Kako napraviti vazdušne mišiće!: 4 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:07

Morao sam stvoriti neke pokretače za animatronics projekt na kojem radim. Zračni mišići su vrlo moćni pokretači koji rade vrlo slično ljudskim mišićima i imaju fenomenalan omjer snage i težine- mogu primijeniti vučnu silu i do 400 puta veću od vlastite težine. Radit će kad su uvijeni ili savijeni i mogu raditi pod vodom. Lako je i jeftino za izradu! Zračni mišići (poznati i kao McKibben umjetni mišići ili pleteni pneumatski pokretači) prvotno su razvijeni od strane J. L. McKibbena 1950 -ih kao ortotički uređaj za oboljele od dječje paralize. Evo kako oni rade: Mišić se sastoji od gumene cijevi (mjehura ili jezgre) koja je okružena cjevastom mrežicom od pletenih vlakana. Kada se mjehur napuhne, mreža se širi radijalno i aksijalno se skuplja (budući da se mrežasta vlakna ne mogu rastegnuti), skraćujući ukupnu dužinu mišića i nakon toga stvarajući vučnu silu. Zračni mišići imaju karakteristike izvođenja vrlo slične ljudskim mišićima- sila koja se umanjuje smanjuje se pri kontrakciji mišića. To je posljedica promjene kuta isprepletanja pletene mreže dok se mišić skuplja- kako se mreža radijalno širi škarama poput pokreta, ona ima manju silu jer kut tkanja postaje sve plići kako se mišić skuplja (vidi donji dijagram - slika A pokazuje da će se mišić kontraktirati u većoj mjeri od slike C s obzirom na jednak porast pritiska u mjehuru). Video zapisi pokazuju i ovaj učinak. Zračni mišići mogu se skupiti do 40% svoje dužine, ovisno o metodi i materijalima njihove konstrukcije. Zakon o gasu kaže da ako povećate pritisak, povećavate i volumen cilindra koji se može proširiti (pod uvjetom da je temperatura konstantna.) mjehur je na kraju ograničen fizičkim svojstvima pletenog mrežastog rukava, pa da biste stvorili veću vučnu silu morate biti u mogućnosti povećati efektivni volumen mjehura- sila povlačenja mišića je funkcija dužine i promjera mišića, kao i njegove sposobnosti skupljanja zbog svojstava mrežaste čaure (građevinski materijal, broj vlakana, kut isprepletanja) i materijala mjehura. Konstruirao sam dva mišića različite veličine koristeći slične materijale da demonstriram ovaj princip- oba su radila pod istim pritiskom zraka (60 psi), ali su imali različite promjere i dužine. Mali mišić se zaista počinje boriti kada se na njega stavi neka težina, dok veći mišić uopće nema problema. Evo nekoliko video zapisa koji prikazuju oba izgrađena zračna mišića na djelu.

Idemo sad napraviti mišiće!

Korak 1: Materijali

Svi su materijali lako dostupni na Amazon.com, s izuzetkom 3/8 "najlonske pletenice- dostupna je od dobavljača elektronike. Amazon prodaje komplet pletenih rukava s nekoliko veličina pletene mreže, ali tačan materijal je nije navedeno-AmazonTrebat će vam izvor zraka: Koristio sam mali spremnik zraka s regulatorom tlaka, ali možete upotrijebiti i zračnu pumpu za bicikl (morat ćete napraviti adapter kako bi funkcionirao s 1/4 "poli crijevom. Rezervoar za vazduh- AmazonPress regulator pritiska (potreban mu je ženski adapter od 1/8 "NPT do 1/4" NPT muški adapter)- Amazon1/4 "poli-cijev visokog pritiska- Amazonmultitool (odvijač, škare, kliješta, rezači žice)- Amazon upaljač za male mišić: 1/4 "silikonske ili lateks cijevi- Amazon3/8" pletena najlonska mrežasta navlaka (vidi gore) 1/8 "mala šipka crijeva (mjed ili najlon)- Amazonsmall vijak (10-24 navoja po 3/8 dužine radi dobro)- Amazonsteel sigurnosna žica- Amazon za velike mišiće: 3/8 "silikonske ili lateks cijevi- Amazon1/2" pleteni najlonski mrežasti rukav- Amazon1/ Svrdlo od 8 "ili slične veličine- svrdlo Amazon21/64"- Amazon1/8 "x 27 NPT slavina- Amazon1/8" crijevo sa šipkom x 1/8 "adapter s cijevnim navojem- Amazonske male obujmice za crijeva- Amazon3/4" aluminij ili plastika štap za izgradnju mišićnih krajeva- AmazonSafety note- obavezno nosite zaštitne naočale prilikom testiranja vaših zračnih mišića! Crijevo visokog pritiska koje otkači labav spoj može uzrokovati ozbiljne ozljede!

