Podręcznik

1. Idea wykorzystania aktorów pneumatycznych zamiast pracy rąk ludzkich

Z definicji aktora, podanej w punkcie 1.1 jasno wynika, że jest to urządzenie nastawcze, które we współczesnym rozumieniu automatyzacji zastąpiło człowieka, jako dotychczasowego źródła sił i momentów, niezbędnych do przestawiania różnych mechanizmów. Być może nazwanie muskułem pneumatycznym wynalezionego w latach 50-tych XX. wieku rodzaju siłownika pneumatycznego jednostronnego działania było rodzajem hołdu dla pracy człowieka, która przyczyniła się do rozwoju otaczającej nas rzeczywistości. (Czy na lepsze? Każdy sam osądzi).

Analizując pracę muskułu pneumatycznego dochodzimy do wniosku, że nazwa ta wcale nie jest tylko hołdem, bowiem rozkład siły generowanej przez ten siłownik jest bardzo podobny do rozkładu siły, która generowana jest w biologicznym mięśniu człowieka. To z kolei pozwala łatwiej odwzorować przy pomocy muskułu pneumatycznego działanie „biologicznych” mięśni w protezach rożnych kończyn czy robotach humanoidalnych, czyli mających cechy ludzkie. Rysunek 39 ilustruje przykład tego aktora pneumatycznego. [Źródło: Robotics&Multibody Mechanics Research Group, Vrije Universiteit Brussel, Belgium]. (Szerzej o muskułach przemysłowych będzie mowa w dalszej części modułu 2-go).

 

Rysunek 39: Muskuł pneumatyczny i jego praca pod ciśnieniem: p₁<p₂<p₃

Już pobieżna analiza działania muskułu pneumatycznego z rysunku 39 nie pozostawia wątpliwości: aktor ten „puchnie” na skutek doprowadzonego doń sprężonego powietrza i skraca swoją długość mierzoną między jego dwoma widocznymi zaciskami. W przypadku zamocowania jednego zacisku muskułu na stałe, zaś drugiego zacisku do ruchomego elementu, który ma być ciągnięty, puchnięcie muskułu spowoduje wykonanie pracy. Ilustruje to rysunek 40.

Rysunek 40: Wykonanie „pracy” przez muskuł pneumatyczny

Do muskułu pneumatycznego z rysunku 40a) nie dostarczono sprężonego medium lub dostarczono, ale o takiej wartości (ciśnienie p₁), że siłownik ten nie wykonuje pracy. Widać to po ciężarze spoczywającym na podstawie. W momencie dostarczenia do tego sztucznego muskułu (taka nazwa też funkcjonuje) ciśnienia p₃ (które jest znacznie wyższe od ciśnienia p₁), następuje właściwa praca muskułu – podnosi on ten ciężar na skutek swoich właściwości, czyli powiększenie przekroju poprzecznego kosztem zmniejszenia swojej długości (z l_max do l_min).   
Należy nadmienić, że już ten prosty przykład wykorzystania siłownika pneumatycznego jednostronnego działania (ciągnący) jako aktora pokazuje, że urządzenia te we współcześnie realizowanych procesach produkcyjnych czy sterowaniu urządzeniami mechatronicznymi w pojazdach mobilnych muszą być montowane wespół z różnymi innymi elementami kontrolno-sterującymi, „towarzyszami” ich pracy. Przyjęcie założenia, że praca muskułu z rysunku 40 ma polegać na maksymalnym wyproście (ciśnienie p₁, długość l_max) lub maksymalnym ugięciu (ciśnienie p₃, długość l_min) może eliminować elementy towarzyszące, ale już unoszenie ciężaru za każdym razem na żądane różne wysokości między tymi dwoma skrajnymi długościami (na rysunku 40 znak „???”) już narzuci wykorzystanie elementów towarzyszących pracy muskułu pneumatycznego, ponieważ istotne z punktu widzenia charakterystyki tego siłownika mają charakter nieliniowy. Rysunek 41 ilustruje jedną z nich. [Źródło: ibidem]. 

Rysunek 41: Charakterystyka generowanej siły F nieobciążonego muskułu o początkowej długości l_max 

Rysunek 41 pokazuje, że charakterystyki nieobciążonego ciężarem muskułu pneumatycznego przy dowolnej wartości ciśnienia mają charakter nieliniowy. Obciążenie siłownika dopuszczalnym lub znamionowym ciężarem zgodnie z rysunkiem 40 nie poprawi charakterystyk. Co najwyżej będą one bardziej „wybrzuszone” w kierunku osi x. Zatem, aby uzyskać żądaną wysokość uniesienia ciężaru (żądane skrócenie muskułu) elementem towarzyszącym musi być odpowiedni czujnik, np. o sygnale analogowym, wbudowany w podstawę pod ciężarem. (Czytelnik zapewne domyślił się, że urządzeniami na pewno towarzyszącymi muskułowi są zawory sterujące dopływem sprężonego medium do jego wnętrza). Koncepcję z czujnikiem ilustruje rysunek 42.

Rysunek 42: Pomiar wysokości czujnikiem analogowym 

2. Rodzaje aktorów pneumatycznych i ich sposoby sterowania

Pomimo bezspornego faktu, iż z analizy rysunku 40 nie można odnieść wrażenia, że aplikacja podobnego aktora w konkretnej aplikacji nie nastręczyłaby projektantowi specjalnych trudności, to jednak w praktyce tak może nie być. Zagadnienie prawidłowego doboru i montażu dotyczy również i innych siłowników pneumatycznych.
Po pierwsze, sterowanie siłownikiem pneumatycznym powinno wynikać z rodzaju przewidywanego charakteru pracy tego aktora. Na przykład przy pracy typu: maksymalne wydłużenie – maksymalne skrócenie muskułu, układ sterowania powinien zapewnić tylko dopływ sprężonego medium o odpowiedniej wartości ciśnienia (według danych producenta) dla uniesienia sugerowanego ciężaru oraz późniejszego opróżnienia z medium muskułu. Sama konstrukcja muskułu pneumatycznego zapewni żądane parametry unoszenie ciężaru na te dwie wysokości, wynikające z maksymalnego wydłużenia (l_max) i skrócenia muskułu (l_min). Jednak przy identycznym charakterze pracy, jak powyżej, ale żądaniu od muskułu dodatkowo dużej prędkości unoszenia ciężaru, projektant powinien zaproponować układ sterowania, który stosunkowo szybko napełni muskuł pneumatyczny medium pod ciśnieniem. Schematycznie oba układy sterowania pneumatycznego mogą niczym się nie różnić. Mogą zawierać tylko najprostszy zawór rozdzielający 3/2, który może być de facto elektrozaworem. (Czytelnik powinien przyzwyczaić się do tego, że w większości przypadków w praktyce będziemy mieć do czynienia właśnie ze sterowaniem elektropneumatycznym). Może nie istnieć potrzeba wykorzystania w takim proponowanym sterowaniu jakichkolwiek czujników, zaś załączanie i wyłączanie zaworu może realizować czasomierz (ang. Timer). Sterowanie muskułem dla uzyskanie tylko siły F₁ ilustruje rysunek 43.

Rysunek 43: Sterowanie ON-OFF elektrozaworem EZ

Przy braku dopływu ciśnienia do siłownika (p₁=0; EZ=0; F₁=0) muskuł pneumatyczny pozostaje w spoczynku, czyli jest i maksymalnie wydłużony (l_max), co powoduje, że ciężar pozostaje na podstawie. W momencie zmiany stanu elektrozaworu (EZ=1) medium pod ciśnieniem p₁ oraz natężeniem przepływu Q napełnia muskuł pneumatyczny ($F_1\neq 0$) i ciężar jest podniesiony na maksymalną wysokość (l_min). Zamieszczony na rysunku 43 przebieg ciśnienia p₁ w zakresie czasów t₁ i t₂ pokazuje, że między momentem załączenia elektrozaworu (EZ=1) a osiągnięciem w siłowniku ciśnienia p₁ upłynął wyraźny czas t=t₂ – t₁, stanowiący opóźnienie w podnoszeniu ciężaru ku górze. Przyczyną może być źle dobrany elektrozawór pod kątem wartości natężenia przepływu sprężonego medium Q.
Jak wspomniano wcześniej żądanie nie tylko uzyskania siły F₁, ale i odpowiedniej prędkości unoszenia ciężaru v musi wymusić taki układ sterowania, który musi to zapewnić. Zaznaczmy, że ten „nowy” układ może nie tylko niewiele różnić się od zaproponowanego układu sterowania na rysunku 43, ale może być i takim sam. Różnica może wynikać tylko z zaproponowania „lepszego” elektrozaworu (EZ1 w miejsce EZ), czyli charakteryzującego się odpowiednią wielkością natężenia przepływu Q₁ przez zawór sprężonego medium. Pokazuje to rysunek 44.

