Kaip padaryti oro raumenis!: 4 žingsniai (su nuotraukomis)

2024 Autorius: John Day | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-30 10:47

Man reikėjo sukurti keletą pavarų animatronikos projektui, prie kurio dirbu. Oro raumenys yra labai galingos pavaros, veikiančios labai panašiai kaip žmogaus raumenys ir pasižyminčios fenomenaliu jėgos ir svorio santykiu- jos gali daryti traukos jėgą iki 400 kartų didesnį už savo svorį. Jie veiks susukti ar sulenkti ir gali veikti po vandeniu. Juos taip pat lengva ir pigu pagaminti! Oro raumenis (dar žinomus kaip „McKibben“dirbtiniai raumenys arba pintos pneumatinės pavaros) J. L. McKibbenas iš pradžių sukūrė 1950 -aisiais kaip ortozinį prietaisą pacientams, sergantiems poliomielitu. Štai kaip jie veikia: raumenis sudaro guminis vamzdelis (šlapimo pūslė arba šerdis), kurį supa vamzdinė pinta pluošto tinklelio rankovė. Kai šlapimo pūslė pripučiama, tinklelis plečiasi radialiai ir susitraukia ašimi (nes akių pluoštai yra neištempiami), sutrumpinant bendrą raumenų ilgį ir sukuriant traukimo jėgą. Oro raumenų charakteristikos labai panašios į žmogaus raumenis- raumenų jėga mažėja, kai raumenys susitraukia. Taip yra dėl to, kad raumens susitraukimo metu pasikeitė pynimo tinklelio susipynimo kampas- kai tinklas radialiai plečiasi žirklėmis kaip judesys, jis daro mažiau jėgos, nes pynimo kampas tampa vis mažesnis, nes raumenys susitraukia (žr. - A paveiksle parodyta, kad raumenys susitrauks labiau nei C paveikslas, esant vienodam šlapimo pūslės slėgio padidėjimui). Vaizdo įrašai taip pat parodo šį efektą. Oro raumenys gali susitraukti iki 40% savo ilgio, priklausomai nuo jų konstrukcijos būdo ir medžiagų. Dujų įstatymas teigia, kad padidinus slėgį padidinsite ir išsiplėtusio cilindro tūrį (jei temperatūra yra pastovi). šlapimo pūslę galiausiai riboja pynimo tinklelio rankovės fizinės savybės, todėl, norint sukurti didesnę traukos jėgą, turite sugebėti padidinti veiksmingą šlapimo pūslės tūrį- raumens tempimo jėga priklauso nuo ilgio ir raumens skersmuo, taip pat jo gebėjimas susitraukti dėl tinklelio įvorės savybių (konstrukcinė medžiaga, pluoštų skaičius, susipynimo kampas) ir šlapimo pūslės medžiaga. Aš sukūriau du skirtingo dydžio raumenis, naudodamas panašias medžiagas, kad parodytų šį principą- jie abu buvo veikiami tuo pačiu oro slėgiu (60 psi), tačiau buvo skirtingo skersmens ir ilgio. Mažasis raumuo tikrai pradeda kovoti, kai jam priaugamas svoris, o didesnis raumenys neturi jokių problemų. Čia yra pora vaizdo įrašų, rodančių, kaip veikia abu sukonstruoti oro raumenys.

Dabar padarykime raumenis!

