Làm thế nào để tạo ra cơ bắp không khí!: 4 bước (có hình ảnh)

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:34

Tôi cần tạo một số thiết bị truyền động cho một dự án hoạt hình điện tử mà tôi đang thực hiện. Cơ khí là cơ cấu truyền động rất mạnh, hoạt động tương tự như cơ người và có tỷ lệ sức mạnh trên trọng lượng phi thường - chúng có thể tạo ra một lực kéo lên đến 400 lần trọng lượng của chính mình. Chúng sẽ hoạt động khi bị xoắn hoặc uốn cong và có thể hoạt động dưới nước. Cơ khí (còn được gọi là cơ nhân tạo McKibben hoặc thiết bị truyền động khí nén bện) ban đầu được phát triển bởi J. L. McKibben vào những năm 1950 như một thiết bị chỉnh hình cho bệnh nhân bại liệt. Đây là cách chúng hoạt động: Cơ bao gồm một ống cao su (bàng quang hoặc lõi) được bao quanh bởi một ống bọc lưới sợi bện hình ống. Khi bàng quang được bơm căng, lưới sẽ giãn ra theo hướng tâm và co lại theo trục (vì các sợi lưới không thể co lại được), rút ngắn chiều dài tổng thể của cơ và sau đó tạo ra một lực kéo. Cơ khí có đặc điểm hoạt động rất giống với cơ của con người - lực tác động sẽ giảm khi cơ co lại. Điều này là do sự thay đổi góc đan xen của lưới bện khi cơ co lại - khi lưới mở rộng ra theo hướng kéo giống như chuyển động, nó tác động ít lực hơn do góc dệt ngày càng nông khi cơ co lại (xem sơ đồ bên dưới - Hình A cho thấy rằng cơ sẽ co lại ở mức độ lớn hơn Hình C khi áp lực bàng quang tăng tương đương). Các video cũng cho thấy hiệu ứng này. Cơ khí có thể co đến 40% chiều dài của chúng, tùy thuộc vào phương pháp và vật liệu cấu tạo của chúng. bàng quang cuối cùng bị hạn chế bởi các đặc tính vật lý của tay áo lưới bện, vì vậy để tạo ra một lực kéo lớn hơn, bạn cần có thể tăng thể tích hữu hiệu của bàng quang - lực kéo của cơ là một hàm của chiều dài và đường kính của cơ cũng như khả năng co của nó do các đặc tính của ống bọc lưới (vật liệu xây dựng, số lượng sợi, góc đan xen) và vật liệu bàng quang. Tôi đã chế tạo hai cơ có kích thước khác nhau bằng cách sử dụng các vật liệu tương tự để chứng minh nguyên tắc này - cả hai đều hoạt động ở cùng áp suất không khí (60psi) nhưng có đường kính và chiều dài khác nhau. Cơ nhỏ thực sự bắt đầu gặp khó khăn khi một số trọng lượng được đặt lên nó trong khi cơ lớn hơn không có vấn đề gì cả. Dưới đây là một số video cho thấy cả hai cơ khí được xây dựng đang hoạt động.

Bây giờ chúng ta hãy đi làm cho một số cơ bắp!

