كيفية تكوين عضلات هوائية: 4 خطوات (بالصور)

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:40

كنت بحاجة إلى إنشاء بعض المحركات لمشروع متحرك أعمل عليه. عضلات الهواء هي محركات قوية جدًا تعمل بشكل مشابه جدًا لعضلة الإنسان ولديها قوة هائلة لنسبة الوزن - يمكنها ممارسة قوة سحب تصل إلى 400 ضعف وزنها. سيعملون عند الالتواء أو الانحناء ويمكنهم العمل تحت الماء. كما أنها سهلة الصنع ورخيصة الثمن! تم تطوير عضلات الهواء (المعروفة أيضًا باسم عضلات ماكيبين الاصطناعية أو المحركات الهوائية المضفرة) في الأصل من قبل J. L. McKibben في الخمسينيات من القرن الماضي كجهاز لتقويم العظام لمرضى شلل الأطفال. إليك كيفية عملها: تتكون العضلة من أنبوب مطاطي (مثانة أو لب) محاط بغطاء شبكي من الألياف أنبوبي مضفر. عندما يتم نفخ المثانة ، تتمدد الشبكة شعاعيًا وتتقلص محوريًا (نظرًا لأن ألياف الشبكة غير قابلة للتمدد) ، مما يؤدي إلى تقصير الطول الإجمالي للعضلة وبالتالي إنتاج قوة شد. تتمتع عضلات الهواء بخصائص أداء تشبه إلى حد بعيد عضلات الإنسان - تقل القوة المبذولة مع تقلص العضلات. ويرجع ذلك إلى التغيير في زاوية التداخل للشبكة المضفرة مع انقباض العضلة - حيث تتوسع الشبكة شعاعيًا في المقص مثل الحركة ، فإنها تمارس قوة أقل نظرًا لأن زاوية النسج تصبح ضحلة بشكل متزايد مع انقباض العضلات (انظر الرسم التخطيطي أدناه) - يوضح الشكل (أ) أن العضلات سوف تنقبض بدرجة أكبر من الشكل C مع زيادة ضغط المثانة بشكل متساوٍ) وتظهر مقاطع الفيديو هذا التأثير أيضًا. يمكن أن تنقبض عضلات الهواء بنسبة تصل إلى 40٪ من طولها ، اعتمادًا على طريقة ومواد بنائها. ينص قانون الغاز على أنه إذا قمت بزيادة الضغط ، فإنك تزيد أيضًا من حجم الأسطوانة القابلة للتمدد (بشرط أن تكون درجة الحرارة ثابتة.) تكون المثانة مقيدة في النهاية بالخصائص الفيزيائية للغطاء الشبكي المضفر ، لذلك من أجل إنشاء قوة سحب أكبر ، يجب أن تكون قادرًا على زيادة الحجم الفعال للمثانة - قوة سحب العضلات هي دالة للطول و قطر العضلة بالإضافة إلى قدرتها على الانقباض بسبب خصائص غلاف الشبكة (مواد البناء ، عدد الألياف ، زاوية التشابك) ومواد المثانة. لقد قمت ببناء عضلتين مختلفتين الحجم باستخدام مواد متشابهة لإثبات هذا المبدأ - تم تشغيل كلاهما بنفس ضغط الهواء (60 رطل / بوصة مربعة) ولكن كان لهما أقطار وأطوال مختلفة. تبدأ العضلة الصغيرة في النضال حقًا عند وضع بعض الوزن عليها بينما لا تعاني العضلة الأكبر حجمًا من مشاكل على الإطلاق. إليك مقطعين من مقاطع الفيديو تعرض عضلات الهواء المنشأة أثناء العمل.

الآن دعنا نذهب ونصنع بعض العضلات!

