Kuinka tehdä ilmalihaksia!: 4 vaihetta (kuvilla)

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 09:02

Minun piti luoda toimilaitteita animatroniikkaprojektille, jonka parissa työskentelen. Ilmalihakset ovat erittäin tehokkaita toimilaitteita, jotka toimivat hyvin samankaltaisesti kuin ihmisen lihakset ja joilla on ilmiömäinen voima-paino-suhde- ne voivat käyttää jopa 400-kertaista vetovoimaa omaan painoonsa nähden. Ne toimivat kiertyneinä tai taipuneina ja voivat toimia veden alla. Ne ovat myös helppoja ja halpoja valmistaa! Ilmalihakset (tunnetaan myös nimellä McKibben -keinotekoiset lihakset tai punotut pneumaattiset toimilaitteet) kehitti J. L. McKibben alun perin 1950 -luvulla oraalilaitteena polio -potilaille. Näin ne toimivat: Lihas koostuu kumiputkesta (rakko tai ydin), jota ympäröi putkimainen punottu kuituverkkohiha. Kun rakko täytetään, verkko laajenee säteittäisesti ja supistuu aksiaalisesti (koska verkkokuidut eivät ole venyttäviä), mikä lyhentää lihaksen kokonaispituutta ja tuottaa myöhemmin vetovoiman. Ilmalihasten suorituskykyominaisuudet ovat hyvin samankaltaisia kuin ihmisen lihakset- kohdistuva voima vähenee lihasten supistuessa. Tämä johtuu punotun verkon kudontakulman muutoksesta lihaksen supistuessa- kun verkko laajenee radiaalisesti saksilla kuin liike, se käyttää vähemmän voimaa, koska kudoskulma muuttuu yhä matalammaksi lihasten supistuessa (katso alla oleva kaavio) - kuva A osoittaa, että lihas supistuu enemmän kuin kuva C, kun virtsarakon paine kasvaa yhtä paljon). Videot osoittavat myös tämän vaikutuksen. Ilmalihakset voivat supistua jopa 40% niiden pituudesta riippuen niiden valmistusmenetelmästä ja -materiaaleista. rakko on viime kädessä rajoitettu punotun verkkoholkin fyysisillä ominaisuuksilla, joten suuremman vetovoiman luomiseksi sinun on kyettävä lisäämään virtsarakon tehokasta tilavuutta- lihaksen vetovoima on pituuden ja lihaksen halkaisija sekä sen kyky supistua verkkohylsyn ominaisuuksien (rakennusmateriaali, kuitujen lukumäärä, kudoskulma) ja virtsarakon materiaalin vuoksi. Rakensin kaksi erikokoista lihaksia käyttäen samanlaisia materiaaleja tämän periaatteen osoittamiseksi- molempia käytettiin samalla ilmanpaineella (60 psi), mutta niiden halkaisijat ja pituudet olivat erilaiset. Pieni lihas todella alkaa taistella, kun siihen painetaan hieman, kun taas isommalla lihasella ei ole lainkaan ongelmia. Tässä on pari videota, jotka esittävät molemmat rakennetut ilmalihakset toiminnassa.

Nyt tehdään lihaksia!

