Hoe om lugspiere te maak !: 4 stappe (met foto's)

2024 Outeur: John Day | [email protected]. Laas verander: 2024-01-30 07:26

Ek moes 'n paar aandrywers skep vir 'n animatronika -projek waaraan ek werk. Lugspiere is baie kragtige aandrywers wat baie soortgelyk aan 'n menslike spier werk en 'n fenomenale sterkte tot gewig verhouding het- hulle kan 'n trekkrag tot 400 keer hul eie gewig uitoefen. Hulle werk as hulle gedraai of gebuig is en kan onder water werk. Hulle is ook maklik en goedkoop om te maak! Lugspiere (ook bekend as 'n kunsmatige spier van McKibben of gevlegte pneumatiese aandrywers) is oorspronklik in die 1950's deur J. L. McKibben ontwikkel as 'n ortotiese toestel vir poliopasiënte. Hier is hoe hulle werk: Die spier bestaan uit 'n rubber buis (blaas of kern) wat omring is deur 'n buisvormige gevlegde veselmeshou. As die blaas opgeblaas word, brei die maas radiaal uit en trek axiaal saam (aangesien die gaasvesels onrekbaar is), wat die totale lengte van die spier verkort en daarna 'n trekkrag produseer. Lugspiere het prestasie-eienskappe wat baie ooreenstem met menslike spiere- die uitgeoefende krag neem af namate die spier saamtrek. Dit is te wyte aan die verandering in die verweefde hoek van die gevlegte maas namate die spier saamtrek- namate die maas radiaal uitbrei in 'n skêr soos beweging, oefen dit minder krag uit omdat die weefhoek toenemend vlak word namate die spier saamtrek (sien die diagram hieronder) - figuur A toon aan dat die spier in 'n groter mate as figuur C sal saamtrek, gegewe 'n gelyke toename in blaasdruk). Die video's toon ook hierdie effek. Lugspiere kan tot 40% van hul lengte saamtrek, afhangende van die metode en materiaal van die konstruksie daarvan. Gaswet bepaal dat as u die druk verhoog, u ook die volume van 'n uitbreidbare silinder verhoog (mits die temperatuur konstant is.) die blaas word uiteindelik beperk deur die fisiese eienskappe van die gevlegde gaasmou, sodat 'n groter trekkrag nodig is om die effektiewe volume van die blaas te verhoog- die trekkrag van die spier is 'n funksie van die lengte en spier se deursnee sowel as sy sametrekkingsvermoë as gevolg van die eienskappe van die maashuls (konstruksiemateriaal, aantal vesels, verweefhoek) en blaasmateriaal. Ek het twee spiere van verskillende groottes gemaak met behulp van soortgelyke materiale om hierdie beginsel te demonstreer- hulle is albei met dieselfde lugdruk (60psi) bedryf, maar het verskillende diameters en lengtes. Die klein spier begin regtig sukkel as 'n bietjie gewig aangesit word, terwyl die groter spier glad nie probleme ondervind nie. Hier is 'n paar video's wat beide die gekonstrueerde lugspiere in aksie toon.

Kom ons maak 'n paar spiere!

Stap 1: materiaal

Al die materiaal is geredelik beskikbaar op Amazon.com, met die uitsondering van die 3/8 "gevlegde nylon gaas- dit is beskikbaar by elektroniese verskaffers. Amazon verkoop wel 'n gevlegde moukit met verskillende groottes gevlegte gaas, maar die presiese materiaal is nie vermeld nie-Amazon U benodig 'n lugbron: ek het 'n klein lugtenk met 'n drukregelaar gebruik, maar u kan ook 'n fietslugpomp gebruik (u moet 'n adapter maak om dit met die 1/4 "polislang te laat werk. Lugtenk- Amazon Pressure-reguleerder (benodig 'n 1/8 "NPT-wyfie- tot 1/4" NPT-manlike adapter)- Amazon1/4 "hoëdruk-polibuis- Amazonmultitool (skroewedraaier, skêr, tang, draadknipers)- Amazonlighter vir klein spier: 1/4 "silikoon of latex buis- Amazon3/8" gevlegte nylon gaasmou (sien hierbo) 1/8 "klein slanghak (koper of nylon)- Amazons klein bout (10-24 draad met 3/8 in lengte werk goed)- Amazonsteel-veiligheidsdraad- Amazon vir die groot spier: 3/8 "silikoon- of latexbuis- Amazon1/2" gevlegde nylon gaasmou- Amazon1/ 8 "of soortgelyke grootte boor- Amazon21/64" boor- Amazon1/8 "x 27 NPT kraan- Amazon1/8" slanghaak x 1/8 "pypdraadadapter- Amazonsmall slangklemme- Amazon3/4" aluminium of plastiek staaf om die spierpunte te bou- AmazonSafety note- maak seker dat u 'n veiligheidsbril dra wanneer u u lugspiere toets! 'N Hoëdrukslang wat uit 'n los passtuk spring, kan ernstige beserings veroorsaak!

Stap 2: Maak die klein spier

Sny eers 'n klein lengte van die 1/4 "silikoonbuis. Steek nou die klein bout in die een kant van die buis en die slanghak in die ander kant. Sny nou die 3/8" gevlegde mou ongeveer twee sentimeter langer as die silikoon buis en gebruik 'n aansteker om die punte van die gevlegte mou te smelt sodat dit nie uitmekaar val nie. Skuif die gevlegde mou oor die silikoonbuis en draai elke kant van die buis met die veiligheidsdraad vas en trek dit vas. Maak nou 'n paar draadlusse en draai dit om elke punt van die gevlegte mou. As alternatief vir die gebruik van draadlusse aan die punte van die spier, kan u die mou langer maak en dit dan oor die einde van die spier vou en 'n lus vorm (u moet die lugpassing deurdruk)- dan die draad trek rondom dit. Koppel nou u 1/4 "hoë druk buis en pomp 'n bietjie lug in die spier om seker te maak dat dit opblaas sonder om te lek. Om die lugspier te toets, moet u dit tot sy volle lengte rek deur 'n las daarop te plaas- dit sal toelaat dat dit het maksimum inkrimping as dit onder druk is. Begin lug byvoeg (tot ongeveer 60psi) en kyk hoe die spiere saamtrek!

