Khí nén là một cách rất hiệu quả để tạo ra chuyển động tuyến tính. Xi lanh khí nén rất hiệu quả trong việc kích hoạt vấu, chuyển số giữa các hệ thống bánh răng và nhiều ứng dụng khác. Ngoài ra, khí nén còn bổ sung thêm một nguồn năng lượng khác cho robot của bạn, rất thú vị khi làm việc và sẽ cung cấp kiến thức về hệ thống khí nén được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp.
Khi xi lanh khí nén được kích hoạt, chúng sẽ được mở rộng hoàn toàn hoặc rút lại hoàn toàn.
Lưu ý: Các đội tham gia Cuộc thi Robot VEX (VRC/VEX U/VEX AI) có kế hoạch sử dụng hệ thống khí nén cần đọc kỹ Quy định về Robot liên quan đến hệ thống khí nén trong Sổ tay trò chơi.
Nguyên lý hoạt động của hệ thống khí nén
Khí nén hoạt động bằng cách sử dụng áp suất không khí. Điều này có thể được tạo ra bằng một thứ đơn giản như bơm lốp xe đạp.
Hệ thống khí nén cơ bản sử dụng một bể chứa trong đó áp suất không khí có thể được bơm lên bằng bơm xe đạp, ống khí nén để kết nối các thiết bị, một van để điều khiển giải phóng áp suất và một xi lanh khí nén.
Xy lanh khí nén tác động kép hoạt động khi có van xả áp suất không khí vào đáy xi lanh. Áp suất không khí đẩy lên diện tích bề mặt của piston bên trong, đẩy piston và cần piston ra khỏi xi lanh.
Khi piston/cần piston di chuyển ra ngoài, khí thải thoát ra khỏi đỉnh xi lanh
Van cũng có thể được thiết lập để giải phóng áp suất không khí vào đỉnh xi lanh. Khi điều này xảy ra, áp suất không khí sẽ đẩy piston và cần piston trở lại xi lanh.
Khi piston/cần piston di chuyển vào trong, khí thải sẽ thoát ra khỏi đáy xi lanh.
Xy lanh khí nén tác động đơn hầu như hoạt động theo cách tương tự, ngoại trừ việc lò xo đẩy pít-tông/thanh pít-tông trở lại. Một xi lanh tác động đơn chỉ có một cổng/khớp để không khí đi vào và không khí đi ra.
Để biết thêm thông tin về các bộ dụng cụ khí nén có sẵn cho hệ thống V5, hãy xem bài viết Chọn bộ dụng cụ khí nén cho hệ thống V5 từ Thư viện VEX.
Linh kiện khí nén
Lưu trữ không khí
Bình chứa không khí, cho cả xi lanh tác động kép và xi lanh tác động đơn, về cơ bản đều sử dụng các bộ phận giống nhau.
Bình chứa khí - Bình chứa, 1-1/2" X 4", w 1/8" cổng NPT & M5 - US14227-S0400
Bể chứa không khí là nơi lưu trữ không khí cho hệ thống khí nén.
Lưu ý: Đai ốc cuối có thể được tháo ra khỏi bình chứa để giảm trọng lượng.
Hồ chứa có hai cổng. Một ở mỗi đầu. Các cổng ren này sẽ tiếp nhận van bơm lốp Schrader hoặc khớp nối bình chứa.
Có thể gắn bình chứa vào rô-bốt bằng cách quấn dây buộc 11” quanh bình chứa và một bộ phận kết cấu.
Lắp bơm lốp (van bơm lốp Schrader) là nơi gắn/tháo bơm không khí để tạo áp lực cho hệ thống khí nén.
Một lớp băng Teflon có thể được quấn quanh các ren của khớp nối trước khi vặn nó vào cổng của Bình chứa khí. Điều này sẽ giúp tạo ra một con dấu kín khí.
Để biết thêm thông tin về cách tạo lớp đệm kín khí, hãy tham khảo bài viết Ngăn ngừa rò rỉ khí trong hệ thống khí nén VEX từ Thư viện VEX.
