气动弹射机器人制作经验

      气动系统有很高的危险性，制作、调试气动机器人，必须要遵守安全规则，在额定压力内使用，不要超出设计规则规定的气压，本着安全起见的原则，本文着重介绍的是制作气动弹射机器人的思路，不会介绍气动部件的购买方式。
      气动武器能在短时间内爆发出数千公斤的力量，主要是由氮气、二氧化碳和压缩空气驱动，一般用于弹射和挥击类武器。弹射又分为以Bronco、subzero为代表的美式弹射和以阿波罗、eruption为代表的英式弹射，一般来说我建议新手先从英式弹射做起，因为英式弹射气缸是固定死的，气路容易布局，而美式弹射气缸与弹射版连接，在弹射时候会随着弹射板运动而运动，气路较为复杂。而且在同等气压同等缸径下，英式弹射的效率比美式弹射高了很多。

（英式弹射）

      气缸出力计算：  气缸横截面积（平方厘米）X气压（Kg/平方厘米），例如缸径100mm的气缸，在2.5mpa（约为25kg/cm2 ）的压力下，其气缸出力为78.5x25=1962公斤。

      决定弹射高度有两个因素：气压和流量，气压决定了弹射的力量，流量决定了弹射的速度，两者缺一不可。在规则规定的气压内，尽可能的提升流量主要有以下几个方法：1.使用大通径的电磁阀、气管和转接头。2.尽量缩短气路，气路的布局需减少直角，尽量做到直通。3.在缸径比较大的情况下考虑使用双电磁阀给气缸供气。4.缓冲瓶的容积最好是气缸容积的两倍，保证缓冲瓶有大流量供给气缸。

      这是我最早做实验的气动系统，最右边是储气瓶，经减压阀减压后给缓冲瓶供气，缓冲瓶连接到了一个二位三通电磁阀上（这个电磁阀可以做到进气和排气一体），然后电磁阀连接气缸。
我简单介绍以下常见的气动部件作用：

• 储气瓶；用于气体（压缩空气、氮气和二氧化碳）的储存
• 减压阀：降低储气瓶内的压力，供给气缸使用
• 电磁阀：控制气体的进出，实现气缸来回运动
• 气缸：气动系统的执行部件
• 泄压阀：在比赛结束后把缓冲瓶和储气瓶里的气体释放，使其失去危险性
• 安全阀：在系统内压力过高时候安全阀会破开，泄出气体，防止压力过高“爆zha”
  

      这是我设计制作的第一台羽量级弹射机器人奔牛1，因为第一次设计没经验，所以就先把所有的部件先购买好，然后搭建起来，再来根据空间来设计结构。图中可以看到我对气路进行了精简，因为空间很紧张，所以做了直角的气路，牺牲了一些流量来实现空间的紧凑性。

      机身采用了直径10mm的普通钢管焊接，弹射板的管子是直径19mm的4130钢管制作而成，因为弹射板受力较大，4130钢管有很好的柔韧性，可以经受住上千公斤的力量，弹射板前铲是6mm钛合金板，可以承受住大部分旋转武器的伤害。

      奔牛1数据：调节气压2.5mpa，储存气压15mpa，气瓶容积0.45L，缸径80mm，行程80mm，驱动电机：775x2   1：40减速，电调 saberteeth 25ax2，6S  3300mah电池
PS：我的所有弹射机器人的气缸都采用了前置弹簧复位的方式，这样会使得弹射消耗的气体更低（下图所示）

      这是奔牛2机器人，机身为3mm耐磨钢焊接而成，气动系统参数与奔牛1一样，但是气瓶容积改成了0.6L碳纤维气瓶，比铝合金气瓶更轻，容积更大。

      谈完了低压气动系统，我们来说一下高压系统。高压系统是指高于设计规则里使用的调节压力，如英国大多数弹射都使用了未经调节的二氧化碳直驱气缸，约为6.8mpa，配合大缸径的气缸，很容易达到七八千公斤的气缸出力，但是相应的，气压越高，危险性越大。美国典型弹射机器人bronco，目测是两个缸径50mm的小气缸，但是却可以达到12000kg的弹射力，估计使用气压在15mpa以上，这样高的压力驱动气缸是很危险的，对于气动系统的每个部件都是考验，在英国FRA设计规则里，关于气动系统的设计规则就写了很多，其中着重说明了：要自制气动系统部件，必须经过液压“爆po”测试，而且要有相应的纸质证明，例如气缸和缓冲瓶等，而且高压系统对管路要求也非常高，一般都采用了液压管代替气管，巴西格斗机器人教程ribotz combot Tutorial里关于高压气动系统是这样介绍的：要使用高压系统，最好使用液压代替气动系统，特别是气缸，Ziggy的建造者Mark Demers指出，液压系统很重，但是很安全，Ziggy使用的气缸是缸径100mm，行程200mm的液压缸，额定使用压力2500psi（17mpa），在1000psi（6.8mpa）的气压下使用，所有的管路都用了液压管。

