Ауа бұлшықеттерін қалай жасауға болады!: 4 қадам (суреттермен)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Соңғы өзгертілген: 2024-01-30 10:26

Мен жұмыс істеп жатқан аниматроника жобасы үшін кейбір жетектерді жасауым керек болды. Ауа бұлшықеттері- бұл адам бұлшықетіне өте ұқсас жұмыс істейтін өте күшті жетектер, олардың күші мен салмағының арақатынасы керемет- олар өз салмағынан 400 есе үлкен тартқыш күш қолдана алады. Олар бұралған немесе бүгілген кезде жұмыс істейді және су астында жұмыс жасай алады. Оларды жасау оңай және арзан! Ауа бұлшықеттерін (McKibben жасанды бұлшықеті немесе өрілген пневматикалық қоздырғыштар деп те атайды) бастапқыда 1950 жылдары Джоли Л. Ккиббен полиомиелитке шалдыққандарға арналған ортоптикалық құрал ретінде жасаған. Олар қалай жұмыс істейді: бұлшықет резеңке түтіктен тұрады (қуық немесе ядро), ол құбырлы өрілген талшықты торлы жеңмен қоршалған. Қуық көтерілген кезде тор радиалды түрде кеңейеді және осьтік жиырылады (торлы талшықтар созылмайтын болғандықтан), бұлшықеттің жалпы ұзындығын қысқартады және кейіннен тарту күшін шығарады. Ауа бұлшықеттерінің адамдық бұлшықеттерге өте ұқсас жұмыс сипаттамалары бар- бұлшықет жиырылғанда күш азаяды. Бұл бұлшықеттің жиырылуы кезінде өрілген тордың тоғысу бұрышының өзгеруіне байланысты- тор қозғалыс тәрізді қайшыда радиалды түрде кеңейгендіктен, бұлшықет жиырылған сайын тоқу бұрышы таяз болып бара жатқандықтан аз күш жұмсайды (төмендегі диаграмманы қараңыз) - А суреті бұлшықеттің С фигурасына қарағанда үлкен дәрежеде жиырылатынын көрсетеді. Әуе бұлшықеттері олардың құрылыс әдісіне және материалдарына байланысты ұзындығының 40% дейін қысқара алады. Газ заңында қысымды жоғарылатсаңыз, кеңейтілетін цилиндрдің көлемі де жоғарылайды (егер температура тұрақты болса). Қуық ақыр соңында өрілген тордың физикалық қасиеттерімен шектеледі, сондықтан үлкен күш алу үшін қуықтың тиімді көлемін ұлғайту қажет- бұлшықеттің тартылу күші ұзындыққа байланысты бұлшықет диаметрі, сондай -ақ торлы гильзаның (құрылыс материалы, талшықтар саны, тоқу бұрышы) және қуық материалының қасиеттеріне байланысты жиырылу қабілеті. Мен осы принципті көрсету үшін ұқсас материалдарды қолдана отырып, екі түрлі бұлшық етті салдым- олардың екеуі де бір ауа қысымында (60psi) жұмыс істеді, бірақ диаметрі мен ұзындығы әр түрлі болды. Кішкене бұлшықет салмақ түсірген кезде күресе бастайды, ал үлкен бұлшықетте ешқандай проблемалар болмайды. Міне, құрастырылған ауа бұлшықеттерінің екеуінің де әрекетін көрсететін бірнеше бейне.

Енді бұлшықеттер жасайық!