Rysunek 44: Zmodernizowana wersja sterowania aktora z rysunku 43

Zaproponowanie „lepszego” elektrozaworu EZ1, charakteryzującego się większą wartością natężenia przepływu Q₁ spowodowało wyraźne skrócenie czasu narastania ciśnienia w siłowniku oraz moment maksymalnego skrócenia muskułu do długości lmin, co widać na charakterystyce ciśnienia p₁. Fakt zastosowania lepszego elektrozaworu EZ1 symbolizują grubsze linie ciśnienia dochodzące oraz wychodzące z elektrozaworu.
Po drugie, przy konieczności uzyskania uniesień ciężaru między skrajnymi długościami siłownika, czyli l_max i l_min dochodzimy do analogowej pracy muskułu pneumatycznego z rysunku 40 (pracę muskułu z rysunków 43 i 44 nazwiemy po prostu dwustanową). Już prosty układ sterowania muskułu przy użyciu elektrozaworu EZ (lub EZ1) oraz prostego czasomierza, który w odpowiednich interwałach czasowych wygeneruje na przemian sygnały ON i OFF (EZ=1 lub EZ=0) tego nie zapewni. Zaproponowany na rysunku 42 czujnik o sygnale analogowym CZ_anal do kontroli wysokości unoszonego ciężaru musi współdziałać z odpowiednim układem sterowania, najlepiej mikroprocesorowym z wbudowanym algorytmem oraz z zaworem proporcjonalnym przepływu, który będąc „wrażliwym” na sygnały sterujące z mikroprocesora zapewni napełnianie oraz opróżnianie muskułu, aby można było podnosić i opuszczać ciężar na żądaną wysokość. Oczywiście ten nowy układ sterowania w zależności od potrzeby może i zapewnić sterowanie dwustanowe muskułem pneumatycznym według rysunku 43 lub 44. Bardziej rozbudowany układ sterowania muskułem z czujnikiem analogowym CZ_anal ilustruje rysunek 45. 

Rysunek 45: Analogowe sterowanie muskułem pneumatycznym z czujnikiem sygnału analogowego

Jeden z wariantów widocznego na rysunku 45 sterowania muskułem pneumatycznym może przebiegać następująco: po ustaleniu przez użytkownika wysokości h, na którą powinien być podniesiony ciężar (oczywiście taka informacja jest de facto daną zapisaną w algorytmie sterowania) uruchomione zostają dwa podprogramy: pierwszy podprogram zwiększa napięcie sterujące U_ster (które jest podawane na wejście elektrozaworu EZP_przepł), zaś drugi podprogram zaczyna porównywać napięcie U_wej pochodzące z czujnika CZ_anal z wartością odpowiadającą żądanej przez użytkownika wysokości uniesienia ciężaru h. 
Rezultatem końcowym opisanego wyżej działania tych dwóch podprogramów jest zatrzymanie napełnienia muskułu pneumatycznego w momencie, w którym sygnał z czujnika CZ_anal wskaże w postaci odpowiedniej wartości napięcia U_wej osiągniętą przez ciężar wysokość h. 
Należy zaznaczyć, że obowiązkowymi parametrami, które pozwolą, aby elektrozawór proporcjonalny przepływu o działaniu takim, jak na rysunku 45 mógł być w ogóle wykorzystany są m.in. zakres regulacji wartości natężenia przepływu sprężonego medium Q, zakres ciśnienia roboczego p oraz zakres napięcia U_ster (lub prądu I_ster), którymi możemy taki elektrozawór wysterować. Zamieszczona na rysunku 45 charakterystyka pokazuje, że użyty EZPp_rzepł charakteryzuje się zakresem regulacji natężenia przepływu wynoszącym 0÷20 l/min oraz zakresem napięcia sterującego U_ster wynoszącym 1÷10V. Zakres ciśnienia roboczego p, które musi być nieustannie dostarczane do elektrozaworu proporcjonalnego EZP_przepł może być taki, jak na rysunku 46.

Rysunek 46: Zakres ciśnienia roboczego p dostarczanego do elektrozaworu EZP_przepł

Uważny Czytelnik zauważy, że zamieszczona na rysunku 45 charakterystyka elektrozaworu EZP_przepł pokazuje również i to, że doprowadzając do tegoż zaworu na przemian napięcie U_ster o wartości minimalnej i maksymalnej można osiągnąć sterowanie dwustanowe, jak na rysunku 43 i 44. W praktyce tak to wygląda. Elektrozawory proporcjonalne przepływowe, które mogą precyzyjnie sterować położeniem „analogowym” siłowników pneumatycznych, np. przy wszelakim pozycjonowaniu, mogą i również sterować takimi siłownikami dwustanowo.
Można zadać pytanie, czy przedstawiona wyżej dyskusja dotycząca wykorzystania muskułu pneumatycznego (jak i innych w istocie aktorów pneumatycznych) wyczerpuje zagadnienie w zakresie ich prawidłowego doboru i montażu? Odpowiedź brzmi: nie. Co nastąpi bowiem, w przypadku, gdy ciężar uwidoczniony na rysunku 45 będzie podnoszony i opuszczany z dużą prędkością? Można sobie wyobrazić, że zanotujemy wtedy oscylacje ciężaru, który owszem, osiągnie wysokość h, ale to położenie nigdy nie będzie stabilne. W przypadku siłownika pneumatycznego typu sztuczny muskuł, „niechlubną” rolę w drganiach odgrywać będzie materiał, z którego wykonane są „ścięgna” muskułu, zaś w przypadku siłownika tradycyjnego rolę w drganiach może odgrywać przede wszystkim bezwładność tłoczyska siłownika lub/i elementów do niego zamontowanych. Trzymając się dalej wykorzystaniem sztucznego muskułu w udzielaniu wyjaśnień Czytelnikowi zaproponujemy układ sterowania z muskułem pomocniczym, pracującym „w komplecie” z muskułem głównym. Odpowiednie sterowanie tym „tandemem” muskułów wyeliminuje drgania unoszonego i opuszczanego ciężaru. Koncepcję taką zilustrowano na rysunku 47.

 

Rysunek 47: Wykorzystanie drugiego sztucznego modułu w eliminacji oscylacji ciężaru unoszonego na wysokość h

Działanie tych dwóch wspólnie działających muskułów pneumatycznych z rysunku 47 polega na tym, że podczas gdy następuje zwiększanie ciśnienia medium w jednym muskule, to w tym samym momencie następuje również odpowiednie jego zwiększanie i w drugim muskule. Oczywiście takie sterowanie tym tandemem muskułów realizuje algorytm, zaimplementowany w kontrolerze mikroprocesorowym. Rola czujnika CZ_anal jest zachowana. Dostarcza on sygnału analogowego U_wej celem porównania tej wartości z wartością będącą ekwiwalentem żądanej przez użytkownika wysokości uniesienia ciężaru. Ponieważ widoczna na rysunku 47 dźwignia łącząca obie ruchome części muskułów wpływa mechanicznie stale na oba siłowniki pneumatyczne, to przy właściwie utworzonym programie sterującym, który dokonuje precyzyjnego dozowania medium do muskułów, nie wystąpią oscylacje ciężaru, a jeżeli nawet to „zgasną” szybciej, niż by to miało miejsce przy jednym muskule.    
Należy podkreślić, że powyższe przykłady pokazały kilka podejść projektanta układów pneumatycznych do adaptacji aktorów pneumatycznych na przykładzie sztucznych muskułów. Wszystko powyższe można odnieść do tradycyjnych siłowników pneumatycznych, zarówno jednostronnego jak i dwustronnego działania i ich wielu odmian oraz konfiguracji układowych. Można zadać kolejne pytanie: czy przedstawione przykłady wyczerpują zagadanie w zakresie ich prawidłowego doboru i montażu? Odpowiedź po raz kolejny brzmi: nie. Jest tak dlatego, że mnogość zastosowań aktorów pneumatycznych jest tak wielka, że aby to opisać niniejsza publikacja byłaby zbyt obszerna jak na jej podstawowe zadanie, które autor sobie założył do spełnienia. Na przykład przy adaptacji aktorów pneumatycznych w pojazdach mobilnych bezzałogowych oraz jednocześnie i niewielkiej masie, ważnym zagadnieniem może być sama waga aktora oraz jego sterowania, które powinny cechować się jak najmniejszą wagą. Z kolei waga aktorów i ich sterowania nie powinna być istotna w sterowaniu procesami produkcyjnymi, ale tutaj może chodzić o jak największą siłę do uzyskania oraz precyzję nastawiania aktorów.

