Paano Gumawa ng Mga kalamnan sa Hangin !: 4 Mga Hakbang (na may Mga Larawan)

2024 May -akda: John Day | [email protected]. Huling binago: 2024-01-30 13:13

Kailangan kong lumikha ng ilang mga actuator para sa isang animatronics na proyekto na pinagtatrabahuhan ko. Ang mga kalamnan ng hangin ay napakalakas na actuators na gumagana nang halos katulad sa isang kalamnan ng tao at may isang phenomenal lakas sa timbang ratio - maaari silang magsikap ng isang puwersa ng paghila hanggang sa 400 beses ang kanilang sariling timbang. Magtatrabaho sila kapag baluktot o baluktot at maaaring magtrabaho sa ilalim ng tubig. Ang mga ito ay madali at murang magawa! Ang mga kalamnan sa hangin (kilala rin bilang isang artipisyal na kalamnan na McKibben na artipisyal o tinirintas na mga pneumatic actuator) ay orihinal na binuo ni J. L. McKibben noong 1950 bilang isang orthotic appliance para sa mga pasyente ng polio. Narito kung paano gumagana ang mga ito: Ang kalamnan ay binubuo ng isang rubber tube (pantog o core) na napapalibutan ng isang pantubo na tinirintas na hibla na mesh na manggas. Kapag ang pantog ay napalaki ang mesh ay lumalawak nang radial at nagkakontrata ng aksidente (dahil ang mesh fibers ay hindi masusunod), pinapaikli ang pangkalahatang haba ng kalamnan at kasunod na paggawa ng isang puwersa ng paghila. Ang mga kalamnan ng hangin ay may mga katangian sa pagganap na halos kapareho sa mga kalamnan ng tao- ang lakas na ipinataw ay bumababa habang nagkakakontrata ang kalamnan. Ito ay dahil sa pagbabago ng interweave anggulo ng tinirintas na mata habang ang kalamnan ay kumontrata- habang ang mesh ay lumalawak nang radikal sa isang gunting tulad ng paggalaw na ito ay nagbibigay ng mas kaunting lakas dahil sa ang anggulo ng paghabi na nagiging unting mababaw habang ang mga kontrata ng kalamnan (tingnan ang diagram sa ibaba - Ipinapakita ng figure A na ang kalamnan ay makakakontrata sa isang mas mataas na degree kaysa sa figure C na binigyan ng pantay na pagtaas ng presyon ng pantog). Ipinapakita rin ng mga video ang epekto na ito. Ang mga kalamnan ng hangin ay maaaring makakontrata ng hanggang sa 40% ng kanilang haba, depende sa pamamaraan at materyales ng kanilang konstruksyon. Nakasaad sa batas ng Gas na kung tataas mo ang presyon ay tataas mo rin ang dami ng isang napapalawak na silindro (kung ang temperatura ay pare-pareho.) Ang lumalawak na dami ng ang pantog ay sa wakas ay napipigilan ng mga pisikal na katangian ng tinirintas na mesh na manggas upang makalikha ng isang mas malaking puwersa ng paghila na kailangan mong madagdagan ang mabisang dami ng pantog- ang lakas ng paghihila ng kalamnan ay isang pagpapaandar ng haba at diameter ng kalamnan pati na rin ang kakayahang kumontrata dahil sa mga pag-aari ng mesh na manggas (materyal na konstruksyon, bilang ng mga hibla, anggulo ng interweave) at materyal na pantog. Nagtayo ako ng dalawang magkakaibang laki ng kalamnan na gumagamit ng mga katulad na materyales upang maipakita ang prinsipyong ito- pareho silang pinatatakbo sa parehong presyon ng hangin (60psi) ngunit may magkakaibang mga diametro at haba. Ang maliit na kalamnan ay talagang nagsisimula sa pakikibaka kapag ang ilang timbang ay nakalagay dito habang ang mas malaking kalamnan ay wala ring problema. Narito ang isang pares ng mga video na ipinapakita ang pareho ng mga binuo na kalamnan ng hangin sa pagkilos.

Ngayon ay gumawa tayo ng kaunting kalamnan!

