้านบนของวาล์ว
ขันข้อต่อเข้ากับช่องที่มีป้ายกำกับ P ซึ่งแรงดันอากาศจะถูกป้อนเข้าไปในวาล์ว เปิดพอร์ตที่มีป้ายกำกับ R ทิ้งไว้เพื่อให้อากาศเสียถูกปล่อยออกมา
พอร์ต A จะป้อนพอร์ตด้านล่างของกระบอกสูบแบบออกฤทธิ์เดี่ยว
โซลินอยด์วาล์วสามารถติดเข้ากับหุ่นยนต์ได้โดยใช้สายรัด
หมายเหตุ: อย่าปิดช่องไอเสียของโซลินอยด์ด้วยสายรัดซิป หากเกิดเหตุการณ์เช่นนี้ กระบอกสูบจะไม่เคลื่อนที่
มีปุ่มสีส้มเล็กๆ ที่ด้านบนของวาล์ว ซึ่งสามารถกดได้โดยใช้เครื่องมือขนาดเล็ก เช่น กุญแจ Star Drive หรือปากกา การกดปุ่มนี้จะเป็นการเปิดค่าด้วยตนเองเพื่อทดสอบการไหลเวียนของอากาศไปยังกระบอกสูบ
ทั้งโซลินอยด์ที่ออกฤทธิ์สองครั้งและโซลินอยด์ที่ออกฤทธิ์เดี่ยวสามารถควบคุมได้โดยใช้อุปกรณ์ดิจิทัลเอาท์ภายในโปรเจ็กต์ VEXcode V5 แบบกำหนดเอง
สำหรับข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับการเขียนโปรแกรมนิวแมติกส์ โปรดดูบทความการควบคุมนิวแมติกส์โดยใช้ปุ่มบนคอนโทรลเลอร์ของคุณ บทความจาก VEX Library
กระบอกลม
กระบอกสูบรักษาการคู่
กระบอกสูบ สองทิศทาง - กระบอกสูบรักษาการคู่ เจาะ 10 มม. มีพอร์ตที่ปลายทั้งสองข้าง
ก้านมีเกลียวด้วยน็อตสองตัว สามารถใช้ติดเดือยก้านสูบได้
ด้านหน้าของกระบอกสูบเป็นแบบเกลียวและสามารถใช้เป็นอีกวิธีหนึ่งในการติดตั้งกระบอกสูบได้โดยการเจาะรูในชิ้นส่วนของโครงสร้าง ใส่กระบอกสูบ แล้วยึดด้วยน็อตกระบอกสูบ
หากไม่ได้ใช้วิธีการยึดแบบนี้ คุณสามารถถอดน็อตออกได้เพื่อลดน้ำหนักของหุ่นยนต์ของคุณ
เครื่องวัดการไหล - เครื่องวัดการไหลแบบข้อศอก M5 สามารถขันเข้ากับพอร์ตด้านบนของกระบอกสูบได้
เครื่องวัดการไหลสามารถควบคุมการไหลของอากาศผ่านกระบอกสูบ ซึ่งจะควบคุมความเร็วที่แกนของกระบอกสูบจะยืดและหดกลับ
เครื่องวัดอัตราการไหลสามารถปรับได้โดยการหมุนวงแหวนด้านในขึ้นเพื่อเพิ่มการไหล หรือลงเพื่อลดการไหล สามารถหมุนวงแหวนได้โดยใช้ไขควงใบมีด
ข้อต่อฟิตติ้งสำหรับกระบอกสูบ - คอนเนคเตอร์ตัวผู้ M5 สำหรับกระบอกสูบสามารถขันเข้าที่พอร์ตด้านล่างของกระบอกสูบได้
เช่นเดียวกับข้อต่อทั้งหมด จะต้องระมัดระวังไม่ให้เกลียวข้ามข้อต่อในขณะที่กำลังขันสกรูเข้า
สามารถติดเดือยก้านสูบเข้ากับก้านสูบได้โดยการวางไว้ระหว่างน็อตสองตัวบนส่วนที่เป็นเกลียวของก้าน
คุณสามารถติดที่ยึดกระบอกสูบเข้ากับกระบอกสูบได้โดยใช้สกรู #8-32 VEX ขนาด 1 นิ้วและน็อตล็อคไนล็อค
ตัวยึดกระบอกสูบสามารถติดตั้งกับชิ้นส่วนของโครงสร้างบนหุ่นยนต์ได้ สามารถติดตั้งเดือยก้านสูบเข้ากับส่วนประกอบซึ่งจะเคลื่อนย้ายได้โดยใช้สกรูหรือเพลา
หมายเหตุ: อย่ายึดกระบอกสูบจนมีแรงด้านข้างกระทบกับแกนของกระบอกสูบ หากแกนของกระบอกสูบงอ กระบอกสูบจะไม่ทำงาน
กระบอกสูบรักษาการเดี่ยว
กระบอกสูบ - กระบอกสูบสปริงกลับทางเดียวขนาด 10 มม. เจาะมีพอร์ตที่ปลาย
ก้านมีเกลียวด้วยน็อตสองตัว สามารถใช้ติดเดือยก้านสูบได้
