Hava Kasları Nasıl Yapılır!: 4 Adım (Resimlerle)

2024 Yazar: John Day | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-30 13:19

Üzerinde çalıştığım bir animatronik projesi için bazı aktüatörler yaratmam gerekiyordu. Hava kasları, insan kasına çok benzer şekilde çalışan ve olağanüstü bir güç-ağırlık oranına sahip olan çok güçlü aktüatörlerdir - kendi ağırlıklarının 400 katına kadar bir çekme kuvveti uygulayabilirler. Büküldüklerinde veya büküldüklerinde çalışacaklar ve su altında çalışabilirler. Hava kasları (McKibben yapay kası veya örgülü pnömatik aktüatörler olarak da bilinir) ilk olarak 1950'lerde J. L. McKibben tarafından çocuk felci hastaları için ortotik bir cihaz olarak geliştirilmiştir. İşte nasıl çalışırlar: Kas, boru şeklinde örgülü bir fiber örgü manşonla çevrelenen kauçuk bir tüpten (mesane veya çekirdek) oluşur. Mesane şişirildiğinde, ağ radyal olarak genişler ve eksenel olarak büzülür (meş lifleri uzamaz olduğundan), kasın toplam uzunluğunu kısaltır ve ardından bir çekme kuvveti oluşturur. Hava kasları, insan kaslarına çok benzer performans özelliklerine sahiptir - kas kasıldıkça uygulanan kuvvet azalır. Bunun nedeni, kas kasılırken örgülü örgünün örgü açısındaki değişikliktir - örgü makas benzeri bir harekette radyal olarak genişledikçe, kas kasıldıkça örgü açısı giderek sığlaştığı için daha az kuvvet uygular (aşağıdaki şemaya bakın). - Şekil A, mesane basıncında eşit bir artış göz önüne alındığında kasın Şekil C'den daha fazla kasılacağını göstermektedir. Videolar da bu etkiyi göstermektedir. Hava kasları, yapılarının yöntemine ve malzemelerine bağlı olarak uzunluklarının %40'ına kadar büzülebilir. Gaz yasası, basıncı arttırırsanız, genişleyebilir bir silindirin hacmini de artıracağınızı belirtir (sıcaklık sabittir). mesane nihai olarak örgülü örgü manşonun fiziksel özellikleri tarafından kısıtlanır, bu nedenle daha büyük bir çekme kuvveti yaratmak için mesanenin etkili hacmini arttırabilmeniz gerekir- kasın çekme kuvveti uzunluğun bir fonksiyonudur ve örgü manşonun (yapı malzemesi, lif sayısı, örgü açısı) ve mesane malzemesinin özelliklerinden dolayı kasın çapının yanı sıra büzülme kabiliyeti. Bu prensibi göstermek için benzer malzemeler kullanarak iki farklı boyutta kas yaptım - ikisi de aynı hava basıncında (60 psi) çalıştırıldı, ancak farklı çap ve uzunluklara sahipti. Küçük kas, üzerine biraz ağırlık konulduğunda gerçekten mücadele etmeye başlarken, daha büyük kasta hiç problem olmaz. Burada, inşa edilmiş hava kaslarının her ikisini de çalışırken gösteren birkaç video var.

Şimdi gidip biraz kas yapalım!