Stap 3: Maak die groot lugspier

Om die groot spier te maak, het ek 'n paar doringpunte van 'n 3/4 "aluminium staaf gedraai- plastiek sal ook werk. Die een kant is solied. Die ander kant het 'n 1/8" luggat daarin geboor en dan vir 'n 1 getik /8 "slangdraadpypdraadadapter. Dit word gedoen deur 'n gat van 21/64" loodreg op die 1/8 "luggat te boor. Gebruik dan 'n pypdraadkraan van 1/8" om die gat van 21/64 "vir die pas nou 'n 8 "lengte van 3/8" rubberbuis vir die lugblaas af en skuif die een kant oor een van die bewerkte toebehore. Sny dan 'n 1/2 "gevlegte mou 10" lank (onthou om die ente te smelt met 'n aansteker) en skuif dit oor die rubberbuis. Skuif dan die teenoorgestelde kant van die rubberbuis oor die oorblywende bewerkte lugkoppeling. Klamp nou elke kant van die buis stewig vas met behulp van slangklemme. Die groter spier werk net soos kleiner weergawe- net voeg lug by en kyk hoe dit saamtrek. Sodra u dit onder las geplaas het, sal u onmiddellik besef dat hierdie groter spier baie sterker is!

Stap 4: Toetsing en bykomende inligting

Noudat u 'n paar lugspiere gemaak het, is dit tyd om dit te gebruik. Trek die spiere uit sodat hulle hul maksimum verlenging bereik deur gewig by te voeg. 'N Goeie toetsstel sou wees om 'n hangskaal te gebruik- ongelukkig het ek nie toegang daartoe nie, en ek moes 'n paar gewigte gebruik. Begin nou stadig lug byvoeg in stappe van 20psi totdat u 60psi bereik. Vervolgens sal u agterkom dat namate die las verhoog word, die spier se sametrekkingsvermoë met 'n toenemende tempo afneem totdat dit nie meer die verhoogde las kan lig nie. Dit is baie soortgelyk aan die prestasie van 'n menslike spier. Dit is onmiddellik opvallend dat 'n verandering in die grootte van die spier 'n groot uitwerking op die prestasie van die spier het. Teen 22 pond. By 60psi kan die kleiner spier steeds optel, maar dit is nie in die buurt om volle sametrekking te kry nie, terwyl die groter spier baie maklik volledige sametrekking kan verkry. Die dinamika van lugspiere is redelik moeilik om wiskundig te modelleer, veral gegewe die aantal veranderlikes in hul konstruksie. Vir verdere lees, beveel ek aan dat u hier kyk: https://biorobots.cwru.edu/projects/bats/bats.htm Verskeie toepassings van lugspiere sluit in robotika (veral biorobotika), animatronika, ortotika/rehabilitasie en prostetika. Hulle kan beheer word deur mikrobeheerders of skakelaars met behulp van drie -rigting solenoïde lugkleppe of deur radiobeheer deur kleppe wat deur servo's bedien word. 'N Driewegklep werk deur eers die blaas te vul, die lugdruk in die blaas te hou en dan die blaas te ventileer om dit te laat leegloop. As voorbeeld word twee spiere dikwels saam gebruik om mekaar te balanseer om 'n robotarm te beweeg. Die een spier sal as die bicep dien en die ander as die tricepspier. In die algemeen kan lugspiere in verskillende lengtes en diameters saamgestel word vir 'n wye verskeidenheid toepassings waar hoë sterkte en ligte gewig van kritieke belang is. Hulle prestasie en lewensduur wissel volgens verskillende parameters rakende hul konstruksie: 1) Spierlengte 2) Spierdiameter 3) Soort buise wat gebruik word vir blaastoetsing wat ek gelees het, sê dat latexblase 'n langer lewensduur het as silikoonblase, Sommige silikone het egter 'n groter uitbreidingstempo (tot 1000%) en kan hoër druk as latex hou (baie hiervan sal afhang van die presiese buisspesifikasie.) 4) Soort gevlegte gaas wat gebruik word- sommige gevlegte maas is minder skuur as ander, die lewensduur van die blaas verbeter. Sommige maatskappye het 'n spandex -mou tussen die blaas en gaas gebruik om skuur te verminder. 'N Stywer geweefde gaas sorg vir 'n meer eweredige drukverspreiding op die blaas, wat spanning op die blaas verminder. 5) Voorspanning van die blaas (die blaas is korter as die gevlegde maas)- dit veroorsaak 'n vermindering van die kontakarea (en dus skuur) tussen die blaas en die gevlegde gaasmou as die spier rus en laat die gevlegte gaas heeltemal hervorming tussen kontraksiklusse, wat die lewensduur van sy moegheid verbeter. Voorbelasting van die blaas verbeter ook die aanvanklike sametrekking van die spier as gevolg van die aanvanklike laer blaasvolume. Al met al, gegewe hul krag -tot -gewig -verhouding, gemak/lae boukoste en die vermoë om die dinamika van menslike spiere na te boots, bied lugspiere 'n aantreklike alternatief vir tradisionele bewegingsmiddels vir meganiese toestelle.: D