3. Budowa funkcjonalna aktorów pneumatycznych

Materiał do tej pory zaprezentowany Czytelnikowi wyraźnie pokazał, że w rozumieniu mechatroniki aktorem pneumatycznym, który z definicji wytwarza siłę lub moment, odpowiedzialne za ruch złożonego mechanizmu nie może być wyłącznie pojedynczy siłownik pneumatyczny. Zatem aktorem pneumatycznym w rozumieniu mechatroniki jest zespół złożony z odpowiedniego siłownika jako przetwornika energii sprężonego medium oraz złożony z odpowiedniego zaworu rozdzielającego, jako nastawnika energii sprężonego medium. Schemat aktora pneumatycznego według tak przyjętych założeń wygląda jak na rysunku 48.

Rysunek 48: Schemat aktora pneumatycznego z nastawnikiem i przetwornikiem energii medium

Sygnał nastawczy generowany jest w celu uruchomienia aktora pneumatycznego. W „starym” wydaniu jego rozwiązania, czyli wtedy, gdy czynnik ludzki odgrywał rolę w sterowaniu procesami, sygnałem nastawczym było np. pobudzenie ręką przycisku lub dźwigni, które połączone były z trzpieniem otwierającym lub zamykającym przepływ sprężonego medium, które dalej było wykorzystywane. W dzisiejszym rozumieniu budowy aktorów sygnałem nastawczym jest sygnał elektryczny dla cewki elektrozaworu lub sygnał pneumatyczny, który pochodzi, a jakże, z wyzwolonego ręcznie przycisku sterującego trzpieniem zaworu rozdzielającego, umieszczonego na przykład na pulpicie sterującym. Zaznaczmy, że sygnał nastawczy może być monostabilny (czyli 0$\rightarrow$1$\rightarrow$0 lub 1$\rightarrow$0$\rightarrow$1) lub astabilny (czyli 0$\rightarrow$1 lub 1$\rightarrow$0).
Zadaniem nastawnika energii medium jest przekazanie dalej doprowadzonej doń energii sprężonego medium celem wyzwolenia przetwornika energii. W starym wydaniu jego rozwiązania nastawnikiem był np. odlew aluminiowy z rozmieszczonymi weń kanałami oraz umieszczonym tam odpowiednim trzpieniu, który zmieniając swoje położenie otwierał lub zamykał przepływ przez ten odlew sprężonego medium. Często takie rozwiązanie jest dalej wykorzystywane wespół z przyciskami sterującymi pobudzanymi dłonią. W nowym wydaniu nastawnikiem jest elektrozawór, którego od poprzednika różni to, iż trzpień tego elektrozaworu poruszany jest nie dłonią, ale na skutek oddziaływania np. pola magnetycznego. W tym rozwiązaniu nastawnika często do jego prawidłowego działania wykorzystywana jest energia pomocnicza, którą najczęściej jest to samo sprężone medium, które przeznaczone jest do doprowadzenia do przetwornika energii. Takie rozwiązanie nazywamy nastawnikiem pośredniego działania w odniesieniu do nastawnika bezpośredniego działania, który nie wymaga energii pomocniczej. Należy przypomnieć, że zdarza się, iż nawet w dobie dużego rozwoju urządzeń mechatronicznych w dalszym ciągu stosowane są nastawniki sterowane ręką ludzką. Może to wynikać po części z przyzwyczajenia się do tego typu operacji jak również z niezawodności całego urządzenia lub systemu, gdzie taki nastawnik w dalszym ciągu znajdzie swoje miejsce. Rysunek 49 ilustruje dla przypomnienia konstrukcję nastawnika w „starym” oraz nowym wykonaniu.    

Rysunek 49: Nastawniki dla aktorów pneumatycznych: a) sterowany ręcznie firmy WABCO; b) elektrozawór 5/2

Na rysunku 49a) widać, że kierunek dźwigni z lewej do prawej strony (zgodnie z ruchem wskazówek zegara) zwiększa przepływ sprężonego medium przez nastawnik (uwidoczniona na rysunku „narastająca” wielkość białych pól na tarczy nastawnika). Rysunek 49b) pokazuje z kolei nastawnik sterowany elektromagnetycznie poprzez wykorzystanie cewki sterującej. Widoczne niebieskie pokrętło pozwala na ręczne sterowanie medium.
Przetwornikiem energii medium są z kolei wszelkiego rodzaju siłowniki pneumatyczne, których jeden rodzaj, czyli sztuczny muskuł już został Czytelnikowi pokazany. Do przetworników energii medium zaliczymy więc m.in. siłowniki jednostronnego i dwustronnego działania, dalej siłowniki membranowe, które wykorzystywane są do sterowania nastawnikami, jak również do przetworników energii zaliczymy również i silniki pneumatyczne. Rysunek 50 ilustruje przetwornik energii sprężonego powietrza firmy Conflow Spa [Źródło: automatyka.pl].    

Rysunek 50: Przetwornik energii sprężonego powietrza membranowy

Widoczny na rysunku 50 przetwornik energii sprężonego powietrza membranowy umożliwia wykorzystanie do dalszego mechanicznego sterowania widoczny na rysunku ruchomy trzpień. Trzpień ten porusza się dół-góra zgodnie z ruchem membrany, która poddaje się działaniu sprężonego medium. Trzpień ten może poruszać inny nastawnik dla kolejnego przetwornika energii celem uzyskania sterowanie dużym przetwornikiem energii, którego wyzwolenie w inny sposób nie byłoby możliwe. Taki rodzaj sterowania wielostopniowego może być przydatny w realizacji procesów w przemyśle petrochemicznym. 
Dotychczasowa wiedza, że sygnały nastawcze dla nastawników nie mają nic wspólnego ze sprężonym medium, a co najwyżej to medium może tylko wspomagać pracę nastawników ma ugruntowane podstawy w praktycznej realizacji aktorów pneumatycznych. Przypomnijmy, że w nastawniku z rysunku 49a) sygnałem nastawczym jest ręka, zaś z rysunku 49b) sygnałem nastawczym jest sygnał elektryczny (lub/i ręka). Oba nastawniki mogą być pierwszymi członami aktora pneumatycznego (według rysunku 48).
Dotychczasowa (również) ugruntowana wiedza mówi, że zadaniem nastawników jest dostarczanie energii sprężonego medium do ogólnie siłowników pneumatycznych, które wykonują pracę w postaci dostarczania dla układu mechanicznego siły lub momentu, czyli wszystkiego tego, czego wymaga się od aktora. Nie trzeba przy tym dodawać, jakie urządzenia pneumatyczne większość inżynierów zaliczy do siłowników pneumatycznych. 
Należy zaznaczyć, że rozwój urządzeń i układów mechatronicznych musiał sprostać potrzebom współczesnego przemysłu, do którego branż może zaliczyć procesy produkcji czy urządzenia mechatroniczne w pojazdach mobilnych. W niektórych przypadkach dotychczas istniejące poglądy i wiedza na temat opracowania i używania aktorów pneumatycznych musiały zostać zmienione lub rozszerzone. Aby to udowodnić wystarczy zadać Czytelnikowi podchwytliwe pytanie: czy zbiornik ciśnieniowy może być elementem aktora pneumatycznego, który wytwarza siłę użyteczną, np. rodzajem siłownika jednostronnego działania - pchający?
 Na pierwszy rzut oka to pytanie może wydawać niedorzeczne dla inżyniera a odpowiedź będzie brzmiała: nie. Jednak, gdy dodamy, że zbiornik ten może być elastyczny, np. wykonany z odpowiednio wytrzymałej gumy, która może się rozciągać oraz, że ta guma może być tak zamocowana między dwoma naprzeciwległymi płaszczyznami, że jedna z nich powinna być od drugiej odsuwana, to już odpowiedź powinna być inna: tak. Otrzymaliśmy w ten sposób rodzaj siłownika pneumatycznego jednostronnego działania, zbliżonego ideą do sztucznego muskułu, ale nie ciągnący tylko pchający, określany nazwą: miech pneumatyczny. Siłownik taki ilustruje rysunek 51.

Rysunek 51: Siłownik pneumatyczny tzw. miech w konfiguracji do unoszenia ciężaru

Zarówno w przypadku sztucznego modułu tak i w przypadku miecha pneumatycznego oba te siłowniki nie mogą przenosić obciążeń poprzecznych. „Kinematycznie” powinny być zabudowane w układzie, dla którego dostarczają siłę odpowiednio ciągnącą i pchającą, aby opór działający na te siłowniki występował tylko osiowo. Przykład wariantu zabudowy kinematycznej sztucznych modułów w porównaniu z miechami pneumatycznymi ilustruje rysunek 52.
Analizując rysunek 52 zauważamy, że w celu uzyskania użytecznej siły F - pchającej, która ma być uzyskana poprzez działanie w każdym przypadku siłowników jednostronnego działania wykorzystano układy kinematyczne z tzw. jarzmem. W jarzmie tym przesuwa się trzpień w kierunku dolnym, dając w efekcie siłę pchającą F.  
Siła F pomimo tego, że posiadająca w obu przypadkach taki sam kierunek działania została uzyskana z dwóch rodzajów siłowników jednostronnego działania: rysunek 52a) ciągnący, zaś rysunek 52b) pchający.

