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Autor Tema: Secuencias neumáticas (Pneumatics)  (Leído 18370 veces)
0 Usuarios y 1 Visitante están viendo este tema.
Jetro
Visitante
« : 22 de Marzo de 2009, 00:31:06 »


Hace algún tiempo le pedí permiso a Kevin Clague para poder traducir y publicar en este foro uno de sus artículos sobre neumática con LEGO, permiso que me dio con mucho gusto. Kevin Clague es conocido por sus creaciones con LEGO Pneumatics además de por sus aportaciones al conjunto de herramientas LDraw en la forma de LSynth.

A continuación la primera entrega del artículo que publicaré en formato de serial a medida que tenga tiempo para traducirlo. El original se encuentra aquí:

Secuencias neumáticas

Este artículo describe cómo crear circuitos neumáticos que crean secuencias repetidas de expansión y contracción.
 
Ejemplos de secuencias neumáticas
 
Pneumatic Engine
Pneuma-ped
Pedmatic
Inchworm
Quad242
 
La secuencia neumática más sencilla contiene dos pistones y dos válvulas que están conectadas de la siguiente manera:

Circuito 1

El pistón A controla la válvula A. El pistón B controla la válvula B. El pistón B es controlado por la válvula A. El pistón A es controlado por la válvula B.  Así que el pistón A controla el pistón B (mediante la válvula A), y el pistón B controla el pistón A (mediante la válvula B). La válvula A hace que el pistón B imite lo que el pistón A está haciendo  y la válvula B hace que el pistón A haga lo contrario del pistón B. Las parejas de pistón/válvula se alimentan el uno al otro en lo que se llama un bucle de realimentación. La válvula A alimenta el pistón B y la válvula B alimenta el pistón A. El resultado es que los pistones A y B se turnan abriendo y cerrando una vez tras otra
 
Mientras sigas alimentando el circuito con aire, los pistones siguen expandiéndose y contrayéndose en una secuencia repetida. Puedes emplear esta secuencia neumática para hacer tus propias creaciones móviles de LEGO. Si conectas el pistón a un mecanismo de levas puedes crear un motor neumático. Los pistones pasan por cuatro estados bien diferenciados: A contraído/B contraído,  A expandido (causado por la válvula B)/B contraído, A expandido/B expandido (causado por la válvula A), A contraído (causado por la válvula B/B expandido, y nuevamente A contraído/B contraído (causado por la válvula A). Después de esto el ciclo simplemente se repite.
 
Los estados de los pistones se pueden representar de forma gráfica de la siguiente manera:
 

 
El gráfico muestra los estados de contracción y expansión de los pistones a lo largo del tiempo. Arriba se muestra el pistón A y la línea de abajo el pistón B. La línea inclinada hacia arriba representa la expansión del cilindro. Las líneas horizontal representan el estado estable del cilindro, sea contraído o expandido. La línea inclinada hacia abajo representa la contracción del cilindro.
 
Cuando el pistón A termina de expandirse, causa el inicio de la expansión del pistón B. Cuando el pistón B termina de expandirse, causa el inicio de la contracción del pistón A. Cuando el pistón A termina de contraerse, causa el inicio de la contracción del pistón B. Cuando el pistón B termina de contraerse, causa el inicio de la expansión del pistón A, cerrando así el círculo
« Última modificación: 01 de Noviembre de 2009, 16:18:00 por Jetro » En línea
manticore
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« Respuesta #1 : 22 de Marzo de 2009, 01:05:22 »

Buena iniciativa :). La verdad es que sin ser un misterio indescifrable, hay determinado sets (sobre todo el 8455) que con tantos cilindros y válvulas se construyen casi sin enterarte de qué estás haciendo con tanta "manguerita" eh
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Jetro
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« Respuesta #2 : 22 de Marzo de 2009, 01:47:59 »

Mucho más intrigante es el modelo secundario del 8868 que emplea este principio para crear un bucle en la acción e los pistones.
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manticore
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« Respuesta #3 : 22 de Marzo de 2009, 02:12:53 »

Mucho más intrigante es el modelo secundario del 8868...
Ah amigo, estás hablando de la creme de la creme del TECHNIC PNEUMATIC
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Blastem
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« Respuesta #4 : 22 de Marzo de 2009, 20:12:09 »

Efectivamente Jetro el secundario del 8868 lleva algo parecido.

