Com fer músculs de l'aire !: 4 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:14

Necessitava crear alguns actuadors per a un projecte d’animatrònica en què estic treballant. Els músculs de l'aire són actuadors molt potents que funcionen de manera molt similar a la dels músculs humans i tenen una relació fenomenal força / pes; poden exercir una força de tracció fins a 400 vegades el seu propi pes. Funcionaran quan es torcen o es doblegen i poden funcionar sota l’aigua. També són fàcils i econòmics de fabricar. Els músculs de l’aire (també coneguts com a múscul artificial de McKibben o actuadors pneumàtics trenats) van ser desenvolupats originalment per J. L. McKibben a la dècada de 1950 com a aparell ortèsic per a pacients amb poliomielitis. Així és com funcionen: el múscul està format per un tub de goma (bufeta o nucli) que està envoltat per un mànec tubular de malla de fibra trenada. Quan la bufeta s’infla, la malla s’expandeix radialment i es contrau axialment (ja que les fibres de la malla són inextensibles), escurçant la longitud total del múscul i produint posteriorment una força de tracció. Els músculs de l'aire tenen característiques de rendiment molt similars als músculs humans: la força exercida disminueix a mesura que es contrau. Això es deu al canvi en l’angle d’entrellat de la malla trenada a mesura que el múscul es contrau, ja que la malla s’expandeix radialment en una tisora com un moviment, exerceix menys força a causa que l’angle de teixit es fa cada vegada més superficial a mesura que el múscul es contrau (vegeu el diagrama següent - La figura A mostra que el múscul es contraurà en major grau que la figura C donat un augment igual de la pressió de la bufeta). Els vídeos també mostren aquest efecte. Els músculs de l’aire poden contraure’s fins a un 40% de la seva longitud, segons el mètode i els materials de la seva construcció. la bufeta queda limitada en última instància per les propietats físiques de la màniga de malla trenada, de manera que, per crear una força de tracció més gran, cal augmentar el volum efectiu de la bufeta; la força de tracció del múscul és una funció de la longitud i diàmetre del múscul, així com la seva capacitat de contraure's a causa de les propietats de la màniga de malla (material de construcció, nombre de fibres, angle d'entrellat) i material de la bufeta. Vaig construir dos músculs de mides diferents amb materials similars per demostrar aquest principi: tots dos funcionaven a la mateixa pressió d’aire (60 psi), però tenien diferents diàmetres i longituds. El múscul petit comença a tenir dificultats quan es posa una mica de pes, mentre que el múscul més gran no té problemes. Aquí teniu un parell de vídeos que mostren els dos músculs de l'aire construït en acció.

Ara anem a fer uns músculs!

Pas 1: materials

Tots els materials estan disponibles a Amazon.com, a excepció de la malla de niló trenat de 3/8 ", està disponible als proveïdors d’electrònica. Amazon ven un kit de mànigues trenades amb diverses mides de malla trenada, però el material exacte és no s’indica-Amazon Necessitareu una font d’aire: he utilitzat un petit dipòsit d’aire amb un regulador de pressió, però també podeu utilitzar una bomba d’aire per a bicicletes (haureu de fabricar un adaptador perquè funcioni amb la mànega poli de 1/4 ". Depòsit d’aire- Regulador AmazonPressure (requerirà un adaptador macho NPT de 1/8 "femella a 1/4" NPT) - Tub poli d'alta pressió Amazon1 / 4 "- Amazonmultitool (tornavís, tisores, alicates, talladors de fil) - Amazonlighter per a la petita múscul: tub de silicona o làtex de 1/4 ": màniga de malla de niló trenat Amazon3 / 8" (vegeu més amunt) Mànega petita de 1/8 "(llautó o niló) - Pernell amazònic (fil de 10-24 per 3/8 de longitud) bé) - Cable de seguretat Amazonsteel- Amazon per al múscul gran: tub de silicona o làtex de 3/8 "- Funda de malla de niló trenada Amazon1 / 2" Amazon1 / Broca de 8 "o similar - Broca Amazon21 / 64" - Broca Amazon1 / 8 "x 27 NPT- Ampolla de mànega Amazon1 / 8" x Adaptador de fil de canonada 1/8 "- Brides de mànega amazones - Amazon3 / 4" d'alumini o plàstic vareta per construir els extrems musculars: nota de seguretat Amazon. Assegureu-vos que porteu ulleres de seguretat quan proveu els músculs de l'aire. Una mànega d’alta pressió que es desprengui d’un ajust solt pot causar lesions greus.

Pas 2: fer múscul petit

Primer, talleu una petita longitud del tub de silicona de 1/4 ". Ara introduïu el cargol petit en un extrem del tub i la barra de mànega a l'altre extrem. Ara talleu la màniga trenada de 3/8" aproximadament dues polzades més que la silicona. tub i utilitzeu un encenedor per fondre els extrems de la màniga trenada perquè no es desfaci. Feu lliscar la màniga trenada sobre el tub de silicona i embolcalleu cada extrem del tub amb el cable de seguretat i estrenyeu-lo. Ara feu uns bucles de filferro i emboliqueu-los al voltant de cada extrem de la màniga trenada. Com a alternativa a l’ús de bucles de filferro als extrems del múscul, podeu allargar la màniga i tornar-la a plegar sobre l’extrem del múscul formant un bucle (heu d’empènyer l’ajust d’aire); al seu voltant. Ara connecteu el tub d'alta pressió de 1/4 "i bombeu una mica d'aire al múscul per assegurar-vos que s'infla sense filtrar-se. Per provar el múscul de l'aire, heu d'estirar-lo a tota la seva longitud posant-hi una càrrega; això permetrà Comença a afegir aire (fins a uns 60 psi) i observa com es contrau el múscul.