      我建议初学者从低压系统做起，在掌握了一定的经验和知识之后，在有经验的制作者指导下再进行高压系统的尝试。2015年我和Bronco设计者之一的Rose聊过，他建议我先从低压系统做起，因为即使是低压系统都很危险，高压系统的危险性更大，在熟悉之后再对高压系统进行尝试。

哇哇。。。感谢老刘的超详细的气动型武器解说~~！！！超赞！！！！

这次参加极战的比赛，听说原来还有比高压气体还要高级的气源，高压成液体的CO2，说这个比我们比赛的时候还要厉害？？？？这个东西难度在哪里啊？

很直观的制作说明，制作这样机器安全肯定要第一的，气动的每一个安全阀门都应制作。

开眼睛

老刘，你会做个2公斤弹射参加王大师特邀比赛吗？

这个很暴力

xborot 发表于 2018-1-27 19:44
老刘，你会做个2公斤弹射参加王大师特邀比赛吗？

他这个妥妥不像是2kg的啊:'(

swanglei 发表于 2018-1-26 23:57
哇哇。。。感谢老刘的超详细的气动型武器解说~~！！！超赞！！！！

这次参加极战的比赛，听说原来还有比高 ...

实际上，常温下co2在7mpa压强时会自动变成液体，所以那个瓶子里顶天了7mpa，反倒比压缩空气储气瓶用的2-30mpa压力低得多

apdmcv 发表于 2018-1-29 15:40
实际上，常温下co2在7mpa压强时会自动变成液体，所以那个瓶子里顶天了7mpa，反倒比压缩空气储气瓶用的2-3 ...

在比赛当中，我的确问了一下英国的战队，他说35Mpa~而且我亲眼看到他们用钢瓶往里面灌~

swanglei 发表于 2018-1-30 00:44
在比赛当中，我的确问了一下英国的战队，他说35Mpa~而且我亲眼看到他们用钢瓶往里面灌~ ...

你肯定是听错了，二氧化碳一旦到达7mpa就会自动液化，35mpa那是违反物理定律的

apdmcv 发表于 2018-1-31 17:22
你肯定是听错了，二氧化碳一旦到达7mpa就会自动液化，35mpa那是违反物理定律的 ...

哦，那如果是35kpa，是对的么？ 我对气动弹射的武器其实还不是很了解。

swanglei 发表于 2018-1-31 17:46
哦，那如果是35kpa，是对的么？ 我对气动弹射的武器其实还不是很了解。

嗯，是这样，用压缩空气的话瓶子里储存的是20-30mpa的气体（氮气同理），然后经减压阀减至1-5mpa（常用范围）使用，像bronco这种技术达人经过主办方特批可以使用10mpa以上的压力。而使用二氧化碳呢，由于常温下二氧化碳在7mpa会被压缩成液态，因此瓶内气体存量实际上比30mpa的压缩空气还要大一倍，而压力反而更低——但缺点是二氧化碳沸腾会吸收大量的热，很容易引起结冰或结霜导致气动系统罢工。也就是因为二氧化碳只有7mpa，所以像布老虎这种追求极限的英式弹射会选择舍弃减压阀，直接用气瓶直驱气缸，也就是说天然具有7mpa弹射的能力（但坏消息是无法更进一步）。至于比赛现场那个35你是怎么听出来的我真是不知道，35kpa太小，35mpa太多，35bar有可能但是布老虎用的不是这个压力

apdmcv 发表于 2018-2-1 11:11
嗯，是这样，用压缩空气的话瓶子里储存的是20-30mpa的气体（氮气同理），然后经减压阀减至1-5mpa（常用范 ...

那什么单位我可能就不知道了，但我确定他说是35。。。。。的
谢谢啦！~~~哈哈

这么详细的帖子，开眼了。王大师，下次估计就有人和你组队了，你就不孤单了

tiger_zc 发表于 2018-2-13 23:56
这么详细的帖子，开眼了。王大师，下次估计就有人和你组队了，你就不孤单了 ...

哈哈哈，下次再参加比赛，我应该会找两个帮手的~~~可以考虑从这次我们的Mini比赛当中下手，哈哈哈哈

那是必须的

气动我一直没做明白，，

好贴！

清纯的香蕉男孩 发表于 2018-1-26 23:08
气动系统有很高的危险性，制作、调试气动机器人，必须要遵守安全规则，在额定压力内使用，不要超出设 ...

除了利用汽缸之外，有没有其他方法能够使机器人弹射？

DFBku2mOBMB 发表于 2019-7-24 06:01
除了利用汽缸之外，有没有其他方法能够使机器人弹射？

可以用弹簧弹射，详见donald hutson制作的lockjaw，第二届那版