Cum să faci mușchii aerului !: 4 pași (cu imagini)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:44

Aveam nevoie să creez niște actuatoare pentru un proiect de animatronică la care lucrez. Mușchii aerului sunt actuatori foarte puternici care funcționează foarte asemănător cu mușchiul uman și au un raport fenomenal forță / greutate - pot exercita o forță de tracțiune de până la 400 de ori greutatea lor. Acestea vor funcționa când sunt răsucite sau îndoite și pot funcționa sub apă. Sunt, de asemenea, ușor și ieftin de realizat! Mușchii aerului (cunoscuți și ca mușchi artificial McKibben sau actuatoare pneumatice împletite) au fost inițial dezvoltate de J. L. McKibben în anii 1950 ca aparat ortetic pentru pacienții cu poliomielită. Iată cum funcționează: mușchiul este format dintr-un tub de cauciuc (vezică sau miez) care este înconjurat de un manșon tubular împletit din fibră. Când vezica este umflată, ochiurile se extind radial și se contractă axial (deoarece fibrele ochiurilor sunt inextensibile), scurtând lungimea totală a mușchiului și producând ulterior o forță de tragere. Mușchii aerului au caracteristici de performanță foarte asemănătoare cu mușchii umani - forța exercitată scade pe măsură ce mușchiul se contractă. Acest lucru se datorează schimbării unghiului de împletitură a ochiului împletit pe măsură ce mușchiul se contractă - deoarece ochiul se extinde radial într-o foarfecă ca mișcare, exercită o forță mai mică datorită unghiului de țesut care devine din ce în ce mai superficial pe măsură ce mușchiul se contractă (vezi diagrama de mai jos - figura A arată că mușchiul se va contracta într-un grad mai mare decât figura C, având în vedere o creștere egală a presiunii vezicii urinare). Videoclipurile arată și acest efect. Mușchii aerului se pot contracta până la 40% din lungimea lor, în funcție de metoda și materialele de construcție ale acestora. Legea gazelor prevede că, dacă creșteți presiunea, creșteți și volumul unui cilindru expandabil (cu condiția ca temperatura să fie constantă). vezica urinară este în cele din urmă constrânsă de proprietățile fizice ale manșonului de plasă împletit, astfel încât, pentru a crea o forță de tragere mai mare, trebuie să puteți crește volumul efectiv al vezicii urinare - forța de tragere a mușchiului este o funcție a lungimii și diametrul mușchiului, precum și capacitatea acestuia de a se contracta datorită proprietăților manșonului de plasă (materialul de construcție, numărul de fibre, unghiul de împletit) și materialul vezicii urinare. Am construit doi mușchi de dimensiuni diferite folosind materiale similare pentru a demonstra acest principiu - ambii au fost operați la aceeași presiune a aerului (60 psi), dar aveau diametre și lungimi diferite. Mușchiul mic începe cu adevărat să se lupte atunci când este pusă o anumită greutate, în timp ce mușchiul mai mare nu are deloc probleme. Iată câteva videoclipuri care prezintă ambii mușchi ai aerului construiți în acțiune.

Acum hai să facem niște mușchi!

