Jeffrey Cross
Jeffrey Cross

Skill Builder: Hydraulika pro roboty

Hydraulické roboty

Obří bojovní roboti z Robot Combat League společnosti SyFy používali hydrauliku.

Proč byste chtěli na svém robotu používat hydrauliku? Bylo to dost dobré pro bojové roboty značky Mark Setrakian určené pro bojovou ligu Robot Combat League, show, kterou pomáhal vyvíjet pro síť SyFy. Nenavrhuji, abyste si postavili obřího robota (i když to je docela v pohodě), ale je tu spousta, co se můžete naučit a znalosti jsou moc.

Podívejme se na níže uvedené koncepty a pak se podělím o myšlenku hydraulického projektu, která je méně než… 800 lb robot.

Charakteristika hydrauliky

Nestlačitelný!

Uzavřený hydraulický systém posouvá v každém válci stejné objemy. Obraz: Orion 8, CC BY-SA 3.0, přes Wikimedia Commons

Pneumatika a hydraulika jsou systémy tlakových kapalin. Klíčovým rozdílem je, že pneumatické systémy se zabývají plyny a hydraulickými systémy zabývajícími se kapalinami. Na rozdíl od plynů jsou kapaliny nestlačitelné.

Animace vpravo ukazuje hydraulický systém. Vzhledem k tomu, že se jedná o omezený systém nestlačitelné tekutiny, objem kapaliny vytlačené z malého válce je roven objemu vytlačenému do velkého válce.

Pod tlakem

Pascalův zákon popisuje, jak tlak působí na kapaliny uzavřené v nádobě. Na obrázku níže je kapalina vlevo v otevřené válcové nádobě. Tlak v blízkosti dna bude vyšší než tlak nahoře, protože na kapalinu se váží více hmoty, čím dále klesáte.

Pokud byl stejný válec kapaliny přemístěn do vyšší výšky, kde byl atmosférický tlak menší o 10 kPa, tlak v blízkosti dna by byl stále větší než tlak v horní části. Tlak všude v kapalině by však byl o 10 kPa menší než dříve.

Kapalina pod tlakem následuje Pascalův zákon. Obrázek Andrew Terranova

Nyní, když umístíte těsně přiléhající píst na horní část kapaliny ve válci, stejně jako ve válci vpravo, stane se něco zajímavého. Vzhledem k tomu, že kapalina je nestlačitelná, tlak se nyní vyrovnává v celé kapalině a působí silou rovnoměrně na všechny body jejího zásobníku.

Převzetí mechanické výhody

Důsledkem toho je, že můžete získat mechanickou výhodu. Když aplikujete sílu na malý válec, množství síly vyvíjené velkým válcem je úměrné poměru povrchových ploch dvou válců.

Hydraulika může poskytnout mechanickou výhodu. Obraz Rahulgoel12345 CC BY-SA 4.0, přes Wikimedia Commons

Jinými slovy, na malý válec aplikujete malou sílu a na velký válec získáte velkou sílu. S tímto principem se můžete seznámit, pokud jste někdy použili hydraulický zvedák nebo štípač dřeva.

Je to nepřímo úměrný vliv na vzdálenost… musíte přesunout malý válec dlouhou cestou, aby se velký válec pohnul krátkou cestou. To je analogické s použitím kladkostroje pro blokování kladek a kladek pro zvedání velké hmotnosti. Lano musíte vytáhnout více, než je vzdálenost, kterou zvednete, ale nemusíte táhnout tak tvrdě.

Stavba hydraulického ramena

Nyní, když máte nějakou teorii, podívejme se na praktický příklad, který si můžete vytvořit sami.

Sestavte soupravu

Zvedl jsem tuto levnou hydraulickou robotickou ruku pro svého syna, což pomohlo inspirovat tento post.

Jak vidíte na videu, když přemístíte některou ze tří injekčních stříkaček na kontrolním konci, voda tlačí stříkačky integrované do ovladačů ramena.

Injekční stříkačky v soupravě jsou všechny stejné velikosti, takže aplikovaná síla a pohybovaná vzdálenost je stejná.

Stejná velikost stříkačky: stejná síla, stejná vzdálenost. Obrázek Andrew Terranova

Pokud jste chtěli zvednout těžší náklad s ramenem robota, můžete nahradit stříkačku s větším průměrem do zdvihacího pohonu. Nebylo by možné pohybovat paží tak daleko, ale teď by mohla zvednout větší váhu. Budete muset změnit odpovídající kontrolní stříkačku na delší z původního průměru, abyste se pokusili udržet stejnou vzdálenost na výstupu.

Větší výstupní stříkačka: menší vstupní síla, větší vstupní vzdálenost. Obrázek Andrew Terranova

Přidat některé ovladače

Pro některé bonusové body pracuji na přidání lineárního ovladače ke každé stříkačce.

Můžete si vytvořit vlastní lineární pohon z upraveného servo a staré lepící tyčinky. Zjistil jsem, že krátká délka rozváděče 40½ ”PVC může být nalepena do základny lepicí tyčinky pohonu a píst stříkačky dobře zapadá do druhého konce trubky.

Po sestavení lze cenově výhodné hydraulické rameno robotu naprogramovat pomocí mikrokontroléru.

Podíl

Zanechat Komentář