วิธีสร้างกล้ามเนื้อในอากาศ!: 4 ขั้นตอน (พร้อมรูปภาพ)

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:06

ฉันต้องการสร้างแอคทูเอเตอร์สำหรับโปรเจ็กต์แอนิมาโทรนิกส์ที่ฉันกำลังทำอยู่ กล้ามเนื้อในอากาศเป็นตัวกระตุ้นที่ทรงพลังมาก ซึ่งทำงานคล้ายกับกล้ามเนื้อของมนุษย์มาก และมีอัตราส่วนความแข็งแรงต่อน้ำหนักเป็นปรากฎการณ์ พวกมันสามารถออกแรงดึงได้มากถึง 400 เท่าของน้ำหนักตัวมันเอง พวกเขาจะทำงานเมื่อบิดหรืองอและสามารถทำงานใต้น้ำได้ พวกเขายังทำได้ง่ายและราคาถูก! กล้ามเนื้ออากาศ (หรือที่เรียกว่ากล้ามเนื้อเทียม McKibben หรือตัวกระตุ้นนิวเมติกแบบถัก) ได้รับการพัฒนาโดย J. L. McKibben ในปี 1950 เพื่อใช้เป็นอุปกรณ์กายอุปกรณ์สำหรับผู้ป่วยโปลิโอ นี่คือวิธีการทำงาน: กล้ามเนื้อประกอบด้วยท่อยาง (กระเพาะปัสสาวะหรือแกนกลาง) ที่ล้อมรอบด้วยปลอกตาข่ายใยถักแบบท่อ เมื่อกระเพาะปัสสาวะพองตัว ตาข่ายจะขยายตัวในแนวรัศมีและหดตัวตามแนวแกน (เนื่องจากเส้นใยตาข่ายไม่สามารถขยายได้) จะทำให้ความยาวโดยรวมของกล้ามเนื้อสั้นลงและทำให้เกิดแรงดึงขึ้นในเวลาต่อมา กล้ามเนื้ออากาศมีลักษณะการทำงานคล้ายกับกล้ามเนื้อของมนุษย์มาก แรงที่กระทำจะลดลงเมื่อกล้ามเนื้อหดตัว นี่เป็นเพราะการเปลี่ยนแปลงในมุมการสานของตาข่ายถักเมื่อกล้ามเนื้อหดตัว- เมื่อตาข่ายขยายในแนวรัศมีด้วยกรรไกรเหมือนการเคลื่อนไหว จะใช้แรงน้อยลงเนื่องจากมุมการทอจะตื้นขึ้นเมื่อกล้ามเนื้อหดตัว (ดูแผนภาพด้านล่าง - รูป A แสดงว่ากล้ามเนื้อจะหดตัวในระดับที่มากกว่ารูป C เมื่อความดันในกระเพาะปัสสาวะเพิ่มขึ้นเท่ากัน) วิดีโอจะแสดงเอฟเฟกต์นี้เช่นกัน กล้ามเนื้ออากาศสามารถหดตัวได้ถึง 40% ของความยาว ขึ้นอยู่กับวิธีการและวัสดุในการก่อสร้าง กฎของแก๊สระบุว่าหากคุณเพิ่มแรงดัน คุณก็จะเพิ่มปริมาตรของกระบอกสูบที่ขยายได้ (หากอุณหภูมิคงที่) ปริมาตรที่เพิ่มขึ้นของ ในที่สุด กระเพาะปัสสาวะก็ถูกจำกัดด้วยคุณสมบัติทางกายภาพของปลอกตาข่ายแบบถัก ดังนั้นเพื่อสร้างแรงดึงที่มากขึ้น คุณจำเป็นต้องสามารถเพิ่มปริมาตรของกระเพาะปัสสาวะได้อย่างมีประสิทธิภาพ - แรงดึงของกล้ามเนื้อเป็นหน้าที่ของความยาวและ เส้นผ่านศูนย์กลางของกล้ามเนื้อรวมถึงความสามารถในการหดตัวอันเนื่องมาจากคุณสมบัติของปลอกตาข่าย (วัสดุก่อสร้าง จำนวนเส้นใย มุมประสาน) และวัสดุกระเพาะปัสสาวะ ฉันสร้างกล้ามเนื้อขนาดต่างๆ กัน 2 มัดโดยใช้วัสดุที่คล้ายกันเพื่อแสดงหลักการนี้ กล้ามเนื้อทั้งสองทำงานที่ความดันอากาศเดียวกัน (60psi) แต่มีขนาดและความยาวต่างกัน กล้ามเนื้อมัดเล็กเริ่มมีปัญหาเมื่อใส่น้ำหนักลงไป ในขณะที่กล้ามเนื้อที่ใหญ่ขึ้นไม่มีปัญหาใดๆ เลย ต่อไปนี้คือวิดีโอสองสามวิดีโอที่แสดงการทำงานของกล้ามเนื้ออากาศที่สร้างขึ้นทั้งคู่

ไปสร้างกล้ามกันเถอะ!

