氣動系統(tǒng)有很高的危險性,制作、調(diào)試氣動機器人,必須要遵守安全規(guī)則,在額定壓力內(nèi)使用,不要超出設(shè)計規(guī)則規(guī)定的氣壓,本著安全起見的原則,本文著重介紹的是制作氣動彈射機器人的思路,不會介紹氣動部件的購買方式。 氣動武器能在短時間內(nèi)爆發(fā)出數(shù)千公斤的力量,主要是由氮氣、二氧化碳和壓縮空氣驅(qū)動,一般用于彈射和揮擊類武器。彈射又分為以Bronco、subzero為代表的美式彈射和以阿波羅、eruption為代表的英式彈射,一般來說我建議新手先從英式彈射做起,因為英式彈射氣缸是固定死的,氣路容易布局,而美式彈射氣缸與彈射版連接,在彈射時候會隨著彈射板運動而運動,氣路較為復(fù)雜。而且在同等氣壓同等缸徑下,英式彈射的效率比美式彈射高了很多。
(英式彈射)
氣缸出力計算: 氣缸橫截面積(平方厘米)X氣壓(Kg/平方厘米),例如缸徑100mm的氣缸,在2.5mpa(約為25kg/cm2 )的壓力下,其氣缸出力為78.5x25=1962公斤。
決定彈射高度有兩個因素:氣壓和流量,氣壓決定了彈射的力量,流量決定了彈射的速度,兩者缺一不可。在規(guī)則規(guī)定的氣壓內(nèi),盡可能的提升流量主要有以下幾個方法:1.使用大通徑的電磁閥、氣管和轉(zhuǎn)接頭。2.盡量縮短氣路,氣路的布局需減少直角,盡量做到直通。3.在缸徑比較大的情況下考慮使用雙電磁閥給氣缸供氣。4.緩沖瓶的容積最好是氣缸容積的兩倍,保證緩沖瓶有大流量供給氣缸。
這是我最早做實驗的氣動系統(tǒng),最右邊是儲氣瓶,經(jīng)減壓閥減壓后給緩沖瓶供氣,緩沖瓶連接到了一個二位三通電磁閥上(這個電磁閥可以做到進氣和排氣一體),然后電磁閥連接氣缸。 我簡單介紹以下常見的氣動部件作用:
儲氣瓶;用于氣體(壓縮空氣、氮氣和二氧化碳)的儲存 減壓閥:降低儲氣瓶內(nèi)的壓力,供給氣缸使用 電磁閥:控制氣體的進出,實現(xiàn)氣缸來回運動 氣缸:氣動系統(tǒng)的執(zhí)行部件 泄壓閥:在比賽結(jié)束后把緩沖瓶和儲氣瓶里的氣體釋放,使其失去危險性 安全閥:在系統(tǒng)內(nèi)壓力過高時候安全閥會破開,泄出氣體,防止壓力過高“爆zha”
這是我設(shè)計制作的第一臺羽量級彈射機器人奔牛1,因為第一次設(shè)計沒經(jīng)驗,所以就先把所有的部件先購買好,然后搭建起來,再來根據(jù)空間來設(shè)計結(jié)構(gòu)。圖中可以看到我對氣路進行了精簡,因為空間很緊張,所以做了直角的氣路,犧牲了一些流量來實現(xiàn)空間的緊湊性。
機身采用了直徑10mm的普通鋼管焊接,彈射板的管子是直徑19mm的4130鋼管制作而成,因為彈射板受力較大,4130鋼管有很好的柔韌性,可以經(jīng)受住上千公斤的力量,彈射板前鏟是6mm鈦合金板,可以承受住大部分旋轉(zhuǎn)武器的傷害。
奔牛1數(shù)據(jù):調(diào)節(jié)氣壓2.5mpa,儲存氣壓15mpa,氣瓶容積0.45L,缸徑80mm,行程80mm,驅(qū)動電機:775x2 1:40減速,電調(diào) saberteeth 25ax2,6S 3300mah電池 PS:我的所有彈射機器人的氣缸都采用了前置彈簧復(fù)位的方式,這樣會使得彈射消耗的氣體更低(下圖所示)
這是奔牛2機器人,機身為3mm耐磨鋼焊接而成,氣動系統(tǒng)參數(shù)與奔牛1一樣,但是氣瓶容積改成了0.6L碳纖維氣瓶,比鋁合金氣瓶更輕,容積更大。
談完了低壓氣動系統(tǒng),我們來說一下高壓系統(tǒng)。高壓系統(tǒng)是指高于設(shè)計規(guī)則里使用的調(diào)節(jié)壓力,如英國大多數(shù)彈射都使用了未經(jīng)調(diào)節(jié)的二氧化碳直驅(qū)氣缸,約為6.8mpa,配合大缸徑的氣缸,很容易達到七八千公斤的氣缸出力,但是相應(yīng)的,氣壓越高,危險性越大。美國典型彈射機器人bronco,目測是兩個缸徑50mm的小氣缸,但是卻可以達到12000kg的彈射力,估計使用氣壓在15mpa以上,這樣高的壓力驅(qū)動氣缸是很危險的,對于氣動系統(tǒng)的每個部件都是考驗,在英國FRA設(shè)計規(guī)則里,關(guān)于氣動系統(tǒng)的設(shè)計規(guī)則就寫了很多,其中著重說明了:要自制氣動系統(tǒng)部件,必須經(jīng)過液壓“爆po”測試,而且要有相應(yīng)的紙質(zhì)證明,例如氣缸和緩沖瓶等,而且高壓系統(tǒng)對管路要求也非常高,一般都采用了液壓管代替氣管,巴西格斗機器人教程ribotz combot Tutorial里關(guān)于高壓氣動系統(tǒng)是這樣介紹的:要使用高壓系統(tǒng),最好使用液壓代替氣動系統(tǒng),特別是氣缸,Ziggy的建造者Mark Demers指出,液壓系統(tǒng)很重,但是很安全,Ziggy使用的氣缸是缸徑100mm,行程200mm的液壓缸,額定使用壓力2500psi(17mpa),在1000psi(6.8mpa)的氣壓下使用,所有的管路都用了液壓管。 我建議初學(xué)者從低壓系統(tǒng)做起,在掌握了一定的經(jīng)驗和知識之后,在有經(jīng)驗的制作者指導(dǎo)下再進行高壓系統(tǒng)的嘗試。2015年我和Bronco設(shè)計者之一的Rose聊過,他建議我先從低壓系統(tǒng)做起,因為即使是低壓系統(tǒng)都很危險,高壓系統(tǒng)的危險性更大,在熟悉之后再對高壓系統(tǒng)進行嘗試。
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