Cara Membuat Otot Udara!: 4 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:56

Saya perlu membuat beberapa aktuator untuk proyek animatronik yang sedang saya kerjakan. Otot udara adalah aktuator yang sangat kuat yang bekerja sangat mirip dengan otot manusia dan memiliki rasio kekuatan terhadap berat yang fenomenal - mereka dapat mengerahkan gaya tarik hingga 400 kali beratnya sendiri. Mereka akan bekerja ketika dipelintir atau ditekuk dan dapat bekerja di bawah air. Mereka juga mudah dan murah untuk dibuat! Otot udara (juga dikenal sebagai otot buatan McKibben atau aktuator pneumatik yang dikepang) awalnya dikembangkan oleh J. L. McKibben pada tahun 1950-an sebagai alat ortotik untuk pasien polio. Begini cara kerjanya: Otot terdiri dari tabung karet (kandung kemih atau inti) yang dikelilingi oleh selongsong jaring serat yang dikepang berbentuk tabung. Ketika kandung kemih dipompa, mesh mengembang secara radial dan berkontraksi secara aksial (karena serat mesh tidak dapat diperpanjang), memperpendek panjang keseluruhan otot dan kemudian menghasilkan gaya tarik. Otot udara memiliki karakteristik kinerja yang sangat mirip dengan otot manusia - gaya yang diberikan berkurang saat otot berkontraksi. Hal ini disebabkan oleh perubahan sudut jalinan jaring jalinan saat otot berkontraksi - saat jalinan mengembang secara radial dalam gerakan seperti gunting, gaya yang diberikan lebih sedikit karena sudut jalinan menjadi semakin dangkal saat otot berkontraksi (lihat diagram di bawah ini). - gambar A menunjukkan bahwa otot akan berkontraksi lebih besar daripada gambar C jika diberikan peningkatan tekanan kandung kemih yang sama). Video juga menunjukkan efek ini. Otot udara dapat berkontraksi hingga 40% dari panjangnya, tergantung pada metode dan bahan konstruksinya. Hukum gas menyatakan bahwa jika Anda meningkatkan tekanan, Anda juga meningkatkan volume silinder yang dapat diupgrade (asalkan suhunya konstan.) Volume yang mengembang dari kandung kemih pada akhirnya dibatasi oleh sifat fisik dari selongsong jala yang dikepang sehingga untuk menciptakan gaya tarik yang lebih besar Anda harus dapat meningkatkan volume efektif kandung kemih- gaya tarikan otot adalah fungsi dari panjang dan diameter otot serta kemampuannya untuk berkontraksi karena sifat-sifat mesh sleeve (bahan konstruksi, jumlah serat, sudut jalinan) dan bahan kandung kemih. Saya membangun dua otot berukuran berbeda menggunakan bahan serupa untuk mendemonstrasikan prinsip ini - keduanya dioperasikan pada tekanan udara yang sama (60psi) tetapi memiliki diameter dan panjang yang berbeda. Otot kecil benar-benar mulai berjuang ketika beberapa beban diletakkan di atasnya sementara otot yang lebih besar tidak memiliki masalah sama sekali. Berikut adalah beberapa video yang menunjukkan kedua otot udara yang terbentuk sedang beraksi.

Sekarang mari kita membuat beberapa otot!

Langkah 1: Bahan

Semua bahan sudah tersedia di Amazon.com, kecuali jaring nilon jalinan 3/8 "- tersedia dari pemasok elektronik. Amazon memang menjual kit sleeving jalinan dengan beberapa ukuran jaring jalinan tetapi bahan yang tepat adalah tidak disebutkan-AmazonAnda akan membutuhkan sumber udara:Saya menggunakan tangki udara kecil dengan pengatur tekanan tetapi Anda juga dapat menggunakan pompa udara sepeda (Anda harus membuat adaptor untuk membuatnya bekerja dengan selang poli 1/4" Tangki udara- AmazonPressure regulator (akan membutuhkan 1/8" NPT female ke 1/4" NPT male adapter)- Amazon1/4" high pressure poly tubing- Amazonmultitool (obeng, gunting, tang, pemotong kawat)- Amazonlighteruntuk yang kecil otot: 1/4 "silikon atau tabung lateks- Amazon3/8" lengan jala nilon dikepang (lihat di atas) 1/8" selang duri kecil (kuningan atau nilon) - Baut Amazonsmall (10-24 benang dengan panjang 3/8 bekerja well)- Kawat pengaman Amazonsteel- Amazonuntuk otot besar: tabung silikon atau lateks 3/8"- Amazon1/2" lengan jaring nilon dikepang- Amazon1/ 8" atau mata bor berukuran serupa- Mata bor Amazon21/64"- Amazon1/8" x 27 NPT tap- Amazon1/8" selang duri x 1/8" adaptor ulir pipa- Klem selang kecil Amazon- Aluminium atau plastik Amazon3/4" tongkat untuk membentuk ujung otot- catatan AmazonSafety- pastikan Anda memakai kacamata pengaman saat menguji otot udara Anda! Selang bertekanan tinggi yang terlepas dari fitting yang longgar dapat menyebabkan cedera serius!