Rysunek 52: Zabudowa siłowników pneumatycznych jednostronnego działania: a) sztuczny muskuł; b) miech pneumatyczny

Element kinematyczny, który na to „pozwolił” to sprężysty płaskownik ze wstępnym łukowym wygięciem, który na obu swoich końcach został umocowany przegubowo, przy czym podstawa górnego mocowania przegubu jest na przytwierdzona na stałe. W wyniku prostowania płaskownika, co odbywa się przy użyciu siłowników następuje i jego wydłużanie. Ponieważ dolny koniec tego elementu sprężystego zamocowany jest przegubowo do ruchomego trzpienia, to prostowanie płaskownika wprawia w ruch trzpień z dostępną do wykorzystania siłą F jako pchającą.   
Należy podkreślić, że w naszych rozważaniach nie interesuje nas ani wartość siły F ani jej odcinek działania. Wartym zauważenia jest przede wszystkim fakt, iż oba siłowniki pneumatyczne są zamocowane tak, aby siła użyteczna, płynąca z ich konstrukcji działała tylko w osi tychże oraz pozostałość konstrukcji kinematycznej nie oddziaływała na siłowniki w innym kierunku jak tylko osiowo. 

4. Aktory pneumatyczne nowego rodzaju

Przedstawione wyżej rozważania pokazują Czytelnikowi, że rozwój układów mechatronicznych wymusił również nowe koncepcje aktorów pneumatycznych, ich aplikacji oraz sterowania. Zawsze może wystąpić nowy problem, który nie był dotychczas sklasyfikowany i nie może zostać rozwiązany sztampowo, bo ktoś już go wcześniej rozwiązał. 
Zatem aktorami pneumatycznymi nowego rodzaju nazwiemy takie urządzenia pneumatyczne, które do swojego działania wykorzystują:
•    powszechnie znane zasady fizyczne, ale przeznaczone są dla wytworzenia małych mocy i ruchów liniowych;
•    inne niż powszechnie znane zasady sterowania aktorem za pomocą tego samego sygnału medium.
 

4.1. Aktory pneumatyczne dla uzyskiwania małych mocy i niewielkich ruchów liniowych

Łącznie z miniaturyzacją mikroprocesorów oraz sensorów, które to elementy są nierozerwalnie związane ze współczesną robotyką, wystąpiło też dążenie do miniaturyzacji aktorów pneumatycznych. Trudno sobie bowiem wyobrazić, aby miniaturyzacja mogła dotyczyć urządzeń sterujących i oczujnikowania, zaś aktory pozostałyby takie jakie były, czyli nie dążyłoby się do ich miniaturyzacji. 
Można nadmienić, że już końcowa konkluzja w punkcie 2.2 niniejszego opracowania wskazywała na potrzebę wykorzystania mniejszych aktorów pneumatycznych w pojazdach mobilnych bezzałogowych. Tutaj może chodzić o mniejszą zajętość miejsca, które powiększone dzięki mniejszemu aktorowi zostanie zarezerwowane dla innych urządzeń mechatronicznych. 
Dalej, gdy miniaturyzację urządzeń mechatronicznych powiążemy z rozwojem maszyn humanoidalnych lub sztucznych zrobotyzowanych kończyn, to znajdziemy kolejne olbrzymie wykorzystanie zminiaturyzowanych urządzeń mechatronicznych, wśród których znajdziemy obowiązkowo i aktory pneumatyczne. Tutaj z kolei żądana niska waga aktora pneumatycznego, który będąc de facto sztucznym ścięgnem, przyczynia się do ruchu sztucznego ramienia, nogi, itp. Przykładem aktora pneumatycznego o niewielkich wymiarach i masie jest mini-siłownik pneumatyczny jednostronnego działania pchający (powrót sprężyną), zilustrowany na rysunku 53. [Źródło: www.pneumat.com.pl].

Rysunek 53: Mini-siłownik pneumatyczny jako zespół aktora do niewielkich ruchów liniowych do 10mm

Analizując rysunek 53 zauważamy, że montaż tego typu aktora pneumatycznego polegał będzie na umieszczeniu korpusu tegoż aktora w otworze przelotowym o niewielkiej średnicy (w przedziale 6 do 16mm) i długości (do 20mm), aby wykorzystując dwie nakrętki 7 doprowadzić do jego pozycjonowania i w konsekwencji zatwierdzenia w danej pozycji montażowej. Montaż tego typu siłownika pneumatycznego może polegać również na pozbyciu się tych dwóch nakrętek 7 i wkręceniu korpusu aktora w otwór montażowy. Następnie wykorzystując tłoczysko 2 oraz nakrętkę 3 doprowadzić należy do trwałego połączenia tłoczyska z elementem kinematycznym, który przewiduje się przemieszczać. Należy zaznaczyć, że ciśnienie sprężonego medium powinno mieścić się w granicach od 2 do 7bar, oraz że doprowadzenie medium następuje osiowo z drugiej strony gwintu tłoczyska 2 poprzez wkręcenie najczęściej złączki prostej lub kątowej M5/fi4 typu PE w korpus aktora. Przykład wykorzystania mini-siłownika w realizacji sterowania mechatronicznego na linii produkcyjnej ilustruje rysunek 54. (Proporcje wielkości siłownika na rysunku są celowo powiększone).

Rysunek 54: Aplikacja mini-siłownika pneumatycznego jako aktora w blokadzie ruchu paczek po taśmie

W widocznym na rysunku 54 procesie zatrzymywania paczek, które poruszają się po taśmie paczki są zatrzymywane uruchomieniem tłoczyska mini-siłownika pneumatycznego tuż przed pojawieniem się kolejnej paczki a „spuszczeniem” z taśmy poprzedniej. Jak widać z rysunku 54 paczki zatrzymują się w miejscu pojawienia się trzpienia mini-siłownika. Ponieważ ten aktor pneumatyczny jest siłownikiem jednostronnego działania pchającym, to przy wyłączonym układzie sterowania pneumatycznego trzpień aktora jest wsunięty i paczki swobodnie spadają ze zsuwni. Biorąc pod uwagę nakreślone wcześniej Czytelnikowi wymiary takich aktorów należy przyjąć, że sortowanie takie jak na rysunku 54 może mieć miejsce przy produkcji towarów niewielkich rozmiarów. I takie jest właśnie zastosowanie tego typu aktorów – wszędzie tam, gdzie zależy projektantowi na sterowaniu pneumatycznym w niewielkiej przestrzeni i niewielkich uzyskiwanych siłach aktory pneumatyczne, które posiadają zmniejszone rozmiary mają zastosowanie.

