Создаем робота-андроида своими руками

мм (около 25 % без учета длины креплений).

• Мощность. Развивает силу порядка 200 г при давлении воздуха 3 кгс. Отношение развиваемой мощности к весу может достигать 400:1.

• Гибкость. Мягкая и гибкая конструкция, которая может быть изогнута вдоль искривленной поверхности без нарушения ее работоспособности.

Применение

Сама конструкция воздушной мышцы делает ее особенно пригодной к использованию в робототехнике и системах автоматизированных движений. В некоторых случаях ими можно заменить сервомоторы или двигатели постоянного тока. Их уникальные свойства – незначительный вес, мощность и гибкость – могут быть комплексно использованы во многих приложениях и применяться для улучшения характеристик существующих пневматических устройств. Одном словом, воздушные мышцы могут быть использованы во многих устройствах, в которых требуются линейные и сократительные движения. Во многих случаях ими можно с успехом заменять пневматические цилиндры.

Как работает воздушная мышца

Воздушная мышца представляет собой длинную трубку, выполненную в виде черного пластикового рукава. Внутрь рукава помещена трубка из мягкой резины. К каждому концу прикреплены металлические зажимы. Каждый конец пластикового рукава свернут в петлю, сложен вдвое и скреплен с помощью металлического зажима. Эти петли используются для крепления воздушной мышцы к другим частям устройства.

При подаче воздуха под давлением мышца сокращается следующим образом. Когда во внутреннюю мягкую резиновую трубку подается сжатый воздух, то она расширяется. Внутренняя трубка оказывает давление на внешний черный пластиковый рукав, что также приводит к его расширению. Когда пластиковый рукав расширяется, то он укорачивается в длину пропорционально увеличению его диаметра. Это приводит к сокращению конструкции воздушной мышцы. Однако важным является то, что для правильной работы мышцы она должна находиться в растянутом положении, когда она не активирована. В противном случае при активации мышцы мы не получим ее сокращения (см. рис. 16.1).

Рис. 16.1 Принцип работы воздушной мышцы

Детали системы воздушной мышцы

На рис. 16.2 приведены рисунки деталей, необходимых для создания воздушной мышцы. Деталь 1 – это собственно воздушная мышца (что очевидно). Деталь 2 – воздушный клапан на три положения. Трехпозиционный воздушный клапан позволяет управлять работой мышцы вручную (см. рис. 16.3).

Рис. 16.2. Необходимые части для экспериментов с воздушной мышцей

Рис. 16.3. Трехпозиционный воздушный клапан для управления воздушной мышцей

Деталь 3 – переходник крышки бутылки с предохранительным клапаном (клапан открывается при давлении более 4,2 кгс). Переходник крышки бутылки позволяет использовать стандартные полиэтиленовые бутылки из-под газированной воды в качестве воздушных резервуаров. Предохранительный клапан автоматически стравливает избыточный воздух, когда давление превышает заданный предел.

Деталь 4 – полиэтиленовая бутылка из-под газированной воды, используемая в качестве воздушного резервуара. Пластиковая бутылка легко выдерживает давление 3,5 кгс. Я проверял подобные бутылки из- под газированной воды статическим давлением до 7 кгс. Предупреждение: Ни в коем случае не используйте в качестве воздушного резервуара стеклянные бутылки. Небольшая трещина в бутылке или ее случайное падение могут привести к взрыву бутылки, сопровождающемуся разлетом стеклянных осколков. Перекачка пластиковой бутылки может привести только к ее раздуванию.

Деталь 5 – переходник ножного насоса, а деталь 6 – собственно воздушный насос. Обычный ножной насос с манометром способен создать давление в бутылке до 7 кгс. Из-за малой емкости пластиковых бутылок давление в 3,5 кгс достигается в них после четырех «качков» ножного насоса. Воздушная мышца использует очень небольшое количество воздуха, поэтому в небольшой полиэтиленовой бутылке содержится достаточно воздуха для четырех или пяти полных циклов работы. Деталь 7 представляет собой нейлоновые кабельные стяжки, которые используются для быстрого привязывания воздушной мышцы к другим механическим деталям.