Adım 1: Malzemeler

3/8" örgülü naylon ağ hariç tüm malzemeler Amazon.com'da hazır olarak mevcuttur - elektronik tedarikçilerinden temin edilebilir. Amazon, çeşitli boyutlarda örgülü örgülü örgülü bir manşon seti satmaktadır, ancak kesin malzeme şudur: belirtilmemiş-AmazonBir hava kaynağına ihtiyacınız olacak:Basınç regülatörlü küçük bir hava tankı kullandım ancak bisiklet hava pompası da kullanabilirsiniz (1/4" poli hortumla çalışması için bir adaptör yapmanız gerekecek Hava tankı - AmazonBasınç regülatörü (1/8" NPT dişi ila 1/4" NPT erkek adaptör gerekir) - Amazon1/4" yüksek basınçlı poli boru - Amazonmultitool (tornavida, makas, pense, tel kesiciler) - Küçükler için Amazonçakmak kas:1/4" silikon veya lateks boru - Amazon3/8" örgülü naylon örgü manşon (yukarıya bakın) 1/8" küçük hortum ucu (pirinç veya naylon) - Amazonsmall cıvata (10-24 diş, 3/8 uzunluğunda çalışır) kuyu)- Amazonsteel güvenlik teli- Büyük kas için Amazon:3/8" silikon veya lateks boru- Amazon1/2" örgülü naylon örgü kılıf- Amazon1/ 8" veya benzeri boyutta matkap ucu- Amazon21/64" matkap ucu- Amazon1/8" x 27 NPT musluk- Amazon1/8" hortum ucu x 1/8" boru dişi adaptörü- Amazonsmall hortum kelepçeleri- Amazon3/4" alüminyum veya plastik kas uçlarını oluşturmak için çubuk - Amazon Güvenlik notu - hava kaslarınızı test ederken koruyucu gözlük taktığınızdan emin olun! Gevşek bir bağlantı parçasından fırlayan yüksek basınç hortumu ciddi yaralanmalara neden olabilir!

Adım 2: Küçük Kası Yapmak

Önce 1/4" silikon borunun küçük bir uzunluğunu kesin. Şimdi küçük cıvatayı borunun bir ucuna ve hortum tırnağını diğer ucuna takın. Şimdi 3/8" örgülü manşonu silikondan yaklaşık iki inç daha uzun kesin tüp ve örgülü kılıfın uçlarını eritmek için bir çakmak kullanın, böylece yıpranmaz. Örgülü manşonu silikon borunun üzerine kaydırın ve borunun her iki ucunu güvenlik teliyle sarın ve sıkın. Şimdi bazı tel halkalar yapın ve bunları örgülü manşonun her iki ucuna sarın. Kasın uçlarında tel halkalar kullanmaya alternatif olarak, manşonu daha uzun yapabilir ve ardından bir halka oluşturarak (hava tertibatını içinden itmeniz gerekir) kasın ucuna geri katlayabilirsiniz - ardından teli sıkın etrafında. Şimdi 1/4" yüksek basınçlı borunuzu bağlayın ve sızdırmadan şiştiğinden emin olmak için kasa biraz hava pompalayın. Hava kasını test etmek için üzerine bir yük koyarak onu tam boyuna germeniz gerekir - bu izin verecektir. Basınçlı olduğunda maksimum kasılma. Hava eklemeye başlayın (yaklaşık 60psi'ye kadar) ve kas kasılmasını izleyin!

Adım 3: Büyük Hava Kasını Yapmak

Büyük kas yapmak için bazı 3/4" alüminyum çubuk-plastikten bazı dikenli uçları çevirdim. Bir ucu sağlam. Diğer ucunda 1/8" hava deliği delinmiş ve ardından 1 için kılavuz çekilmiştir. /8" hortum kancalı boru dişi adaptörü. Bu, 1/8" hava deliğine dik bir 21/64" delik delinerek yapılır. Şimdi hava kesesi için 8" uzunluğunda 3/8" kauçuk boru kesin ve bir ucunu işlenmiş bağlantılardan birinin üzerine kaydırın. Ardından 1/2" örgülü manşonu 10" uzunluğunda kesin (uçları eritmeyi unutmayın) bir çakmakla) ve kauçuk borunun üzerine kaydırın. Ardından kauçuk borunun diğer ucunu kalan işlenmiş hava bağlantısının üzerine kaydırın. Şimdi hortum kelepçelerini kullanarak borunun her iki ucunu güvenli bir şekilde sıkıştırın. Daha büyük kas tıpkı daha küçük versiyon gibi çalışır - sadece hava ekleyin ve kasılmasını izleyin. Yük altına aldığınızda, bu büyük kasın çok daha güçlü olduğunu hemen fark edeceksiniz!