4.2. Aktory pneumatyczne sterowane z użyciem wspólnej linii przesyłowej medium

Zanim przejdziemy do dyskusji nad kolejną grupą aktorów pneumatycznych nowego rodzaju przywołajmy zagadnienie sterowania rozdzielaczami sprężonego medium, czyli nastawnikami, które jak już wiemy z rysunku 48 tworzą wespół z odpowiednim przetwornikiem energii tworzą zespół aktora pneumatycznego.
Przypomnijmy, że nastawniki pneumatyczne rozdzielają sprężone medium dla przetwornika energii, czyli np. siłownika pneumatycznego na podstawie sygnału nastawczego. Tymi sygnałami nastawczymi mogą być:
•    siła działająca bezpośrednio na trzpień rozdzielacza, pochodząca od dłoni lub poruszającego się elementu maszyny (np. pobudzenie krańcówki pneumatycznej tłoczyskiem innego siłownika);
•    siła działająca na trzpień rozdzielacza, pochodząca od siły magnetycznej, wywołanej po zasileniu cewki elektrozaworu prądem elektrycznym;
•    siła działająca na trzpień rozdzielacza wewnątrz jego konstrukcji, pochodząca od sygnału pneumatycznego, który został doprowadzony do nastawnika oddzielnym wejściem dla sprężonego medium.
Fakt, iż w większości przypadków instalacja pneumatyczna jest rozproszona po terenie hali produkcyjnej lub rozprowadzona po pokładzie pojazdu mobilnego był już dyskutowany przy omawianiu linii przesyłowych niskiego ciśnienia. To wtedy pokazano przykłady prowadzenia linii celem zasilenia urządzeń pneumatycznych.
Należy zaznaczyć, że rozpowszechnienie się linii przesyłowych niskiego ciśnienia wykonanych z przewodów typu PE spowodowało, że wykorzystując ich cechy np. w zakresie elastyczności materiałowej aktory pneumatyczne mogą podczas swojej pracy wykonywać ruchy w sposób ograniczony, ale tylko chyba urwaniem tego przewodu. Elastyczność przewodów PE pozwala na to, aby aktory pneumatyczne przemieszczały się w obrębie maszyny łącznie z innymi elementami na duże odległości ograniczone tylko długością przewodu PE. Jednak wszystko ma swoje granice i nie w każdym przypadku wykorzystanie przewodów typu PE może być realizowalne. Wystarczy wspomnieć o wysokiej temperaturze, w której mogą musieć pracować aktory pneumatyczne. Przypomnijmy, że w większości przypadków graniczną temperaturą pracy przewodu PE jest temperatura dochodząca do 600C.
W sukurs konieczności zapewnienia przemieszczania się aktorów pneumatycznych w podwyższonej temperaturze przy jednoczesnej rezygnacji z przewodów linii przesyłowych typu PE przychodzi wykorzystanie tzw. złączy obrotowych, które w odpowiedni sposób „wtrącane” są w linię przesyłową sprężonego medium, stanowiąc jej odcinek. Przykład złącza obrotowego ilustruje rysunek 55.

Rysunek 55: Złącze obrotowe firmy Rotoflux – Seria T

Zilustrowane na rysunku 55 złącze obrotowe może być wykorzystane do temperatur otoczenia dochodzących do 120⁰C. Montaż takiego elementu jako odcinka linii przesyłowej sprężonego medium do aktora pneumatycznego polega na trwałym umiejscowieniu złącza poprzez wkręcenie widocznego na rysunku 55 obrotowego trzpienia, w którym wykonany jest otwór o odpowiedniej średnicy poprowadzony osiowo. Trzpień złącza ułożyskowany jest dwoma łożyskami kulkowymi o odpowiednich parametrach, osadzonymi w korpusie złącza obrotowego oraz uszczelniony z obudową tzw. simmeringiem. Dodatkowo w korpusie złącza wykonany jest gwintowany otwór do wykorzystania. 
Taka konstrukcja powyższego zespołu złącza obrotowego powoduje, że po pierwsze możliwy jest obrót korpusu względem unieruchomionego na stałe trzpienia oraz po drugie, możliwy jest dwukierunkowy przepływ sprężonego medium bez ubytków między dwoma otworami złącza podczas obracania się korpusu złącza. Abstrakcyjny sposób wykorzystania złącza obrotowego w mechanizmie zrobotyzowanym (który może wystąpić w praktyce) ilustruje rysunek 56. 

Rysunek 56: Aplikacja złącza obrotowego w linii przesyłowej niskiego ciśnienia

Widoczny na rysunku 56 działa następująco: ruch ruchomego stołu w dwóch kierunkach (poprzecznie) pokazanych strzałką możliwy jest dzięki dwóm obrotowym wałkom, umieszczonym równolegle pod ruchomym stołem. (Nie)widoczny otwór w poziomej płaszczyźnie tego stołu, przewidziany dla podłączenia złącza pneumatycznego, połączony jest z ruchomym korpusem złącza obrotowego przewodem sztywnym, np. rurką stalową o małej średnicy, oczywiście przy użyciu odpowiednich przyłączy po obu stronach tej rurki (niewidocznych na rysunku). Doprowadzenie sprężonego medium z jednej strony aplikacji oraz wyprowadzenie tegoż medium z drugiej jej strony przy użyciu na przykład przewodów typu PE pozwala na zasilenia aktora pneumatycznego (niewidocznego na rysunku 56), do którego musi być doprowadzony sygnał pneumatyczny poprzez ruchome części tego hipotetycznego układu mechanicznego. Zatem ruchomy stół wykonuje poprzeczne ruchy przewidziane dla jego funkcjonowania nie wpływając tym samym na prawidłowość dopływu sprężonego medium do aktora, który np. znajduje się na tym samym fragmencie maszyny, co ruchomy stół.
Już ta prosta aplikacja z rysunku 56, która jest de facto odcinkiem linii przesyłowej niskiego ciśnienia pokazuje skalę problemów do rozwiązania w praktycznym wykorzystaniu, gdzie po pierwsze duża liczba aktorów pneumatycznych musi być sterowana dodatkowym sygnałem sprężonego medium, co narzuca konieczność dodatkowych linii przesyłowych dla tych sygnałów lub po drugie, z różnych względów aktory pneumatyczne nie mogą być uruchamiane sygnałem elektrycznym tylko właśnie sygnałem sprężonego medium, np. sygnałem pneumatycznym. Taka sytuacja może mieć miejsce np. w przypadku konieczności wykorzystania sterowania pneumatycznego w środowisku wybuchowym, gdzie uruchamianie aktorów pneumatycznych nie może odbywać się sygnałem elektrycznym, który może przecież wygenerować iskrę elektryczną przyczyniając się do wybuchu. Jako przykład może posłużyć pojazd mobilny do poruszania się w korytarzach kopalni węgla kamiennego. Powyższe pokazuje, że należy poszukiwać rozwiązań, które uproszczą sterowanie aktorem pneumatycznym przy takich ograniczeniach. 
Sprawa wydaje się prostsza w przypadku, gdy zadaniem jest uruchamianie jednego tylko aktora pneumatycznego za pośrednictwem nastawnika, który uruchamiany będzie takim dodatkowym sygnałem sprężonego medium. Można wtedy wykorzystać złącza obrotowe dwudrogowe. Ilustruje to rysunek 57.

Rysunek 57: Wykorzystanie złącza obrotowego dwudrogowego w sterowaniu aktorem

Widoczny na rysunku 57 dodatkowy przewód linii przesyłowej pozwala na programowe wyzwalanie nastawnika, który będący częścią aktora (niewidocznego na rysunku) steruje dostarczeniem medium roboczego do siłownika pneumatycznego. Można jedynie nadmienić, że sygnał pneumatyczny sterujący nastawnikiem może mieć postaci dwustanowe, czyli monostabilną, co „zero-jedynkowo” możemy przedstawić jako 0$\rightarrow$1$\rightarrow$0 lub 1$\rightarrow$0$\rightarrow$1, jak również astabilną, czyli 0$\rightarrow$1 lub 1$\rightarrow$0. Sygnał pneumatyczny sterujący nastawnikiem może mieć również postać sygnału analogowego ciśnienia sprężonego medium (patrz rysunek 45). 
Podkreślić należy, że „jedyną trudnością” dla praktycznej aplikacji złącza dwudrogowego takiego jak na rysunku 57 jest zapewnienie dla tego złącza nieznacznie większej przestrzeni na jego zabudowę w maszynie oraz doprowadzenie i wyprowadzenie dwóch dodatkowych przewodów dla sygnału sterującego nastawnikiem, który najczęściej znajduje się w pobliżu przetwornika energii sprężonego medium. Wyjaśnijmy możliwy sposób doprowadzania i odprowadzania sprężonego medium do/z aktora pneumatycznego na przykładzie sposobu działania zaworu zwrotnego sterowanego sygnałem sprężonego medium, którego schemat zilustrowano na rysunku 58. [Źródło: www.kotwa.pwr.wroc.pl].

Rysunek 58: Zawór zwrotny sterowany sprężonym medium: a) przepływ 1-2; b) blokada 2-1; c) przepływ 2-1

Na rysunku 58a) brak sygnału sterującego S utrzymuje tłok sterujący zaworu w pozycji neutralnej i umożliwia niezakłócony przepływ sprężonego medium z kierunku 1 do 2. (Należy zaznaczyć, że zazwyczaj rodzaj sprężonego medium np. sprężonego powietrza dla sygnału sterującego S może być identyczny z rodzajem medium dla działania samego aktora). Wspomniany przepływ jest możliwy dzięki pokonaniu przez napływające medium siły sprężyny, która wcześniej była dociśnięta do gniazda zaworu. Ten tryb pracy zawodu jak i kolejny, tzn. blokowanie przepływu z kierunku 2 do b (rysunek 58b)) niczym nie odbiega od pracy zwykłego zaworu zwrotnego 2/2; w tym drugim trybie pojawiające się ciśnienie medium w przyłączu 2 „współdziała” z grzybkiem zaworu dociskając go do gniazda i uniemożliwiając dalszy przepływ. Różnica w działaniu opisywanego zaworu zwrotnego w odniesieniu do wspomnianego zaworu 2/2 widoczna jest dopiero na rysunku 58c). Sygnał pneumatyczny S doprowadzony do zamkniętej przestrzeni z tłokiem sterującym przesuwa tłok do krańcowej pozycji odpychając tym samym grzybek zaworu od gniazda. Taki stan pracy zaworu oznacza przepływ medium dla kierunku 2 do 1. Taki stan pracy zaworu zwrotnego sterowanego trwa przez okres występowania sygnału sterującego S. Gdy sygnał ten przestanie istnieć lub zmniejszy swoją wartość na tyle, aby grzybek wrócił na swoje miejsce, przepływ medium dla kierunku 2 do 1 zostanie zatrzymany. Wystąpi tryb z rysunku 58b).       
Przypomnijmy, że powiązanie nastawnika z rysunku 58 z odpowiednim dedykowanym dla konkretnego zastosowania przetwornikiem energii nie powinno już nastręczać kłopotów montażowych, co pokazano na rysunku 59. 

