Kuidas teha õhulihaseid!: 4 sammu (piltidega)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2024-01-30 08:48

Mul oli vaja luua mõned ajamid animatroonika projekti jaoks, mille kallal töötan. Õhulihased on väga võimsad ajamid, mis töötavad väga sarnaselt inimlihastega ja millel on fenomenaalne tugevuse ja kaalu suhe- nad võivad avaldada kuni 400-kordset tõmbejõudu. Need töötavad keerdudes või painutades ja võivad töötada vee all. Neid on ka lihtne ja odav valmistada! Õhulihased (tuntud ka kui McKibbeni tehislihased või põimitud pneumaatilised ajamid) töötasid J. L. McKibben algselt välja 1950. aastatel kui poliomüeliidi patsientide ortopeediline seade. Need toimivad järgmiselt. Lihas koosneb kummist torust (põis või südamik), mis on ümbritsetud torukujulise põimitud kiudvõrguga. Kui põis on täis pumbatud, laieneb võrk radiaalselt ja tõmbub aksiaalselt kokku (kuna võrgukiud on venimatud), lühendades lihase kogupikkust ja tekitades seejärel tõmbejõu. Õhulihaste jõudlusomadused on väga sarnased inimese lihastega- lihaste kokkutõmbumisel väheneb nende jõud. Selle põhjuseks on punutud võrgu põimimisnurga muutus lihaste kokkutõmbumisel- kuna võrk laieneb radiaalselt kääridena nagu liikumine, avaldab see vähem jõudu, kuna kudumisnurk muutub lihaste kokkutõmbumisel üha madalamaks (vt allolevat diagrammi) - joonis A näitab, et lihased tõmbuvad kokku rohkem kui joonis C, kui põie rõhk suureneb võrdselt). Videod näitavad ka seda efekti. Õhulihased võivad kokku puutuda kuni 40% pikkusest, olenevalt nende ehitamise meetodist ja materjalidest. Gaasiseadus ütleb, et rõhu suurendamisel suurendate ka paisutatava silindri mahtu (eeldusel, et temperatuur on konstantne.) põit piiravad lõpuks põimitud võrguhülsi füüsilised omadused, nii et suurema tõmbejõu loomiseks peate suutma suurendada põie efektiivset mahtu- lihase tõmbejõud sõltub pikkusest ja lihase läbimõõt, samuti selle kokkutõmbumisvõime võrgusilmahülsi (ehitusmaterjal, kiudude arv, põimimisnurk) ja põie materjali omaduste tõttu. Selle põhimõtte demonstreerimiseks konstrueerisin sarnaste materjalide abil kaks erineva suurusega lihast- mõlemad töötasid sama õhurõhuga (60 psi), kuid nende läbimõõt ja pikkus olid erinevad. Väike lihas hakkab tõepoolest võitlema, kui sellele pannakse veidi raskust, samal ajal kui suuremal lihasel pole üldse probleeme. Siin on paar videot, mis näitavad mõlemat ehitatud õhulihast tegevuses.

Nüüd teeme lihaseid!

