Kako narediti zračne mišice!: 4 koraki (s slikami)

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:05

Moral sem ustvariti nekaj aktuatorjev za projekt animatronics, na katerem delam. Zračne mišice so zelo močni aktuatorji, ki delujejo zelo podobno človeškim mišicam in imajo fenomenalno razmerje med močjo in težo- lahko vlečejo silo do 400-krat več kot lastna teža. Delali bodo, ko so zviti ali upognjeni in lahko delujejo pod vodo. Prav tako so enostavne in poceni za izdelavo! Zračne mišice (znane tudi kot umetne mišice McKibben ali pleteni pnevmatski aktuatorji) je prvotno razvil J. L. McKibben v petdesetih letih prejšnjega stoletja kot ortotični pripomoček za bolnike s polio. Tako delujejo: Mišica je sestavljena iz gumijaste cevi (mehurja ali jedra), ki je obdana s cevasto pleteno mrežico iz vlaken. Ko se mehur napihne, se mreža radialno razširi in aksialno skrči (ker so mrežasta vlakna neraztegljiva), kar skrajša celotno dolžino mišice in posledično povzroči vlečno silo. Zračne mišice imajo zmogljivosti, ki so zelo podobne človeškim mišicam- sila se zmanjšuje, ko se mišice skrčijo. To je posledica spremembe kota prepleta pletene mreže, ko se mišica skrči- ko se mreža radialno razteza v škarjah, kot gibanje, ima manjšo silo, ker kot tkanja postaja vse plitkejši, ko se mišice krčijo (glej spodnji diagram - slika A prikazuje, da se bo mišica zaradi enakega povečanja tlaka v mehurju skrčila bolj kot slika C). Zračne mišice se lahko skrčijo do 40% svoje dolžine, odvisno od načina in materialov izdelave. Zakon o plinu določa, da če povečate pritisk, povečate tudi prostornino raztegljivega cilindra (pod pogojem, da je temperatura konstantna.) mehur je nazadnje omejen s fizikalnimi lastnostmi pletenega mrežastega tulca, zato morate za ustvarjanje večje vlečne sile povečati efektivno prostornino mehurja- vlečna sila mišice je odvisna od dolžine in premer mišice, pa tudi njena sposobnost krčenja zaradi lastnosti očesnega tulca (gradbeni material, število vlaken, kot prepleta) in materiala mehurja. Za dokazovanje tega načela sem sestavil dve mišici različnih velikosti, ki sta delovali pri enakem zračnem tlaku (60 psi), vendar sta imela različne premere in dolžine. Majhna mišica se resnično začne boriti, ko se ji naloži nekaj teže, medtem ko večja mišica sploh nima težav. Tukaj je nekaj videoposnetkov, ki prikazujejo obe zgrajeni zračni mišici v akciji.

Zdaj pa naredimo nekaj mišic!

1. korak: Materiali

Vsi materiali so na voljo na spletnem mestu Amazon.com, razen 3/8 "pletene najlonske mreže- na voljo je pri dobaviteljih elektronike. Amazon prodaja komplet pletenih rokavov z več velikostmi pletene mreže, vendar je natančen material ni navedeno-Amazon Potrebovali boste vir zraka: uporabil sem majhen rezervoar za zrak z regulatorjem tlaka, lahko pa uporabite tudi kolesarsko zračno črpalko (za delovanje z 1/4 "poli cevjo boste morali narediti adapter. Zračni rezervoar- regulator AmazonPressure (potreboval bo 1/8 "NPT ženski do 1/4" NPT moški adapter)- Amazon1/4 "visokotlačne poli-cevi- Amazonmultitool (izvijač, škarje, klešče, rezalniki žice)- Amazonligalec za majhne. mišica: 1/4 "silikonska ali lateksna cev- Amazon3/8" pletena najlonska mreža (glej zgoraj) 1/8 "majhna cevna cev (medenina ali najlon)- Amazonsmall vijak (10-24 navojev za 3/8 dolžine deluje dobro)- Amazonsteel varnostna žica- Amazon za velike mišice: 3/8 "silikonske ali lateksne cevi- Amazon1/2" pletena najlonska mrežasta rokava- Amazon1/ Sveder 8 "ali podobne velikosti- vrtalnik Amazon21/64"- pipa Amazon1/8 "x 27 NPT- Amazon1/8" cevna cev x 1/8 "adapter za cevni navoj- amazonske majhne objemke za cevi- Amazon3/4" aluminij ali plastika palica za izgradnjo mišičnih koncev- opomba AmazonSafety- pri testiranju zračnih mišic nosite zaščitna očala! Visokotlačna cev, ki odlepi iz ohlapnega okovja, lahko povzroči resne poškodbe!

2. korak: Ustvarjanje majhne mišice

Najprej izrežite majhno dolžino 1/4 "silikonske cevi. Zdaj vstavite majhen vijak na en konec cevi, cev pa na drugi konec. Sedaj prerežite 3/8" pleten rokav približno dva centimetra daljši od silikona cev in z vžigalnikom stopite konce pletenega tulca, da se ne raztrga. Pleteno pušo potisnite čez silikonsko cevko in vsak konec cevi ovijte z varnostno žico in jo privijte. Zdaj naredite nekaj žičnih zank in jih ovijte okoli vsakega konca pletenega rokava. Kot alternativo uporabi žičnih zank na koncih mišice lahko rokav podaljšate in ga nato prepognete nazaj na konec mišice, tako da tvorite zanko (zračni priključek morate potisniti skozi)- nato zategnite žico okoli nje. Zdaj priključite svojo 1/4 "visokotlačno cev in napolnite malo zraka v mišico, da se prepriča, da se napihne, ne da bi puščala. Če želite preizkusiti zračno mišico, jo morate raztegniti do celotne dolžine tako, da jo obremenite- to vam bo omogočilo maksimalno krčenje, ko je pod pritiskom. Začnite dodajati zrak (do približno 60 psi) in opazujte krčenje mišic!