1 žingsnis: medžiagos

Visos medžiagos yra lengvai prieinamos „Amazon.com“, išskyrus 3/8 colių pintą nailoninį tinklelį- jį galima įsigyti iš elektronikos tiekėjų. „Amazon“parduoda pintų apmušalų komplektą su kelių dydžių pynimo tinkleliu, tačiau tiksli medžiaga nenurodyta-„Amazon“Jums reikės oro šaltinio: naudojau nedidelį oro baką su slėgio reguliatoriumi, bet taip pat galite naudoti dviračio oro siurblį (turėsite pagaminti adapterį, kad jis veiktų su 1/4 colių poli žarna. Oro bakas- „AmazonPressure“reguliatorius (reikės 1/8 colio NPT patelės ir 1/4 colio NPT vyriško adapterio)- „Amazon“1/4 colio aukšto slėgio vamzdeliai- „Amazonmultitool“(atsuktuvas, žirklės, replės, vielos pjaustytuvai)- „Amazon“žiebtuvėlis mažiems raumenys: 1/4 colio silikono arba latekso vamzdeliai- „Amazon“3/8 colių pintos nailono tinklelio įvorė (žr. aukščiau) 1/8 colio žarna (žalvaris arba nailonas)- mažas „Amazon“varžtas (10–24 sriegiai, 3/8 ilgio) gerai)- „Amazonsteel“apsauginė viela- „Amazon“dideliems raumenims: 3/8 colio silikono arba latekso vamzdžiai- „Amazon“1/2 colio pintos nailono tinklelio rankovės- „Amazon1“8 colių ar panašaus dydžio gręžtuvas- „Amazon“21/64 colių grąžtas- „Amazon“1/8 colio x 27 NPT čiaupas- „Amazon“1/8 colio žarnos spyna x 1/8 colio vamzdžio sriegio adapteris- „Amazon“mažų žarnų spaustukai- „Amazon“3/4 colio aliuminis arba plastikas lazdele raumenų galams sukonstruoti- „AmazonSafety“pastaba- bandydami oro raumenis būtinai dėvėkite apsauginius akinius! Aukšto slėgio žarna, kuri atsilaisvina nuo laisvos jungties, gali rimtai susižeisti!

2 žingsnis: Padarykite mažus raumenis

Pirmiausia nukirpkite nedidelį 1/4 colio silikoninio vamzdžio ilgį. Dabar įkiškite mažą varžtą į vieną vamzdžio galą, o žarnos kaištį į kitą galą. Dabar nupjaukite 3/8 colio pynę maždaug dviem coliais ilgiau nei silikonas vamzdelį ir naudokite žiebtuvėlį, kad ištirptumėte pintos rankovės galus, kad jis nesudrūktų. Užmaukite pintą rankovę virš silikoninio vamzdžio ir apvyniokite kiekvieną vamzdžio galą apsaugine viela ir priveržkite. Dabar padarykite keletą vielos kilpų ir apvyniokite juos aplink kiekvieną pintos rankovės galą. Kaip alternatyvą vielos kilpų naudojimui raumens galuose, galite padaryti rankovę ilgesnę, o tada atlenkti ją atgal per raumens galą, sudarydami kilpą (turite prastumti oro jungtį)- tada priveržkite vielą aplinkui. Dabar prijunkite 1/4 colio aukšto slėgio vamzdelį ir įpumpuokite šiek tiek oro į raumenis, kad įsitikintumėte, jog jis pripučiamas be nutekėjimo. Norėdami išbandyti oro raumenį, turite jį ištempti iki galo, apkraudami jį- tai leis tai maksimalus susitraukimas esant slėgiui. Pradėkite pridėti oro (iki maždaug 60 psi) ir stebėkite raumenų susitraukimą!

3 žingsnis: Padarykite didelį oro raumenį

Kad padarytų didelį raumenį, aš pasukau kai kuriuos spygliuotus galus iš 3/4 colio aliuminio strypo- plastikas taip pat veiks. Vienas galas yra tvirtas. Kitame gale yra išgręžta 1/8 colio oro skylė, o tada paliečiama 1 /8 "žarnos vamzdžio sriegio adapteris. Tai daroma išgręžiant 21/64" skylę, statmeną 1/8 "oro angai. Tada naudokite 1/8" vamzdžio sriegio čiaupą, kad įstumtumėte 21/64 "angą žarnos strypo tvirtinimas. Dabar nupjaukite 8 "ilgio 3/8" guminius vamzdžius, skirtus oro pūslei, ir vieną galą stumkite per vieną iš apdirbtų jungiamųjų detalių. Tada perpjaukite 1/2 colio pynę 10 colių ilgio (nepamirškite ištirpinti galų su žiebtuvėliu) ir pastumkite jį per guminį vamzdelį. Tada priešingą guminio vamzdžio galą perbraukite ant likusio apdirbto oro įtaiso. Dabar tvirtai užfiksuokite kiekvieną vamzdžio galą naudodami žarnų spaustukus. Didesnis raumuo veikia kaip mažesnė versija pripilkite oro ir žiūrėkite, kaip jis susitraukia. Kai tik jį apkrausite, iškart suprasite, kad šis didesnis raumuo yra daug stipresnis!