Rysunek 59: Przetwornik energii sprężonego medium sterowany zaworem zwrotnym sterowanym

Rysunek 59 ilustruje tryb zatrzymania tłoczyska siłownika pneumatycznego jednostronnego działania typu pchający w pozycji niezupełnego opróżnienia jego przestrzeni roboczej. Spowodował to zawór zwrotny sterowany po wywołaniu trybu jego pracy z rysunku 58b. 
Należy podkreślić, że w przypadku konieczności uruchamiania wielu aktorów pneumatycznych według koncepcji z rysunku 59 sprawa nie jest już taka prosta. Jest to spowodowane przede wszystkim koniecznością zabudowy złączy obrotowych, co musi zajmować odpowiednią ilość przestrzeni maszyny oraz co za tym idzie wielością przewodów dla linii przesyłowych, które stają się wtedy dużą plątaniną, która może utrudnić diagnostykę linii.
Zatem, wydaje się, że dążeniem samym w sobie jest poszukiwanie sposobów na zmniejszenie liczby przewodów linii przesyłowych, a co za tym idzie zmniejszenie ilości przestrzeni na zabudowę dodatkowych przecież rozwiązań mechatronicznych. I tym końcowym zdaniem dochodzimy do istoty bieżącego podpunktu, czyli wykorzystania aktorów pneumatycznych, które mogą być sterowane z użyciem wspólnej linii przesyłowej sprężonego medium co oznacza w praktyce, że tą samą linią przesyłową niskiego ciśnienia biegnie sygnał sterujący pracą nastawnika oraz medium robocze dla działania przetwornika tej energii. Zatem przy konieczności „uzupełnienia” linii przesyłowej o złącza obrotowe, będą to zawsze złącza jednodrogowe, czyli liczba przewodów linii przesyłowych będzie o połowę mniejsza. Koncepcję sterowania z wykorzystaniem nastawnika nowego rodzaju co daje nam w efekcie aktora nowego rodzaju ilustruje rysunek 60.

Rysunek 60: Sterowanie i uruchamianie aktora pneumatycznego jedną linia przesyłową 

Widoczny na rysunku 60 nastawnik funkcjonuje w dwóch trybach: trybie działania, co umożliwia normalny dopływ sprężonego medium do siłownika pneumatycznego oraz w trybie wyłączenia nastawnika w dowolnym momencie, co zatrzymuje wypływ medium z komory siłownika wcześniej napełnionej i zatrzymanie tłoczyska pomimo działania widocznej sprężyny powrotnej. Czytelnik się zapewne domyśla, że takie programowe uruchamianie oraz wyłączanie nastawnika można związać z pozycjonowaniem tłoczyska siłownika. 
Należy zaznaczyć, co bardzo istotne, że widoczny na rysunku 60 nastawnik sterowany jest sygnałem pneumatycznym, który przekazywany jest do tegoż tą samą linią przesyłową w postaci krótkiego skoku ciśnienia medium. Można przyjąć, że sygnał sterujący nastawnikiem przekazywany jest do tegoż tuż przed zamiarem wykorzystania normalnej pracy siłownika pneumatycznego, następnie „przestawia” nastawnik na tryb działania, po czym następuje zwykłe połączenie komory siłownika z linią przesyłową celem napełniania tejże sprężonym medium. Taki tryb działania nastawnika może występować nieskończenie długo biorąc pod uwagę czas napełniania komory siłownika, która może być przecież o różniej objętości ze względu na wielkość samego siłownika pneumatycznego. Czytelnik się zapewne domyśla, że ruch tłoczyska siłownika, które zostało przesunięte (w prawo), musi być i powrotny. Zatem, w tym miejscu dochodzimy do wyjaśnienia Czytelnikowi sposobu opróżniania komory siłownika pneumatycznego, co musi się odbyć dzięki działaniu sprężyny tłoczyska. 
Analizując schemat nastawnika z rysunku 60 w trybie działania (ten po lewej stronie) natychmiast zauważamy, że przypomina on zawór zwrotny o kierunku przepływu „do siłownika”. W praktyce widoczna na rysunku kulka zaworu unosi się pokonując siłę niewielkiej sprężyny (niewidocznej na rysunku) i medium robocze przepływa przez zawór dalej. Jednak, aby „tą samą drogą” medium mogło przepływać w drugą stronę (w naszym przypadku celem opróżniania komory siłownika) kulka zaworu zwrotnego nie powinna oprzeć się o gniazdo zaworu, co jest pokazane w postaci kulki, ale naszkicowanej linią przerywaną. I właśnie dlatego nastawnika z rysunku 60 przypomina tylko zawór zwrotny, jednak w istocie jest to nastawnik nowego rodzaju, który umożliwia dwukierunkowy przepływ medium przez swój korpus wtedy, gdy został w taki tryb wprowadzony. Zatem w tym trybie nastawnika nowego rodzaju po pierwotnym doprowadzeniu medium do komory siłownika można ją opróżnić, oczywiście na skutek działania siły sprężyny powrotnej tłoczyska. (W przypadku zastosowania siłownika dwustronnego działania sytuacja będzie podobna. Komory siłownika będą opróżniane na skutek działania nie sprężyny tłoczyska, ale siły medium wywieranej „po drugiej” stronie tłoka tłoczyska).
Należy podkreślić, że ponieważ na rysunku 60 mamy do czynienia z nastawnikiem nowego rodzaju, to i układ jego sterowania musi być nowego rodzaju, jednak przy wykorzystaniu istniejących nastawników „tradycyjnych”. Zatem aby prawidłowo sterować tym nastawnikiem nowego rodzaju w zakresie i pierwszego trybu jego pracy (lewa strona rysunku) i drugie trybu pracy, czyli wyłączenia nastawnika (prawa strona rysunku), powinien być utworzony dodatkowy układ sterujący, który zapewni dopływ do nastawnika zarówno sygnału medium, które ustawia jego tryby pracy jak i doprowadza i wyprowadza to medium do/z komory siłownika pneumatycznego. Schemat takiego sterowania pneumatycznego pokazano na rysunku 61.        

Rysunek 61: Układ pneumatyczny dla sterowania aktorem pneumatycznym nowego rodzaju

