气动是一种非常高效的创造线性运动的方式。 气缸对于激活钳爪,在齿轮系统之间换挡,以及很多其他应用中非常有效。 另外,气动为你的机器人添加了另一种能源,工作起来非常有趣,并且将会提供工业中广泛使用的气动系统知识。

当气压缸启动后,它们要么完全伸出,要么完全缩回。

注意:计划使用气动的 VEX 机器人竞赛(VRC/VEX U/VEX AI)赛队需要仔细阅读竞赛手册中关于气动系统的机器人规则。


气动如何工作

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气动通过使用气压来工作。 这可以通过像自行车轮胎打气筒这样简单的东西来创造。

基本的气动系统使用一个储气罐,其中的气压可以通过自行车泵、气管连接到设备,一个控制压力释放的阀门和一个气缸。

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当阀门将气压释放到气缸底部时,一个双向气缸开始工作。 气压推动内部活塞的表面区域,迫使活塞和活塞杆推出气缸。

随着活塞/活塞杆推出,废气从气缸顶部流出

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该阀门还可设置为将气压释放到气缸顶部。 发生这种情况时气压会将活塞和活塞杆推回气缸。

随着活塞/活塞杆推入,废气从气缸底部流出。

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单向气缸的工作方式大致相同,不同之处在于弹簧将活塞/活塞杆推回。 单向气缸只有一个端口/配件,用于空气进入和排出。

更多有关可用的 V5 系统气动套装的信息,请查阅知识库的为 V5 系统选择一个气动套装文章。


气动元件

空气储存

空气储存,针对双向气缸和单向气缸,基本上使用相同的部件。

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储气罐 - 气罐,1-1/2" X 4",带 1/8"NPT & M5 端口 - US14227-S0400

储气罐是为气动系统储存空气的地方。

注意:储气罐末端螺母可被移除以减轻重量。

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气罐有两个端口。 两端各一个。 这些螺纹端口将接受 Schrader 轮胎泵阀或储气罐接头。

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可以通过 11" 扎带 捆扎在气罐和结构件上,从而将气罐安装到机器人。

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储气罐也可以通过 钢条 捆扎在储气罐周围并将螺丝穿过钢条两侧的交汇处来安装到机器人。 可以放置一颗螺母到螺丝上形成一个夹子。

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轮胎泵接头(Schrader 轮胎泵阀)是连接/拆卸气泵以对气动系统加压的地方。

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在将接头拧入空气储气罐的端口之前,可以在接头的螺纹上缠上一层特氟龙胶带。 这将有助于形成气密密封。

有关创建气密密封的更多信息,请参阅知识库中的 防止 VEX 气动系统漏气 文章。

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可以将 Schrader 轮胎泵阀的阀芯推入以释放系统中的压力。

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气罐配件是插入气动管的地方,它将向系统中的其余部分提供气压。

接头处螺纹应用了特氟龙以减少漏气。

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所有气管接头都可以通过简单地将管子插入接头直到它停止来接受气管。

要松开气管,需要将外环推向接头,然后才能移除气管。

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"T" 型接头 - 用于阀门的 "T" 型接头。 该“T”型接头将允许分流以便为两个阀门供气。

注意:该接头也可用于通过一个阀门控制两个单向气缸。

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压力调节器 - 带 4 毫米接头的迷你调节器可以调节系统下行流动的气压。

通过调节阀杆,将其移入或移出来调节压力。

随着阀杆一直向外转动,气压将达到最高。 气压的大小决定了气缸将施加的力的大小。

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双向气缸套装带有一个开启/关闭开关 - 手拧阀

这将允许你打开系统的空气并释放系统中的气压。

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确保阀门上压印的箭头指向远离储气罐并指向系统。 换句话说,箭头应该指向空气将要流动的方向。

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当旋钮与气管成一直线时,系统中的空气打开。

当旋钮始终与气管对齐时,空气被关闭并释放系统上行的气压。

空气控制

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双向空气控制

电磁阀、正向、反向 - 5/2 单电磁阀控制双向气缸的气流。

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阀门接头,它们拧入电磁阀上的端口。

当它们被拧入端口时,注意不要越过螺纹。

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将一个接头拧入阀门顶部的端口 A 和端口 B。

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将一个接头拧入标有 P 的端口,空气压力将在此处输入阀门。

将标有 R 的两个端口保持打开状态,以释放废气。

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在默认设置中,端口 A 将供给双向气缸的底部端口,端口 B 将供给顶部端口。 这将使气缸在活塞杆收缩的情况下启动。

但是,如果从气缸杆伸出的情况下开始有利,则可以切换两个端口。

可以使用扎带将电磁阀安装到机器人上。 注意:不要用扎带盖住电磁阀的排气口。 如果发生这种情况,气缸将不会移动。

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阀门顶部有一个蓝色小按钮,可以使用梅花螺丝扳手或笔等小工具按下。 按下此按钮将手动打开阀门以测试进入气缸的气流。

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电磁阀驱动器 - 带驱动器的电缆,一端插入双向电磁阀,另一端提供与 V5 机器人主控器三线端口的连接。