Bước 1: Vật liệu

Tất cả các vật liệu đều có sẵn trên Amazon.com, ngoại trừ lưới nylon bện 3/8 "- loại này có sẵn từ các nhà cung cấp thiết bị điện tử. Amazon có bán bộ dụng cụ bện với nhiều kích cỡ lưới bện nhưng chất liệu chính xác là Không được nêu rõ-AmazonBạn sẽ cần một nguồn không khí: Tôi đã sử dụng một bình khí nhỏ có bộ điều chỉnh áp suất nhưng bạn cũng có thể sử dụng máy bơm khí xe đạp (bạn sẽ phải tạo một bộ chuyển đổi để làm cho nó hoạt động với ống poly 1/4 ". Bình chứa khí- Bộ điều chỉnh áp suất Amazon (sẽ yêu cầu bộ chuyển đổi NPT 1/8 "NPT nữ đến 1/4" NPT nam) - Ống poly áp suất cao Amazon1 / 4 "- Amazonmultitool (tuốc nơ vít, kéo, kìm, máy cắt dây) - Amazonlighter cho loại nhỏ cơ: Ống silicon hoặc cao su 1/4 "- Ống bọc lưới nylon bện Amazon3 / 8" (xem ở trên) Thanh ống nhỏ 1/8 "(đồng thau hoặc nylon) - Bu lông Amazonsmall (10-24 sợi x 3/8 chiều dài hoạt động được tốt) - Dây an toàn Amazonsteel- Amazon cho cơ bắp lớn: ống silicon hoặc cao su 3/8 "- Ống bọc lưới nylon bện Amazon1 / 2 "- Amazon1 / Mũi khoan 8 "hoặc có kích thước tương tự- Mũi khoan Amazon21 / 64 "- Vòi Amazon1 / 8" x 27 NPT- Bộ chuyển đổi ren ống Amazon1 / 8 "x 1/8" - Kẹp ống Amazonsmall- Nhôm hoặc nhựa Amazon3 / 4 " thanh để cấu tạo các đầu cơ - AmazonSafety lưu ý - hãy đảm bảo bạn đeo kính an toàn khi kiểm tra cơ khí của mình! Một ống áp suất cao bị bung ra khỏi ống nối lỏng lẻo có thể gây ra thương tích nghiêm trọng!

Bước 2: Tạo cơ bắp nhỏ

Đầu tiên, cắt một đoạn dài nhỏ của ống silicone 1/4 ". Bây giờ, hãy lắp chốt nhỏ vào một đầu của ống và thanh ống vào đầu kia. Bây giờ, hãy cắt ống tay áo bện 3/8" dài hơn silicone khoảng hai inch ống và sử dụng bật lửa để làm tan chảy các đầu của ống tay áo bện để nó không bị sờn ra. Trượt ống tay áo bện qua ống silicone và quấn mỗi đầu ống bằng dây an toàn và thắt chặt. Bây giờ, tạo một số vòng dây và quấn chúng quanh mỗi đầu của ống tay áo đã bện. Để thay thế cho việc sử dụng các vòng dây trên các đầu của cơ, bạn có thể làm cho ống tay áo dài hơn và sau đó gấp nó lại trên phần cuối của cơ, tạo thành một vòng (bạn phải đẩy ống khí đi qua) - sau đó thắt chặt dây. xung quanh nó. Bây giờ, hãy kết nối ống áp suất cao 1/4 "của bạn và bơm một ít không khí vào cơ để đảm bảo nó phồng lên mà không bị rò rỉ. Để kiểm tra cơ khí, bạn phải kéo căng nó hết cỡ bằng cách đặt một tải trọng lên nó - điều này sẽ cho phép nó co lại tối đa khi có áp suất. Bắt đầu thêm không khí (lên đến khoảng 60psi) và xem cơ co lại!

Bước 3: Tạo cơ khí lớn

Để làm cho cơ lớn, tôi đã biến một số đầu thép gai từ một số thanh nhôm 3/4 "- nhựa cũng sẽ hoạt động. Một đầu là rắn. Đầu kia có một lỗ khí 1/8" được khoan trong đó và sau đó được khai thác cho 1 / Bộ chuyển đổi ren ống thanh ống 8 ". Điều này được thực hiện bằng cách khoan một lỗ 21/64" vuông góc với lỗ khí 1/8 ". Sau đó, sử dụng một vòi ren ống 1/8" để chạm vào lỗ 21/64 "cho ống nối ống mềm. Bây giờ, cắt một ống cao su 8 "dài 3/8" cho ống dẫn khí và trượt một đầu qua một trong các phụ kiện đã được gia công. Sau đó, cắt một số ống tay áo bện 1/2 "dài 10" (nhớ làm chảy các đầu bằng bật lửa) và trượt nó qua ống cao su. Sau đó, trượt đầu đối diện của ống cao su qua khớp nối không khí được gia công còn lại. Bây giờ, kẹp chặt mỗi đầu của ống bằng kẹp ống. Cơ lớn hơn hoạt động giống như phiên bản nhỏ hơn- chỉ thêm không khí và xem nó co lại. Khi bạn đặt nó dưới tải, bạn sẽ ngay lập tức nhận ra rằng cơ bắp lớn hơn này mạnh hơn nhiều!