Pas 3: Fer múscul de l'aire gran

Per fer el múscul gran, vaig girar alguns extrems de pues d'alguna barra d'alumini de 3/4 "; també funcionarà el plàstic. Un extrem és sòlid. L'altre extrem té un forat d'aire de 1/8" perforat i després es fa un toc per obtenir un 1 Adaptador de fil de canonada de mànega de 8 ". Això es realitza perforant un forat de 21/64" perpendicular al forat d'aire de 1/8 ". A continuació, utilitzeu una aixeta de fil de canonada de 1/8" per tocar el forat de 21/64 "per al de mànega. Ara talleu un tub de cautxú de 8 "de longitud de 3/8" per a la bufeta d'aire i feu lliscar un extrem sobre un dels accessoris mecanitzats. A continuació, talleu una màniga trenada de 1/2 "de 10" de llarg (recordeu de fondre els extrems amb un encenedor) i fes-lo lliscar sobre el tub de goma. A continuació, fes lliscar l'extrem oposat del tub de goma per sobre de l'accessori d'aire mecanitzat restant. Ara subjecta de forma segura cada extrem del tub mitjançant mordasses de mànega. El múscul més gran funciona igual que la versió més petita. afegiu aire i observeu com es contrau. Un cop el carregueu, de seguida us adonareu que aquest múscul més gran és molt més fort.

Pas 4: proves i informació addicional

Ara que heu creat músculs de l’aire, és hora de fer-los servir. Estireu els músculs perquè arribin a la màxima extensió afegint pes. Una bona plataforma de prova seria fer servir una bàscula penjant, per desgràcia no en tenia accés, de manera que vaig haver d’utilitzar algunes peses. Ara, lentament, comenceu a afegir aire en increments de 20 psi fins arribar a 60 psi. El primer que observeu és que el múscul es contrau una quantitat progressivament menor amb cada augment incremental de la pressió de l'aire fins que es contrau completament. A continuació, trobareu que a mesura que augmenta la càrrega, la capacitat de contraure's del múscul disminueix a un ritme creixent fins que ja no pot aixecar la càrrega augmentada. Això és molt similar al funcionament d’un múscul humà. De seguida es nota que un canvi en la mida del múscul té un gran efecte en el rendiment del múscul. A 22 lliures. @ 60psi, el múscul més petit encara pot aixecar-se, però no és gairebé capaç d'obtenir una contracció completa, mentre que el múscul més gran pot obtenir una contracció completa fàcilment.. Per obtenir més informació, recomano fer una ullada aquí: https://biorobots.cwru.edu/projects/bats/bats.htm Diverses aplicacions dels músculs de l'aire inclouen la robòtica (especialment la biorobòtica), l'animatrònica, l'ortesi / rehabilitació i la pròtesi. Es poden controlar mitjançant microcontroladors o interruptors mitjançant electrovàlvules d'aire de tres vies o mitjançant radiocontrol mitjançant vàlvules accionades per servos. Una vàlvula de tres vies funciona primer omplint la bufeta, mantenint la pressió de l’aire a la bufeta i després ventilant la bufeta per desinflar-la. El que cal recordar és que els músculs de l’aire han d’estar sota tensió per funcionar correctament. Com a exemple, sovint s’utilitzen dos músculs conjuntament per equilibrar-se entre si per moure un braç robòtic. Un múscul actuaria com a bíceps i l’altre com a múscul tríceps. En general, els músculs de l’aire es poden construir en tota mena de longituds i diàmetres per adaptar-se a una àmplia varietat d’aplicacions en què l’elevada resistència i el pes lleuger són fonamentals. El seu rendiment i la seva longevitat varien segons diversos paràmetres quant a la seva construcció: 1) Longitud del múscul 2) Diàmetre del múscul 3) Tipus de tub que s’utilitza per fer proves de bufeta He llegit que les bufetes de làtex solen tenir una vida útil més llarga que les de silicona, no obstant això, algunes silicones tenen taxes d’expansió més grans (fins a un 1000%) i poden mantenir pressions més altes que el làtex (gran part d’això dependrà de l’especificació exacta del tub.) 4) Tipus de malla trenada que s’utilitza; millorar la vida útil de la bufeta. Algunes empreses han utilitzat una màniga spandex entre la bufeta i la malla per reduir l’abrasió. Una malla teixida més estreta permet una distribució de la pressió més uniforme a la bufeta, reduint l’estrès a la bufeta. 5) Estressament previ de la bufeta (la bufeta és més curta que la malla trenada): això provoca una reducció de l’àrea de contacte (i, per tant, abrasió) entre la bufeta i la màniga de malla trenada quan el múscul està en repòs i permet que la malla trenada es completi reforma entre cicles de contracció, millorant la seva vida per fatiga. La tensió prèvia de la bufeta també millora la contracció inicial del múscul a causa del menor volum inicial de la bufeta. Tot plegat, atesa la seva relació potència-pes, facilitat / baix cost de construcció i capacitat per imitar la dinàmica dels músculs humans, els músculs de l’aire ofereixen una atractiva alternativa als mitjans tradicionals de moviment per a dispositius mecànics.: D