Lõi của van bơm lốp Schrader có thể được đẩy vào để giải phóng áp suất khỏi hệ thống.
Phụ kiện cho Hồ chứa là nơi lắp ống khí nén để cung cấp áp suất không khí cho phần còn lại trong hệ thống.
Các ren của phụ kiện đi kèm với tanh đã được phủ sẵn để giảm rò rỉ không khí
Tất cả các phụ kiện ống khí nén đều chấp nhận ống bằng cách lắp ống vào khớp nối cho đến khi nó dừng lại.
Để tháo ống, vòng đệm bên ngoài cần được đẩy vào trong khớp nối và sau đó có thể tháo ống ra.
Phụ kiện "T" - Phụ kiện "T" cho Van. Khớp chữ “T” này sẽ cho phép phân chia nguồn cấp khí để cấp cho hai van.
Lưu ý: khớp nối cũng có thể được sử dụng để điều khiển hai xi lanh tác động đơn có cùng một giá trị.
Bộ Điều Áp - Bộ Điều Chỉnh Mini w/ 4mm Phụ kiện có thể điều chỉnh áp suất không khí chảy xuôi dòng trong hệ thống.
Áp suất được điều chỉnh bằng cách xoay thân van, di chuyển vào hoặc ra.
Khi thân cây quay hết ra ngoài, áp suất không khí sẽ cao nhất. Lượng áp suất không khí quyết định lượng lực mà xi lanh sẽ tác dụng.
Bộ khí nén tác động kép đi kèm với Công tắc bật/tắt - Van ngón tay.
Điều này sẽ cho phép bạn bật không khí cho hệ thống và giải phóng áp suất không khí khỏi hệ thống.
Đảm bảo các mũi tên in nổi trên van hướng ra khỏi Bình chứa khí và hướng về phía hệ thống. Nói cách khác, mũi tên phải hướng theo hướng không khí sẽ di chuyển.
Khi núm xoay thẳng hàng với ống, không khí sẽ được bật trong hệ thống.
Khi núm điều chỉnh thẳng hàng với ống, không khí sẽ tắt và nó giải phóng áp suất không khí từ thượng nguồn trong hệ thống.
Kiểm soát không khí
Kiểm soát không khí tác động kép
Van điện từ đơn, Fwd, Reverse - 5/2 điều khiển luồng khí cho xi lanh tác động kép.
Các phụ kiện cho Van, những vít này vào các cổng trên van điện từ.
Cẩn thận không vặn chéo các phụ kiện khi chúng đang được vặn vào cổng.
Vít một khớp nối vào cả Cổng A và Cổng B trên đầu van.
Vặn một khớp nối vào cổng có nhãn P, nơi áp suất không khí sẽ được đưa vào van.
Để mở hai cổng có nhãn R để thoát khí thải.
Trong thiết lập mặc định, Cổng A sẽ cấp nguồn cho cổng dưới cùng của xi lanh tác động kép và Cổng B sẽ cấp nguồn cho cổng trên cùng. Điều này sẽ khiến xi lanh bắt đầu với thanh được rút lại.
Tuy nhiên, nếu có điều kiện thuận lợi khi bắt đầu với thanh của xi lanh được mở rộng thì hai cổng có thể được chuyển đổi.
Các van điện từ có thể được gắn vào robot bằng dây buộc. Lưu ý: không che các cổng xả của bộ điện từ bằng dây buộc zip. Nếu điều này xảy ra, xi lanh sẽ không di chuyển.
Có một nút nhỏ màu xanh lam trên đầu van có thể được ấn xuống bằng một dụng cụ nhỏ như Star Drive Key hoặc bút. Nhấn nút này sẽ mở giá trị theo cách thủ công để kiểm tra luồng khí vào xi lanh.
Kiểm soát không khí tác động đơn
Solenoid, On/Off - Van điện từ 3/2 điều khiển các xi lanh tác động đơn.