ขั้นตอนที่ 1: วัสดุ

วัสดุทั้งหมดมีอยู่ใน Amazon.com ยกเว้นตาข่ายไนลอนถักขนาด 3/8 นิ้ว ซึ่งมีจำหน่ายจากซัพพลายเออร์อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ Amazon ขายชุดปลอกหุ้มแบบถักที่มีตาข่ายถักหลายขนาด แต่วัสดุที่แน่นอนคือ ไม่ระบุ-AmazonYou'll need an air source:ฉันใช้ถังลมขนาดเล็กที่มีตัวควบคุมความดัน แต่คุณยังสามารถใช้ปั๊มลมจักรยานได้ (คุณจะต้องทำอะแดปเตอร์เพื่อให้ใช้งานได้กับท่อโพลี 1/4". ถังลม- ตัวควบคุม AmazonPressure (ต้องใช้อะแดปเตอร์ตัวเมีย NPT ขนาด 1/8" ถึง 1/4" NPT) - ท่อโพลีแรงดันสูง Amazon1/4" - Amazonmultitool (ไขควง กรรไกร คีม คีมตัดลวด) - Amazonlighter สำหรับเครื่องขนาดเล็ก กล้ามเนื้อ: 1/4" ท่อซิลิโคนหรือยางลาเท็กซ์- ปลอกตาข่ายไนลอนถัก Amazon3/8" (ดูด้านบน) หนามท่อขนาดเล็ก 1/8" (ทองเหลืองหรือไนลอน) - สลักเกลียวอเมซอนขนาดเล็ก (ด้าย 10-24 เส้น ยาว 3/8 นิ้ว) ดี)- ลวดนิรภัย Amazonsteel- Amazon สำหรับกล้ามเนื้อขนาดใหญ่: ท่อซิลิโคนหรือน้ำยาง 3/8"- ปลอกตาข่ายไนลอนถัก Amazon1/2"- Amazon1/ ดอกสว่านขนาด 8" หรือขนาดใกล้เคียงกัน - Amazon21/64" ดอกสว่าน - Amazon1/8" x 27 NPT tap- Amazon1/8" หนามท่อ x 1/8" อะแดปเตอร์เกลียวท่อ- Amazonsmall ที่หนีบท่อ - Amazon3/4" อลูมิเนียมหรือพลาสติก คันเพื่อสร้างปลายกล้ามเนื้อ- หมายเหตุด้านความปลอดภัยของ Amazon- ตรวจสอบให้แน่ใจว่าคุณสวมแว่นตานิรภัยเมื่อทดสอบกล้ามเนื้อในอากาศของคุณ! ท่อแรงดันสูงที่หลุดออกจากข้อต่อหลวมอาจทำให้ได้รับบาดเจ็บสาหัส!

ขั้นตอนที่ 2: การสร้างกล้ามเนื้อมัดเล็ก

ขั้นแรกให้ตัดท่อซิลิโคนขนาด 1/4 นิ้วที่มีความยาวเล็ก ๆ ตอนนี้ใส่สลักเกลียวขนาดเล็กลงในปลายด้านหนึ่งของท่อและปลายท่อเข้าที่ปลายอีกด้านหนึ่ง ตอนนี้ตัดปลอกถัก 3/8" ให้ยาวกว่าซิลิโคนประมาณสองนิ้ว สอดท่อแล้วใช้ไฟแช็กเพื่อหลอมปลายปลอกสายถักเพื่อไม่ให้หลุดลุ่ย เลื่อนปลอกถักเปียไปบนท่อซิลิโคนแล้วพันปลายท่อแต่ละด้านด้วยลวดนิรภัยแล้วขันให้แน่น ตอนนี้ทำห่วงลวดแล้วพันรอบปลายแต่ละด้านของปลอกถัก แทนที่จะใช้ห่วงลวดที่ปลายกล้ามเนื้อ คุณสามารถทำให้แขนเสื้อยาวขึ้นแล้วพับกลับเข้าไปที่ส่วนปลายของกล้ามเนื้อ ทำให้เกิดเป็นห่วง รอบ ๆ มัน. ต่อท่อแรงดันสูง 1/4" ของคุณแล้วปั๊มลมเข้าไปในกล้ามเนื้อเล็กน้อยเพื่อให้แน่ใจว่าจะพองตัวได้โดยไม่รั่วไหล ในการทดสอบกล้ามเนื้อลม คุณต้องยืดมันให้สุดความยาวโดยใส่น้ำหนักลงไป วิธีนี้จะช่วยให้ มันหดตัวสูงสุดเมื่อถูกกดดัน เริ่มเพิ่มอากาศ (ถึงประมาณ 60psi) และดูการหดตัวของกล้ามเนื้อ!