Korak 2: Stvaranje malih mišića

Prvo izrežite malu duljinu silikonske cijevi od 1/4 ". Sada umetnite mali vijak na jedan kraj cijevi, a cijev na drugi kraj. Sada izrežite 3/8" pleteni rukav oko dva inča duže od silikona cijevi i upaljačem otopite krajeve pletenog rukava da se ne rastrga. Gurnite pleteni rukav preko silikonske cijevi i svaki kraj cijevi omotajte sigurnosnom žicom i zategnite. Sada napravite nekoliko žičanih petlji i omotajte ih oko svakog kraja pletenog rukava. Alternativno korištenju žičanih petlji na krajevima mišića, možete produžiti rukav, a zatim ga preklopiti natrag preko kraja mišića, formirajući petlju (morate progurati dovod zraka)- zatim zategnite žicu oko njega. Sada spojite cijev od 1/4 "pod visokim tlakom i ispumpajte malo zraka u mišić kako biste bili sigurni da se napuhuje bez curenja. Da biste testirali zračni mišić, morate ga rastegnuti do pune dužine opterećenjem- to će omogućiti maksimalno se skuplja kada je pod pritiskom. Počnite dodavati zrak (do oko 60 psi) i gledajte kako se mišići skupljaju!

Korak 3: Stvaranje velikog zračnog mišića

Da bih napravio veliki mišić, okrenuo sam neke bodljikave krajeve od neke aluminijske šipke od 3/4 "- plastika će također raditi. Jedan kraj je čvrst. Na drugom kraju je izbušen otvor za zrak 1/8", a zatim se lupka za 1 /8 "adapter za navoj cijevi sa trnom za crijevo. To se postiže bušenjem rupe od 21/64" okomito na otvor za zrak 1/8 ". Zatim upotrijebite slavinu za navoj cijevi od 1/8" da biste dodirnuli otvor 21/64 "za cijevni priključak. Sada izrežite gumenu cijev od 8 "duljine 3/8" za zračni mjehur i gurnite jedan kraj preko jedne od obrađenih armatura. Zatim odrežite 1/2 "pletene čaure dugačke 10" (ne zaboravite otopiti krajeve upaljačem) i gurnite ga preko gumene cijevi. Zatim gurnite suprotni kraj gumene cijevi preko preostalog zračnog priključka. Sada sigurno stegnite svaki kraj cijevi pomoću stezaljki za crijeva. Veći mišić radi kao i manja verzija- samo dodajte zrak i gledajte kako se skuplja. Nakon što ga stavite pod opterećenje, odmah ćete shvatiti da je ovaj veći mišić mnogo jači!

