چگونه می توان عضلات هوا را ساخت!: 4 مرحله (همراه با تصاویر)

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:55

من نیاز به ایجاد برخی از محرک ها برای یک پروژه انیماتورونیک دارم که روی آن کار می کنم. ماهیچه های هوا محرک های بسیار قدرتمندی هستند که بسیار شبیه به عضله انسان عمل می کنند و نسبت فوق العاده ای به وزن دارند- می توانند تا 400 برابر وزن خود نیروی کششی اعمال کنند. آنها هنگام پیچ خوردن یا خم شدن کار می کنند و می توانند زیر آب کار کنند. ساخت آنها نیز آسان و ارزان است! ماهیچه های هوا (که به عنوان ماهیچه مصنوعی مک کیبن یا محرک های پنوماتیک بافته نیز شناخته می شوند) در ابتدا توسط J. L. K. Kikben در دهه 1950 به عنوان یک وسیله ارتز برای بیماران فلج اطفال توسعه داده شد. نحوه عملکرد آنها در اینجا آمده است: ماهیچه از یک لوله لاستیکی (مثانه یا هسته) تشکیل شده است که توسط یک آستین توری الیافی بافته لوله ای احاطه شده است. هنگامی که مثانه متورم می شود ، مش به صورت شعاعی منبسط می شود و به صورت محوری منقبض می شود (از آنجا که الیاف مش غیر قابل انعطاف هستند) ، طول کلی ماهیچه را کوتاه کرده و متعاقباً نیروی کششی ایجاد می کند. ماهیچه های هوا دارای ویژگی های عملکردی بسیار شبیه به عضلات انسان هستند- نیروی وارد شده با انقباض ماهیچه کاهش می یابد. این امر به دلیل تغییر زاویه تداخل توری بافته شده با انقباض ماهیچه است- با انبساط مش به صورت شعاعی در قیچی مانند حرکت ، نیروی کمتری اعمال می شود ، زیرا زاویه بافت با انقباض ماهیچه ها عمیق تر می شود (نمودار زیر را ببینید) - شکل A نشان می دهد که عضله با افزایش مساوی فشار مثانه به میزان بیشتری نسبت به شکل C منقبض می شود). فیلم ها نیز این تأثیر را نشان می دهند. بسته به روش و مواد ساخت آنها ، ماهیچه های هوا می توانند تا 40 درصد طول خود را منقبض کنند. قانون گاز بیان می کند که اگر فشار را افزایش دهید ، حجم یک سیلندر قابل افزایش را نیز افزایش می دهید (به شرطی که دما ثابت باشد.) حجم در حال گسترش مثانه در نهایت با خواص فیزیکی آستین توری بافته محدود می شود ، بنابراین برای ایجاد نیروی کششی بیشتر باید بتوانید حجم موثر مثانه را افزایش دهید- نیروی کششی ماهیچه تابعی از طول و قطر ماهیچه و همچنین قابلیت انقباض آن به دلیل خواص آستین مش (مصالح ساختمانی ، تعداد الیاف ، زاویه تداخل) و مواد مثانه. من برای نشان دادن این اصل ، دو عضله با اندازه متفاوت با استفاده از مواد مشابه ساختم- هر دو با فشار هوا یکسان (60psi) عمل می کردند اما قطر و طول متفاوتی داشتند. ماهیچه کوچک وقتی شروع به کار می کند که مقداری وزن روی آن وارد شود در حالی که ماهیچه بزرگتر هیچ مشکلی ندارد. در اینجا چند ویدئو وجود دارد که هر دو عضله هوای ساخته شده را در حال حرکت نشان می دهد.

حالا بیایید کمی عضله بسازیم!