Langkah 2: Membuat Otot Kecil

Pertama potong sedikit panjang tabung silikon 1/4 ". Sekarang masukkan baut kecil ke salah satu ujung tabung dan duri selang ke ujung yang lain. Sekarang potong selongsong yang dikepang 3/8" sekitar dua inci lebih panjang dari silikon tabung dan gunakan korek api untuk melelehkan ujung selongsong yang dikepang agar tidak terlepas. Geser selongsong yang dikepang di atas tabung silikon dan bungkus setiap ujung tabung dengan kawat pengaman dan kencangkan. Sekarang buat beberapa loop kawat dan bungkus di sekitar setiap ujung lengan yang dikepang. Sebagai alternatif untuk menggunakan loop kawat di ujung otot, Anda dapat membuat selongsong lebih panjang dan kemudian melipatnya kembali ke ujung otot, membentuk lingkaran (Anda harus mendorong fitting udara)- lalu kencangkan kawat di sekitarnya. Sekarang sambungkan pipa bertekanan tinggi 1/4" Anda dan pompa sedikit udara ke dalam otot untuk memastikannya mengembang tanpa bocor. Untuk menguji otot udara, Anda harus meregangkannya hingga panjang penuh dengan meletakkan beban di atasnya- ini akan memungkinkan itu kontraksi maksimum saat diberi tekanan. Mulailah menambahkan udara (hingga sekitar 60psi) dan perhatikan ototnya berkontraksi!

Langkah 3: Membuat Otot Udara Besar

Untuk membuat otot besar saya memutar beberapa ujung berduri dari beberapa batang aluminium 3/4 "- plastik juga akan bekerja. Salah satu ujungnya kokoh. Ujung lainnya memiliki lubang udara 1/8" yang dibor di dalamnya dan kemudian disadap untuk 1 /8" selang adaptor ulir pipa duri. Hal ini dilakukan dengan mengebor lubang 21/64" tegak lurus dengan lubang udara 1/8". Kemudian gunakan keran ulir pipa 1/8" untuk mengetuk lubang 21/64" untuk pemasangan selang barb. Sekarang potong tabung karet berukuran 8" dengan panjang 3/8" untuk kantung udara dan geser salah satu ujungnya ke salah satu alat kelengkapan mesin. Kemudian potong beberapa 1/2" selongsong yang dikepang sepanjang 10" (ingat untuk melelehkan ujungnya dengan pemantik api) dan geser ke atas tabung karet. Kemudian geser ujung tabung karet yang berlawanan di atas sisa fitting udara mesin. Sekarang kencangkan setiap ujung tabung menggunakan klem selang. Otot yang lebih besar bekerja seperti versi yang lebih kecil- hanya tambahkan udara dan lihatlah ia berkontraksi Setelah Anda meletakkannya di bawah beban, Anda akan segera menyadari bahwa otot yang lebih besar ini jauh lebih kuat!

