Kā veidot gaisa muskuļus!: 4 soļi (ar attēliem)

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:56

Man vajadzēja izveidot dažus izpildmehānismus animatronikas projektam, pie kura strādāju. Gaisa muskuļi ir ļoti spēcīgi izpildmehānismi, kas darbojas ļoti līdzīgi cilvēka muskuļiem un kuriem ir fenomenāla spēka un svara attiecība- tie var izdarīt vilkšanas spēku, kas ir līdz pat 400 reizēm lielāks par viņu pašu svaru. Tie darbosies savīti vai saliekti un var strādāt zem ūdens. Tie ir arī viegli un lēti izgatavojami! Gaisa muskuļus (pazīstami arī kā mākslīgie muskuļi McKibben vai pītas pneimatiskās izpildmehānismi) sākotnēji izstrādāja J. L. McKibben 1950. gados kā ortopēdisku ierīci poliomielīta slimniekiem. Lūk, kā tie darbojas: muskulis sastāv no gumijas caurules (urīnpūšļa vai serdes), ko ieskauj cauruļveida pinuma šķiedru sieta uzmava. Piepūšot urīnpūsli, acs paplašinās radiāli un saraujas aksiāli (jo acu šķiedras nav pagarināmas), saīsinot muskuļu kopējo garumu un pēc tam radot vilkšanas spēku. Gaisa muskuļu darbības īpašības ir ļoti līdzīgas cilvēka muskuļiem- spēks samazinās, muskuļiem saraujoties. Tas ir saistīts ar to, ka mainās pinuma sieta savijuma leņķis, muskuļiem saraujoties- tā kā acs radiāli izplešas šķērēs, piemēram, kustībā, tas rada mazāku spēku, jo acs leņķis kļūst arvien seklaks, jo muskuļi saraujas (skat. - attēls A parāda, ka muskuļi saraujas lielākā mērā nekā C attēls, ņemot vērā vienādu urīnpūšļa spiediena pieaugumu). Videoklipi parāda arī šo efektu. Gaisa muskuļi var sarauties līdz pat 40% no to garuma atkarībā no to uzbūves metodes un materiāliem. Gāzes likums nosaka, ka, palielinot spiedienu, jūs palielināsiet arī paplašināmā cilindra tilpumu (ja temperatūra ir nemainīga.) urīnpūsli galu galā ierobežo pinuma sieta uzmavas fiziskās īpašības, tāpēc, lai radītu lielāku vilkšanas spēku, jums jāspēj palielināt urīnpūšļa faktisko tilpumu- muskuļa vilkšanas spēks ir atkarīgs no garuma un muskuļu diametrs, kā arī tā spēja savilkties, pateicoties acu uzmavas īpašībām (celtniecības materiāls, šķiedru skaits, savijuma leņķis) un urīnpūšļa materiālam. Es izveidoju divus dažāda lieluma muskuļus, izmantojot līdzīgus materiālus, lai parādītu šo principu- abi tika darbināti ar vienādu gaisa spiedienu (60 psi), bet tiem bija atšķirīgs diametrs un garums. Mazais muskulis patiešām sāk cīnīties, kad tam tiek uzlikts kāds svars, savukārt lielākajam muskulim nav nekādu problēmu. Šeit ir pāris videoklipi, kuros parādīti abi uzbūvētie gaisa muskuļi darbībā.

Tagad sāksim veidot muskuļus!

1. solis: materiāli

Visi materiāli ir viegli pieejami vietnē Amazon.com, izņemot 3/8 collu pīto neilona sietu- tas ir pieejams no elektronikas piegādātājiem. Amazon pārdod pītu apvalku komplektu ar vairāku izmēru pītu sietu, bet precīzs materiāls ir nav norādīts-Amazon Jums būs nepieciešams gaisa avots: es izmantoju nelielu gaisa tvertni ar spiediena regulatoru, bet jūs varat arī izmantot velosipēda gaisa sūkni (jums būs jāizveido adapteris, lai tas darbotos ar 1/4 collu poli šļūteni). Gaisa tvertne- AmazonPressure regulators (būs nepieciešams 1/8 "NPT mātītes līdz 1/4" NPT vīriešu adapteris)- Amazon 1/4 "augstspiediena poli caurule- Amazonmultitool (skrūvgriezis, šķēres, knaibles, stieples griezēji)- Amazones šķiltavas mazajiem muskuļi: 1/4 "silikona vai lateksa caurules- Amazones 3/8" pinuma neilona sietiņa uzmava (skat. iepriekš) 1/8 "maza šļūtenes stieple (misiņš vai neilons)- Amazonsmaza skrūve (10-24 vītne ar 3/8 garumu) labi)- Amazonsteel drošības vads- Amazone lielajiem muskuļiem: 3/8 "silikona vai lateksa caurules- Amazon 1/2 collu pīta neilona sieta uzmava- Amazon1/ 8 collu vai līdzīga izmēra urbis- Amazon21/64 "urbis- Amazon1/8" x 27 NPT krāns- Amazon1/8 "šļūtenes stienis x 1/8" caurules vītnes adapteris- Amazonsmall šļūtenes skavas- Amazon3/4 "alumīnijs vai plastmasa stienis muskuļu galu veidošanai- AmazonDrošības piezīme- pārbaudot gaisa muskuļus, noteikti nēsājiet aizsargbrilles! Augsta spiediena šļūtene, kas izlec no vaļīga stiprinājuma, var izraisīt nopietnus savainojumus!