Tengo pensado un esquemita para un pequeño circuito GBC pero de momento son notas (y tengo que comprobar si puede con todas las bolas que quiero, la velocidad...  :P)
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Jetro
Visitante
« Respuesta #5 : 23 de Marzo de 2009, 00:02:05 »

Añadir otro pistón
 
Digamos que queremos un Segundo pistón que haga lo mismo que el pistón B Empleando una pieza T neumática y más tubos, podemos conectar el pistón C de la misma manera que el pistón B (circuito 2). 
 

 
Pero si lo haces de esta manera versa que los pistones B y C no se expanden a la misma velocidad. Esto es así porque el pistón B tiene que empujar la válvula lo cual reduce su velocidad tanto en expansión como en contracción. Incluso si conectamos el pistón C a una válvula para que tenga que hacer el mismo esfuerzo, los pistones B y C probablemente no se expandirían exactamente a la misma velocidad debido a pequeñísimas diferencias en la fabricación de los pistones, las válvulas, las ‘T’s y los tubos.
 
El diagrama de los tiempos para el circuito 2 tiene el siguiente aspecto:
 

 
Observa que el pistón C no se comporta exactamente igual que el pistón B.  Si intentamos usar los pistones B y C en un modelo de LEGO, las partes controladas por estos dos pistones no se comportarían exactamente de la misma manera. Esta claro que añadiendo más pistones más pistones al circuito de esta manera no resultará en que los pistones B y C se comporten exactamente igual.

Sincronizar dos pistones
 
No podemos conseguir que dos pistones se expandan o contraigan a exactamente la misma velocidad, pero sí podemos asegurar que tanto ambos pistones (B y C) se expandan completamente y se contraigan completamente cada vez durante el ciclo de cuatro pasos. Esto se logra añadiendo dos válvulas al pistón C como se muestra en el circuito 3.
 


En el circuito 3 sincronizamos el pistón C con el pistón B conectando cada una de las salidas de la válvula B a una válvula controlada por el pistón C (válvula C1 y válvula C2).  La presión del puerto  izquierda de la válvula B (que hace que el pistón A se contraiga) se conecta al puerto central de la válvula C1 para luego salir del puerto izquierdo que está conectado al puerto de contracción del pistón. La presión no puede pasar por las válvulas B y C1 a menos que tanto el pistón B como el pistón C estén expandidos. De manera similar, el puerto derecho de la válvula B es conectado con el Puerto central de la válvula C2y el Puerto derecho de la válvula C2 con el puerto de expansión del pistón A. En este caso, la presión no puede llegar al puerto de expansión del pistón A salvo que tanto el pistón B como el pistón C estén contraídos. Hemos conseguido que los pistones B y C se comporten de la misma manera, aunque se contraigan y expandan a velocidades distintas. Están sincronizadas. Observa que los puertos de C1 y C2 que no se usan se han bloqueados con un tubo corto en el cual se ha insertado un minifig light saber.  Si no los taponamos, la presión se perderá por estos puertos cuando no estén ambos pistones (B y C) contraídos o expandidos.
 
Cada vez que el pistón B se expande completamente también lo hace el pistón C. Cada vez que el pistón B se contrae completamente también lo hace el pistón C. Los pistones B y C están sincronizados.
 
« Última modificación: 27 de Marzo de 2009, 11:52:36 por Jetro » En línea
Jetro
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« Respuesta #6 : 27 de Marzo de 2009, 11:45:06 »

Algebra Booleana
 
En 1854, un matemático llamado George Boole publicó in estudio llamado “Una investigación de las Leyes del Pensamiento sobre la cual están fundamentados las Teorías Matemáticas de la Lógica y las Probabilidades” en el cual describía una manera matemática de describir declaraciones lógicas. La algebra de Boole’s empleaba variables con el valor verdadero y falso. También introdujo tres operadores matemáticas nuevas: y, o y no.  Más de cien años después su algebra se convirtió en la piedra angular de la era digital, empleando versiones electrónicas de sus funciones algebraicas llamadas puertas lógicas.