Hakbang 1: Mga Kagamitan

Ang lahat ng mga materyales ay madaling magagamit sa Amazon.com, maliban sa 3/8 "tinirintas na nylon mesh- magagamit ito mula sa mga tagapagtustos ng electronics. Nagbebenta ang Amazon ng isang tinirintas na manggas na kit na may maraming sukat ng tinirintas na mata ngunit ang eksaktong materyal ay hindi nakasaad-Amazon Kailangan mo ng isang mapagkukunan ng hangin: Gumamit ako ng isang maliit na tangke ng hangin na may isang regulator ng presyon ngunit maaari mo ring gamitin ang isang bomba ng air bicycle (kakailanganin mong gumawa ng isang adapter upang mapatakbo ito sa 1/4 "poly hose. Air tank- AmazonPressure regulator (mangangailangan ng 1/8 "NPT na babae hanggang 1/4" NPT male adapter) - Amazon1 / 4 "high pressure poly tubing- Amazonmultitool (distornilyador, gunting, plaster, wire cutter) - Amazonlighter para sa maliit kalamnan: 1/4 "silicone o latex tubing- Amazon3 / 8" tinirintas na nylon mesh na manggas (tingnan sa itaas) 1/8 "maliit na hose barb (tanso o naylon) - Amazonsmall bolt (10-24 thread ng 3/8 ang haba ay gumagana well) - Amazonsteel safety wire- Amazon para sa malaking kalamnan: 3/8 "silicone o latex tubing- Amazon1 / 2" tinirintas na nylon mesh na manggas- Amazon1 / 8 "o katulad na laki ng drill bit- Amazon21 / 64" drill bit- Amazon1 / 8 "x 27 NPT tap- Amazon1 / 8" hose barb x 1/8 "pipe thread adapter- Amazonsmall hose clamp- Amazon3 / 4" aluminyo o plastik tungkod upang maitayo ang mga dulo ng kalamnan- tala ng AmazonSafety- tiyaking nagsusuot ka ng mga baso sa kaligtasan kapag sinusubukan ang iyong mga kalamnan sa hangin! Ang isang hose ng mataas na presyon na pumutok sa isang maluwag na angkop ay maaaring maging sanhi ng isang malubhang pinsala!

Hakbang 2: Paggawa ng Maliit na kalamnan

Una gupitin ang isang maliit na haba ng 1/4 "silicone tubing. Ngayon ipasok ang maliit na bolt sa isang dulo ng tubing at ang hose barb sa kabilang dulo. Ngayon gupitin ang 3/8" tinirintas na manggas na halos dalawang pulgada kaysa sa silicone tubo at gumamit ng isang mas magaan upang matunaw ang mga dulo ng tinirintas na manggas upang hindi ito magkawatak-watak. I-slide ang tinirintas na manggas sa ibabaw ng silicone tubing at balutin ang bawat dulo ng tubo gamit ang safety wire at higpitan ito. Gumawa ngayon ng ilang mga loop loop at ibalot sa bawat dulo ng tinirintas na manggas. Bilang isang kahalili sa paggamit ng mga wire loop sa mga dulo ng kalamnan, maaari mong gawing mas mahaba ang manggas at pagkatapos ay tiklupin ito pabalik sa dulo ng kalamnan, na bumubuo ng isang loop (kailangan mong itulak ang agpang ng hangin) - pagkatapos ay higpitan ang kawad sa paligid nito. Ikonekta ngayon ang iyong 1/4 "mataas na presyon ng tubo at mag-usisa ng kaunting hangin sa kalamnan upang matiyak na lumobo ito nang hindi tumutulo. Upang masubukan ang kalamnan ng hangin kailangan mong iunat ito sa buong haba nito sa pamamagitan ng paglalagay ng isang karga dito - papayagan nito ito ang maximum na pag-urong kapag ito ay may presyon. Simulang magdagdag ng hangin (hanggang sa halos 60psi) at panoorin ang kontrata ng kalamnan!

Hakbang 3: Paggawa ng Malaking kalamnan sa Hangin

Upang gawin ang malaking kalamnan ay pinihit ko ang ilang mga barbed end mula sa ilang 3/4 "aluminyo rod- plastic ay gagana rin. Ang isang dulo ay solid. Ang kabilang dulo ay may 1/8" air hole na na-drill dito at pagkatapos ay na-tap para sa isang 1 / 8 "hose barb pipe thread adapter. Ginagawa ito sa pamamagitan ng pagbabarena ng isang 21/64" na butas na patayo sa 1/8 "air hole. Pagkatapos ay gumamit ng isang 1/8" pipe thread tap upang i-tap ang 21/64 "na butas para sa hose barb fitting. Ngayon gupitin ang isang 8 "haba ng 3/8" rubber tubing para sa pantog ng hangin at i-slide ang isang dulo sa isa sa mga naka-machining na kabit. Pagkatapos ay gupitin ang 1/2 "tinirintas na manggas na 10" ang haba (tandaan na matunaw ang mga dulo na may isang mas magaan) at i-slide ito sa tubo ng goma. Pagkatapos ay i-slide ang kabaligtaran na dulo ng tubo ng goma sa natitirang machining air fitting. Ngayon ay ligtas na i-clamp ang bawat dulo ng tubing gamit ang mga clamp ng hose. Ang mas malaking kalamnan ay gumagana tulad ng mas maliit na bersyon- lamang magdagdag ng hangin at panoorin ang kontrata nito. Kapag inilagay mo ito sa ilalim ng pagkarga malalaman mo agad ang mas malaking kalamnan na ito na mas malakas!