1 -қадам: материалдар

3/8 дюймдік нейлон торын қоспағанда, барлық материалдар Amazon.com сайтында оңай қол жетімді- оны электроника жеткізушілерінен алуға болады. Amazon бірнеше өлшемді өрілген тормен тоқылған қапсырма жиынтығын сатады, бірақ нақты материал айтылмаған-Amazon Сізге ауа көзі қажет: мен қысымды реттегіші бар шағын ауа цистернасын қолдандым, бірақ сіз велосипедке арналған ауа сорғысын қолдана аласыз (оны 1/4 дюймдік полиэтилен шлангпен жұмыс істеу үшін адаптер жасауыңыз қажет) Ауа цистернасы- AmazonPressure қысым реттегіші (1/8 «NPT әйелден 1/4» NPT ер адаптеріне қажет)- Amazon1/4 «жоғары қысымды полиэтиленді түтік- Amazonmultitool (бұрағыш, қайшы, қысқыштар, сым кескіштер) бұлшықет: 1/4 дюймдік силиконды немесе латексті құбыр- Amazon3/8 «өрілген нейлон торлы жең (жоғарыдан қараңыз) 1/8 дюймдік шағын шланг (жезден немесе нейлоннан)- Амазонское болт (ұзындығы 3/8 болатын 10-24 жіп Amazonsteel сақтандырғыш сымы- үлкен бұлшықет үшін Amazon: 3/8 дюймдік силиконды немесе латексті құбыр- Amazon1/2 «өрілген нейлон торлы жең- Amazon1/ 8 дюйм немесе ұқсас өлшемдегі бұрғылау ұшы- Amazon21/64 «бұрғылау ұшы- Amazon1/8» x 27 NPT шүмегі- Amazon1/8 «шланг штанга x 1/8» құбыр жіп адаптері- Amazonsmall шланг қысқыштары- Amazon3/4 «алюминий немесе пластик бұлшықеттердің ұштарын құрайтын таяқша- AmazonSafety ескертуі- ауа бұлшықеттерін тексергенде қауіпсіздік көзілдірігін киюді ұмытпаңыз! Тығыз құлап кететін жоғары қысымды шланг ауыр жарақатқа әкелуі мүмкін!

2 -қадам: Кіші бұлшықетті жасау

Алдымен 1/4 дюймдік силикон құбырдың кішкене ұзындығын кесіңіз. Енді кішкене болтты құбырдың бір ұшына, ал шлангтың екінші ұшына салыңыз. Енді силиконнан екі дюйм ұзынырақ 3/8 дюймдік жеңді кесіңіз. түтікке және оттықты қолданып, өрілген жеңнің ұштарын еріту үшін, ол бөлінбейді. Өрілген гильзаны силикон түтіктің үстіне сырғытыңыз және түтіктің әр ұшын сақтандырғыш сыммен ораңыз және қатайтыңыз. Енді бірнеше сым ілмектер жасаңыз және оларды өрілген жеңнің әр ұшына ораңыз. Бұлшықеттің ұшында сым ілмектерді қолданудың баламасы ретінде, сіз жеңді ұзартуға болады, содан кейін оны бұлшықеттің соңына қарай бүктеп, ілмек жасай аласыз (ауа өткізгішті итеріп өту керек)- сымды қатайтыңыз. оның айналасында. Енді 1/4 дюймдік жоғары қысымды түтікшені жалғап, бұлшықетке ағып кетпеуін қамтамасыз ету үшін оған аздап ауа сорғызыңыз. Ауа бұлшықетін тексеру үшін оны жүктемені жүктеу арқылы толық ұзындығына дейін созу керек. ол қысылған кезде максималды жиырылу. Ауа қосуды бастаңыз (шамамен 60psi дейін) және бұлшықеттің жиырылуын бақылаңыз!

3 -қадам: Үлкен ауа бұлшықетін жасау

Үлкен бұлшықетті жасау үшін мен 3/4 дюймдік алюминийден жасалған бірнеше тікенек ұштарды бұрап аламын- пластик жұмыс істейді. Бір ұшында қатты. Екінші ұшында 1/8 дюймдік ауа саңылауы бар, содан кейін 1-ге бұрылады. /8 дюймдік шланг құбырлы жіп адаптері. Бұл 1/8 дюймдік перпендикулярға 21/64 дюйм тесік арқылы бұрғылау арқылы жүзеге асады. Содан кейін 21/64 дюймдік тесікке 1/8 дюймдік жіп шүмегін қолданыңыз. шлангты штангаға бекіту. Енді ауа көпіршігі үшін ұзындығы 3/8 дюйм болатын резеңке түтікті кесіп, оның бір ұшын өңделген фитингтердің біріне сырғытыңыз. Содан кейін ұзындығы 1/2 «өрілген жеңді 10» кесіңіз (ұштарын ерітуді ұмытпаңыз) сөндіргішпен) және оны резеңке түтіктің үстінен сырғытыңыз. Содан кейін резеңке түтіктің қарама-қарсы ұшын ауа өңделген ауа қондырғысының үстінен сырғытыңыз. Енді құбырдың әр ұшын шланг қысқыштармен мықтап бекітіңіз. Үлкен бұлшықет кіші нұсқа сияқты жұмыс істейді. ауаны қосып, оның жиырылуын бақылаңыз, оны жүктегеннен кейін сіз бұл үлкен бұлшықеттің әлдеқайда күшті екенін бірден түсінесіз!