الخطوة 1: المواد

جميع المواد متاحة بسهولة على Amazon.com ، باستثناء شبكة النايلون المضفرة مقاس 3/8 بوصة - وهي متوفرة من موردي الإلكترونيات. تبيع أمازون مجموعة سدادات مضفرة بأحجام متعددة من الشبكات المضفرة ولكن المادة بالضبط هي لم يذكر - أمازون ستحتاج إلى مصدر هواء: لقد استخدمت خزان هواء صغير مع منظم ضغط ولكن يمكنك أيضًا استخدام مضخة هواء للدراجة (سيتعين عليك عمل محول لجعله يعمل مع خرطوم بولي 1/4 بوصة. خزان الهواء - منظم ضغط أمازون (سيتطلب محول ذكر NPT 1/8 "أنثى إلى 1/4" NPT) - أنبوب بولي عالي الضغط أمازون 1/4 بوصة - Amazonmultitool (مفك براغي ، مقص ، كماشة ، قواطع سلكية) - Amazon lighter للصغار العضلات: 1/4 "سيليكون أو أنبوب اللاتكس- Amazon3 / 8" غلاف شبكي من النايلون المجدول (انظر أعلاه) 1/8 "قضيب خرطوم صغير (نحاسي أو نايلون) - مسمار صغير Amazons (10-24 خيطًا في 3/8 في الطول يعمل بئر) - سلك أمان فولاذ أمازون - أمازون للعضلات الكبيرة: 3/8 "أنابيب سيليكون أو لاتكس- غلاف شبكي من النايلون مضفر مقاس 1/2 بوصة من أمازون- Amazon1 / مثقاب مقاس 8 بوصات أو ما شابه- مثقاب Amazon21/64 بوصة- Amazon1 / 8 "x 27 NPT صنبور- Amazon1 / 8" خرطوم بارب × 1/8 "مهايئ لولبي من Amazons- مشابك خرطوم صغيرة Amazon3 / 4" ألمنيوم أو بلاستيك قضيب لبناء نهايات العضلات- ملاحظة أمان أمازون- تأكد من ارتداء نظارات السلامة عند اختبار عضلاتك الهوائية! قد يتسبب خرطوم الضغط العالي المنبثق من أحد التركيبات السائبة في حدوث إصابة خطيرة!

الخطوة الثانية: تكوين العضلات الصغيرة

قم أولاً بقطع طول صغير من أنبوب السيليكون 1/4 بوصة. الآن أدخل البرغي الصغير في أحد طرفي الأنبوب وشريط الخرطوم في الطرف الآخر. الآن قم بقص الكم المضفر 3/8 بوصة أطول بحوالي بوصتين من السيليكون أنبوب واستخدم ولاعة لإذابة أطراف الأكمام المضفرة حتى لا تتفكك. قم بتمرير الغلاف المضفر فوق أنبوب السيليكون وقم بلف كل طرف من نهايات الأنبوب بسلك الأمان وشده. اصنع الآن بعض الحلقات السلكية ولفها حول كل طرف من طرفي الكم المضفر. كبديل لاستخدام الحلقات السلكية في نهايات العضلة ، يمكنك جعل الكم أطول ثم ثنيه مرة أخرى على نهاية العضلة ، وتشكيل حلقة (عليك دفع وصلة الهواء من خلالها) - ثم شد السلك حولها. الآن قم بتوصيل أنبوب الضغط العالي 1/4 بوصة وضخ القليل من الهواء في العضلة للتأكد من أنها تنتفخ دون تسريب. لاختبار عضلة الهواء ، عليك أن تمدها إلى طولها الكامل عن طريق وضع حمل عليها - وهذا سيسمح هو الحد الأقصى من الانكماش عندما يكون مضغوطا.ابدأ في إضافة الهواء (حتى حوالي 60 رطل / بوصة مربعة) وراقب تقلص العضلات!

الخطوة الثالثة: تكوين عضلات الهواء الكبيرة

لتكوين العضلة الكبيرة ، قمت بتحريك بعض الأطراف الشائكة من حوالي 3/4 "قضيب ألومنيوم - البلاستيك سوف يعمل أيضًا. أحد الطرفين صلب. الطرف الآخر به فتحة هواء 1/8 بوصة محفورة فيه ثم يتم النقر عليها لمدة 1 / 8 "مهايئ خيط أنبوب بارب للخرطوم. يتم ذلك عن طريق حفر ثقب 21/64" عموديًا على فتحة الهواء 1/8 بوصة. ثم استخدم صنبور خيط أنبوب 1/8 بوصة للنقر على الفتحة 21/64 " وصلة شوكة الخرطوم. الآن قم بقطع أنبوب مطاطي بطول 8 بوصات بطول 3/8 بوصة لمثانة الهواء وحرك أحد طرفيه فوق أحد التركيبات المُشكلة. باستخدام ولاعة) وحركه فوق الأنبوب المطاطي. ثم قم بتمرير الطرف الآخر من الأنبوب المطاطي فوق تركيبات الهواء الآلية المتبقية. الآن ثبت كل طرف من طرفي الأنبوب بإحكام باستخدام مشابك خرطوم. تعمل العضلة الأكبر مثل النسخة الأصغر - فقط أضف الهواء وشاهده ينكمش. بمجرد وضعه تحت الحمل ، ستدرك على الفور أن هذه العضلة الكبيرة أقوى بكثير!