Pasul 1: Materiale

Toate materialele sunt disponibile pe Amazon.com, cu excepția ochiurilor de nailon împletite de 3/8 "- sunt disponibile de la furnizorii de produse electronice. Amazon vinde un set de mâneci împletite cu mai multe dimensiuni de ochiuri împletite, dar materialul exact este nedeclarat-Amazon Veți avea nevoie de o sursă de aer: am folosit un rezervor de aer mic, cu un regulator de presiune, dar puteți folosi și o pompă de aer pentru bicicletă (va trebui să faceți un adaptor pentru a funcționa cu furtunul poli de 1/4 ". Rezervor de aer - Regulator AmazonPressure (va necesita un adaptor tată 1/8 "NPT la 1/4" NPT tată) - Tuburi poli de înaltă presiune Amazon 1/4 "- Amazonmultitool (șurubelniță, foarfece, clești, tăietori de sârmă) - Amazonlighter pentru cei mici mușchi: tuburi din silicon sau latex de 1/4 "- manșon din plasă din nailon împletit Amazon3 / 8" (vezi mai sus) furtun mic de 1/8 "(alamă sau nailon) - șurub mic Amazon (filet de 10-24 pe lungime de 3/8 bine) - Sârmă de siguranță Amazonsteel - Amazon pentru mușchiul mare: tub de silicon sau latex de 3/8 "- Manșon din plasă din nailon împletit Amazon1 / 2" - Amazon1 / Burghie de 8 "sau de dimensiuni similare - Burghie Amazon21 / 64" - Burghiu Amazon1 / 8 "x 27 NPT - Furtun Amazon1 / 8" furtun x Adaptor filet de conductă 1/8 "- Cleme pentru furtun amazoni - Amazon3 / 4" aluminiu sau plastic tija pentru a construi capetele musculare - Notă de siguranță Amazon - asigurați-vă că purtați ochelari de siguranță atunci când vă testați mușchii aerului! Un furtun de înaltă presiune care se desprinde dintr-un accesoriu slăbit ar putea provoca vătămări grave!

Pasul 2: Crearea musculaturii mici

Mai întâi tăiați o lungime mică a tubului de silicon de 1/4 ". Acum introduceți șurubul mic într-un capăt al tubului și bara furtunului în celălalt capăt. Acum tăiați manșonul împletit de 3/8" cu aproximativ doi inci mai lung decât siliconul tubul și folosiți o brichetă pentru a topi capetele mânecii împletite, astfel încât să nu se despartă. Glisați manșonul împletit peste tubulatura din silicon și înfășurați fiecare capăt al tubului cu firul de siguranță și strângeți-l. Acum faceți niște bucle de sârmă și înfășurați-le în jurul fiecărui capăt al manșonului împletit. Ca alternativă la utilizarea buclelor de sârmă la capetele mușchiului, puteți face manșonul mai lung și apoi îl puteți plia înapoi peste capătul mușchiului, formând o buclă (trebuie să împingeți fitingul de aer prin) - apoi strângeți firul în jurul ei. Acum conectați tubulatura de 1/4 "de înaltă presiune și pompați puțin aer în mușchi pentru a vă asigura că se umflă fără scurgeri. Pentru a testa mușchiul aerian, trebuie să-l întindeți pe toată lungimea acestuia, punând o sarcină pe el - acest lucru va permite contracția maximă atunci când este presurizată. Începeți să adăugați aer (până la aproximativ 60 psi) și urmăriți contractul muscular!

Pasul 3: Creșterea mușchiului aerului mare

Pentru a face mușchiul mare, am întors niște capete ghimpate din niște tije de aluminiu de 3/4 "- va funcționa și plasticul. Un capăt este solid. Celălalt capăt are o gaură de aer de 1/8" găurită în el și apoi este bătut pentru un 1 Adaptor pentru filet de conductă cu furtun de 8 ". Acest lucru se realizează prin găurirea unui orificiu de 21/64" perpendicular pe orificiul de aer de 1/8 ". Apoi, utilizați un robinet de filet de țeavă de 1/8" pentru a atinge orificiul de 21/64 "pentru racord furtun. Acum tăiați un tub de cauciuc de 8 "lungime de 3/8" pentru vezica de aer și glisați un capăt peste unul dintre accesoriile prelucrate. cu o brichetă) și glisați-l peste tubul de cauciuc. Apoi glisați capătul opus al tubului de cauciuc peste racordul de aer prelucrat rămas. Acum fixați în siguranță fiecare capăt al tubului folosind cleme pentru furtun. Mușchiul mai mare funcționează la fel ca versiunea mai mică - doar adăugați aer și urmăriți-l cum se contractă. După ce îl puneți sub sarcină, veți realiza imediat că acest mușchi mai mare este mult mai puternic!