ข้อต่อฟิตติ้งสำหรับกระบอกสูบ - คอนเนคเตอร์ตัวผู้ M5 สำหรับกระบอกสูบ สามารถขันเกลียวเข้ากับพอร์ตด้านล่างของกระบอกสูบได้
สามารถติดตั้งเดือยก้านสูบและที่ยึดกระบอกสูบเข้ากับกระบอกสูบแบบแสดงทางเดียวได้ในลักษณะเดียวกับที่ใช้กับกระบอกสูบแบบแสดงสองทางที่อธิบายไว้ข้างต้น
ตัวยึดกระบอกสูบสามารถติดตั้งกับชิ้นส่วนของโครงสร้างบนหุ่นยนต์ได้ สามารถติดตั้งเดือยก้านสูบเข้ากับส่วนประกอบซึ่งจะเคลื่อนย้ายได้โดยใช้สกรูหรือเพลา
หมายเหตุ: อย่าติดตั้งกระบอกสูบในลักษณะที่มีแรงด้านข้างกระทบกับแกนของกระบอกสูบ หากแกนของกระบอกสูบงอ กระบอกสูบจะไม่ทำงาน
ท่อลมใช้เชื่อมต่ออุปกรณ์ทั้งหมดเข้าด้วยกัน
สามารถตัดให้ยาวได้โดยใช้กรรไกรอเนกประสงค์ที่คม
เค้าโครงตัวอย่างสองแบบสำหรับนิวแมติกส์
เค้าโครงตัวอย่างสำหรับกระบอกสูบแบบแสดงสองทาง:
- อากาศจะถูกสูบจากปั๊มจักรยานเข้าไปในวาล์ว Schrader ของถังเก็บลม
- อากาศที่มีแรงดันจะไหลออกจากข้อต่อที่ปลายอีกด้านของอ่างเก็บน้ำและเข้าสู่สวิตช์เปิด-ปิด
- จากสวิตช์ อากาศที่มีแรงดันจะป้อนตัวควบคุมแรงดัน
- จากตัวปรับแรงดันอากาศจะไหลเข้าสู่โซลินอยด์วาล์วแบบดับเบิ้ลแอคติ้ง
- ขึ้นอยู่กับสถานะของโซลินอยด์วาล์ว อากาศจะไหลออกจากพอร์ต B และเข้าสู่ด้านบนของกระบอกสูบ หรืออากาศจะไหลออกจากพอร์ต A และลงสู่ด้านล่างของกระบอกสูบเพื่อขยายก้านของมัน
- โซลินอยด์วาล์วจะถูกควบคุมโดยสายเคเบิลไดรเวอร์โซลินอยด์ที่ติดอยู่กับพอร์ต 3 สายของ Robot Brain V5
เค้าโครงตัวอย่างสำหรับกระบอกสูบแบบทางเดียว:
- อากาศจะถูกสูบจากปั๊มจักรยานเข้าไปในวาล์ว Schrader ของถังเก็บลม
- อากาศที่มีแรงดันจะไหลออกจากข้อต่อที่ปลายอีกด้านของอ่างเก็บน้ำและเข้าสู่ตัวควบคุมแรงดัน
- จากตัวควบคุมแรงดัน อากาศจะไหลเข้าสู่โซลินอยด์วาล์วแบบออกฤทธิ์เดี่ยว
- ขึ้นอยู่กับสถานะของโซลินอยด์วาล์ว อากาศจะระบายออกจากพอร์ต A หรืออากาศจะไหลออกจากพอร์ต A และลงสู่ด้านล่างของกระบอกสูบเพื่อยืดก้านของมัน
- โซลินอยด์วาล์วจะถูกควบคุมโดยสายเคเบิลไดรเวอร์โซลินอยด์ที่ติดอยู่กับพอร์ต 3 สายของ Robot Brain V5
การคำนวณแรงของกระบอกสูบ
สมการในการคำนวณแรงเอาท์พุตสำหรับความดันเฉพาะจะได้รับดังนี้:
(พื้นที่หน้าตัดของกระบอกสูบ) x (ความดันอากาศภายใน) = แรง
กระบอกสูบของกระบอกสูบนิวเมติก VEX คือ 0.39 นิ้ว (10 มม.) จากนี้เราสามารถคำนวณพื้นที่หน้าตัดของทรงกระบอกได้โดยใช้สมการสำหรับพื้นที่ของวงกลม:
(เส้นผ่านศูนย์กลาง / 2)² x π = พื้นที่
เมื่อเราได้รับรูกระบอกสูบ (เส้นผ่านศูนย์กลางภายใน) และเรารู้ว่าพาย 3.14 เราสามารถคำนวณพื้นที่ได้:
(0.39 นิ้ว / 2)² x 3.14 = 0.12 นิ้ว²
ตอนนี้เราสามารถแทนค่านี้ลงในสมการเดิมของเราและคำนวณแรงส่งออกของกระบอกสูบได้:
0.12 นิ้ว² x 100 psi = แรง 12 ปอนด์ (ที่ 100 psi)
สำหรับแนวทางด้านความปลอดภัยเมื่อทำงานกับนิวแมติกส์ โปรดดูที่ ข้อควรระวังและแนวทางด้านความปลอดภัยเมื่อทำงานกับหุ่นยนต์ VEX V5