Samm: materjalid

Kõik materjalid on veebisaidil Amazon.com kergesti kättesaadavad, välja arvatud 3/8 "põimitud nailonvõrk- see on saadaval elektroonikatarnijatelt. Amazon müüb põimitud varrukomplekti mitme suurusega põimitud võrguga, kuid täpne materjal on pole öeldud-AmazonTeil on vaja õhuallikat: kasutasin väikest õhupaagi koos rõhuregulaatoriga, kuid võite kasutada ka jalgratta õhupumpa (1/4 "polüvoolikuga töötamiseks peate valmistama adapteri. Õhupaak- Amazon Pressure regulaator (vajab 1/8 "NPT emast kuni 1/4" NPT isast adapterit)- Amazon 1/4 "kõrgsurve polü torud- Amazonmultitool (kruvikeeraja, käärid, tangid, traatlõikurid)- Amazonase süütaja väikestele lihas: 1/4 "silikoon- või lateksist torud- Amazon 3/8" põimitud nailonvõrguga varrukas (vt ülal) 1/8 "väike voolikukang (messingist või nailonist)- Amazons väike polt (10-24 niit 3/8 pikkusega töötab hästi)- Amazonsteeli turvatraat- Amazon suurte lihaste jaoks: 3/8 "silikoon- või lateksist torud- Amazon1/2" põimitud nailonvõrguga varrukas- Amazon1/ 8 "või sarnase suurusega puur- Amazon 21/64" puur- Amazon1/8 "x 27 NPT kraan- Amazon1/8" voolikukang x 1/8 "toru keermeadapter- Amazonsmall voolikuklambrid- Amazon3/4" alumiinium või plast varras lihaste otste ehitamiseks- AmazonSafety märkus- kandke kindlasti oma õhulihaste testimisel kaitseprille! Lahtise liitmiku küljest lahti hüppav kõrgsurvevoolik võib põhjustada tõsiseid vigastusi!

2. samm: väikese lihase tegemine

Esmalt lõigake 1/4 "silikoontorudest väike pikkus. Nüüd sisestage väike polt toru ühte otsa ja voolikukang teise otsa. Nüüd lõigake 3/8" põimitud varrukas umbes kaks tolli silikoonist pikemaks toru ja kasutage välgumihklit, et sulatada põimitud varruka otsad, nii et see ei puruneks. Libistage põimitud hülss silikoontorude kohale ja mähkige toru mõlemad otsad turvatraadiga kinni ja pingutage. Nüüd tehke traadist aasad ja keerake need punutud varruka mõlema otsa ümber. Alternatiivina traadi silmuste kasutamisele lihase otstes saate varruka pikemaks muuta ja seejärel tagasi lihase otsa peale kokku panna, moodustades silmuse (peate õhuühenduse läbi suruma)- seejärel pingutage traat selle ümber. Nüüd ühendage oma 1/4 "kõrgsurvetoru ja pumbake lihasesse veidi õhku, veendumaks, et see täitub ilma lekketa. Õhulihase testimiseks peate selle kogu pikkuses venitama, koormates seda- see võimaldab see on maksimaalne kokkutõmbumine rõhu all. Alustage õhu lisamist (kuni umbes 60 psi) ja vaadake lihaste kokkutõmbumist!

3. samm: suure õhulihase tegemine

Suure lihase tegemiseks keerasin mõned okastest otsad umbes 3/4 "alumiiniumist vardast- plastik töötab ka. Üks ots on kindel. Teises otsas on puuritud 1/8" õhuava ja seejärel koputatakse 1 /8 "vooliku haardetoru keermeadapter. Selleks puurige 1/8" õhuavaga risti 21/64 "auk. Seejärel kasutage 1/8" toru keermekraani, et koputada voolikukinnitusliitmik. Nüüd lõigake õhupõie jaoks 8 tolli pikkused 3/8 tolli kummist torud ja libistage üks ots üle ühe töödeldud liitmiku. Seejärel lõigake umbes 1/2 tolli põimitud varrukas 10 tolli pikkuseks (pidage meeles, et otsad sulatatakse) tulemasinatega) ja libistage see üle kummist toru. Seejärel libistage kummist toru vastassuunaline ots üle ülejäänud töödeldud õhuühenduse. Kinnitage nüüd voolikuklambrite abil kindlalt toru mõlemad otsad. Suurem lihas töötab täpselt nagu väiksem versioon- lihtsalt lisage õhku ja vaadake selle kokkutõmbumist. Kui olete selle koormuse alla pannud, saate kohe aru, et see suurem lihas on palju tugevam!

