Пневматика є дуже ефективним способом створення лінійного руху. Пневматичні циліндри дуже ефективні для активації кігтів, перемикання передач між системами передач та багатьох інших застосувань. Крім того, пневматика додає вашому роботу ще одне джерело енергії, з нею дуже весело працювати та надасть знання про пневматичні системи, які широко використовуються в промисловості.
Коли пневматичні циліндри активуються, вони або повністю висуваються, або повністю втягуються.
Примітка: Команди VEX Robotics Competition (VRC/VEX U/VEX AI), які планують використовувати пневматику, повинні уважно прочитати Правила роботів щодо пневматичних систем у Посібнику з гри.
Як працює пневматика
Пневматика працює за допомогою тиску повітря. Це можна створити за допомогою чогось такого простого, як насос для шин велосипеда.
Основна пневматична система використовує накопичувальний резервуар, у якому тиск повітря може накачуватися велосипедним насосом, пневматичні трубки для підключення пристроїв, клапан для контролю скидання тиску та пневматичний циліндр.
Пневматичний циліндр подвійної дії працює, коли клапан випускає тиск повітря в нижню частину циліндра. Тиск повітря тисне на поверхню внутрішнього поршня, що змушує поршень і поршневий шток вийти з циліндра.
Коли поршень/поршневий шток рухається назовні, вихлопне повітря витікає з верхньої частини циліндра
Клапан також можна налаштувати для випуску тиску повітря у верхню частину циліндра. Коли це відбувається, тиск повітря штовхає поршень і поршневий шток назад у циліндр.
Під час руху поршня/поршневого штока відпрацьоване повітря витікає з нижньої частини циліндра.
Пневматичний циліндр односторонньої дії працює здебільшого так само, за винятком того, що пружина штовхає поршень/поршневий шток назад. Циліндр односторонньої дії має лише один порт/штуцер для входу та виходу повітря.
Щоб дізнатися більше про доступні пневматичні комплекти для системи V5, перегляньте статтю Вибір пневматичного комплекту для системи V5 із бібліотеки VEX.
Компоненти пневматики
Зберігання повітря
Повітряні накопичувачі як для циліндрів подвійної дії, так і для циліндрів односторонньої дії по суті використовують однакові компоненти.
Резервуар для повітря - Резервуар, 1-1/2" X 4", w 1/8" NPT & порт M5 - US14227-S0400
Повітряний резервуар – це місце, де зберігається повітря для пневматичної системи.
Примітка: Кінцеві гайки можна зняти з резервуара, щоб зменшити вагу.
Водосховище має два порти. По одному на кожному кінці. Ці різьбові порти підключаються до клапана шинного насоса Schrader або фітинга резервуара.
Резервуар можна прикріпити до робота, обернувши 11” Zip Ties навколо резервуара та деталі конструкції.
Резервуар також можна прикріпити до робота, обернувши сталевий стержень навколо резервуара та просунувши гвинт через отвори, де з’єднуються обидві сторони стержня. На гвинт можна надіти гайку, утворюючи затиск.
Монтаж шинного насоса (клапан шинного насоса Шредера) – це місце, де приєднується/від’єднується повітряний насос для створення тиску в пневматичній системі.
Один шар тефлонової стрічки можна обернути навколо різьблення фітинга перед тим, як загвинтити його в порт повітряного резервуара. Це допоможе створити герметичність.
Щоб отримати додаткові відомості про створення герметичних ущільнень, зверніться до статті Запобігання витоку повітря в пневматичній системі VEX із бібліотеки VEX.
Серцевина клапана насоса для шин Schrader може бути проштовхнута, щоб скинути тиск із системи.
Фітинг для резервуара - це місце, де вставляється пневматична трубка, яка буде подавати тиск повітря до решти в системі.
На різьбу фітинга вже нанесено тефлон, щоб зменшити витоки повітря
Усі фітинги пневматичних труб приймають трубки, просто вставляючи трубки в фітинг до упору.
Щоб звільнити трубку, зовнішню манжету потрібно проштовхнути до фітинга, а потім трубку можна буде зняти.
Фітинг "Т" - Фітинг "Т" для клапанів. Цей Т-образний фітинг дозволить розділити подачу повітря для подачі двох клапанів.
Примітка: фітинг також можна використовувати для керування двома циліндрами односторонньої дії з одним значенням.
Регулятор тиску - міні-регулятор з фітингами 4 мм може регулювати тиск повітря, що надходить вниз по системі.
Тиск регулюється поворотом штока, його рухом всередину або назовні.
Коли шток повернутий до кінця, тиск повітря буде найвищим. Величина тиску повітря визначає силу, яку прикладатиме циліндр.