Cùng loại Phụ kiện cho Van bắt vít vào các cổng trên van điện từ.
Một lần nữa, hãy cẩn thận để không vặn chéo các phụ kiện khi chúng đang được vặn vào cổng.
Vít một khớp nối vào Cổng A trên đầu van.
Vít một khớp nối vào cổng có nhãn P nơi áp suất không khí sẽ được đưa vào van. Để cổng có nhãn R mở để cho khí thải thoát ra ngoài.
Cổng A sẽ cấp nguồn cho cổng dưới cùng của xi lanh tác động đơn.
Van điện từ có thể được gắn vào robot bằng dây buộc.
Lưu ý: Không che cổng xả của bộ điện từ bằng dây buộc zip. Nếu điều này xảy ra, xi lanh sẽ không di chuyển.
Có một nút nhỏ màu cam ở phía trên van, bạn có thể ấn nút này bằng một dụng cụ nhỏ như Star Drive Key hoặc bút. Nhấn nút này sẽ mở giá trị theo cách thủ công để kiểm tra luồng khí vào xi lanh.
Cả solenoid tác động kép và solenoid tác động đơn đều có thể được điều khiển bằng thiết bị đầu ra kỹ thuật số trong dự án VEXcode V5 tùy chỉnh.
Để biết thêm thông tin về lập trình khí nén, hãy xem bài viếtĐiều khiển khí nén bằng nút bấm trên bộ điều khiển từ Thư viện VEX.
Xi lanh khí nén
Xi lanh tác động kép
Xi lanh, hai chiều - Xi lanh tác động kép có lỗ khoan 10 mm, có một cổng ở cả hai đầu.
Thanh được luồn bằng hai đai ốc. Những thứ này có thể được sử dụng để gắn Trục thanh trụ.
Mặt trước của hình trụ có ren và có thể được sử dụng như một phương pháp thay thế để lắp hình trụ bằng cách khoan một lỗ trên một phần kết cấu, lắp hình trụ vào rồi cố định bằng đai ốc hình trụ.
Nếu không sử dụng phương pháp gắn này, đai ốc có thể được tháo ra để giảm trọng lượng cho rô-bốt của bạn.
Đồng hồ đo lưu lượng - Kiểm soát lưu lượng đồng hồ khuỷu tay M5, có thể được vặn vào cổng trên cùng của xi lanh.
Đồng hồ đo lưu lượng có thể điều khiển luồng không khí qua xi lanh, điều này sẽ kiểm soát tốc độ thanh của xi lanh sẽ kéo dài và rút lại.
Đồng hồ đo lưu lượng có thể được điều chỉnh bằng cách xoay vòng trong lên trên để tăng lưu lượng hoặc xoay xuống dưới để giảm lưu lượng. Vòng có thể được xoay bằng tuốc nơ vít.
Phụ kiện cho xi lanh - Đầu nối nam M5 cho xi lanh, có thể được vặn vào cổng dưới cùng của xi lanh.
Giống như tất cả các phụ kiện, cần phải cẩn thận để không làm ren khớp nối khi nó đang được vặn vào.
Trục thanh trụ có thể được gắn vào thanh trụ bằng cách đặt nó vào giữa hai đai ốc trên phần ren của thanh.
Giá đỡ Xi lanh có thể được gắn vào xi lanh bằng vít VEX 1 inch # 8-32 và đai ốc nylock.
Giá đỡ Xi lanh có thể được gắn vào một phần cấu trúc trên robot. Trục thanh trụ có thể được gắn vào bộ phận mà nó sẽ được di chuyển bằng vít hoặc trục.
Lưu ý: không lắp xi lanh sao cho có lực bên tác dụng lên thanh của xi lanh. Nếu thanh của hình trụ bị cong thì hình trụ sẽ không hoạt động.
Xi lanh tác động đơn
Xi lanh - Xi lanh quay trở lại lò xo tác động đơn 10 mm có một cổng ở đầu của nó.
Thanh được luồn bằng hai đai ốc. Những thứ này có thể được sử dụng để gắn Trục thanh trụ.
