איך להכין שרירי אוויר !: 4 שלבים (עם תמונות)

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:15

הייתי צריך ליצור כמה מפעילים לפרויקט אנימטרוניקה שאני עובד עליו. שרירי אוויר הם מפעילים חזקים מאוד הפועלים בדומה מאוד לשריר אנושי ובעלי יחס פנומנלי למשקל- הם יכולים להפעיל כוח משיכה עד פי 400 ממשקלם שלהם. הם יעבדו כשהם מעוותים או מכופפים ויכולים לעבוד מתחת למים. הם גם קלים וזולים! שרירי אוויר (הידועים גם בשם שריר מלאכותי מקיבבן או מפעילים פנאומטיים קלועים) פותחו במקור על ידי ג'יי.ל מק'קיבן בשנות החמישים כמכשיר אורתטי לחולי פוליו. כך הם עובדים: השריר מורכב מצינור גומי (שלפוחית השתן או הליבה) המוקף בשרוול רשת סיבים קלוע צינורי. כאשר שלפוחית השתן מנופחת הרשת מתרחבת באופן רדיאלי ומתכווצת בצורה צירית (מכיוון שסיבי הרשת אינם ניתנים להרחבה), מקצרים את אורך השריר הכולל ובהמשך מייצרים כוח משיכה. לשרירי אוויר יש מאפייני ביצוע הדומים מאוד לשרירי האדם- הכוח המופעל יורד ככל שהשריר מתכווץ. זה נובע מהשינוי בזווית השזירה של הרשת הצמה כשהשריר מתכווץ- כשהרשת מתרחבת באופן רדיאלי במספריים כמו תנועה היא מפעילה פחות כוח בגלל שזווית האריגה הופכת רדודה יותר ויותר ככל שהשריר מתכווץ (ראו תרשים להלן איור A מראה כי השריר יתכווץ במידה רבה יותר מאשר איור C בהתחשב בעלייה שווה בלחץ השלפוחית). הסרטונים מראים גם השפעה זו. שרירי אוויר יכולים לכווץ עד 40% מאורכם, בהתאם לשיטה ולחומרי בנייתם. חוקי הגז קובעים שאם אתה מגביר את הלחץ אתה גם מגדיל את נפחו של גליל הניתן להרחבה (בתנאי שהטמפרטורה קבועה.) נפח ההתרחבות של השלפוחית מוגבלת בסופו של דבר על ידי התכונות הפיזיות של שרוול הרשת הצמה כך שעל מנת ליצור כוח משיכה גדול יותר עליך להיות מסוגל להגדיל את נפח האפקטיבי של שלפוחית השתן- כוח המשיכה של השריר הוא פונקציה של האורך וה קוטר השריר וכן יכולתו להתכווץ בשל תכונות שרוול הרשת (חומר בנייה, מספר סיבים, זווית שזירה) וחומר שלפוחית השתן. בניתי שני שרירים בגדלים שונים באמצעות חומרים דומים כדי להדגים את העיקרון הזה- שניהם הופעלו באותו לחץ אוויר (60psi) אך בעלי קוטר ואורכים שונים. השריר הקטן באמת מתחיל להיאבק כאשר שמים עליו משקל כלשהו בעוד לשריר הגדול יותר אין בעיות כלל. להלן כמה סרטונים המציגים את שני שרירי האוויר הבנויים בפעולה.

עכשיו בוא נלך לעשות קצת שרירים!

שלב 1: חומרים

כל החומרים זמינים ב- Amazon.com, למעט רשת ניילון קלועה בגודל 3/8 אינץ '- היא זמינה מספקי אלקטרוניקה. אמזון אכן מוכרת ערכת שרוולים צמה עם מספר גדלים של רשת קלוע אך החומר המדויק הוא לא נאמר-אמזון תזדקק למקור אוויר: השתמשתי במיכל אוויר קטן עם ווסת לחץ, אך תוכל גם להשתמש במשאבת אוויר לאופניים (תצטרך ליצור מתאם כדי שיעבוד עם צינור הפולי 1/4 אינץ '.מיכל אוויר- ווסת לחץ אמזון (ידרוש מתאם NPT בגודל 1/8 אינץ 'עד 1/4 אינץ' NPT)- צינורות פולי אמזון 1/4 "בלחץ גבוה- אמזון מולטי טול (מברג, מספריים, צבת, חותכי תיל)- מצית אמזון לקטנים שריר: צינורות סיליקון או לטקס בגודל 1/4 אינץ '- שרוול רשת ניילון קלועה באמזון 3/8 אינץ' (ראו למעלה) דק צינור קטן (פליז או ניילון) בגודל 1/8 אינץ '- בורג אמזון קטן (חוט בגודל 10-24 באורך 3/8 באורך ובכן)- חוט בטיחות Amazonsteel- אמזון לשריר הגדול: צינורות סיליקון או לטקס 3/8 אינץ'- שרוול רשת ניילון קלועה אמזון 1/2 "- Amazon1/ מקדח בגודל 8 אינץ 'או בגודל דומה- מקדח אמזון 21/64 אינץ'- ברז NPT אמזון 1/4 "x 27" ברז צינור אמזון 1/8 "x 1/8 אינץ 'מתאם חוט צינור- מהדקי צינור אמזון-קטנים" אלומיניום או פלסטיק אמזון 3/4 אינץ' מוט לבניית קצות השרירים- אמזון הערת בטיחות- וודא שאתה מרכיב משקפי בטיחות בעת בדיקת שרירי האוויר שלך! צינור בלחץ גבוה שיוצא ממתאם רופף עלול לגרום לפציעה חמורה!