Комплект пневматики подвійної дії включає перемикач увімкнення/вимкнення - пальцевий клапан.
Це дозволить вам увімкнути подачу повітря в систему та скинути тиск повітря з системи.
Переконайтеся, що стрілки, тиснені на клапані, спрямовані від повітряного резервуара до системи. Іншими словами, стрілка повинна бути спрямована в напрямку руху повітря.
Коли ручка знаходиться на одній лінії з трубкою, в системі є повітря.
Коли ручка постійно вирівнюється поперек трубки, повітря вимикається, і він скидає тиск повітря з верхньої частини системи.
Контроль повітря
Контроль повітря подвійної дії
Електромагнітний, Fwd, Reverse - 5/2 одинарний електромагнітний клапан контролює потік повітря для циліндрів подвійної дії.
Фітинги для клапанів, вони вкручуються в отвори на електромагнітному клапані.
Будьте обережні, щоб не закрутити різьблення на фітингах, оскільки вони вкручуються в порт.
Закрутіть фітинг як у порт A, так і в порт B у верхній частині клапана.
Закрутіть фітинг у отвір, позначений P, через який тиск повітря буде подаватися до клапана.
Залиште два отвори, позначені R, відкритими, щоб дозволити випускати відпрацьоване повітря.
У налаштуваннях за замовчуванням порт A живитиме нижній порт циліндра подвійної дії, а порт B — верхній порт. Циліндр запуститься з втягнутим штоком.
Однак, якщо є умови, коли вигідно починати з витягнутим штоком циліндра, два порти можна поміняти.
Електромагнітні клапани можна прикріпити до робота за допомогою стяжок. Примітка: не закривайте випускні отвори соленоїда застібками-блискавками. Якщо це станеться, циліндр не буде рухатися.
У верхній частині клапана є маленька синя кнопка, яку можна натиснути за допомогою невеликого інструменту, наприклад Star Drive Key або ручки. Натискання цієї кнопки вручну відкриває значення, щоб перевірити потік повітря в циліндр.
Електромагнітний драйвер — кабель із приводом, підключається до електромагнітного клапана подвійної дії на одному кінці та забезпечує підключення до 3-провідного порту на мозку робота V5 на іншому кінці.
Якщо потрібна більша довжина електромагнітним драйвером і мозком робота V5.
Управління повітрям односторонньої дії
Соленоїд, увімк./вимк. - 3/2 електромагнітний клапан керує циліндрами односторонньої дії.
Фітинги такого ж типу для клапанів вкручуються в отвори на електромагнітному клапані.
Знову ж таки, будьте обережні, щоб не перехрестити різьбу фітингів, оскільки вони вкручуються в порт.
Закрутіть фітинг у порт A у верхній частині клапана.
Закрутіть фітинг у отвір, позначений P, через який тиск повітря буде подаватися до клапана. Залиште порт, позначений R, відкритим, щоб дозволити випускати відпрацьоване повітря.
Порт A живить нижній порт циліндра односторонньої дії.
Електромагнітні клапани можна прикріпити до робота за допомогою стяжок.
Примітка: Не закривайте випускний отвір соленоїда застібками-блискавками. Якщо це станеться, циліндр не буде рухатися.
У верхній частині клапана є маленька помаранчева кнопка, яку можна натиснути за допомогою невеликого інструменту, наприклад Star Drive Key або ручки. Натискання цієї кнопки вручну відкриває значення, щоб перевірити потік повітря в циліндр.
Електромагнітний драйвер — кабель із приводом, підключається до електромагнітного клапана односторонньої дії на одному кінці та забезпечує підключення до 3-провідного порту на мозку робота V5 на іншому кінці.
Якщо потрібна більша довжина, між електромагнітним драйвером і мозком робота V5 можна використовувати подовжувач
Як соленоїдом подвійної дії, так і соленоїдом одинарної дії можна керувати за допомогою пристрою цифрового виходу в рамках спеціального проекту VEXcode V5.
Щоб дізнатися більше про програмування пневматики, перегляньте статтюКерування пневматикою за допомогою кнопок на контролері з бібліотеки VEX.
Пневматичні циліндри
Циліндр подвійної дії
Циліндр, двонаправлений - циліндр подвійної дії діаметром 10 мм, має порт на обох кінцях.
Стрижень нарізаний двома гайками. Їх можна використовувати для кріплення стрижня циліндра.
Передня частина циліндра має різьбу, і її можна використовувати як альтернативний спосіб кріплення циліндра, просвердливши отвір у деталі конструкції, вставивши циліндр і закріпивши його гайкою циліндра.
Якщо цей спосіб кріплення не використовується, гайку можна зняти, щоб зменшити вагу вашого робота.