Los pistones neumáticos son elementos booleanas ya que solo tienen dos estados estables: expandido y contraído. Equiparo un piston expandido a un verdadero booleano y un pistón contraído a un falso booleano. En la descripción que sigue un piston siempre controlará una válvula El conjunto de pistón y válvula típicamente se denomina con un nombre sencillo como A, B o C. Algunos pistones controlan dos válvulas y los nombres de las válvulas son el nombre del pistón seguido de un sufijo de un solo dígito (como válvula C1 o válvula C2). 
 
Los puertos de presión de las válvulas reciben entrada desde alguna válvula. El puerto de expansión de una válvula se nombra según el nombre de esa válvula seguido de una x minúscula de expansión. Por ejemplo, el puerto de expansión del pistón A se llama Ax. El puerto de contracción de una válvula emplea un sufijo similar, en este caso un c de contracción El puerto de contracción del pistón A se llama Ac.
 


Es igualmente importante tener nombres para los puertos de la válvula. Cuando la palanca se mueve al extreme derecho, la presión que entra por el puerto central sale por el Puerto izquierdo. En todos estos ejemplos esto sucede cuando el pistón que controla la válvula se expande. Para nuestros ejemplos el puerto más próximo al pistón se llama según el nombre de este. En este ejemplo el pistón se llama A por lo que el Puerto de la válvula más próximo al pistón también se llama A.
 

 
Cuando la palanca de la válvula se mueve al extreme izquierdo, la presión que entra por el Puerto central sale por el puerto derecho.  En todos estos ejemplos esto sucede cuando el pistón que controla la válvula se contrae. Para nuestros ejemplos, el Puerto más alejado del pistón se indica con una tilde, seguida del nombre del pistón. Puedes usar la palabra “no” al leer ~.  Para el ejemplo que sigue, el pistón está contraído por lo que la presión sale por el puerto “no A”.
 

 
En la álgebra común las multiplicaciones son muy habituales y los nombres de las variables normalmente son una sola letra. Son tan comunes las multiplicaciones que a operación de multiplicar se entiende simplemente colocando dos nombres de variable juntos. De esta manera la expresión “a x b” se puede escribir simplemente “ab”. En la lógica booleana la función “y” es tan común que no hace falta escribirla de modo que “a y b”  a menudo simplemente se escribe “ab”.
 
En el siguiente ejemplo combinamos los conjuntos de pistón/válvula A y pistón/válvula B para crear un puerto booleano “y”. Con este conjunto de dos pistones y tres válvulas podemos conseguir cuatro combinaciones “y”. Cuando ambos pistones están expandidos, la presión pasa por los tubos azules. Cuando seguimos los puertos presurizados observamos que tanto el puerto A como el puerto B  tienen presión lo que resulta en una presión de salida AB.


 
Si ambos pistones están contraídos, la presión sale por los puertos de la derecha lo que resulta en ~A~B (no A y no B).
 


Esto nos deja con dos combinaciones con un pistón expandido y el otro contraído.


 
y




Descripción matemática de circuitos
 
Una de las cosas más interesantes de las matemáticas es que nos dan una manera concisa y sucinta de describir la relación entre las cosas (una de las cosas peores de las matemáticas es que al ser concisa y sucinta es mucho más difícil de entender:^)  Usaremos los nombres que acabamos de definir para describir nuestros circuitos neumáticos.
Nuestro lenguaje tiene que describir cómo los puertos de las válvulas están conectados a los pistones. Primero usaremos el símbolo igual a (=) para que signifique Puerto de válvula conectada a puerto de pistón.
 
Para el circuito 1 podemos describir las conexiones del conjunto pistón/válvula A  al pistón B como:
 
Bx = A;
Bc = ~A;
 
Las conexiones entre el conjunto pistón/válvula B y el pistón A son del revés así que:
 
Ax = ~B;
Ac = B;
 
Esta forma escueta de describir un circuito es de gran utilidad al describir circuitos complejos. Podemos describir el circuito 3 de la siguiente manera:
 
Ax = ~B & ~C;
Ac = B & C;
 
Bx = A;
Bc = ~A;
 
Cx = A;
Cc = ~A;
 
Esta descripción es breve, pero más sencilla de escribir que de entender para los no iniciados.
« Última modificación: 01 de Noviembre de 2009, 16:45:17 por Jetro » En línea
Jetro
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« Respuesta #7 : 01 de Abril de 2009, 00:21:32 »