שלב 2: הכנת השריר הקטן

תחילה חתכו אורך קטן של צינור הסיליקון בגודל 1/4 אינץ '. כעת הכנס את הבורג הקטן לקצה אחד של הצינור ואת מברשת הצינור בקצה השני. כעת חתוך את שרוול הקליעה בגודל 3/8 אינץ' באורך של כשני סנטימטרים מהסיליקון. צינור והשתמש במצית כדי להמיס את קצות השרוול הקלוע כך שלא יתפרק. החלק את שרוול הקלוע על צינור הסיליקון ועטוף כל קצה הצינור בחוט הבטיחות והדק אותו. כעת צור כמה לולאות חוט ועטף אותן סביב כל קצה שרוול הקלוע. כחלופה לשימוש בלולאות חוט בקצוות השריר, אתה יכול להאריך את השרוול ולאחר מכן לקפל אותו חזרה על קצה השריר, וליצור לולאה (עליך לדחוף את התאמת האוויר)- ואז להדק את החוט מסביב לזה. כעת חבר את צינורות הלחץ הגבוה בגודל 1/4 אינץ 'ושאיב מעט אוויר לשריר כדי לוודא שהוא מתנפח מבלי לדלוף. כדי לבדוק את שריר האוויר עליך למתוח אותו לכל אורכו על ידי העמסת עליו- זה יאפשר זה הכיווץ המרבי כשהוא לחוץ. התחל להוסיף אוויר (עד כ- 60psi) וצפה בשריר מתכווץ!

שלב 3: הכנת שריר האוויר הגדול

כדי להפוך את השריר הגדול הפכתי כמה קצוות דוקרנים מכמה מוט אלומיניום בגודל 3/4 אינץ '- פלסטיק יעבוד גם הוא. קצה אחד מוצק. בקצה השני יש חור אוויר בגודל 1/8 אינץ' ולאחר מכן מקישים אותו על 1 /8 "מתאם חוט צינור דוקר. זה נעשה על ידי קידוח חור 21/64" בניצב לחור האוויר 1/8 ". לאחר מכן השתמש בברז חוט צינור 1/8" כדי להקיש על החור 21/64 "עבור החור. התאמת מברשת צינור. כעת חותכים צינור גומי באורך 8 אינץ 'לשלפוחית האוויר ומחליקים קצה אחד על אחד מהאביזרים המעובדים. לאחר מכן חותכים כ- 1/2 "שרוול קלוע באורך 10" (זכור להמיס את הקצוות עם מצית) והחלק אותו מעל צינור הגומי. לאחר מכן החלק את הקצה הנגדי של צינור הגומי מעל אביזר האוויר המעובד שנותר. כעת מהדק היטב כל קצה של הצינור בעזרת מלחציים. השריר הגדול יותר עובד בדיוק כמו גרסה קטנה יותר- רק הוסיפו אוויר וצפו בו מתכווץ. ברגע שתעמיסו אותו תיווכחו מיד שתבינו שהשריר הגדול הזה הרבה יותר חזק!