Uruchomienie elektrozaworu EZ1 (przy wyłączonych EZ2 i EZ3) o określonym współczynniku przepływu Kv1 powoduje dopływ medium roboczego do nastawnika i ustawienie go w tryb działania. Dalsze utrzymywanie istnienia w linii przesyłowej sprężonego medium przy działaniu EZ1 powoduje pokonywanie siły sprężyny tłoczyska i ruch roboczy tegoż (w prawo). Przy zamiarze zmiany kierunku ruchu tłoczyska, czyli de facto opróżniania komory siłownika sterowanie nastawnikiem nowego rodzaju z rysunku 61 musi ulec zmianie. Przy w dalszym ciągu uruchomionym EZ1 musi zostać uruchomiony elektrozawór EZ2, po czym ten pierwszy powinien zostać natychmiast wyłączony. Ten „manewr” sterowania spowoduje, że sprężone w komorze siłownika medium zacznie uchodzić do atmosfery poprzez korpus EZ2 „popychane” dodatkowo przez sprężynę tłoczyska siłownika. 
Należy zaznaczyć, co jest niezmiernie istotne i musi być wymogiem prawidłowego działania tego akurat nastawnika nowego rodzaju, że natężenie przepływu „w drugą stronę” rozprężanego medium (chyba już nie) roboczego przez ten nastawnik musi być „odrobinę” mniejsze niż przy normalnym napełnianiu komory siłownika. W celu realizacji tego mniejszego natężenia przepływu medium przez nastawnik stosuje się albo zawór EZ2 o niższym parametrze przepływu medium (czyli mniejszym współczynniku K_v2), albo (co jest widoczne na rysunku 61) stosuje się dla linii przesyłowej przewody o mniejszym ich przekroju. 
Taki opisany wyżej stan nastawnika nowego rodzaju, czyli stan umożliwiający de facto stopniowe odpowietrzanie komory siłownika może trwać aż do momentu całkowitego opróżnienia tej komory „z pomocą” sprężyny tłoczyska i wtedy proces pracy tłoczyska może być powtórzony tak, jak opisano powyżej.
Interesującym jest jednak sposób wywołania zatrzymania tłoczyska w jego drodze powrotnej, czyli między skrajnym prawym a lewym położeniem tłoka tłoczyska. Do tego celu służy elektrozawór EZ3, do którego jak zapewne zauważył już Czytelnik poprowadzono linię przesyłową przewodem o większym przekroju (widoczna na rysunku 61 grubsza linia przesyłowa między nastawnikiem a EZ3). Otóż przy normalnym działaniu elektrozaworu EZ2, czyli procesie wolnego odpowietrzania komory siłownika następuje uruchomienie EZ3, co wprowadza proces gwałtownego odpowietrzenia linii przesyłowej, ponieważ elektrozawór ten charakteryzuje się zdecydowanie większym współczynnikiem przepływu K_v3 niż elektrozawór EZ2 (K_v3 >> K_v2). Taki spadek ciśnienia medium w linii przesyłowej między nastawnikiem a wylotem do atmosfery elektrozaworu EZ3 spowoduje przestawienie nastawnika w tryb wyłączenia (prawa część rysunku 60). Tłoczysko siłownika się zatrzymuje zgodnie z obranym celem w wybranej pozycji. 
Należy zaznaczyć, że przy takim zatrzymaniu tłoczyska siłownika dalsze sterowanie aktorem pneumatycznym może odbyć się dla realizacji tylko dwóch zadań:
•    zadanie ponownego ruchu roboczego tłoczyska siłownika w prawo, co oznacza przestawienie nastawnika nowego rodzaju w tryb działania zgodnie ze znanymi już zasadami;
•    zadanie ponownego ruchu tłoczyska w lewo do pozycji spoczynkowej, co oznacza najpierw przestawienie nastawnika nowego rodzaju na tryb działania i później dopiero uruchomienie elektrozaworu EZ2 oraz EZ3. 
Jak widać z powyższego opisu sterowanie aktorem nowego rodzaju wydaje się złożone, co można zakwalifikować jako wadę tego rodzaju rozwiązania, która może zaciemnić jego zalety. Jednak ta złożoność niknie w obliczu tego, iż tak naprawdę obecnie wszelkie rodzaje sterowania „zaszyte” są w postaci algorytmów dla maszyn cyfrowych, dla których takie sekwencje sterowań elektrozaworów, jakie zostały Czytelnikowi zaprezentowane nie mogą nastręczać jakichkolwiek trudności. Są po prostu odpowiednio skonstruowanym programem dla mikroprocesora. Jedyną rzeczą, jaka spada na projektanta takiego rozwiązania jest właściwe dobranie parametrów przepływowych zarówno elektrozaworów, które uczestniczą w sterowaniu tym aktorem jak również przewodów linii przesyłowych, które również mają swoja rolę.

5. Konstrukcja aktorów pneumatycznych na potrzeby realizacji procesów produkcyjnych

Analizując podejście firm z różnych branż, które zostały zmuszone do nieustannego rozwoju celem zmniejszania kosztów produkcji, poprawy jakości swoich wyrobów i ich trwałości, itp., po to, aby sprostać warunkom konkurencji oraz utrzymania się na rynku można dojść do słusznego wniosku, że wdrożenie do swojego procesu produkcji szeroko rozumianej automatyzacji spełniło ten cel. Tego, że rola człowieka jako siły sprawczej w tej automatyzacji musiała zostać ograniczona do minimum nie trzeba Czytelnikowi już wyjaśniać. 
Należy zaznaczyć, że od wielu już lat w automatyzacji pewnych etapów procesu produkcji dominuje pneumatyka. Jest rzeczą oczywistą, że w miarę upływu lat oraz rozwoju technik projektowania oraz produkcji urządzeń pneumatycznych ich sposób działania nieznacznie się zmieniał oraz ulegały one miniaturyzacji. Początkowo elementy pneumatyczne typu przetworniki energii (np. siłowniki pneumatyczne liniowe) wyzwalane były tylko siłą rak ludzkich poprzez uruchomienie nastawnika, np. zaworu rozdzielającego. Obecnie taki nastawnik sterowany jest wyłącznie sygnałem elektrycznym. Nie zmienia to jednak tego, że urządzenia pneumatyczne o różnym poziomie wykonania dokonały automatyzacji procesu produkcji. Ponieważ nazewnictwo techniczne nakazuje posługiwanie się określeniami, zarezerwowanymi dla pewnej grupy urządzeń danej dziedziny techniki, to urządzenia, o których mowa nazywamy obecnie aktorami pneumatycznymi.
Autor już zaznajomił Czytelnika z faktem, iż tak naprawdę aktor pneumatyczny jest pewnego rodzaju hybrydą, która złożona jest z nastawnika oraz przetwornika energii sprężonego (najczęściej) powietrza. Jednak należy zaznaczyć, że taka hybryda nie może być „złożona” z przypadkowo wybranego nastawnika oraz przypadkowo wybranego przetwornika energii, aby (sobie) złożyć aktora pneumatycznego. Oznacza to, że zarówno rozdzielacz sprężonego powietrza jaki i siłownik pneumatyczny powinny być dopasowane parametrami do siebie. Przykładowo, dla prawidłowego wysterowania siłownika pneumatycznego jednostronnego działania (powrót sprężyną) prawidłowo dobrany zawór rozdzielający powinien być typu 3/2, nie zaś zawór typu 5/2, który powinien być dopasowany do siłownika dwustronnego działania. Czytelnik zauważył, że powyższe zdanie nic nie mówi o zapotrzebowaniu siłownika na sprężone powietrze, które należy obliczyć oraz nic nie mówi o przepływie tegoż przez zawory, które należy również odpowiednio dopasować. Rysunek 62 ilustruje przykład nieprawidłowego oraz prawidłowego doboru elektrozaworu rozdzielającego do siłownika pneumatycznego. 