ขั้นตอนที่ 3: การสร้างกล้ามเนื้ออากาศขนาดใหญ่

ในการสร้างกล้ามเนื้อขนาดใหญ่ ฉันหมุนปลายมีหนามจากแท่งอะลูมิเนียม 3/4" บางส่วน - พลาสติกก็จะใช้การได้เช่นกัน ปลายด้านหนึ่งเป็นของแข็ง ปลายอีกด้านมีรูอากาศ 1/8" ที่เจาะเข้าไป จากนั้นจึงเคาะเป็น 1 /8 "ท่อหนามท่อเกลียวอะแดปเตอร์ ทำได้โดยเจาะรู 21/64" ตั้งฉากกับรูอากาศ 1/8 "จากนั้นใช้เกลียวท่อ 1/8" เพื่อแตะรู 21/64 "สำหรับ ข้อต่อท่อยาง ตอนนี้ตัดท่อยางขนาด 8" ความยาว 3/8" สำหรับถุงลมและเลื่อนปลายด้านหนึ่งไปเหนืออุปกรณ์กลึงชิ้นใดชิ้นหนึ่ง จากนั้นตัดปลอกสายถัก 1/2 นิ้ว ยาว 10 นิ้ว (อย่าลืมละลายปลายท่อ) ด้วยไฟแช็ก) แล้วเลื่อนไปบนท่อยาง จากนั้นเลื่อนปลายด้านตรงข้ามของท่อยางเหนือข้อต่อลมที่เหลือจากเครื่องจักรที่เหลือ ตอนนี้ ยึดปลายท่อแต่ละด้านอย่างแน่นหนาโดยใช้แคลมป์รัดท่อ กล้ามเนื้อที่ใหญ่ขึ้นจะทำงานเหมือนกับรุ่นที่เล็กกว่า เติมอากาศและดูมันหดตัว เมื่อคุณวางมันลง คุณจะรู้ทันทีว่ากล้ามเนื้อที่ใหญ่ขึ้นนี้แข็งแรงขึ้นมาก!