Korak 4: Testiranje i dodatne informacije

Sada kada ste napravili neke zračne mišiće, vrijeme je da ih upotrijebite. Ispružite mišiće tako da dodaju težinu da dosegnu maksimalnu ekstenziju. Dobar ispitni uređaj bio bi korištenje viseće vage- nažalost nisam joj imao pristup pa sam morao koristiti neke utege. Sada polako počnite dodavati zrak u koracima od 20 psi dok ne dosegnete 60 psi. Prva stvar koju primjećujete je da se mišić sa svakim povećanjem tlaka smanjuje sve više i više, sve dok se potpuno ne smanji. Zatim ćete otkriti da se s povećanjem opterećenja sposobnost mišića za kontrakciju smanjuje sve većom brzinom sve dok više ne može podići povećano opterećenje. Ovo je vrlo slično ponašanju ljudskog mišića. Odmah je uočljivo da promjena u veličini mišića ima veliki utjecaj na performanse mišića. Na 22 lbs. @60psi, manji se mišić i dalje može podići, ali nije ni blizu potpune kontrakcije, dok veći mišić vrlo lako može postići potpunu kontrakciju. Dinamiku zračnih mišića prilično je teško matematički modelirati, posebno s obzirom na broj varijabli u njihovoj konstrukciji. Za daljnje čitanje preporučujem da pogledate ovdje: https://biorobots.cwru.edu/projects/bats/bats.htmNekoliko aplikacija zračnih mišića uključuje robotiku (posebno biorobotiku), animatroniku, ortotiku/rehabilitaciju i protetiku. Njima se može upravljati pomoću mikrokontrolera ili prekidača pomoću trosmjernih elektromagnetnih ventila za zrak ili radijskom kontrolom pomoću ventila kojima upravlja servo pogon. Trokraki ventil radi tako da prvo napuni mjehur, zadrži tlak zraka u mjehuru, a zatim ga odzrači kako bi ga ispuhao. Treba zapamtiti da zračni mišići moraju biti pod napetošću kako bi pravilno radili. Na primjer, dva mišića se često koriste zajedno kako bi međusobno uravnotežili kretanje robotske ruke. Jedan bi mišić djelovao kao biceps, a drugi kao triceps. Sveukupno, zračni mišići mogu se konstruirati u svim vrstama dužina i promjera kako bi odgovarali širokom spektru primjena gdje su velika snaga i mala težina kritični. Njihove performanse i dugovječnost variraju ovisno o nekoliko parametara koji se odnose na njihovu konstrukciju: 1) Dužina mišića2) Promjer mišića3) Vrsta cijevi koja se koristi za testiranje mjehura Čitao sam da lateks mjehuri imaju duži vijek trajanja od silikonskih mjehura, međutim neki silikoni imaju veće stope širenja (do 1000%) i mogu držati veće pritiske od lateksa (mnogo toga ovisi o točnim specifikacijama cijevi.) 4) Vrsta pletene mreže koja se koristi- neke pletene mreže su manje abrazivne od drugih, produžava životni vek bešike. Neke kompanije su koristile spandex rukav između mjehura i mreže kako bi smanjile habanje. Čvršća tkana mreža omogućava ravnomjerniju raspodjelu pritiska na mjehur, smanjujući stres na mjehuru. 5) Prednaprezanje mjehura (mjehur je kraći od pletene mreže)- to uzrokuje smanjenje kontaktne površine (a time i abrazije) između mjehura i rukavaca od pletene mreže dok mišić miruje i omogućava pletenoj mreži da se potpuno reformu između ciklusa kontrakcije, poboljšavajući životni vijek zamora. Prednaprezanje mjehura također poboljšava početnu kontrakciju mišića zbog početnog manjeg volumena mjehura.6) Konstrukcija kućišta završetka mišića- radijusni rubovi smanjuju koncentraciju naprezanja na mjehuru. Sve u svemu, s obzirom na njihov omjer snage i težine, lakoću/niske troškove izgradnje i sposobnost oponašanja dinamike ljudskih mišića, zračni mišići nude atraktivnu alternativu tradicionalnim načinima kretanja za mehaničke uređaje. Zabavite se s njihovom izgradnjom!: D