[Materiały] Sztuczne mięśnie pneumatyczne

[sam.podolsky]

Tematyka mięśni pneumatycznych była już na forum poruszana. Nie znalazłem jednak przepisu na zbudowanie takiego aktuatora. Stąd postanowiłem opisać moje próby.

Jak zacząłem

Około pół roku temu zamówiłem z frimy Shadow Robot Company dwa mięśnie pneumatyczne, te najmniejsze. Średnica 6mm, rozciągnięte mają długość 150 mm i przy ciśnieniu 3.5 bar są w stanie dźwignąć 3kg, maksymalny udźwig 7kg. Wystarczy dokupić pompkę samochodową, przewód z PVC w akwarystycznym, wszystko połączyć i już można zacząć się bawić. Nie byłoby w tym nic złego, gdyby nie cena, którą trzeba za mięśnie zapłacić. Sztuka kosztuje 10 funtów, razy dwa plus przesyłka i zabawa robi się droga.

Trochę drogo, a więc...

Uznałem, że chyba konstrukcja tego mięśnia nie jest zbyt skomplikowana i będę w stanie zbudować coś takiego samemu. W związku z tym rozciąłem jeden z mięśni i częściowo go rozebrałem, by dokładnie zobaczyć jak specjaliści go skonstruowali. Co się okazało? Mięsień składa się z silikonowej/gumowej rurki, która z jednej strony jest zatkana a do drugiego końca doprowadzono rurkę ze sprężonym powietrzem. Następnie na rurkę nasunięto oplot poliestrowy, zawinięto na końcach (by mieć uchwyt w kształcie ucha) i mocno zaciśnięto opaskami zaciskowymi.

Co nam będzie potrzebne:

- oplot elektroizolacyjny, dostępny w sklepach z elektroniką, średnica 6 mm, kawałek 40 cm

- rurka silikonowa/gumowa, średnica zewnętrzna 5mm, ścianki 1mm, długość około 15 cm – szukanie tego elementu zajęło mi najwięcej czasu; problem polega na tym, że rurka której potrzebowałem musiała być bardzo elastyczna, najlepiej o niewielkim współczynniku twardości w skali Shore’a, np. 30 A; kupiłem wiele rurek i przeprowadziłem sporo testów; ostatecznie zdecydowałem się na silikonową rurkę kupioną w sklepie modelarskim; nie znam niestety jej parametrów i nie wiem do czego oryginalnie jest używana

Poniżej seria testowanych rurek

- złączka plastikowa do przewodów (taka, by można było nasunąć na nią rurkę silikonową i wężyk z PVC)

- wężyk z PVC 0.5 m długości

- 2 metalowe opaski zaciskowe, kupiłem pasujące na przewody o średnicy od 6 do 10mm

- śrubka M4, około 1 cm długości

- trochę cienkiego sznurka

- klej który połączy silikon i metal, używałem Butaprenu

- ew. mały kawałek cienkiej aluminiowej blaszki ( grubość 0.7 mm)

Krok po kroku

Śrubkę M4 oraz wewnętrzne ścianki jednej z końcówek silikonowej rurki smarujemy Butaprenem. Wsuwamy śrubkę w rurkę i czekamy aż wyschnie (czekałem noc, by mieć pewność, że mocno związało).

Drugi koniec rurki nakładamy na plastikową złączkę, na którą z drugiej strony nasadzamy przewód z PVC. Jeśli wężyki nie będą chciały nachodzić na złączkę, można polać je gorąco wodą bądź posmarować złączkę smarem.

Końcówki elektroizolacyjnego oplotu najlepiej przypalić nad ogniem by się nie strzępiły. Następnie wsuwamy przygotowaną rurkę silikonową do oplotu, z tym że nie przez jeden z otwartych końców. W odległości około 8 cm od końca oplotu robimy małą dziurkę (ostrożnie rozszerzając włókna oplotu) i przez tak powstałą dziurę wsuwamy przewód w oplot. Cała silikonowa rurka wraz z połową plastikowej złączki musi się znaleźć wewnątrz oplotu.

Najpierw zajmijmy się końcem przez który wystaje rurka ze sprężonym powietrzem. Wiążemy oplot z plastikową złączką i silikonową rurka, dość mocno i ciasno.

Następnie zaginamy koniec oplotu tak aby utworzył ucho i w tym samym miejscu ponownie dowiązujemy oplot. Na powstałe połączenie nakładamy cienki kawałek blaszki aluminiowej (ściskamy nią dookoła oplot, sznurek, złączkę i rurkę).