如果需要更长的长度,可以在电磁驱动器和 V5 机器人主控器之间使用 延长电缆

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单向空气控制

电磁阀,开启/关闭 - 3/2 电磁阀控制单向气缸。

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相同类型的阀门接头拧入电磁阀上的端口。

再次,在将接头拧入端口时,请注意不要使接头越过螺纹。

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将一个接头拧入阀门顶部的端口 A。

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将一个接头拧入标有 P 的端口,空气压力将在此处输入阀门。 将标有 R 的端口保持打开状态,以释放废气。

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端口 A 将供给单向气缸的底部端口。

可以使用扎带将电磁阀安装到机器人上。

注意:不要用扎带盖住电磁阀的排气口。 如果发生这种情况,气缸将不会移动。

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阀门顶部有一个橙色小按钮,可以使用梅花螺丝扳手或笔等小工具按下。 按下此按钮将手动打开阀门以测试进入气缸的气流。

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电磁阀驱动器 - 带驱动器的电缆,一端插入单向电磁阀,另一端提供与 V5 机器人主控器三线端口的连接。

如果需要更长的长度,可以在电磁驱动器和 V5 机器人主控器之间使用 延长电缆

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双向电磁阀和单向电磁阀都可以使用自定义 VEXcode V5 程序中的数字输出设备进行控制.

更多有关编程气动系统的信息,请查阅知识库的使用遥控器按键控制气缸文章。

气缸

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双向气缸

气缸,双向 - 双向气缸 10 毫米孔,两端都有一个端口。

杆上有两个带螺纹螺母。 这些可用于安装气缸杆枢轴。

气缸的前部带有螺纹,可作为安装气缸的替代方法,在一个结构件上钻孔,插入气缸,然后用气缸螺母固定。

如果不使用这种安装方法,可以卸下螺母以减轻机器人的重量。

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流量计 - M5 弯头流量计出流量控制,可以拧入气缸的顶部端口。

流量计可以控制通过气缸的气流,从而控制气缸杆伸出和缩回的速度。

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可以通过向上转动内圈增加流量或向下转动减少流量来调节流量计。 可以使用一字螺丝刀转动内环。

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气缸接头 - M5 气缸公接头,可被拧入气缸底部端口。

与所有接头一样,在拧入接头时需要注意不要越过螺纹。

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通过将气缸杆枢轴放在气缸杆螺纹部分的两个螺母之间,可以将其安装到气缸杆上。

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气缸安装座可以使用 1 英寸 #8-32 VEX 螺丝和尼龙锁紧螺母安装到气缸。

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气缸安装座可被安装到机器人的一个结构件上。 气缸杆枢轴可被安装到使用螺丝或传动轴移动的组件上。

注意:不要安装气缸,以免对气缸杆施加侧向力。 如果气缸的杆弯曲,气缸将无法工作。

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单向气缸

气缸 - 单向弹簧复位气缸 10 毫米孔在其末端有一个端口。

杆上有两个带螺纹螺母。 这些可用于安装气缸杆枢轴。

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气缸接头 - M5 气缸公接头,可被拧入气缸底部端口。

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气缸杆枢轴和气缸安装座可以以与上述双向气缸相同的方式安装到单向气缸。

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气缸安装座可被安装到机器人的一个结构件上。 气缸杆枢轴可被安装到使用螺丝或传动轴移动的组件上。

注意:不要安装气缸,以免对气缸的杆施加侧向力。 如果气缸的杆弯曲,气缸将无法工作。

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气管用于将所有设备连接在一起。

可以使用一把锋利的实用剪刀将其剪成一定长度。


气动系统的两个示例布局

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双向气缸的布局示例:

  1. 空气将从自行车泵中泵入储气罐的 Schrader 阀中。
  2. 加压空气从储气罐另一端的接头流出,进入开关。
  3. 来自开关的压缩空气将供给压力调节器。
  4. 空气将从压力调节器流入双向电磁阀。
  5. 根据电磁阀的状态,空气要么从端口 B 流出并进入气缸顶部,要么从端口 A 流出并进入气缸底部伸出其活塞杆。
  6. 电磁阀将由连接到 V5 机器人主控器三线端口的电磁驱动电缆控制

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单向气缸的布局示例:

  1. 空气将从自行车泵中泵入储气罐的 Schrader 阀中。
  2. 加压空气从储气罐另一端的接头流出并进入压力调节器。
  3. 空气将从压力调节器流入单向电磁阀。
  4. 根据电磁阀的状态,空气要么从 A 口排出,要么从 A 口流出并进入气缸底部伸出活塞杆。
  5. 电磁阀将由连接到 V5 机器人主控器三线端口的电磁驱动电缆控制

计算气缸作用力

计算特定压力下输出作用力的公式如下:

(气缸的横截面积) x (内部气压) = 作用力

VEX 气缸的孔径为 0.39 英寸(10mm)。 从这里我们可以使用面积方程计算圆柱的横截面积:

(直径 / 2)² x π = 面积

因为我们给出了气缸孔径(内径)并且我们知道 Pi 约等于3.14,我们可以计算出面积为:

(0.39 英寸 / 2)² x 3.14 = 0.12 平方英寸

我们现在可以将此数字带入原始方程并计算气缸输出作用力:

0.12 in² x 100 psi = 12 磅作用力 (在 100 psi)


有关使用气动系统时的安全指南,请查阅 使用 VEX V5 机器人时的注意事项和安全指南

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