Витратомір - регулятор потоку колінного вимірювача M5, можна прикрутити до верхнього порту циліндра.
Витратомір може контролювати потік повітря через циліндр, який контролюватиме швидкість висування та втягування штока циліндра.
Витратомір можна регулювати, повертаючи внутрішнє кільце вгору, щоб збільшити потік, або вниз, щоб зменшити потік. Кільце можна повертати за допомогою викрутки.
Фітинг для циліндрів - штекерний роз'єм M5 для циліндрів можна вкрутити в нижній порт циліндра.
Як і з усіма фітингами, потрібно стежити за тим, щоб не нарізати поперечну різьбу фітинга під час його закручування.
Шарнір штока циліндра можна прикріпити до штока циліндра, помістивши його між двома гайками на різьбовій частині штока.
Кріплення циліндра можна прикріпити до циліндра за допомогою 1-дюймового гвинта #8-32 VEX і нейлонової гайки.
Кріплення циліндра можна встановити на частину конструкції робота. Опору штока циліндра можна прикріпити до компонента, який він буде переміщувати, за допомогою гвинта або вала.
Примітка: не встановлюйте циліндр так, щоб на шток циліндра застосовувалася бічна сила. Якщо шток циліндра зігнутий, циліндр не працюватиме.
Циліндр односторонньої дії
Циліндр - циліндр із пружинним поверненням односторонньої дії діаметром 10 мм має порт на кінці.
Стрижень нарізаний двома гайками. Їх можна використовувати для кріплення стрижня циліндра.
Фітинг для циліндрів - штекерний роз'єм M5 для циліндрів можна вкрутити в нижній порт циліндра.
Опору штока циліндра та кріплення циліндра можна прикріпити до циліндра односторонньої дії таким же чином, як і для циліндра подвійної дії, описаного вище.
Кріплення циліндра можна встановити на частину конструкції робота. Опору штока циліндра можна прикріпити до компонента, який він буде переміщувати, за допомогою гвинта або вала.
Примітка: Не встановлюйте циліндр так, щоб на шток циліндра застосовувалася бічна сила. Якщо шток циліндра зігнутий, циліндр не працюватиме.
Для з’єднання всіх пристроїв між собою використовується пневматична трубка.
Його можна обрізати за допомогою гострих ножиць.
Два зразки макетів для пневматики
Зразок схеми циліндра подвійної дії:
- Повітря буде закачуватися з велосипедного насоса в клапан Шредера повітряного резервуару.
- Повітря під тиском витікає з фітинга на іншому кінці резервуара в перемикач.
- Від перемикача повітря під тиском подаватиметься на регулятор тиску.
- Від регулятора тиску повітря надходитиме до електромагнітного клапана подвійної дії.
- Залежно від стану електромагнітного клапана повітря буде витікати з порту B у верхню частину циліндра, або повітря буде витікати з порту A в нижню частину циліндра, висуваючи його шток.
- Електромагнітним клапаном керуватиметься кабелем драйвера електромагніту, під’єднаним до 3-провідного порту мозка робота V5
Зразок компонування циліндра односторонньої дії:
- Повітря буде закачуватися з велосипедного насоса в клапан Шредера повітряного резервуару.
- Повітря під тиском витікає з фітинга на іншому кінці резервуара в регулятор тиску.
- Від регулятора тиску повітря надходитиме до електромагнітного клапана односторонньої дії.
- Залежно від стану електромагнітного клапана, повітря буде або виходити з порту A, або повітря буде витікати з порту A в нижню частину циліндра, висуваючи його шток.
- Електромагнітним клапаном керуватиме кабель драйвера електромагніту, під’єднаний до 3-провідного порту мозка робота V5
Розрахунок сили циліндрів
Рівняння для розрахунку вихідної сили для певного тиску подається у вигляді:
(Площа поперечного перерізу циліндра) x (Внутрішній тиск повітря) = Сила
Діаметр отвору циліндрів пневматичних циліндрів VEX становить 0,39 дюйма (10 мм). Звідси можна обчислити площу поперечного перерізу циліндра, використовуючи рівняння для площі кола:
(Діаметр / 2)² x π = Площа
Оскільки нам дано отвір циліндра (внутрішній діаметр) і ми знаємо, що Pi ≈ 3,14, ми можемо обчислити площу як:
(0,39 дюйма / 2)² x 3,14 = 0,12 дюйма²
Тепер ми можемо підключити це число до нашого вихідного рівняння та обчислити вихідну силу циліндра:
0,12 дюйма² x 100 psi = 12 фунтів сили (при 100 psi)
Щоб отримати вказівки з безпеки під час роботи з пневматикою, зверніться до Запобіжні заходи та вказівки з техніки безпеки під час роботи з роботами VEX V5.