Na koniec nakładamy na to opaskę zaciskową i bardzo mocno ściskamy.

Z drugim końcem postępujemy analogicznie.

Na końcówkę rurki PVC nakładamy złączkę (adapter) pasującą do pompki samochodowej.

Ostatecznie otrzymujemy gotowy mięsień.

Używałem pompki samochodowej kupionej na allegro.pl od użytkownika tanihurt. Cena: 9.90 zł plus koszty wysyłki. Wtyczkę do gniazda zapalniczki w samochodzie uciąłem i zamontowałem wtyk, który mogę podłączyć do zasilacza ATX (pod linię +12.0 V). Dzięki temu w pokoju mam mały kompresor.

W celu zaprezentowania możliwości zbudowanego mięśnia zmontowałem prosty układ przedstawiony na zdjęciu poniżej.

Imadło zawieszone na mięśniu waży 450 gram. Mięsień pompowany do ciśnienia 3 bar. Skok aktuatora około 3 cm.

Zbudowanie mięśnia pneumatycznego to troszkę pracy i koszt poniżej 10 zł (nie licząc sprężarki/pompki). Zaprezentowany układ nie posiada układu sterowania, nie wykorzystuje również pełnej siły mięśnia.

[mactro]

No dobra, a jak wygląda sterowanie takim mięśniem? Elektrozawór jakiś? W zasadzie to chyba nawet dwa by były potrzebne - doprowadzający powietrze i odprowadzający - czy może się mylę? Czy jest możliwe ustawienie położeń pośrednich, czy tylko skrajnych?

No i czy zamierzasz wykorzystać te mięśnie w jakiejś konstrukcji?

[sam.podolsky]

Mięśnie mają dwa położenia skrajne. Ze sterowaniem jest ten problem, że elektrozawory są chyba bardzo drogie. Na razie będę się starał ulepszać same mięśnie (większe ciśnienie, dokładniejsze wykonanie, lepsza rurka silikonowa) bez stosowania ich w konstrukcjach.

[feriar]

Sory za odkop ale ostatnio na youtubie widziałem zasadę działania i np. coś takiego do tej rurki daje się strzykawkę (jakaś duża pojemność) i serwo by dociskało tłok, ale to tylko koncepcja 😉

[Polecacz 101]

Produkcja i montaż PCB - wybierz sprawdzone PCBWay!
   • Darmowe płytki dla studentów i projektów non-profit
   • Tylko 5$ za 10 prototypów PCB w 24 godziny
   • Usługa projektowania PCB na zlecenie
   • Montaż PCB od 30$ + bezpłatna dostawa i szablony
   • Darmowe narzędzie do podglądu plików Gerber
Zobacz również » Film z fabryki PCBWay

[wiktor_p]

sam.podolsky, Witam! Zastosowanie w konstrukcji biomechanicznej takich mięśnie jest tematem mojej pracy dyplomowej. Postanowiłem od początku skonstruowac je samemu. Widze że masz już wiedze na temat materiałów rurek na rdzeń wewnętrzny takiego aktuatora. Byłbym bardzo wdzięczny gdybyś przybliżył mi co to za rurki i gdzie mogę dostać, na tyle rozciągliwe zeby mięsień wykonywał ruch roboczy (testowałem już kilka rodzajów ale czas mnie goni). Na forach modelarskich spotkałem się z RURKAMI LATEKSOWYMI jako tymi które są najbardziej rozciagliwe (do 500%) ale ani słowa gdzie można je zakupić. Jeśli mógłbys mi pomóc byłbym wdzięczny (ewentualnie na mój koszt wysłać taki materiał do mnie, łatwoej byłoby mi znaleźć). Z góry dzięki za odpowiedź. Pozdrawiam.

[kingofspace]

a jakby dać kondomy? Są rozciągliwe:D wytrzymałe z jednej strony zatkane:D

[sam.podolsky]

http://www.hobbyking.com/hobbycity/store/uh_viewitem.asp?idproduct=10329 - nie stosowałem tych konkretnych ale z moich wiadomości wynika, że to jest najlepszy produkt

Ogólnie musisz szukać rurek silikonowych/poliuretanowych o wartości 20 w skali twardości Shore'a A. Szeroko dostępne rurki w sklepach mają wyższą twardość, przez co się za bardzo nie nadają. Gdybyś zamawiał rurki z hobbyking przyłączę się do zamówienia.