مرحله 1: مواد

همه مواد به آسانی در Amazon.com موجود است ، به استثنای مش نایلونی بافته شده 3/8 اینچ- از عرضه کنندگان لوازم الکترونیکی موجود است. آمازون یک کیت آستین بافته شده با چندین اندازه مش بافته می فروشد اما مواد دقیق آن نیازی به منبع هوا ندارید: من از یک مخزن کوچک هوا با تنظیم کننده فشار استفاده کردم اما می توانید از پمپ باد دوچرخه نیز استفاده کنید (برای کارکردن با شلنگ پلی 1/4 اینچی باید یک آداپتور تهیه کنید) مخزن هوا- تنظیم کننده فشار آمازون (به آداپتور نر 1/2 "NPT زن تا 1/4" NPT)- لوله پلی اتیلن فشار قوی 1/4 اینچ- Amazonmultitool (پیچ گوشتی ، قیچی ، انبردست ، سیم برش)- Amazonlighter برای کوچک ماهیچه: 1/4 "لوله سیلیکون یا لاتکس- آستین مشبک نایلونی بافته شده آمازون 3/8" (به بالا مراجعه کنید) 1/8 "اینچ شلنگ کوچک (برنجی یا نایلونی)- پیچ آمازون کوچک (10-24 نخ در 3/8 در طول آثار خوب)- سیم ایمنی Amazonsteel- آمازون برای عضله بزرگ: 3/8 "لوله سیلیکون یا لاتکس- آستین توری نایلونی بافته آمازون 1/2"- Amazon1/ مته مته 8 اینچی یا اندازه مشابه- بیت مته آمازون 21/64 اینچی- آمازون 1/1 "8" x 27 NPT- آداپتور لوله لوله آمازون 1/8 "لوله باربو x 1/8"- گیره شلنگ کوچک آمازون- آلومینیوم یا پلاستیک آمازون 3/4 " میله ای برای ساختن انتهای ماهیچه ای- آمازون نکته ایمنی- هنگام آزمایش ماهیچه های هوای خود ، از عینک ایمنی استفاده کنید! شلنگ فشار قوی که از اتصالات شل خارج شود می تواند صدمه جدی ایجاد کند!

مرحله 2: ساخت عضله کوچک

ابتدا یک طول کوچک لوله 1/4 اینچی سیلیکونی را ببرید. حالا پیچ کوچک را در یک سر لوله و لوله لوله را در انتهای دیگر وارد کنید. حالا آستین بافته شده 3/8 اینچی را حدود دو اینچ بیشتر از سیلیکون ببرید. لوله کنید و از یک فندک برای ذوب کردن انتهای آستین بافته استفاده کنید تا از هم جدا نشود. آستین بافته را روی لوله سیلیکون بکشید و هر سر لوله را با سیم ایمنی بپیچید و محکم کنید. حالا چند حلقه سیم بسازید و آنها را در هر سر آستین بافته شده بپیچید. به عنوان جایگزینی برای استفاده از حلقه های سیمی در انتهای عضله ، می توانید آستین را بلندتر کرده و سپس آن را در انتهای عضله به عقب بکشید و یک حلقه تشکیل دهید (باید هوا را به داخل فشار دهید)- سپس سیم را محکم کنید در اطراف آن حالا لوله 1/4 اینچی فشار قوی خود را وصل کرده و کمی هوا را به داخل ماهیچه پمپ کنید تا مطمئن شوید بدون نشتی باد می کند. برای آزمایش عضله هوا باید آن را با وارد آوردن بار روی آن به طول کامل بکشید- این امر به شما امکان می دهد هنگامی که تحت فشار است حداکثر انقباض را شروع می کند. شروع به افزودن هوا (تا حدود 60psi) و تماشای انقباض ماهیچه می کنید!

مرحله 3: ساخت عضله بزرگ هوا

برای ایجاد عضله بزرگ ، برخی از انتهای خاردار را از میله آلومینیومی 3/4 اینچی بچرخانم- پلاستیک نیز کار می کند. یک سر آن محکم است. در انتهای دیگر یک سوراخ هوا 1/8 اینچی در آن ایجاد شده و سپس برای 1 ضربه می زنند. /آداپتور نخ لوله لوله 8 اینچی. این کار با سوراخ 21/64 "عمود بر سوراخ هوا 1/8" انجام می شود. سپس با استفاده از شیر 1/8 اینچی نخ لوله به سوراخ 21/64 "ضربه بزنید اتصالات شلنگ. حالا یک لوله لاستیکی 8 "به طول 3/8" را برای مثانه هوا ببرید و یک سر آن را روی یکی از اتصالات ماشینکاری شده بکشید. سپس آستین بافته شده 1/2 اینچی به طول 10 "را برش دهید (به یاد داشته باشید که انتهای آن را ذوب کنید. با فندک) و آن را روی لوله لاستیکی بکشید. سپس انتهای مخالف لوله لاستیکی را روی قسمت باقی مانده هوای ماشینکاری شده بکشید. حالا با استفاده از گیره های شلنگ ، هر انتهای لوله را محکم محکم کنید. عضله بزرگتر درست مانند نسخه کوچکتر کار می کند- فقط هنگامی که آن را تحت فشار قرار می دهید فوراً متوجه می شوید که این ماهیچه بزرگتر بسیار قوی تر است!