Hakbang 4: Pagsubok at Karagdagang Impormasyon

Ngayon na gumawa ka ng ilang mga kalamnan sa hangin oras na upang gamitin ang mga ito. I-stretch ang mga kalamnan upang maabot nila ang kanilang maximum na extension sa pamamagitan ng pagdaragdag ng timbang. Ang isang mahusay na pagsubok sa pagsubok ay ang paggamit ng isang nakabitin na sukat- sa kasamaang palad wala akong access sa isa kaya kailangan kong gumamit ng ilang mga timbang. Ngayon dahan-dahang simulan ang pagdaragdag ng hangin sa mga palugit na 20psi hanggang sa maabot mo ang 60psi. Ang unang bagay na napansin mo ay ang kalamnan na kumontrata ng isang progessively mas maliit na halaga sa bawat karagdagang pagtaas ng presyon ng hangin hanggang sa ito ay ganap na kumontrata. Susunod malalaman mo na habang ang pag-load ay nadagdagan ang kakayahan ng kalamnan na kontrata ay bumababa sa isang pagtaas ng rate hanggang sa hindi na nito maiangat ang tumaas na karga. Ito ay halos kapareho sa kung paano gumaganap ang kalamnan ng tao. Agad na napansin na ang isang pagbabago sa laki ng kalamnan ay may malaking epekto sa pagganap ng kalamnan. Sa 22lbs. @ 60psi, ang mas maliit na kalamnan ay maaari pa ring buhatin, ngunit wala kahit saan malapit sa pagkuha ng buong pag-ikli habang ang mas malaking kalamnan ay madaling makuha ang buong pag-ikli. Ang dynamics ng mga kalamnan ng hangin ay medyo mahirap na modelo ng matematika, lalo na ang bilang ng mga variable sa kanilang konstruksyon. Para sa karagdagang pagbabasa inirerekumenda ko ang pagkakaroon ng pagtingin dito: https://biorobots.cwru.edu/projects/bats/bats.htm Maraming mga aplikasyon ng mga kalamnan sa hangin ang nagsasama ng robotics (lalo na ang biorobotics), animatronics, orthotics / rehabilitation at prosthetics. Maaari silang makontrol ng mga microcontroller o switch gamit ang three way solenoid air valves o ng kontrol sa radyo gamit ang mga balbula na pinapatakbo ng mga servos. Gumagawa ang isang three way na balbula sa pamamagitan ng unang pagpuno sa pantog, hawak ang presyon ng hangin sa pantog at pagkatapos ay maibulalas ang pantog upang maipahid ito. Ang dapat tandaan ay ang mga kalamnan ng hangin ay dapat na nasa ilalim ng pag-igting upang gumana nang maayos. Bilang isang halimbawa ang dalawang kalamnan ay madalas na ginagamit kasabay upang balansehin ang bawat isa upang ilipat ang isang robotic arm. Ang isang kalamnan ay kikilos bilang bicep at ang isa bilang kalamnan ng tricep. Sa pangkalahatan, ang mga kalamnan sa hangin ay maaaring itayo sa lahat ng mga uri ng haba at diametro upang umangkop sa iba't ibang mga application kung saan kritikal ang mataas na lakas at magaan na timbang. Ang kanilang pagganap at mahabang buhay ay nag-iiba ayon sa maraming mga parameter patungkol sa kanilang konstruksyon: 1) Haba ng kalamnan2) Diameter ng kalamnan3) Uri ng tubing na ginamit para sa pagsubok sa pantog Nabasa ko na sinasabi na ang mga latex bladder ay may mas mahabang buhay sa serbisyo kaysa sa mga silicone bladder, gayunpaman ang ilang mga silicone ay may mas malaking mga rate ng pagpapalawak (hanggang sa 1000%) at maaaring humawak ng mas mataas na presyon kaysa sa latex (karamihan sa mga ito ay nakasalalay sa eksaktong pagtutukoy ng tubing.) 4) Uri ng tinirintas na mata na ginamit- ang ilang tinirintas na meshes ay hindi gaanong nakasasakit kaysa sa iba, pagpapabuti ng span ng buhay ng pantog. Ang ilang mga kumpanya ay gumamit ng isang spandex na manggas sa pagitan ng pantog at mata upang mabawasan ang hadhad. Ang isang mas mahigpit na pinagtagpi mesh ay nagbibigay-daan para sa higit pang pantay na pamamahagi ng presyon sa pantog, na binabawasan ang stress sa pantog. 5) Pre stressing ng pantog (ang pantog ay mas maikli kaysa sa tinirintas na mata) - sanhi ito ng pagbawas ng lugar ng pakikipag-ugnay (at samakatuwid ay hadhad) sa pagitan ng pantog at tinirintas na mesh na manggas kapag ang kalamnan ay nasa pahinga at pinapayagan ang tinirintas na mata na kumpleto reporma sa pagitan ng mga pag-ikot ng pag-ikot, pagpapabuti ng buhay na nakakapagod. Ang pre stressing ang pantog ay nagpapabuti din sa paunang pag-ikli ng kalamnan dahil sa paunang dami ng mas mababang pantog.6) Ang pagtatayo ng mga kalamnan sa pagtatapos ng kalamnan- ang mga radius na gilid ay nagbabawas ng mga konsentrasyon ng stress sa pantog. Sa kabuuan, binigyan ang kanilang lakas sa ratio ng timbang, kadalian / mababang halaga ng konstruksyon at kakayahang gayahin ang dynamics ng mga kalamnan ng tao, nag-aalok ang mga kalamnan ng hangin ng isang kaakit-akit na kahalili sa tradisyunal na paraan ng paggalaw para sa mga mechanical device. Masaya ang pagbuo ng mga ito!: D