Pasul 4: Testare și informații suplimentare

Acum, după ce ați făcut niște mușchi ai aerului, este timpul să le folosiți. Întindeți mușchii, astfel încât să ajungă la extinderea maximă adăugând greutate. O platformă de testare bună ar fi să folosesc o cântar suspendată - din păcate nu am avut acces la una, așa că a trebuit să folosesc niște greutăți. Acum începeți încet să adăugați aer în trepte de 20 psi până când ajungeți la 60 psi. Primul lucru pe care îl observați este că mușchiul contractă o cantitate progresiv mai mică cu fiecare creștere incrementală a presiunii aerului până când se contractă complet. Apoi veți descoperi că, pe măsură ce sarcina crește, capacitatea mușchilor de a se contracta scade cu o rată crescândă până când nu mai poate ridica sarcina crescută. Acest lucru este foarte similar cu performanța unui mușchi uman. Se observă imediat că o modificare a dimensiunii mușchiului are un efect uriaș asupra performanței mușchiului. La 22lbs. @ 60psi, mușchiul mai mic se poate ridica, dar nu este nici pe departe obținerea contracției complete, în timp ce mușchiul mai mare poate obține foarte ușor contracția completă. Dinamica mușchilor aerului este destul de dificil de modelat matematic, mai ales având în vedere numărul de variabile din construcția lor. Pentru lecturi suplimentare, vă recomand să aruncați o privire aici: https://biorobots.cwru.edu/projects/bats/bats.htm Mai multe aplicații ale mușchilor aerului includ robotică (în special biorobotică), animatronică, orteză / reabilitare și proteză. Acestea pot fi controlate de microcontrolere sau comutatoare folosind electrovalve cu trei căi de aer sau prin control radio folosind supape acționate de servomotoare. O supapă cu trei căi funcționează umplând mai întâi vezica, ținând presiunea aerului în vezică și apoi ventilând vezica pentru a o dezumfla. Lucrul de reținut este că mușchii aerului trebuie să fie sub tensiune pentru a funcționa corect. De exemplu, doi mușchi sunt adesea folosiți împreună pentru a se echilibra reciproc pentru a mișca un braț robotizat. Un mușchi ar acționa ca bicep și celălalt ca mușchi triceps. În general, mușchii aerului pot fi construiți în tot felul de lungimi și diametre pentru a se potrivi unei mari varietăți de aplicații în care rezistența ridicată și greutatea redusă sunt critice. Performanța și longevitatea lor variază în funcție de mai mulți parametri în ceea ce privește construcția lor: 1) Lungimea mușchiului 2) Diametrul mușchiului 3) Tipul de tuburi utilizate pentru testarea vezicii urinare Am citit că buzele din latex tind să aibă o durată de viață mai mare decât cele din silicon, cu toate acestea, unii siliconi au rate de expansiune mai mari (până la 1000%) și pot suporta presiuni mai mari decât latexul (o mare parte din acestea vor depinde de specificația exactă a tubului.) 4) Tipul de plasă împletită utilizată - unele ochiuri împletite sunt mai puțin abrazive decât altele, îmbunătățirea duratei de viață a vezicii urinare. Unele companii au folosit un manșon spandex între vezică și plasă pentru a reduce abraziunea. O plasă țesută mai strânsă permite o distribuție mai uniformă a presiunii pe vezică, reducând stresul pe vezică. 5) Pre-stresarea vezicii (vezica este mai scurtă decât plasa împletită) - aceasta determină o reducere a zonei de contact (și, prin urmare, abraziune) între vezică și plasa împletită, atunci când mușchiul este în repaus și permite plăcii împletite să se completeze reformă între ciclurile de contracție, îmbunătățind durata de viață a oboselii. Pre-stresarea vezicii urinare îmbunătățește, de asemenea, contracția inițială a mușchiului datorită volumului inițial mai mic al vezicii urinare. Una peste alta, având în vedere raportul putere-greutate, ușurința / costul redus de construcție și capacitatea de a imita dinamica mușchilor umani, mușchii aerului oferă o alternativă atractivă la mijloacele tradiționale de mișcare pentru dispozitivele mecanice.: D