الخطوة 4: الاختبار والمعلومات الإضافية

الآن بعد أن قمت بتكوين بعض عضلات الهواء ، حان الوقت لاستخدامها. قم بمد العضلات حتى تصل إلى أقصى امتداد لها عن طريق زيادة الوزن. سيكون جهاز الاختبار الجيد هو استخدام مقياس معلق - لسوء الحظ لم يكن لدي وصول إلى واحد لذلك اضطررت إلى استخدام بعض الأوزان. الآن ابدأ بإضافة الهواء ببطء بزيادات 20 رطل / بوصة مربعة حتى تصل إلى 60 رطل / بوصة مربعة. أول شيء تلاحظه هو أن العضلات تنقبض كمية أصغر بشكل تدريجي مع كل زيادة تدريجية في ضغط الهواء حتى تنقبض تمامًا. بعد ذلك ، ستجد أنه مع زيادة الحمل ، تقل قدرة العضلات على الانقباض بمعدل متزايد حتى لا تتمكن من رفع الحمل الزائد. هذا مشابه جدًا لكيفية أداء عضلة الإنسان ، فمن الملاحظ على الفور أن التغيير في حجم العضلات له تأثير كبير على أداء العضلات. في 22 رطلا. @ 60psi ، لا تزال العضلة الأصغر قادرة على الرفع ، لكنها لا تقترب من الحصول على تقلص كامل بينما يمكن للعضلة الأكبر بسهولة الحصول على تقلص كامل.. لمزيد من القراءة ، أوصي بإلقاء نظرة هنا: يمكن التحكم فيها بواسطة ميكروكنترولر أو مفاتيح باستخدام صمامات هواء لولبية ثلاثية الاتجاه أو عن طريق التحكم اللاسلكي باستخدام الصمامات التي يتم تشغيلها بواسطة الماكينات. يعمل الصمام ثلاثي الاتجاهات عن طريق ملء المثانة أولاً ، وإمساك ضغط الهواء في المثانة ثم تنفيس المثانة لتفريغها ، والشيء الذي يجب تذكره هو أن عضلات الهواء يجب أن تكون تحت ضغط لتعمل بشكل صحيح. كمثال ، غالبًا ما يتم استخدام عضلتين جنبًا إلى جنب لتحقيق التوازن بين بعضهما البعض لتحريك ذراع آلية. تعمل إحدى العضلتين مثل العضلة ذات الرأسين والأخرى مثل العضلة ثلاثية الرؤوس. بشكل عام ، يمكن بناء عضلات الهواء بجميع أنواع الأطوال والأقطار لتناسب مجموعة متنوعة من التطبيقات التي تكون فيها القوة العالية والوزن الخفيف أمرًا بالغ الأهمية. يختلف أدائها وطول عمرها وفقًا لعدة معايير فيما يتعلق ببنائها: 1) طول العضلات 2) قطر العضلات 3) نوع الأنابيب المستخدمة في اختبار المثانة - لقد قرأت أن مثانات اللاتكس تميل إلى أن تتمتع بعمر خدمة أطول من مثانات السيليكون ، ومع ذلك ، تتمتع بعض السيليكون بمعدلات تمدد أكبر (تصل إلى 1000 ٪) ويمكن أن تحمل ضغوطًا أعلى من اللاتكس (سيعتمد الكثير من هذا على المواصفات الدقيقة للأنابيب.) 4) نوع الشبكة المضفرة المستخدمة - بعض الشبكات المضفرة أقل كشطًا من غيرها ، تحسين عمر المثانة. استخدمت بعض الشركات غلافًا من الألياف اللدنة بين المثانة والشبكة لتقليل التآكل. تسمح الشبكة المنسوجة الأكثر إحكامًا بتوزيع الضغط بشكل متساوٍ على المثانة ، مما يقلل الضغط على المثانة. 5) الإجهاد المسبق للمثانة (المثانة أقصر من الشبكة المضفرة) - يؤدي هذا إلى تقليل منطقة التلامس (وبالتالي التآكل) بين المثانة وغطاء شبكي مضفر عندما تكون العضلات في حالة راحة ويسمح للشبكة المضفرة بالتمدد الكامل الإصلاح بين دورات الانكماش ، وتحسين عمر التعب. يؤدي الضغط المسبق على المثانة أيضًا إلى تحسين الانقباض الأولي للعضلة بسبب انخفاض حجم المثانة الأولي. 6) بناء مساكن نهاية العضلات - تقلل الحواف المشعة من تركيزات الضغط على المثانة. بشكل عام ، نظرًا لقدرتها على نسبة الوزن ، وسهولة / انخفاض تكلفة البناء والقدرة على محاكاة ديناميكيات عضلات الإنسان ، تقدم عضلات الهواء بديلاً جذابًا لوسائل الحركة التقليدية للأجهزة الميكانيكية. استمتع ببنائها!:د