Vaihe 1: Materiaalit

Kaikki materiaalit ovat helposti saatavilla Amazon.com-sivustossa, lukuun ottamatta 3/8 "punottua nylonverkkoa- se on saatavana elektroniikkatoimittajilta. Amazon myy punottua suojakoteloa, jossa on useita punottuja verkkoja, mutta tarkka materiaali on ei ilmoitettu-Amazon Tarvitset ilmalähteen: Käytin pientä ilmansäiliötä, jossa oli paineensäädin, mutta voit käyttää myös polkupyörän ilmapumppua (sinun on tehtävä sovitin, jotta se toimii 1/4 "polyletkun kanssa Ilmasäiliö- AmazonPressure-säädin (vaatii 1/8 "NPT naaras- 1/4" NPT urosadapterin)- Amazon 1/4 "korkeapaineinen polyletku- Amazonmultitool (ruuvimeisseli, sakset, pihdit, vaijerileikkurit)- Amazonin sytytin pienille lihas: 1/4 "silikoni- tai lateksiputki- Amazonin 3/8" punottu nailonverkkohylsy (katso edellä) 1/8 "pieni letkutanko (messinki tai nailon)- Amazonspieni pultti (10-24 kierre 3/8 pituinen toimii hyvin)- Amazonsteelin turvalanka- Amazon suurille lihaksille: 3/8 "silikoni- tai lateksiputki- Amazon 1/2" punottu nailonverkkohylsy- Amazon1/ 8 "tai vastaavan kokoinen poranterä- Amazon21/64" poranterä- Amazon1/8 "x 27 NPT -hana- Amazon1/8" letkutanko x 1/8 "putkikierreadapteri- Amazonspienet letkunkiristimet- Amazon3/4" alumiini tai muovi sauva lihasten päiden rakentamiseen- AmazonTurvallisuushuomautus- muista käyttää suojalaseja, kun testaat ilmalihaksia! Löysästä liittimestä irtoava korkeapaineletku voi aiheuttaa vakavan vamman!

Vaihe 2: Tee pieni lihas

Leikkaa ensin pieni pituus 1/4 "silikoniputkesta. Työnnä nyt pieni pultti letkun toiseen päähän ja letkutanko toiseen päähän. Leikkaa nyt 3/8" punottu holkki noin kaksi tuumaa pidempi kuin silikoni putki ja käytä sytytintä sulattaaksesi punotun holkin päät, jotta se ei murene. Liu'uta punottu holkki silikoniputken päälle ja kiedo putken molemmat päät turvalangalla ja kiristä se. Tee nyt langasilmukoita ja kiedo ne punotun hihan jokaisen pään ympärille. Vaihtoehtona lankasilmukoiden käyttämiselle lihaksen päissä voit tehdä hihasta pidemmän ja taittaa sen sitten takaisin lihaksen pään yli muodostaen silmukan (sinun on työnnettävä ilmaliitin läpi)- kiristä sitten lanka sen ympärillä. Liitä nyt 1/4-tuumainen korkeapaineletku ja pumppaa hieman ilmaa lihakseen varmistaaksesi, että se täyttyy ilman vuotoja. Jotta voit testata ilmalihaksia, sinun on venytettävä sitä koko pituudeltaan asettamalla siihen kuormitus- tämä mahdollistaa se supistaa maksimissaan, kun se on paineistettu. Aloita ilman lisääminen (noin 60 psi) ja katso lihasten supistumista!

Vaihe 3: Tee suuri ilmalihas

Suurten lihasten tekemiseksi käänsin joitakin piikkipäätä noin 3/4 "alumiinitanosta- myös muovi toimii. Toinen pää on kiinteä. Toisessa päässä on porattu 1/8" ilmareikä ja sitä napautetaan 1 /8 "letkun piippuputken kierreadapteri. Tämä tehdään poraamalla 21/64" reikä kohtisuoraan 1/8 "ilmareikään nähden. Käytä sitten 1/8" putkikierretappia napauttamalla 21/64 "reikää Leikkaa nyt 8 "pituus 3/8" kumiputki ilmarakkoa varten ja liu'uta toinen pää koneistettujen liittimien päälle. Leikkaa sitten noin 1/2 "punottu holkki 10" pitkä (muista sulata päät sytyttimellä) ja liu'uta se kumiputken yli. Liu'uta sitten kumiputken vastakkaiset päät jäljellä olevan koneistetun ilmaliitännän päälle. Kiinnitä nyt letkun kummatkin päät tiukasti letkunkiristimillä. Suurempi lihas toimii aivan kuin pienempi versio- vain lisää ilmaa ja katso sen supistumista. Kun laitat sen kuormitukseen, huomaat heti, että tämä suurempi lihas on paljon vahvempi!