שלב 4: בדיקה ומידע נוסף

עכשיו לאחר שיצרת כמה שרירי אוויר הגיע הזמן להשתמש בהם. למתוח את השרירים כך שיגיעו להרחבה המרבית שלהם על ידי הוספת משקל. אסדת בדיקה טובה תהיה להשתמש בסקאלה תלויה- לצערי לא הייתה לי גישה לאחת ולכן נאלצתי להשתמש בכמה משקולות. עכשיו התחל לאט לאט להוסיף אוויר במרווחים של 20psi עד שתגיע ל- 60psi. הדבר הראשון שאתה מבחין בו הוא שהשריר מכווץ כמות קטנה יותר בהדרגה עם כל עלייה מתמשכת בלחץ האוויר עד שהוא מתכווץ במלואו. בשלב הבא תגלו שככל שהעומס גדל היכולת של השריר להתכווץ פוחתת בקצב הולך וגובר עד שהוא כבר לא יכול להרים את העומס המוגבר. זה מאוד דומה לאופן בו שריר אנושי מתפקד. מיד ניכר כי לשינוי בגודל השריר יש השפעה עצומה על ביצועי השריר. במשקל 22 ק ג. @60psi, השריר הקטן עדיין יכול להתרומם, אך הוא לא נמצא בשום מקום להתכווצות מלאה בעוד שהשריר הגדול יותר יכול בקלות לקבל התכווצות מלאה. הדינמיקה של שרירי האוויר קשה למדי למודל מתמטי, במיוחד בהתחשב במספר המשתנים בבנייתם.. לקריאה נוספת אני ממליץ להציץ כאן: https://biorobots.cwru.edu/projects/bats/bats.htm יישומים רבים של שרירי אוויר כוללים רובוטיקה (במיוחד ביו -רובוטיקה), אנימטרוניקה, אורתטיקה/שיקום ותותבות. ניתן לשלוט בהם על ידי מיקרו -בקרים או מתגים באמצעות שסתומי אוויר סולנואיד תלת -כיווניים או באמצעות בקרת רדיו באמצעות שסתומים המופעלים על ידי סרווס. שסתום תלת כיווני פועל על ידי מילוי ראשון של שלפוחית השתן, החזקת לחץ האוויר בשלפוחית השתן ולאחר מכן אוורור שלפוחית השתן כדי לנפח אותה. הדבר שחשוב לזכור הוא ששרירי האוויר חייבים להיות תחת מתח כדי לפעול כראוי. כדוגמה שני שרירים משמשים לעתים קרובות יחד כדי לאזן זה את זה כדי להזיז זרוע רובוטית. שריר אחד היה משמש כ שריר הזרוע והשני כשריר התלת ראשי. בסך הכל ניתן לבנות שרירי אוויר בכל מיני אורכים וקטרים כך שיתאימו למגוון רחב של יישומים בהם חוזק גבוה ומשקל קל הם קריטיים. הביצועים ואריכות החיים שלהם משתנים בהתאם למספר פרמטרים בנוגע לבנייתם: 1) אורך השריר 2) קוטר השריר 3) סוג הצינור המשמש לבדיקת שלפוחית השתן שקראתי קובע כי לשלפוחיות לטקס יש אורך חיים ארוך יותר מאשר שלפוחיות סיליקון, אולם לחלק מהסיליקונים יש שיעורי התפשטות גדולים יותר (עד 1000%) והם יכולים להחזיק לחצים גבוהים יותר מאשר לטקס (הרבה זה יהיה תלוי במפרט הצינורות המדויק.) 4) סוג רשת קלוע בשימוש- כמה רשתות קלועות פחות שוחקות מאחרים, שיפור תוחלת החיים של שלפוחית השתן. חברות מסוימות השתמשו בשרוול ספנדקס בין שלפוחית השתן והרשת כדי להפחית את השחיקה. רשת ארוגה הדוקה יותר מאפשרת חלוקת לחץ אחידה יותר על שלפוחית השתן, ומפחיתה את הלחץ על שלפוחית השתן. 5) הדגשה מוקדמת של שלפוחית השתן (השלפוחית קצרה מהרשת הקלועת)- הדבר גורם לצמצום שטח המגע (ומכאן שחיקה) בין שלפוחית השתן לבין שרוול הרשת הצמה כאשר השריר נמצא במנוחה ומאפשר לרשת הקלוע במלואו רפורמה בין מחזורי התכווצות, שיפור חיי העייפות שלה. הקפדה מראש על השלפוחית משפרת גם את ההתכווצות הראשונית של השריר עקב נפח השלפוחית התחתון הראשוני. בסך הכל, בהתחשב ביחס העוצמה והמשקל שלהם, הקלות/עלות הבנייה הנמוכה והיכולת לחקות את הדינמיקה של שרירי האדם, שרירי האוויר מציעים חלופה אטרקטיבית לאמצעי תנועה מסורתיים של מכשירים מכניים. כיף לבנות אותם!: ד