Langkah 4: Pengujian dan Info Tambahan

Sekarang setelah Anda membuat beberapa otot udara, inilah saatnya untuk menggunakannya. Regangkan otot-otot tersebut sehingga mencapai ekstensi maksimum dengan menambah berat badan. Alat uji yang baik adalah menggunakan timbangan gantung - sayangnya saya tidak memiliki akses ke timbangan tersebut sehingga saya harus menggunakan beberapa timbangan. Sekarang perlahan-lahan mulailah menambahkan udara dengan peningkatan 20psi hingga Anda mencapai 60psi. Hal pertama yang Anda perhatikan adalah otot berkontraksi secara progresif dalam jumlah yang lebih kecil dengan setiap peningkatan tekanan udara secara bertahap hingga berkontraksi sepenuhnya. Selanjutnya Anda akan menemukan bahwa saat beban meningkat, kemampuan otot untuk berkontraksi menurun dengan kecepatan yang meningkat hingga otot tidak dapat lagi mengangkat beban yang meningkat. Ini sangat mirip dengan kinerja otot manusia. Segera terlihat bahwa perubahan ukuran otot memiliki efek besar pada kinerja otot. Pada 22lbs. @60psi, otot yang lebih kecil masih dapat mengangkat, tetapi tidak mendapatkan kontraksi penuh sedangkan otot yang lebih besar dapat dengan mudah mendapatkan kontraksi penuh. Dinamika otot udara cukup sulit untuk dimodelkan secara matematis, terutama mengingat jumlah variabel dalam konstruksinya. Untuk bacaan lebih lanjut, saya sarankan untuk melihat di sini: https://biorobots.cwru.edu/projects/bats/bats.htm Beberapa aplikasi otot udara termasuk robotika (terutama biorobotik), animatronik, ortotik/rehabilitasi, dan prostetik. Mereka dapat dikendalikan oleh mikrokontroler atau sakelar menggunakan katup udara solenoida tiga arah atau dengan kontrol radio menggunakan katup yang dioperasikan oleh servos. Sebuah katup tiga arah bekerja dengan terlebih dahulu mengisi kandung kemih, menahan tekanan udara di dalam kandung kemih dan kemudian melampiaskan kandung kemih untuk mengempiskannya. Yang perlu diingat adalah otot-otot udara harus berada di bawah ketegangan untuk bekerja dengan baik. Sebagai contoh dua otot sering digunakan bersamaan untuk menyeimbangkan satu sama lain untuk menggerakkan lengan robot. Satu otot akan bertindak sebagai bisep dan yang lainnya sebagai otot trisep. Secara keseluruhan, otot-otot udara dapat dibangun dalam segala macam panjang dan diameter agar sesuai dengan berbagai aplikasi di mana kekuatan tinggi dan bobot ringan sangat penting. Kinerja dan umur panjangnya bervariasi sesuai dengan beberapa parameter mengenai konstruksinya:1) Panjang otot2) Diameter otot3) Jenis tabung yang digunakan untuk pengujian kandung kemih Saya pernah membaca menyatakan bahwa kandung kemih lateks cenderung memiliki masa pakai lebih lama daripada kandung kemih silikon, namun beberapa silikon memiliki tingkat ekspansi yang lebih besar (hingga 1000%) dan dapat menahan tekanan lebih tinggi daripada lateks (banyak dari ini akan tergantung pada spesifikasi tubing yang tepat.) 4) Jenis anyaman yang digunakan - beberapa jaring yang dikepang kurang abrasif daripada yang lain, meningkatkan rentang hidup kandung kemih. Beberapa perusahaan telah menggunakan selongsong spandeks antara kandung kemih dan mesh untuk mengurangi abrasi. Jala anyaman yang lebih rapat memungkinkan distribusi tekanan yang lebih merata pada kandung kemih, sehingga mengurangi tekanan pada kandung kemih. 5) Pre stressing pada kandung kemih (kandung kemih lebih pendek dari jalinan jalinan)- ini menyebabkan pengurangan area kontak (dan karenanya abrasi) antara kandung kemih dan selongsong jalinan jalinan saat otot dalam keadaan istirahat dan memungkinkan jalinan jalinan untuk sepenuhnya reformasi antara siklus kontraksi, meningkatkan umur kelelahan. Tekanan awal kandung kemih juga meningkatkan kontraksi awal otot karena volume awal kandung kemih yang lebih rendah.6) Konstruksi rumah ujung otot - tepi yang berjari-jari mengurangi konsentrasi tegangan pada kandung kemih. Secara keseluruhan, dengan rasio kekuatan terhadap berat, kemudahan/biaya konstruksi yang rendah, dan kemampuan untuk meniru dinamika otot manusia, otot udara menawarkan alternatif yang menarik untuk alat gerak tradisional untuk perangkat mekanis. Selamat membangunnya!:D