4. samm: testimine ja lisateave

Nüüd, kui olete teinud mõned õhulihased, on aeg need kasutusele võtta. Sirutage lihaseid nii, et need jõuaksid maksimaalse pikenduseni, lisades kaalu. Hea testimisseade oleks rippkaalu kasutamine- kahjuks polnud mul sellele juurdepääsu, nii et pidin kasutama mõningaid raskusi. Nüüd alustage aeglaselt õhu lisamist 20 psi kaupa, kuni jõuate 60 psi -ni. Esimene asi, mida märkate, on see, et lihased tõmbuvad järk -järgult väiksema koguse juurde iga õhurõhu astmelise suurenemisega, kuni see täielikult kokku tõmbub. Järgmisena näete, et koormuse suurenemisel väheneb lihase kokkutõmbumisvõime üha kiiremini, kuni see ei suuda enam suurenenud koormust tõsta. See on väga sarnane inimese lihase toimimisega. Kohe on märgata, et lihase suuruse muutus mõjutab lihase jõudlust tohutult. 22 naela juures. @60psi, väiksem lihas võib siiski tõusta, kuid see pole kaugeltki täieliku kokkutõmbumise saavutamiseks, samas kui suurem lihas saab väga kergesti täieliku kokkutõmbumise. Õhulihaste dünaamikat on matemaatiliselt modelleerida üsna raske, eriti arvestades nende konstruktsiooni muutujate arvu. Edasiseks lugemiseks soovitan vaadata siit: https://biorobots.cwru.edu/projects/bats/bats.htm Mitmed õhulihaste rakendused hõlmavad robootikat (eriti biorobootikat), animatroonikat, ortopeediat/taastusravi ja proteesimist. Neid saab juhtida mikrokontrollerite või lülitite abil, kasutades kolmekäigulisi solenoidõhuklappe või raadiojuhtimisega, kasutades servodega töötavaid ventiile. Kolmekäiguline ventiil töötab kõigepealt põie täitmisega, põie õhurõhu hoidmisega ja seejärel põie õhutamisega, et seda tühjendada. Tuleb meeles pidada, et õhulihased peavad korralikult töötamiseks olema pinge all. Näiteks kasutatakse sageli kahte lihast, et tasakaalustada üksteist robotkäe liigutamiseks. Üks lihas toimiks biitsepsina ja teine triitsepsi lihastena. Üldiselt saab õhulihaseid ehitada igasuguse pikkuse ja läbimõõduga, et need sobiksid väga erinevate rakendustega, kus suur tugevus ja kerge kaal on kriitilised. Nende jõudlus ja pikaealisus varieeruvad sõltuvalt nende ehituse mitmest parameetrist: 1) lihase pikkus 2) lihase läbimõõt 3) põie testimiseks kasutatavate torude tüüp Olen lugenud, et latekspõie kasutusiga on tavaliselt pikem kui silikoonist mõned silikoonid on aga suurema paisumiskiirusega (kuni 1000%) ja võivad hoida kõrgemat survet kui lateks (suurem osa sellest sõltub torude täpsest spetsifikatsioonist.) 4) Kasutatud punutud võrgu tüüp- mõned punutud võrgud on vähem abrasiivsed põie eluea parandamine. Mõned ettevõtted on hõõrdumise vähendamiseks kasutanud põie ja võrgu vahel spandex -hülsi. Tihedam kootud võrk võimaldab survet põiele ühtlasemalt jaotada, vähendades põie pinget. 5) Kusepõie eelpingestamine (põis on punutud võrgust lühem)- see vähendab põie ja põimitud võrguhülsi vahelist kokkupuutepinda (ja seega ka hõõrdumist), kui lihas on puhkeolekus ja võimaldab põimitud võrgul täielikult reformi kontraktsioonitsüklite vahel, parandades selle väsimust. Kusepõie eelpingestamine parandab ka lihase esialgset kokkutõmbumist põie esialgse väiksema mahu tõttu.6) Lihaseotsa korpuste ehitamine- raadiusega servad vähendavad põie stressikontsentratsiooni. Kokkuvõttes, arvestades nende võimsuse ja kaalu suhet, ehituse lihtsust/madalat hinda ja võimet jäljendada inimlihaste dünaamikat, pakuvad õhulihased atraktiivset alternatiivi mehaaniliste seadmete traditsioonilistele liikumisvahenditele. Lõbutsege nende ehitamisel!: D