ขั้นตอนที่ 4: การทดสอบและข้อมูลเพิ่มเติม

เมื่อคุณได้สร้างกล้ามเนื้อลมแล้ว ก็ถึงเวลานำไปใช้ ยืดกล้ามเนื้อออกเพื่อให้ถึงส่วนขยายสูงสุดโดยการเพิ่มน้ำหนัก อุปกรณ์ทดสอบที่ดีคือการใช้เครื่องชั่งแบบแขวน โชคไม่ดีที่ฉันไม่สามารถเข้าถึงได้ ดังนั้นฉันจึงต้องใช้ตุ้มน้ำหนัก ตอนนี้เริ่มเติมอากาศอย่างช้าๆ โดยเพิ่มทีละ 20psi จนกระทั่งถึง 60psi สิ่งแรกที่คุณสังเกตเห็นคือกล้ามเนื้อหดตัวในปริมาณที่น้อยลงเรื่อยๆ ทุกครั้งที่ความดันอากาศเพิ่มขึ้นทีละขั้นจนกว่าจะหดตัวเต็มที่ ต่อไป คุณจะพบว่าเมื่อน้ำหนักเพิ่มขึ้น ความสามารถของกล้ามเนื้อในการหดตัวจะลดลงในอัตราที่เพิ่มขึ้นจนไม่สามารถยกน้ำหนักที่เพิ่มขึ้นได้อีกต่อไป ซึ่งคล้ายกับการทำงานของกล้ามเนื้อของมนุษย์มาก สังเกตได้ทันทีว่าการเปลี่ยนแปลงขนาดของกล้ามเนื้อมีผลอย่างมากต่อประสิทธิภาพของกล้ามเนื้อ น้ำหนัก 22 ปอนด์ ที่ 60psi กล้ามเนื้อที่เล็กกว่ายังสามารถยกได้ แต่ไม่มีที่ไหนใกล้จะหดตัวเต็มที่ในขณะที่กล้ามเนื้อที่ใหญ่กว่าสามารถหดตัวเต็มที่ได้ง่ายมาก พลวัตของกล้ามเนื้ออากาศนั้นค่อนข้างยากที่จะจำลองทางคณิตศาสตร์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อพิจารณาจากจำนวนตัวแปรในการก่อสร้าง. สำหรับการอ่านเพิ่มเติม ผมขอแนะนำให้ดูที่นี่:https://biorobots.cwru.edu/projects/bats/bats.htm การใช้งานกล้ามเนื้ออากาศหลายๆ อย่าง ได้แก่ หุ่นยนต์ (โดยเฉพาะไบโอโรโบติก) แอนิมาโทรนิกส์ กายอุปกรณ์/การฟื้นฟูสมรรถภาพ และอวัยวะเทียม สามารถควบคุมได้โดยไมโครคอนโทรลเลอร์หรือสวิตช์โดยใช้วาล์วอากาศโซลินอยด์สามทางหรือโดยการควบคุมวิทยุโดยใช้วาล์วที่ทำงานโดยเซอร์โว วาล์วสามทางทำงานโดยการเติมลมในกระเพาะปัสสาวะก่อน โดยกดแรงดันอากาศในกระเพาะปัสสาวะ จากนั้นจึงระบายลมออกจากกระเพาะปัสสาวะเพื่อปล่อยลมออก สิ่งที่ต้องจำไว้คือกล้ามเนื้ออากาศต้องอยู่ภายใต้ความตึงเครียดจึงจะทำงานได้อย่างถูกต้อง ตัวอย่างเช่น กล้ามเนื้อสองมัดมักใช้ร่วมกันเพื่อทรงตัวเพื่อขยับแขนหุ่นยนต์ กล้ามเนื้อหนึ่งจะทำหน้าที่เป็นไบเซปและอีกกล้ามเนื้อหนึ่งเป็นกล้ามเนื้อไทรเซ็ป โดยรวมแล้ว กล้ามเนื้อในอากาศสามารถสร้างความยาวและเส้นผ่านศูนย์กลางได้ทุกประเภท เพื่อให้เหมาะกับการใช้งานที่หลากหลายซึ่งมีความแข็งแรงสูงและน้ำหนักเบา ประสิทธิภาพและอายุขัยแตกต่างกันไปตามพารามิเตอร์หลายประการเกี่ยวกับการก่อสร้าง:1) ความยาวของกล้ามเนื้อ2) เส้นผ่านศูนย์กลางของกล้ามเนื้อ3) ประเภทของท่อที่ใช้สำหรับการทดสอบกระเพาะปัสสาวะ อย่างไรก็ตาม ซิลิโคนบางชนิดมีอัตราการขยายตัวที่สูงกว่า (มากถึง 1,000%) และสามารถทนต่อแรงกดทับได้สูงกว่าลาเท็กซ์ (ส่วนมากจะขึ้นอยู่กับข้อกำหนดของท่อที่แน่นอน)4) ประเภทของตาข่ายถักที่ใช้- ตาข่ายถักบางประเภทมีฤทธิ์กัดกร่อนน้อยกว่าชนิดอื่น ปรับปรุงอายุขัยของกระเพาะปัสสาวะ บางบริษัทใช้ปลอกสแปนเด็กซ์ระหว่างกระเพาะปัสสาวะกับตาข่ายเพื่อลดการเสียดสี ตาข่ายทอแน่นขึ้นช่วยให้กระจายแรงกดบนกระเพาะปัสสาวะได้สม่ำเสมอยิ่งขึ้น ช่วยลดความเครียดในกระเพาะปัสสาวะ 5) การกดทับของกระเพาะปัสสาวะล่วงหน้า (กระเพาะปัสสาวะสั้นกว่าตาข่ายถัก) - ทำให้พื้นที่สัมผัสลดลง (และทำให้เกิดการเสียดสี) ระหว่างกระเพาะปัสสาวะกับปลอกตาข่ายถักเมื่อกล้ามเนื้อพักและทำให้ตาข่ายถักได้เต็มที่ ปฏิรูประหว่างวัฏจักรการหดตัวทำให้ชีวิตเมื่อยล้าดีขึ้น การกดทับที่กระเพาะปัสสาวะล่วงหน้ายังช่วยปรับปรุงการหดตัวเริ่มต้นของกล้ามเนื้อเนื่องจากปริมาตรของกระเพาะปัสสาวะเริ่มต้นที่ต่ำลง 6) การสร้างโครงส่วนปลายของกล้ามเนื้อ - ขอบรัศมีช่วยลดความเข้มข้นของความเครียดบนกระเพาะปัสสาวะ โดยรวมแล้ว ด้วยอัตราส่วนกำลังต่อน้ำหนัก ความง่าย/ต้นทุนต่ำในการก่อสร้าง และความสามารถในการเลียนแบบพลวัตของกล้ามเนื้อของมนุษย์ กล้ามเนื้อลมจึงเป็นทางเลือกที่น่าสนใจแทนวิธีการเคลื่อนไหวแบบดั้งเดิมสำหรับอุปกรณ์ทางกล ขอให้สนุกกับการสร้างมัน!:NS