2. solis: Mazo muskuļu veidošana

Vispirms nogrieziet nelielu 1/4 collu silikona caurules garumu. Tagad ievietojiet mazo skrūvi vienā caurules galā un šļūtenes dzeloņstieņa otrā galā. Tagad sagrieziet 3/8 collu pīto piedurkni apmēram divas collas garāku par silikonu. caurule un izmantojiet šķiltavu, lai izkausētu pītās piedurknes galus, lai tā nesadalītos. Bīdiet pīto uzmavu virs silikona caurules un aptiniet katru caurules galu ar drošības stiepli un pievelciet to. Tagad izveidojiet dažas stiepļu cilpas un aptiniet tās ap katru pītās piedurknes galu. Kā alternatīvu stiepļu cilpu izmantošanai muskuļu galos, jūs varat padarīt piedurkni garāku un pēc tam salocīt to pāri muskuļa galam, veidojot cilpu (jums ir jāpiespiež gaisa savienojums)- pēc tam pievelciet stiepli ap to. Tagad pievienojiet 1/4 collu augstspiediena caurulīti un iesūknējiet nedaudz gaisa muskuļos, lai pārliecinātos, ka tas piepūšas bez noplūdes. Lai pārbaudītu gaisa muskuli, jums tas jāizstiepj līdz pilnam garumam, nospiežot to- tas ļaus tā ir maksimāla kontrakcija, kad tā ir saspiesta. Sāciet pievienot gaisu (līdz aptuveni 60 psi) un skatieties muskuļu kontrakciju!

3. solis: Lielo gaisa muskuļu veidošana

Lai izveidotu lielo muskuļu, es pagriezu dažus dzeloņstieņa galus no kāda 3/4 collu alumīnija stieņa- derēs arī plastmasa. Viens gals ir ciets. Otrā galā ir urbts 1/8 collu gaisa caurums un pēc tam tiek piesitināts 1 /8 "šļūteņu caurulītes vītnes adapteris. To veic, urbjot 21/64" caurumu perpendikulāri 1/8 "gaisa caurumam. Pēc tam ar 1/8" caurules vītnes krānu pieskarieties 21/64 "caurumam šļūtenes stieņa stiprinājums. Tagad izgrieziet 8 "garuma 3/8" gumijas caurules gaisa urīnpūslim un pabīdiet vienu galu virs viena no apstrādātajiem veidgabaliem. Pēc tam nogrieziet 1/2 collu pīto piedurkni 10 collu garumā (atcerieties izkausēt galus ar šķiltavām) un pabīdiet to pāri gumijas caurulei. Pēc tam pabīdiet gumijas caurules pretējo galu pāri atlikušajam mehāniski apstrādātajam gaisa savienojumam. Tagad droši nostipriniet katru caurules galu, izmantojot šļūtenes skavas. Lielāks muskulis darbojas tāpat kā mazāka versija- tikai pievienojiet gaisu un noskatieties, kā tas saraujas. Kad esat to noslogojis, jūs uzreiz sapratīsit, ka šis lielāks muskulis ir daudz spēcīgāks!

