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

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:36

Morao sam stvoriti neke pokretače za animatronics projekt na kojem radim. Zračni mišići su vrlo moćni pokretači koji rade vrlo slično ljudskom mišiću i imaju fenomenalan omjer snage i težine- mogu djelovati vučnom silom do 400 puta većom od vlastite težine. Radit će kad su uvijeni ili savijeni i mogu raditi pod vodom. Također su jednostavni i jeftini za izradu! Zračni mišići (također poznati kao umjetni mišići McKibben 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. Kad se mokraćni mjehur napuhne, mreža se radijalno širi i aksijalno se skuplja (budući da se vlakna mreže ne mogu rastegnuti), skraćujući ukupnu duljinu mišića, a zatim stvarajući vučnu silu. Zračni mišići imaju performanse vrlo slične ljudskim mišićima- sila se smanjuje kako se mišić skuplja. To je posljedica promjene kuta isprepletanja pletene mreže dok se mišić skuplja- kako se mreža radijalno širi škarama poput pokreta, ona ima manju silu zbog toga što 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 jednako povećanje tlaka u mjehuru). Videozapisi pokazuju i ovaj učinak. Zračni mišići mogu se skupiti do 40% svoje duljine, ovisno o metodi i materijalima njihove konstrukcije. Plinski zakon kaže da ako povećate tlak povećavate i volumen cilindra koji se može proširiti (pod uvjetom da je temperatura konstantna.) mjehur je u konačnici ograničen fizičkim svojstvima opletenog rukavca od pletene mreže pa je za stvaranje veće vučne sile potrebno omogućiti povećanje efektivnog volumena mjehura- sila povlačenja mišića ovisi o duljini i promjera mišića, kao i njegove sposobnosti skupljanja zbog svojstava mrežaste čahure (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 pri istom tlaku zraka (60 psi), ali su imali različite promjere i duljine. Mali se mišić doista 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 dostupni na Amazon.com, osim 3/8 "najlonske pletenice- dostupna je od dobavljača elektronike. Amazon prodaje komplet pletenih rukava s nekoliko veličina pletene mreže, ali točan 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 radio s 1/4 "poli crijevom. Zračni spremnik- AmazonPressure regulator tlaka (trebat će muški adapter od 1/8 "NPT do 1/4" NPT muški adapter)- Amazon1/4 "visokotlačna poli cijev- Amazonmultitool (odvijač, škare, kliješta, rezači žice)- Amazon upaljač za male mišić: 1/4 "silikonske ili lateks cijevi- Amazon3/8" pleteni najlonski mrežasti rukav (vidi gore) 1/8 "mala crijeva od crijeva (mjed ili najlon)- Amazonsmall vijak (10-24 navoja po 3/8 u dužini radi bunar)- Amazonsteel sigurnosna žica- Amazon za veliki mišić: 3/8 "silikonske ili lateks cijevi- Amazon1/2" pleteni najlonski mrežasti rukav- Amazon1/ Svrdlo od 8 "ili slične veličine- svrdlo Amazon21/64"- svrdlo Amazon1/8 "x 27 NPT- Amazon1/8" crijevo bodlje x 1/8 "adapter za navoj cijevi- Amazonske male stezaljke za crijeva- Amazon3/4" aluminij ili plastika štap za izgradnju mišićnih krajeva- AmazonSafety napomena- pri testiranju zračnih mišića obavezno nosite zaštitne naočale! Crijevo visokog pritiska koje otkači labav spoj može uzrokovati ozbiljne ozljede!

Korak 2: Stvaranje malih mišića

Prvo izrežite malu duljinu 1/4 "silikonske cijevi. Sada umetnite mali vijak na jedan kraj cijevi, a crijevo na drugi kraj. Sada izrežite 3/8" pleteni rukav oko dva inča dulje od silikona cijev i upaljačem rastopiti krajeve pletenog rukavca kako se ne bi rastrgao. Gurnite pletenu čahuru preko silikonske cijevi i svaki kraj cijevi omotajte sigurnosnom žicom i zategnite je. 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 presaviti natrag preko kraja mišića, tvoreći petlju (morate progurati dovod zraka)- zatim zategnite žicu okolo toga. 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 duljine opterećenjem- to će omogućiti maksimalno se skuplja kad 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 izbušena rupa za zrak od 1/8", a zatim se lupka za 1 /8 "adapter za cijev s trnom za cijev. To se postiže bušenjem rupe 21/64" okomito na otvor za zrak 1/8 ". Zatim upotrijebite slavinu s navojem cijevi 1/8" da biste dotaknuli otvor 21/64 "za cijevni priključak. Sada izrežite gumenu cijev od 8 "duljine 3/8" za zračni mjehur i jednim krajem gurnite preko jedne od obrađenih armatura. Zatim izrežite 1/2 "pletene čahure dugačke 10" (ne zaboravite rastopiti krajeve upaljačem) i gurnite ga preko gumene cijevi. Zatim gurnite suprotni kraj gumene cijevi preko preostalog dorađenog zraka. 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 stavite u upotrebu. Ispružite mišiće tako da dodaju težinu da dosegnu svoje maksimalno rastezanje. Dobar ispitni uređaj bio bi korištenje viseće vage- nažalost nisam imao pristup jednoj pa sam morao koristiti neke utege. Sada polako počnite dodavati zrak u koracima od 20 psi dok ne dosegnete 60 psi. Prvo što primijetite je da se mišić sa svakim povećanjem tlaka zraka sve više smanjuje, dok se potpuno ne smanji. Zatim ćete otkriti da se s povećanjem opterećenja sposobnost mišića da se skuplja 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 rad mišića. Na 22 kg. @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 (osobito biorobotiku), animatroniku, ortotiku/rehabilitaciju i protetiku. Njima se može upravljati pomoću mikrokontrolera ili sklopki pomoću trosmjernih elektromagnetskih ventila za zrak ili radijskom kontrolom pomoću ventila kojima upravlja servo pogon. Trosmjerni ventil radi tako da najprije napuni mjehur, zadrži tlak zraka u mjehuru, a zatim odzrači mjehur kako bi ga ispuhao. Treba zapamtiti da zračni mišići moraju biti pod napetošću da bi radili ispravno. Na primjer, dva se mišića 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 izgraditi u svim vrstama duljina i promjera kako bi odgovarali širokom rasponu 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) duljina mišića2) promjer mišića3) vrsta cijevi koja se koristi za testiranje mjehura Pročitao sam da latesovi 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 točnoj specifikaciji cijevi.) 4) Vrsta korištene pletene mreže- neke pletene mreže manje su abrazivne od drugih, poboljšavajući životni vijek mjehura. Neke su tvrtke koristile spandex rukav između mjehura i mreže kako bi smanjile habanje. Čvršća tkana mreža omogućuje 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 omogućuje pletenoj mreži da potpuno reformu između ciklusa kontrakcije, poboljšavajući njezin vijek trajanja. Prednaprezanje mjehura također poboljšava početnu kontrakciju mišića zbog početnog manjeg volumena mjehura.6) Konstrukcija kućišta mišićnih krajeva- radijacijski 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 sredstvima kretanja za mehaničke uređaje. Zabavite se s njihovom izgradnjom!: D