4 žingsnis: bandymas ir papildoma informacija

Dabar, kai sukūrėte kai kuriuos oro raumenis, atėjo laikas juos naudoti. Ištieskite raumenis, kad jie pasiektų maksimalų pratęsimą pridėdami svorio. Geras bandomasis įrenginys būtų naudoti pakabinamą svarstyklę- deja, neturėjau prieigos, todėl turėjau naudoti kai kuriuos svorius. Dabar lėtai pradėkite pridėti oro, didindami 20 psi, kol pasieksite 60 psi. Pirmas dalykas, kurį pastebite, yra tai, kad raumuo susitraukia palaipsniui mažesniu kiekiu, kiekvieną kartą didinant oro slėgį, kol jis visiškai susitraukia. Toliau pastebėsite, kad padidėjus apkrovai, raumenų gebėjimas susitraukti mažėja vis greičiau, kol nebegali pakelti padidėjusios apkrovos. Tai labai panašu į tai, kaip veikia žmogaus raumuo. Iš karto pastebima, kad raumens dydžio pasikeitimas daro didžiulį poveikį raumenų darbui. Prie 22 svarų. @60psi, mažesnis raumuo vis dar gali pakilti, tačiau jis beveik nepasiekia visiško susitraukimo, o didesnis raumenys gali labai lengvai pasiekti visišką susitraukimą. Oro raumenų dinamiką gana sunku matematiškai modeliuoti, ypač atsižvelgiant į jų konstrukcijos kintamųjų skaičių. Tolesniam skaitymui rekomenduoju pažiūrėti čia: https://biorobots.cwru.edu/projects/bats/bats.htm Keletas oro raumenų pritaikymo būdų apima robotiką (ypač biorobotiką), animatroniką, ortopediją/reabilitaciją ir protezavimą. Jie gali būti valdomi mikrovaldikliais arba jungikliais, naudojant trijų krypčių solenoidinius oro vožtuvus, arba radijo valdymu, naudojant servo valdomus vožtuvus. Trijų krypčių vožtuvas pirmiausia užpildo šlapimo pūslę, palaiko oro slėgį šlapimo pūslėje, o po to išleidžia šlapimo pūslę, kad ją ištuštintų. Reikia prisiminti, kad oro raumenys turi būti įtempti, kad tinkamai veiktų. Pavyzdžiui, du raumenys dažnai naudojami kartu, kad subalansuotų vienas kitą, kad judėtų robotinė ranka. Vienas raumuo veiktų kaip bicepsas, o kitas - tricepso raumuo. Apskritai oro raumenys gali būti sukonstruoti įvairaus ilgio ir skersmens, kad tiktų įvairiausioms reikmėms, kur labai svarbu didelė jėga ir lengvas svoris. Jų veikimas ir ilgaamžiškumas priklauso nuo kelių jų konstrukcijos parametrų: 1) raumenų ilgis2) raumenų skersmuo3) šlapimo pūslės tyrimams naudojamų vamzdelių tipas. Skaičiau, kad latekso pūslės paprastai tarnauja ilgiau nei silikoninės tačiau kai kurie silikonai turi didesnį plėtimosi greitį (iki 1000%) ir gali išlaikyti didesnį slėgį nei lateksas (daug kas priklausys nuo tikslios vamzdelių specifikacijos.) pagerinti šlapimo pūslės gyvenimo trukmę. Kai kurios įmonės, norėdamos sumažinti dilimą, naudojo elastano įvorę tarp šlapimo pūslės ir tinklelio. Siauresnis austas tinklas leidžia tolygiau paskirstyti slėgį šlapimo pūslėje, sumažindamas šlapimo pūslės įtampą. 5) Išankstinis šlapimo pūslės įtempimas (šlapimo pūslė yra trumpesnė už pintą tinklelį)- dėl to sumažėja kontaktinis plotas (taigi ir dilimas) tarp šlapimo pūslės ir pintos tinklelio rankovės, kai raumuo yra ramybės būsenoje, ir leidžia pinti tinkleliui visiškai pertrauką tarp susitraukimų ciklų, pagerindama jo nuovargio gyvenimą. Išankstinis šlapimo pūslės įtempimas taip pat pagerina pradinį raumenų susitraukimą dėl pradinio mažesnio šlapimo pūslės tūrio. Apskritai, atsižvelgiant į jų galios ir svorio santykį, lengvą/mažą statybos kainą ir galimybę imituoti žmogaus raumenų dinamiką, oro raumenys yra patraukli alternatyva tradicinėms mechaninių prietaisų judėjimo priemonėms. Smagiai juos kurkite!: D