Phụ kiện cho xi lanh - Đầu nối nam M5 cho xi lanh, có thể được vặn vào cổng dưới cùng của xi lanh.
Trục thanh xi lanh và Giá đỡ xi lanh có thể được gắn vào xi lanh tác động đơn theo cách tương tự như đối với xi lanh tác động kép được mô tả ở trên.
Giá đỡ Xi lanh có thể được gắn vào một phần cấu trúc trên robot. Trục thanh trụ có thể được gắn vào bộ phận mà nó sẽ được di chuyển bằng vít hoặc trục.
Lưu ý: Không lắp xi lanh sao cho có lực bên tác dụng lên thanh của xi lanh. Nếu thanh của hình trụ bị cong thì hình trụ sẽ không hoạt động.
Ống khí nén được sử dụng để kết nối tất cả các thiết bị với nhau.
Nó có thể được cắt theo chiều dài bằng cách sử dụng một chiếc kéo tiện ích sắc bén.
Hai bố cục mẫu cho khí nén
Sơ đồ bố trí mẫu của xi lanh tác động kép:
- Không khí sẽ được bơm từ máy bơm xe đạp vào van Schrader của Bình chứa khí.
- Không khí được điều áp sẽ chảy ra khỏi khớp nối ở đầu bên kia của bình chứa và đi vào Công tắc Bật-Tắt.
- Từ công tắc, không khí được điều áp sẽ cung cấp cho Bộ điều chỉnh áp suất.
- Từ Bộ điều chỉnh áp suất, không khí sẽ chảy vào Van điện từ tác động kép.
- Tùy thuộc vào trạng thái của van điện từ, không khí sẽ chảy ra khỏi Cổng B và vào đỉnh xi lanh hoặc không khí sẽ chảy ra khỏi Cổng A và đi vào đáy xi lanh kéo dài thanh của nó.
- Van điện từ sẽ được điều khiển bằng Cáp điều khiển Solenoid gắn vào cổng 3 dây của Não Robot V5
Sơ đồ bố trí mẫu của xi lanh tác động đơn:
- Không khí sẽ được bơm từ máy bơm xe đạp vào van Schrader của Bình chứa khí.
- Không khí điều áp chảy ra khỏi khớp nối ở đầu kia của bình chứa và vào Bộ điều chỉnh áp suất.
- Từ Bộ điều chỉnh áp suất, không khí sẽ chảy vào Van điện từ tác động đơn.
- Tùy thuộc vào trạng thái của van điện từ, không khí sẽ thoát ra khỏi Cổng A hoặc không khí sẽ chảy ra khỏi Cổng A và đi vào đáy xi lanh kéo dài thanh của nó.
- Van điện từ sẽ được điều khiển bằng cáp điều khiển điện từ gắn vào cổng 3 dây của Não Robot V5
Tính lực của xi lanh
Phương trình tính Lực đầu ra cho một áp suất cụ thể được đưa ra là:
(Diện tích mặt cắt ngang của xi lanh) x (Áp suất không khí bên trong) = Lực
Đường kính xi lanh của Xi lanh khí nén VEX là 0,39 in (10 mm). Từ đó chúng ta có thể tính diện tích mặt cắt ngang của hình trụ bằng cách sử dụng phương trình tính diện tích hình tròn:
(Đường kính / 2)² x π = Diện tích
Vì chúng ta đã biết lỗ khoan hình trụ (đường kính trong) và biết rằng Pi ≈ 3,14, nên chúng ta có thể tính diện tích là:
(0,39 inch / 2)2 x 3,14 = 0,12 inch
Bây giờ chúng ta có thể thay số này vào phương trình ban đầu và tính lực ra của xi lanh:
0,12 in² x 100 psi = 12 pound lực (ở 100 psi)
Để biết hướng dẫn an toàn khi làm việc với hệ thống khí nén, hãy tham khảo Các biện pháp phòng ngừa và hướng dẫn an toàn khi làm việc với robot VEX V5.