Antes de seguir, una pregunta... ¿sigo?
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« Respuesta #8 : 01 de Abril de 2009, 01:00:33 »

Josp!... nunca me había planteado el uso de pistones pneumatic como puertas Lógicas.... en fin.. que pena no atendiese lo suficiente en clase... (es broma,.. aunque a veces lo pienso).. pero interesante es...  sobre todo comerte la cabeza del porqué se hacen las cosas...  es muy interesante en esta figura el empleo de las valvulas  C1 y C2... tansolo vienen a reafirmar el estado del pistón C y dar paso a la actuación del pistón A....  (me ha llevado mas de 10 min eh! jejeje)



PD: Exijo chincheta para este post!!!  ;D ;D ;D

PD2: Necesito tubo... mucho tubo.... pues hay que verlo funcionar...
« Última modificación: 01 de Abril de 2009, 01:12:47 por Silvestre7109 » En línea

Jetro
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« Respuesta #9 : 01 de Abril de 2009, 10:34:53 »

No creas que yo me enteré de qué iba el tema en la primera lectura (ni en la segunda o tercera) pero como sabía que aquí había algo que podría merecer la pena seguí investigando...
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Jetro
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« Respuesta #10 : 01 de Abril de 2009, 10:40:11 »

El circuito 4
 
¿Qué hacer si queremos que el pistón C haga lo contrario del pistón B, pero a la vez que este ultimo? La descripción del pistón B no varía:
 
Bx = A;
Bc = ~A;
 
Las conexiones del pistón C son:
 
Cx = ~A;
Cc = A;
 
Las conexiones del pistón A también son diferentes. El pistón A se expande cuando el pistón B se contrae y el pistón C se expande.
 
Ax = ~BC;
 
El pistón A se contrae cuando el pistón B se expande y el pistón C se contrae
 
Ac = B~C;
 
Aquí hay una imagen del circuito 4.
 

 
Y este es el grafico del comportamiento del circuito 4 en el tiempo.


 
Los circuitos 1, 2 3 y 4 tienen cuatro pasos en su secuencia repetitiva. Con tres pistones podemos hacer secuencias más largas.
 

Tres pistones, tres válvulas
 
Con tres pistones y tres válvulas, podemos hacer una secuencia de  seis pasos. El circuito 5 tiene el siguiente aspecto:
 

 
Su descripción matemática es:
 
Ax = ~C
Ac = C
 
Bx = A
Bc = ~A
 
Cx = B
Cc = ~B
 
Y el gráfico correspondiente es el siguiente:
 

 
Este circuito tiene un total de 6 pasos y serviría para hacer un motor neumático de tres pistones.
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« Respuesta #11 : 01 de Abril de 2009, 14:28:17 »

Siempre y cuando logres no tener perdida de presion alguna.....
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Jetro
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« Respuesta #12 : 01 de Abril de 2009, 19:48:36 »

Eso es precisamente lo interesante: los circuitos de neumática no hacen más que perder presión porque, a diferencia de circuitos hidráulicos, no usan un tanque de retorno sino que el aire sale directamente al exterior. Sin embargo, si montas esta secuencia (realmente la mejor manera de comprender lo que pasa) verás que a pesar de eso funciona perfectamente.

Otra cosa es que los tubos estén pinchados o no lo acoples bien a las entradas y salidas, pero eso más bien entra en el capítulo de chapuzas 8)
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Silvestre
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« Respuesta #13 : 02 de Abril de 2009, 00:38:00 »

ahora falta el más dificil todavía...
Paso 1 : se estira A
Paso 2 : A da paso a que se estire B
Paso 3 : Una vez estirado B, da paso a que se expanda C y que se contraiga A
Paso 4 : Una vez estirado C, da paso a que se expanda A y que se contraiga B
Paso 5 : Una vez estirado A, da paso a que se extienda B y que se contraiga C......
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Jetro
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« Respuesta #14 : 02 de Abril de 2009, 11:16:40 »

¿intentando que te hagamos la tarea? ;D ;D

Edito: ya lo tengo, pero para evitar conflictos (presión en un puerto de expansión y de contracción a la vez) necesitarás un pistón más ::)
« Última modificación: 02 de Abril de 2009, 11:22:48 por Jetro » En línea
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