4 -қадам: тестілеу және қосымша ақпарат

Ауа бұлшықеттерін жасағаныңызда, оларды қолдануға уақыт келді. Бұлшықеттерді созыңыз, осылайша олар салмақ қосу арқылы максималды ұзартуға жетеді. Жақсы сынақ қондырғысы ілулі таразыны қолдану болар еді- өкінішке орай, мен оған қол жеткізе алмадым, сондықтан мен кейбір салмақтарды қолдануға тура келді. Енді 60 пиксельге жеткенше 20 пиксельдік қадаммен ауа қосуды бастаңыз. Бірінші байқағаныңыз - бұлшықет ауа қысымы әр қадамдық өсуімен прогрессивті түрде аз мөлшерде жиырылады, ол толық жиырылғанша. Бұдан кейін сіз жүктемені жоғарылатқан кезде бұлшықеттің жиырылу қабілеті жоғарылаған жүктемені көтере алмайтынша өсетінін байқайсыз. Бұл бұлшықеттің жұмысына өте ұқсас, бұлшықеттің мөлшерінің өзгеруі бұлшықеттің жұмысына үлкен әсер ететіні бірден байқалады. 22 фунтта. @60psi, кіші бұлшықет әлі де көтере алады, бірақ ол толық жиырылуға қол жеткізе алмайды, ал үлкен бұлшықет толық жиырылуға өте оңай қол жеткізе алады. Ауа бұлшықеттерінің динамикасын математикалық модельдеу өте қиын, әсіресе олардың құрылымындағы айнымалылардың санын ескере отырып.. Қосымша оқу үшін мына жерден қарауды ұсынамын: https://biorobots.cwru.edu/projects/bats/bats.htm Ауа бұлшықеттерінің бірнеше қосымшаларына робототехника (әсіресе биороботика), аниматроника, ортопедия/оңалту және протездеу кіреді. Оларды микроконтроллерлер немесе коммутаторлар үш жақты электромагнитті ауа клапандарының көмегімен немесе серво басқаратын клапандардың көмегімен радиобасқару арқылы басқаруға болады. Үш жақты клапан алдымен қуықты толтыру, қуықтағы ауа қысымын ұстап тұру, содан кейін қуықты шығару үшін оны шығару арқылы жұмыс жасайды. Мысал ретінде робот қолын жылжыту үшін бір -бірін теңестіру үшін екі бұлшық жиі қолданылады. Бір бұлшықет бицепс, ал екіншісі - бұлшықет бұлшықеті ретінде әрекет етеді. Жалпы алғанда, ауа бұлшықеттерін ұзындығы мен диаметрі бойынша әр түрлі етіп жасауға болады, оларда жоғары беріктігі мен жеңіл салмағы өте маңызды. Олардың өнімділігі мен ұзақ өмір сүруі олардың құрылысына байланысты бірнеше параметрлерге байланысты өзгереді: 1) Бұлшықеттің ұзындығы2) Бұлшықеттің диаметрі3) Қуықты тексеруге арналған түтікшенің түрі Мен оқыған болсам, латекс көпіршіктерінің силиконнан жасалған көпіршіктерге қарағанда қызмет ету мерзімі ұзағырақ, алайда кейбір силикондардың кеңею жылдамдығы жоғары (1000%дейін) және латекске қарағанда жоғары қысымды ұстай алады (мұның көпшілігі түтіктің нақты сипаттамасына байланысты болады.) 4) Қолданылған тордың түрі- кейбір өрілген торлар басқаларға қарағанда абразивті емес, қуықтың қызмет ету мерзімін жақсарту. Кейбір компаниялар абразивті азайту үшін қуық пен тор арасында спандекс жеңін қолданды. Қатты тоқылған тор қуыққа қысымды біркелкі бөлуге мүмкіндік береді, бұл қуыққа кернеуді төмендетеді. 5) Қуықтың алдын ала керілуі (қуық өрілген торға қарағанда қысқа)- бұл бұлшықет тынығып тұрған кезде қуық пен өрілген тордың жеңінің арасындағы байланыс аймағының қысқаруына әкеледі (өрілген). жиырылу циклдары арасындағы реформа, оның шаршау мерзімін жақсарту. Несепағардың алдын-ала кернеуі қуықтың төменгі көлемінің төмендеуіне байланысты бұлшықеттің бастапқы жиырылуын жақсартады. Жалпы алғанда, олардың күші мен салмағының арақатынасы, құрылыстың қарапайымдылығы/арзандығы және адам бұлшықеттерінің динамикасына еліктеу қабілеті ескеріле отырып, ауа бұлшықеттері механикалық құрылғыларға арналған дәстүрлі қозғалыс құралдарына тартымды балама ұсынады.: D