3. korak: Ustvarjanje velike zračne mišice

Da bi naredil veliko mišico, sem obrnil nekaj bodečih koncev iz 3/4 "aluminijaste palice- delovala bo tudi plastika. En konec je trden. Na drugem koncu je izvrtana zračna luknja 1/8", nato pa se ga dotakne za 1 /8 "adapter navojne cevi za cev. To naredite tako, da izvrtate 21/64" luknjo pravokotno na 1/8 "zračno luknjo. Nato uporabite 1/8" pipe pipe pipe to tap the 21/64 "hole for priključek za cev. Zdaj izrežite 8 "dolžino 3/8" gumijaste cevi za zračni mehur in en konec potisnite čez eno od obdelanih armatur. Nato odrežite nekaj 1/2 "pletenih tulcev 10" (ne pozabite stopiti koncev z vžigalnikom) in ga potisnite čez gumijasto cev. Nato potisnite nasprotni konec gumijaste cevi preko preostalega obdelanega zračnega priključka. Zdaj vsak konec cevi varno pritrdite s sponkami za cevi. Večja mišica deluje tako kot manjša različica- samo dodajte zrak in opazujte, kako se skrči. Ko ga naložite, boste takoj ugotovili, da je ta večja mišica veliko močnejša!

4. korak: Testiranje in dodatne informacije

Zdaj, ko ste naredili nekaj zračnih mišic, je čas, da jih uporabite. Raztegnite mišice, da z dodajanjem teže dosežejo največjo razširitev. Dobra preizkusna naprava bi bila uporaba viseče tehtnice- na žalost do nje nisem imel dostopa, zato sem moral uporabiti nekaj uteži. Zdaj počasi začnite dodajati zrak v korakih po 20 psi, dokler ne dosežete 60 psi. Prva stvar, ki jo opazite, je, da se mišica z vsakim postopnim povečanjem zračnega pritiska skrči za vedno manjši obseg, dokler se popolnoma ne skrči. Nato boste ugotovili, da se s povečanjem obremenitve sposobnost mišic, da se krčijo, vse bolj zmanjšuje, dokler ne more več dvigniti povečane obremenitve. To je zelo podobno delovanju človeške mišice. Takoj je opazno, da ima sprememba velikosti mišice velik vpliv na delovanje mišice. Pri 22 lbs. @60psi se lahko manjša mišica še vedno dvigne, vendar ni niti blizu popolnega krčenja, medtem ko lahko večja mišica zelo enostavno doseže popolno krčenje. Dinamiko zračnih mišic je matematično precej težko modelirati, zlasti glede na število spremenljivk v njihovi konstrukciji. Za nadaljnje branje priporočam, da si ogledate tukaj: https://biorobots.cwru.edu/projects/bats/bats.htmNekaj aplikacij zračnih mišic vključuje robotiko (zlasti biorobotiko), animatroniko, ortotiko/rehabilitacijo in protetiko. Nadzorujejo jih lahko z mikrokrmilniki ali stikali z uporabo trosmernih elektromagnetnih zračnih ventilov ali z radijskim upravljanjem z ventili, ki jih upravljajo servomotorji. Trosmerni ventil deluje tako, da najprej napolni mehur, zadrži zračni tlak v mehurju in nato zračni mehur odzrači, da ga izprazni. Ne pozabite, da morajo biti zračne mišice pod napetostjo, da delujejo pravilno. Na primer dve mišici se pogosto uporabljata skupaj za uravnoteženje medsebojnega premikanja robotske roke. Ena mišica bi delovala kot biceps, druga pa kot triceps. Na splošno je mogoče zračne mišice izdelati v najrazličnejših dolžinah in premerih, da ustrezajo najrazličnejšim aplikacijam, kjer sta velika moč in majhna teža kritični. Njihova zmogljivost in dolga življenjska doba se razlikujeta glede na več parametrov glede njihove konstrukcije: 1) dolžina mišice 2) premer mišice 3) vrsta cevi, ki se uporablja za testiranje mehurja Prebral sem, da imajo lateksni mehurji običajno daljšo življenjsko dobo kot silikonski vendar imajo nekateri silikoni večje stopnje raztezanja (do 1000%) in lahko zadržijo višji tlak kot lateks (veliko bo odvisno od natančne specifikacije cevi.) 4) Vrsta uporabljene pletene mreže- nekatere pletene mreže so manj abrazivne kot druge, podaljšanje življenjske dobe mehurja. Nekatera podjetja so uporabila spandex rokav med mehurjem in mrežo, da bi zmanjšala odrgnino. Tesnejša mreža omogoča enakomernejšo porazdelitev pritiska na mehur, kar zmanjšuje obremenitev mehurja. 5) Prednapenjanje mehurja (mehur je krajši od pletene mreže)- to povzroči zmanjšanje kontaktne površine (in s tem odrgnine) med mehurjem in tulcem iz pletene mreže, ko mišica počiva in omogoča, da se pletena mreža popolnoma reformo med kontrakcijskimi cikli, kar izboljša življenjsko dobo utrujenosti. Prednapenjanje mehurja prav tako izboljša začetno krčenje mišice zaradi začetnega manjšega volumna mehurja.6) Konstrukcija ohišja mišičnih končnic- radialni robovi zmanjšujejo koncentracijo stresa na mehurju. Glede na razmerje moči in teže, enostavnost/nizki stroški gradnje in sposobnost posnemanja dinamike človeških mišic zračne mišice ponujajo privlačno alternativo tradicionalnim načinom gibanja za mehanske naprave.: D