مرحله 4: آزمایش و اطلاعات اضافی

اکنون که برخی از ماهیچه های هوا را ایجاد کرده اید ، وقت استفاده از آنها است. ماهیچه ها را دراز کنید تا با افزایش وزن به حداکثر کشش برسند. یک دستگاه تست خوب استفاده از ترازوی آویزان است- متأسفانه من به آن دسترسی نداشتم ، بنابراین مجبور شدم از وزنه استفاده کنم. حالا به آرامی شروع به افزودن هوا با افزایش 20psi کنید تا به 60psi برسید. اولین چیزی که توجه می کنید این است که ماهیچه با افزایش هرچه بیشتر فشار هوا تا زمانی که کاملاً منقبض شود ، مقدار تدریجی کوچکتری منقبض می شود. در مرحله بعد متوجه می شوید که با افزایش بار ، توانایی انقباض ماهیچه با سرعت بیشتری کاهش می یابد تا زمانی که دیگر نتواند بار افزایش یافته را بلند کند. این بسیار شبیه به عملکرد ماهیچه های انسان است. بلافاصله قابل توجه است که تغییر اندازه عضله تأثیر زیادی بر عملکرد ماهیچه دارد. با وزن 22 پوند @60psi ، عضله کوچکتر هنوز هم می تواند بلند شود ، اما در هیچ حالتی به انقباض کامل نمی رسد در حالی که عضله بزرگتر می تواند به راحتی انقباض کامل را بدست آورد. مدل سازی دینامیک ماهیچه های هوا نسبتاً مشکل است ، به ویژه با توجه به تعداد متغیرهای ساخت آنها به برای مطالعه بیشتر توصیه می کنم به اینجا نگاه کنید: آنها می توانند توسط میکروکنترلرها یا سوئیچ ها با استفاده از دریچه های هوای برقی سه طرفه یا با کنترل رادیویی با استفاده از شیرهایی که توسط سرووها کار می کنند ، کنترل شوند. یک شیر سه طرفه ابتدا با پر کردن مثانه ، نگه داشتن فشار هوا در مثانه و سپس تخلیه مثانه برای تخلیه آن کار می کند. نکته ای که باید به خاطر داشته باشید این است که ماهیچه های هوا باید تحت فشار باشند تا به درستی کار کنند. به عنوان مثال ، دو عضله غالباً برای ایجاد تعادل در یکدیگر برای حرکت دادن یک بازوی روباتیک استفاده می شوند. یکی از ماهیچه ها به عنوان عضله دوسر و دیگری به عنوان عضله سه سر بازو عمل می کند. به طور کلی ، ماهیچه های هوا را می توان در انواع مختلف طول و قطر ساخت تا متناسب با طیف وسیعی از کاربردها باشد که قدرت و وزن سبک آنها بسیار مهم است. عملکرد و طول عمر آنها با توجه به پارامترهای متعددی در رابطه با ساختار آنها متفاوت است: 1) طول عضله 2) قطر ماهیچه 3) نوع لوله مورد استفاده برای مثانه- آزمایش هایی که من خوانده ام بیان می کند که عمر مثانه های لاتکس بیشتر از مثانه های سیلیکونی است ، با این حال برخی از سیلیکونها نرخ انبساط بیشتری (تا 1000) دارند و می توانند فشارهای بیشتری را نسبت به لاتکس تحمل کنند (بیشتر این بستگی به مشخصات دقیق لوله دارد.) 4) نوع مش بافته استفاده شده- برخی از مشهای بافته شده سایشی کمتری نسبت به سایرین دارند ، بهبود طول عمر مثانه برخی از شرکت ها از آستین اسپندکس بین مثانه و مش برای کاهش سایش استفاده کرده اند. توری بافته تر باعث می شود فشار بیشتر بر روی مثانه پخش شود و فشار بر مثانه را کاهش دهد. 5) پیش تنیدگی مثانه (مثانه کوتاهتر از توری بافته شده است)- این امر باعث کاهش سطح تماس (و در نتیجه سایش) بین آستین مثانه و توری بافته شده در هنگام استراحت ماهیچه می شود و اجازه می دهد تا توری بافته شده به طور کامل اصلاح بین چرخه های انقباض ، بهبود عمر خستگی آن. قبل از فشار آوردن به مثانه ، انقباض اولیه عضله نیز به دلیل حجم اولیه پایین مثانه بهبود می یابد. 6) ساخت محفظه های انتهایی ماهیچه- لبه های تابش شده باعث کاهش غلظت تنش در مثانه می شود. در مجموع ، با توجه به نسبت قدرت به وزن ، سهولت/هزینه کم ساخت و توانایی تقلید از پویایی عضلات انسان ، ماهیچه های هوا جایگزین جذابی برای وسایل حرکتی سنتی برای دستگاه های مکانیکی ارائه می دهند. از ساخت آنها لذت ببرید!: D