Vaihe 4: Testaus ja lisätietoja

Nyt kun olet tehnyt joitain ilmalihaksia, on aika ottaa ne käyttöön. Hyvä testilaite olisi käyttää riippuvaakaa- valitettavasti minulla ei ollut pääsyä sellaiseen, joten minun piti käyttää joitain painoja. Aloita nyt hitaasti ilman lisääminen 20 psi: n välein, kunnes saavutat 60 psi. Seuraavaksi huomaat, että kun kuorma kasvaa, lihaksen supistumiskyky heikkenee kasvavaan tahtiin, kunnes se ei enää pysty nostamaan lisääntyneitä kuormia. Tämä on hyvin samankaltainen kuin ihmisen lihaksen toiminta, ja heti on havaittavissa, että lihaksen koon muutoksella on valtava vaikutus lihaksen suorituskykyyn. Paino 22 kiloa. @60psi, pienempi lihas voi silti nostaa, mutta se ei ole lähelläkään täydellistä supistumista, kun taas suurempi lihas voi helposti saavuttaa täydellisen supistumisen.. Jos haluat lukea lisää, suosittelen vilkaisemista täältä: https://biorobots.cwru.edu/projects/bats/bats.htm Useita ilmalihasten sovelluksia ovat robotiikka (erityisesti biorobotiikka), animatroniikka, ortoosiot/kuntoutus ja proteesit. Niitä voidaan ohjata mikro -ohjaimilla tai kytkimillä, joissa on kolmisuuntaiset magneettiset ilmaventtiilit, tai radio -ohjauksella servojen käyttämillä venttiileillä. Kolmitieventtiili toimii täyttämällä ensin rakko, pitämällä ilmanpaine virtsarakossa ja tuulettamalla sitten virtsarakko tyhjentääkseen sen. Muista, että ilmalihasten on oltava jännittyneitä toimiakseen kunnolla. Esimerkkinä kaksi lihaa käytetään usein yhdessä tasapainottamaan toisiaan robotti -käsivarren liikuttamiseksi. Yksi lihas toimii hauislihaksena ja toinen hauislihaksena. Kaiken kaikkiaan ilmalihakset voidaan rakentaa kaikenlaisiksi pituuksiksi ja halkaisijoiksi monenlaisiin sovelluksiin, joissa suuri lujuus ja kevyt paino ovat tärkeitä. Niiden suorituskyky ja pitkäikäisyys vaihtelevat useiden niiden rakenteeseen liittyvien parametrien mukaan: 1) lihaksen pituus2) lihaksen halkaisija3) virtsarakon testaukseen käytetyn letkun tyyppi Olen lukenut, että lateksirakon käyttöikä on yleensä pidempi kuin silikonikivien, Joillakin silikoneilla on kuitenkin suurempi paisumisnopeus (jopa 1000%) ja ne kestävät korkeampia paineita kuin lateksi (suuri osa tästä riippuu letkun tarkasta eritelmästä.) parantaa virtsarakon käyttöikää. Jotkut yritykset ovat käyttäneet virtsarakon ja verkon välissä olevaa spandex -hihaa hankauksen vähentämiseksi. Tiukempi kudottu verkko mahdollistaa tasaisemman paineen jakautumisen virtsarakkoon, mikä vähentää virtsarakon rasitusta. 5) Virtsarakon esijännitys (rakko on lyhyempi kuin punottu verkko)- tämä vähentää virtsarakon ja punotun verkkoholkin välistä kosketusaluetta (ja siten hankausta), kun lihas on levossa ja mahdollistaa punotun verkon täydellisen uudistaa supistussyklien välillä ja parantaa sen väsymiskestävyyttä. Virtsarakon esijännitys parantaa myös lihaksen supistumista, koska virtsarakon tilavuus on aluksi pienempi. Kaiken kaikkiaan, kun otetaan huomioon niiden voiman ja painon suhde, rakentamisen helppous/alhaiset kustannukset ja kyky jäljitellä ihmisen lihasten dynamiikkaa, ilmalihakset tarjoavat houkuttelevan vaihtoehdon perinteisille liikkumisvälineille mekaanisille laitteille.: D