4. darbība: pārbaude un papildu informācija

Tagad, kad esat izveidojis dažus gaisa muskuļus, ir pienācis laiks tos izmantot. Izstiepiet muskuļus, lai tie sasniegtu maksimālo pagarinājumu, pievienojot svaru. Laba testa iekārta būtu izmantot piekārto svaru- diemžēl man nebija piekļuves, tāpēc man bija jāizmanto daži svari. Tagad lēnām sāciet pievienot gaisu ar 20 psi soli, līdz sasniedzat 60 psi. Pirmais, ko pamanāt, ir tas, ka muskuļi saraujas pakāpeniski mazākā daudzumā ar katru gaisa spiediena pieaugumu, līdz tas pilnībā saraujas. Tālāk jūs atklāsit, ka, palielinoties slodzei, muskuļu spēja sarauties samazinās arvien ātrāk, līdz tas vairs nespēj pacelt palielināto slodzi. Tas ir ļoti līdzīgi tam, kā darbojas cilvēka muskulis. Uzreiz ir pamanāms, ka muskuļu izmēra maiņai ir milzīga ietekme uz muskuļu darbību. Pie 22 mārciņām. @60psi, mazākais muskulis joprojām var pacelties, taču tas ne tuvu nav pilns kontrakcijas iegūšanas apjoms, savukārt lielāks muskulis var ļoti viegli iegūt pilnīgu kontrakciju. Gaisa muskuļu dinamiku ir diezgan grūti matemātiski modelēt, jo īpaši ņemot vērā to uzbūves mainīgo skaitu. Papildu lasīšanai iesaku apskatīties šeit: https://biorobots.cwru.edu/projects/bats/bats.htm Vairāki gaisa muskuļu pielietojumi ietver robotiku (īpaši biorobotiku), animatroniku, ortopēdiju/rehabilitāciju un protezēšanu. Tos var vadīt ar mikrokontrolleriem vai slēdžiem, izmantojot trīsceļu solenoīda gaisa vārstus, vai ar radio vadību, izmantojot servos darbināmus vārstus. Trīsceļu vārsts darbojas, vispirms piepildot urīnpūsli, turot gaisa spiedienu urīnpūslī un pēc tam iztukšojot urīnpūsli, lai to iztukšotu. Jāatceras, ka gaisa muskuļiem jābūt saspringtiem, lai tie darbotos pareizi. Piemēram, divi muskuļi bieži tiek izmantoti kopā, lai līdzsvarotu viens otru, lai pārvietotu robotu roku. Viens muskulis darbotos kā bicepss, bet otrs - tricepsa muskulis. Kopumā gaisa muskuļus var veidot dažāda garuma un diametra, lai tie atbilstu visdažādākajiem pielietojumiem, kur liela izturība un viegls svars ir kritiski svarīgi. To veiktspēja un ilgmūžība atšķiras atkarībā no vairākiem to konstrukcijas parametriem: 1) muskuļu garums2) muskuļu diametrs3) urīnpūšļa testēšanai izmantoto cauruļu veids Esmu lasījis, ka lateksa urīnpūsļiem parasti ir ilgāks kalpošanas laiks nekā silikona urīnpūsļiem, tomēr dažiem silikoniem ir lielāks izplešanās ātrums (līdz 1000%) un tie var izturēt lielāku spiedienu nekā latekss (liela daļa no tā būs atkarīga no precīzas caurules specifikācijas.) urīnpūšļa dzīves ilguma uzlabošana. Daži uzņēmumi ir izmantojuši spandeksa uzmavu starp urīnpūsli un sietu, lai samazinātu noberšanos. Stingrāka austa sieta ļauj vienmērīgāk sadalīt spiedienu uz urīnpūsli, samazinot urīnpūšļa stresu. 5) urīnpūšļa iepriekšēja sasprindzināšana (urīnpūslis ir īsāks par pīto sietu)- tas samazina kontakta laukumu (un līdz ar to arī nobrāzumu) starp urīnpūsli un pīto sietiņu uzmavu, kad muskuļi atrodas miera stāvoklī, un ļauj pītām acīm pilnībā reformu starp kontrakciju cikliem, uzlabojot tā noguruma ilgumu. Iepriekšējs urīnpūšļa sasprindzinājums uzlabo arī sākotnējo muskuļu kontrakciju, jo sākotnēji ir mazāks urīnpūšļa tilpums.6) Muskuļu gala korpusa konstrukcija- rādiusa malas samazina stresa koncentrāciju urīnpūslī. Kopumā, ņemot vērā to jaudas un svara attiecību, konstrukcijas vieglumu/zemās izmaksas un spēju atdarināt cilvēka muskuļu dinamiku, gaisa muskuļi piedāvā pievilcīgu alternatīvu tradicionālajiem mehānisko ierīču kustības līdzekļiem. Priecājieties tos veidot!: D