Bước 4: Kiểm tra và thông tin bổ sung

Bây giờ bạn đã tạo ra một số cơ khí, đã đến lúc để chúng sử dụng. Một giàn thử nghiệm tốt sẽ là sử dụng một cái cân treo - rất tiếc là tôi không có quyền sử dụng cái này nên tôi phải sử dụng một số quả cân. Bây giờ từ từ bắt đầu thêm không khí với mức tăng 20psi cho đến khi bạn đạt 60psi. Điều đầu tiên bạn nhận thấy là cơ co lại một lượng nhỏ hơn đáng kể với mỗi lần tăng dần áp suất không khí cho đến khi nó co lại hoàn toàn. Tiếp theo, bạn sẽ thấy rằng khi tăng tải, khả năng co của cơ sẽ giảm với tốc độ ngày càng tăng cho đến khi nó không còn có thể nâng tải được tăng lên nữa. Điều này rất giống với cách cơ bắp của con người thực hiện, có thể nhận thấy ngay rằng sự thay đổi về kích thước của cơ có ảnh hưởng rất lớn đến hiệu suất của cơ. Ở 22lbs. @ 60psi, cơ nhỏ hơn vẫn có thể nâng lên, nhưng nó không thể đạt được sự co lại hoàn toàn trong khi cơ lớn hơn có thể dễ dàng đạt được sự co lại hoàn toàn.. Để đọc thêm, tôi khuyên bạn nên xem tại đây: https://biorobots.cwru.edu/projects/bats/bats.htmMột số ứng dụng của cơ khí bao gồm robot (đặc biệt là biorobotics), động cơ điện tử, chỉnh hình / phục hồi chức năng và chân tay giả. Chúng có thể được điều khiển bằng bộ vi điều khiển hoặc công tắc sử dụng van khí điện từ ba chiều hoặc bằng điều khiển vô tuyến sử dụng van vận hành bởi servo. Van ba chiều hoạt động bằng cách đầu tiên làm đầy bàng quang, giữ áp suất không khí trong bàng quang và sau đó thông khí vào bàng quang để làm xẹp nó. Điều cần nhớ là các cơ khí phải được căng để hoạt động bình thường. Như một ví dụ, hai cơ thường được sử dụng kết hợp với nhau để giữ thăng bằng cho nhau để di chuyển một cánh tay robot. Một cơ sẽ hoạt động như cơ nhị đầu và cơ kia đóng vai trò là cơ ba đầu. Hiệu suất và tuổi thọ của chúng thay đổi tùy theo một số thông số liên quan đến cấu tạo của chúng: 1) Chiều dài của cơ 2) Đường kính của cơ 3) Loại ống được sử dụng để kiểm tra bàng quang - Tôi đã đọc các tuyên bố rằng bột báng cao su có xu hướng có tuổi thọ lâu hơn so với quả bóng silicon, tuy nhiên một số silicon có tỷ lệ giãn nở lớn hơn (lên đến 1000%) và có thể giữ áp suất cao hơn latex (phần lớn điều này sẽ phụ thuộc vào thông số kỹ thuật ống chính xác.) 4) Loại lưới bện được sử dụng - một số lưới bện ít mài mòn hơn những loại khác, cải thiện tuổi thọ bàng quang. Một số công ty đã sử dụng một ống bọc thun giữa bàng quang và lưới để giảm mài mòn. Lưới dệt chặt chẽ hơn cho phép phân bổ áp lực đều hơn lên bàng quang, giảm căng thẳng cho bàng quang. 5) Áp lực trước của bàng quang (bàng quang ngắn hơn lưới bện) - điều này gây ra giảm diện tích tiếp xúc (và do đó mài mòn) giữa bàng quang và ống bọc lưới bện khi cơ ở trạng thái nghỉ và cho phép lưới bện hoàn toàn cải cách giữa các chu kỳ co, cải thiện tuổi thọ mệt mỏi của nó. Gây căng thẳng trước cho bàng quang cũng giúp cải thiện sự co bóp ban đầu của cơ do thể tích bàng quang ban đầu thấp hơn. Nói chung, với tỷ lệ sức mạnh trên trọng lượng, dễ dàng / chi phí xây dựng thấp và khả năng bắt chước động lực của cơ người, cơ khí cung cấp một giải pháp thay thế hấp dẫn cho các phương tiện chuyển động truyền thống cho các thiết bị cơ khí.:NS