На рис. 16.4 показан общий вид всей системы в сборе. В некоторых случаях вам придется воспользоваться эпоксидным клеем для склейки некоторых деталей для предотвращения их «выскакивания» под давлением. Например, если вы собираетесь использовать трехпозиционный воздушный клапан для экспериментов с воздушной мышцей исключительно совместно с переходником крышки бутылки, то можете постоянно вклеить клапан в переходник.

Рис. 16.4. Общая схема соединения частей установки

Крепление воздушной мышцы к другим механизмам

Воздушная мышца изготовлена из мягкой внутренней трубки, заключенной в прочный пластиковый рукав. Конструкция скреплена металлическими зажимами с каждой стороны. Концы пластикового рукава согнуты в петлю, имеющую отверстие. Петля с отверстием обладает большой механической прочностью и может быть использована для соединения воздушной мышцы с другими механизмами. На рис. 16.5 изображен винт, вставленный в отверстие петли.

Рис. 16.5. Винт проходит через одну из петель воздушной мышцы

Использование переходника воздушного насоса

Приобретенный вами воздушный насос имеет стандартный носик (сопло), как показано на рис. 16.6. Нам будет необходимо заменить стандартный носик специальным переходником. Поднимите запирающий рычажок, как показано на рис. 16.7. Удалите стандартный носик (см. рис. 16.8) и вставьте воздушный переходник (см. рис. 16.9). Закройте запирающий рычажок, нажав на него вниз.

Рис. 16.6. Сопло ножного насоса

Рис. 16.7. Поднимите запирающий рычажок (над соплом ножного насоса)

Рис. 16.8. Удалите стандартное сопло-переходник

Рис. 16.9. Вставьте переходник в ножной насос

У вас Кока Кола или Пепси Кола?

Вам нужно будет достать пластиковую полиэтиленовую бутылку. Простейший способ – купить бутылку газированной воды. Убедитесь, что бутылка сделана именно из пластика. Не покупайте бутылку объемом более 1 литра. Идеальной является бутылка 0,5 литра. Я пробовал навинчивать переходник на бутылки разных емкостей вплоть до 2 литров, и он подошел ко всем.

Используйте содержимое бутылки, а затем вымойте бутылку теплой водой. Перед использованием бутылка должна быть совершенно сухой. Интересен тот факт, что если случайно уронить полную бутылку с газированной водой, то результирующее давление углекислого газа, высвобожденного из карбоната натрия, значительно превысит 3,5 кгс – предел, установленный нами для подобных бутылок. Компании по производству газированных напитков изготовляют полиэтиленовые бутылки с таким расчетом, чтобы они выдерживали быстрое повышение давления газа, возникающее при случайном падении бутылки. Я не осознавал этого факта до того, как начал работать с воздушными мышцами, и думаю, что так бы и не узнал. Помните, что в конструкции воздушных мышц нельзя использовать стеклянные бутылки.

Изготовление первого демонстрационного устройства

Первое демонстрационное устройство, которое мы собираемся сделать, очень просто по конструкции и может быть использовано для измерения степени сокращения воздушной мышцы (см. рис. 16.10). Основание представляет собой дощечку толщиной 25х 50х 275 мм. Я использовал подобный материал, поскольку его можно найти повсюду. С тем же успехом вы можете использовать металл или пластик. На каждом из концов я просверлил отверстие под винты 3 миллиметров длиной 45 мм. Винты вставлены в отверстие и закреплены с помощью двух 3 мм гаек, по одной с каждой стороны дощечки. Головка винта и часть резьбы выступают над дощечкой примерно на 20 мм.

Рис. 16.10. Первая демонстрационная модель

Перед установкой головку верхнего винта необходимо продеть в отверстие верхней петли