4. Adım: Test Etme ve Ek Bilgi

Artık biraz hava kasları yaptığınıza göre, onları kullanmanın zamanı geldi. Kasları uzatın, böylece ağırlık ekleyerek maksimum uzantılarına ulaşırlar. İyi bir test düzeneği, asılı bir terazi kullanmak olurdu - ne yazık ki birine erişimim yoktu, bu yüzden biraz ağırlık kullanmak zorunda kaldım. Şimdi, 60 psi'ye ulaşana kadar 20 psi'lik artışlarla yavaşça hava eklemeye başlayın. İlk fark ettiğiniz şey, kasın, tamamen kasılana kadar hava basıncındaki her bir artımlı artışla giderek daha küçük bir miktarda kasıldığıdır. Daha sonra, yük arttıkça kasın kasılma yeteneğinin artan bir oranda artan yükü kaldıramayacak duruma gelene kadar azaldığını göreceksiniz. Bu, bir insan kasının performansına çok benzer. Kas boyutundaki bir değişikliğin, kasın performansı üzerinde büyük bir etkisi olduğu hemen fark edilir. 22 kiloda. @60psi, daha küçük kas hala kaldırabilir, ancak büyük kas çok kolay bir şekilde tam kasılma elde ederken tam kasılma elde etmeye yakın değildir. Özellikle yapılarındaki değişkenlerin sayısı göz önüne alındığında, hava kaslarının dinamiklerini matematiksel olarak modellemek oldukça zordur.. Daha fazla okuma için buraya bir göz atmanızı tavsiye ederim: https://biorobots.cwru.edu/projects/bats/bats.htmHava kaslarının çeşitli uygulamaları arasında robotik (özellikle biorobotik), animatronik, ortez/rehabilitasyon ve protez yer alır. Üç yollu solenoid hava valfleri kullanılarak mikrodenetleyiciler veya anahtarlar veya servolar tarafından çalıştırılan valfler kullanılarak radyo kontrol ile kontrol edilebilirler. Üç yollu bir valf, önce mesaneyi doldurarak, mesanedeki hava basıncını tutarak ve ardından mesaneyi boşaltmak için boşaltarak çalışır. Unutulmaması gereken şey, hava kaslarının düzgün çalışması için gergin olması gerektiğidir. Örnek olarak, robotik bir kolu hareket ettirmek için iki kas genellikle birbirini dengelemek için birlikte kullanılır. Bir kas pazı, diğeri ise triseps kası görevi görür. Genel olarak, hava kasları, yüksek güç ve hafifliğin kritik olduğu çok çeşitli uygulamalara uyacak şekilde her türlü uzunluk ve çapta yapılandırılabilir. Performansları ve ömürleri yapıları ile ilgili çeşitli parametrelere göre değişir: 1) Kas uzunluğu 2) Kas çapı 3) Mesane testi için kullanılan boru tipi Lateks mesanelerin silikon mesanelerden daha uzun hizmet ömrüne sahip olma eğiliminde olduğunu okudum, ancak bazı silikonlar daha yüksek genleşme oranlarına sahiptir (%1000'e kadar) ve lateksten daha yüksek basınçları tutabilir (bunun çoğu kesin boru özelliklerine bağlıdır.)4) Kullanılan örgülü örgü tipi- bazı örgülü örgüler diğerlerinden daha az aşındırıcıdır, mesane yaşam süresini iyileştirmek. Bazı şirketler, aşınmayı azaltmak için mesane ve ağ arasında bir spandeks manşon kullanmıştır. Daha sıkı bir dokuma ağ, mesane üzerindeki baskıyı azaltarak, mesane üzerinde daha eşit basınç dağılımı sağlar. 5) Mesanenin ön gerilmesi (kese, örgülü ağdan daha kısadır) - bu, kas hareketsizken mesane ile örgülü ağ manşon arasındaki temas alanında bir azalmaya (ve dolayısıyla aşınmaya) neden olur ve örgülü ağın tamamen çalışmasına izin verir. Büzülme döngüleri arasında reform yaparak yorulma ömrünü uzatır. Mesanenin ön gerilmesi, başlangıçtaki düşük mesane hacmi nedeniyle kasın ilk kasılmasını da iyileştirir.6) Kas uç yuvalarının inşası - radyal kenarlar, mesane üzerindeki stres konsantrasyonlarını azaltır. Sonuç olarak, güç-ağırlık oranı, yapım kolaylığı/düşük maliyeti ve insan kaslarının dinamiklerini taklit etme yetenekleri göz önüne alındığında, hava kasları mekanik cihazlar için geleneksel hareket yöntemlerine çekici bir alternatif sunar. Bunları yaparken iyi eğlenceler!:NS