Uruchomienie elektrozaworu EZ1, który jest typu 2/2 oraz NO przy wsuniętym tłoczysku siłownika (na skutek działania sprężyny powrotnej tłoczyska) spowoduje na pozór prawidłowe działanie aktora pneumatycznego. Skutkiem czego będzie przemieszczanie się tłoczyska w prawe skrajne położenie przy jednoczesnym „wypychaniu” do otoczenia powietrza z komory cylindra po prawej stronie tłoka (rysunek 62a). Jednak drugi ruch roboczy tłoczyska, czyli jego powrót do pozycji pierwotnej, który powinien odbywać się po wyłączeniu EZ1 i zadziałaniu sprężyny powrotnej tłoczyska nie będzie już możliwy, ponieważ wyłączenie tegoż EZ1 nie odpowietrzy przestrzeni z lewej strony tłoka (która wcześniej była napełniona powietrzem), a siła sprężyny powrotnej tłoczyska nie spręży tego powietrza dla uzyskania „miejsca” na tłoczysko. Zatem konstrukcja aktora pneumatycznego z rysunku 62a) poprzez dobranie elektrozaworu typu 2/2 oraz NO do siłownika pneumatycznego jednostronnego działania jest nieprawidłowa i należy wystrzegać się zrobienia takiego błędu.
Inaczej zachowa się aktor pneumatyczny z rysunku 62b). W tym przypadku zastosowanie jako nastawnika elektrozaworu EZ2 typu 3/2 oraz NO (zamiast 2/2) spowoduje, że po jego uruchomieniu sprężone medium przemieści tłoczysko siłownika w jego prawe skrajne położenie, wypychając jednocześnie do otoczenia powietrze z prawej komory siłownika, zaś po wyłączeniu EZ2 sprężyna powrotna tłoczyska bez problemu przemieści tłoczysko do jego lewego skrajnego położenia wypychając powietrza z komory po lewej stronie tłoka, ponieważ elektrozawór EZ2 po jego wyłączeniu połączy tę komorę siłownika z atmosferą. Takie sterowanie aktorem pneumatycznym z rysunku 62b) może się nieustannie powtarzać celem wykorzystania suwów roboczych tłoczyska siłownika pneumatycznego. Zatem konstrukcja takiego aktora poprzez dobranie elektrozaworu typu 3/2 oraz NO do siłownika pneumatycznego jednostronnego działania jest prawidłowa.
Rysunek 62b) pokazał, że aby prawidłowo utworzyć aktor pneumatyczny z szerokiej gamy dostępnych elementów pneumatyki należy wziąć pod uwagę m.in. typ nastawnika oraz przetwornika energii sprężonego medium, najczęściej sprężonego powietrza. Musza być do siebie dopasowane. Tyle tylko, że rysunek ten pokazał konstrukcję aktora wyłącznie schematyczną, bez uwzględnienia specyfiki sterowania określonym fragmentem procesu produkcyjnego, co wymaga znajomości budowy oraz działania sterowanych przez ten aktor elementów.
Należy zaznaczyć, że konstruując (zestawiając) aktory pneumatyczne dla wykorzystania ich w realizacji sterowania procesu produkcyjnego (raczej jego fragmentu) jak nastawniki najczęściej bierze się pod uwagę określone elementy pneumatyczne. Ponieważ niniejsza publikacja traktuje o nowoczesnej mechatronice, gdzie rola człowieka sprowadzona jest do minimum, to praktycznie wszystkie elementy pneumatyczne typu nastawniki (o których będzie mowa) są elementami sterowanymi sygnałami elektrycznymi. Zatem mówiąc np. o zaworach rozdzielających autor ma na myśli tak naprawdę elektrozawory, czyli zawory sterowane elektrycznie. (Gdy podczas wyjaśnień autor skupi się na elementach sterowanych inaczej, niż sygnałem elektrycznym, to będzie to w tekście zaznaczone). Poniżej wyszczególniono w grupach elementy pneumatyczne, które jako nastawniki najczęściej bierze się pod uwagę przy konstrukcji aktorów pneumatycznych dla realizacji sterowania w procesach produkcyjnych.
1. Elementy pneumatyczne sterujące natężeniem przepływu sprężonego medium:
•    zawory dławiące zwykłe;
•    zawory dławiące proporcjonalne.
2. Elementy pneumatyczne sterujące kierunkiem przepływu sprężonego medium:
•    zawory rozdzielające 3/2, 4/2, 5/2 typu NO i NC;
•    zawory zwrotne;
•    zawory zwrotne sterowane;
•    zawory kolejności przepływu.
3. Elementy pneumatyczne sterujące wartością ciśnienia sprężonego medium:
•    zawory redukcyjne;
•    zawory redukcyjne w stacjach przygotowania powietrza.
4. Elementy pneumatyczne specjalnego przeznaczenia:
•    zawory realizujące funkcje logiczne typu AND czy OR;
•    zawory zabezpieczające;
•    zawory przeznaczone do napędu energooszczędnego.
Należy zaznaczyć, że o własnościach funkcjonalnych ww. nastawników, które decydują lub nie o ich użyciu dla sterowania przetwornikiem decydują następujące parametry m.in.:
•    liczba dróg przepływu sprężonego (lub rozprężanego) medium, która określa liczbę niezespolonych ze sobą lub zespolonych w korpusie zaworu otworów. Otwory te łączone są ze sobą lub wzajemnie odcinane poprzez odpowiedni ruchomy element sterujący, który porusza się wewnątrz korpusu zaworu. (Przykładowo zapis 3/2 oznacza, że korpus zaworu posiada trzy otwory do wykorzystania);
•    liczba sterowanych położeń elementu sterującego zaworu, która określa liczbę możliwych stanów zaworu, do których ten element może się „przyczynić”. Najczęściej stosowane są zawory dwupołożeniowe oraz trzypołożeniowe. (Przykładowo na podstawie wcześniejszego oznaczenia 3/2 wiemy, że zawór jest dwupołożeniowy);
•    sposób łączenia zaworów, który określa metodę połączenia tychże z przetwornikiem energii sprężonego medium. Wyróżniamy zawory, które są łączone przewodowo przy użyciu linii przesyłowych niskiego ciśnienia oraz zawory łączone bezprzewodowo przy pomocy odpowiednich płyt przyłączeniowych. W tym drugim przypadku powstają tzw. wyspy zaworowe, które pozwalają rozprowadzać sprężone medium do wielu przetworników energii z jednego miejsca (tzw. wyspy);
•    sposób wyzwalania zaworu, który oznacza odmianę jego sterowania. Rozróżniamy zawory:

• sterowane bezpośrednio, w których element sterujący tworzący lub zamykający drogi przepływu przemieszcza natychmiast po przyłożeniu do niego siły sterującej (np. siły pola magnetycznego elektromagnesu);
• sterowane pośrednio, w których element sterujący o zadaniach jak wyżej przemieszcza się, ale po spełnieniu dodatkowego warunku (np. oprócz siły pola magnetycznego elektromagnesu niezbędna jest minimalna wartość ciśnienia medium na wybranym otworze korpusu zaworu);
• bistabilne, w których element sterujący utrzymuje zajęte położenie po wystąpieniu sygnału sterującego nawet po zaniku tego sygnału;
• monostabilne, w których element sterujący utrzymuje zajęte położenie tylko przy wystąpieniu sygnału sterującego, zaś po jego zaniku przyjmuje położenie początkowe.   

W zakresie przetworników energii sprężonego medium, najczęściej siłowników pneumatycznych, które zestawia się z nastawnikami dla utworzenia zespołu aktora pneumatycznego można również wyszczególnić określone grupy funkcjonalne, z pośród których się je dobiera. 
Najczęściej w realizacji sterowania procesów produkcyjnych wykorzystuje się przetworniki energii, które możemy sklasyfikować w sposób następujący:  
1. Ze względu na budowę funkcjonalną siłownika pneumatycznego:
•    siłowniki tłokowe (tłoczyskowe), w których ciśnienie sprężonego medium oddziaływuje na powierzchnię tłoka wytwarzając na tłoczysku siłę roboczą do wykorzystania o kierunku działania tej siły zgodnym z ruchem tłoczyska. Wśród tej grupy siłowników wyróżniamy takie, w których sprężone medium oddziaływuje na jedną stronę tłoka, oraz takie w których sprężone medium oddziaływuje naprzemiennie na dwie strony tłoka. Tłoczyska tego typu siłowników nie mogą przenosić dużych momentów zginających oraz sił poprzecznych; 
•    siłowniki beztłoczyskowe, w których do przenoszenia siły wykorzystuje się ruchomy wózek (suwak), który jest magnetycznie albo mechanicznie sprzężony z tłokiem siłownika. Siłowniki tego typu są lżejsze od tłoczyskowych i zajmują mniej miejsca nawet do 50%. Dzięki temu, że nie dochodzi w nich do wyboczenia tłoczyska, mają znacznie większy jego skok. Mogą przenosić duże momenty zginające i siły poprzeczne.
•    siłowniki membranowe, w których tłoczysko wykonuje ruchy robocze na skutek naporu sprężonego medium na powierzchnię membrany, której materiał dostosowany jest do zakresu ciśnienia sprężonego medium. Kierunek działania siły użytecznej jest zgodny z ruchem tłoczyska. Zabudowa tego rodzaju siłownika wyklucza z reguły przenoszenie przez tegoż siły zginającej i poprzecznej. Siłowniki membranowe tworzą aktory pneumatyczne najczęściej wespół z nastawnikami typu zasuwa czy zawór zamykający o dużym przekroju na wlocie i wylocie z zaworu.
•    siłowniki mieszkowe, w których najczęściej siła użyteczna odbierana jest od płaskiej powierzchni mieszka, do którego wpływa sprężone medium. Powrót tłoczyska jest realizowany poprzez wykorzystanie sprężystych właściwości materiału, z którego wykonany jest mieszek. Do tego typu siłowników możemy również zaliczyć poduszki powietrzne. Zabudowa tego rodzaju siłownika powinna całkowicie wykluczyć działanie nań siły zginającej i poprzecznej.
•    siłowniki wahadłowe, w których siłą użyteczną jest moment obrotowy osiągalny na wałku siłownika zamiast tłoczysku, jak w ww. siłownikach prostoliniowych, jednak mierzony w kilku lub kilkunastu obrotach tego wałka. Osiąga się to dzięki temu, że ruch liniowy tłoka w cylindrze o ograniczonych rozmiarach zostaje zamieniony na ruch obrotowy wałka. „Zamianę” taką realizuje koło zębate i zębatka, które umieszczone są wewnątrz siłownika obrotowego. 
•    silniki pneumatyczne, w których siłą użyteczną jest moment obrotowy ciągły, który osiągalny jest na wałku silnika. Prędkości obrotowe silników pneumatycznych mogą dochodzić do kilkudziesięciu tysięcy obrotów na minutę.
2. Ze względu na sposób dostarczenia przez siłownik pneumatyczny siły użytecznej:
•    siłowniki jednostronnego działania (pchające lub ciągnące), w których ruch roboczy tłoczyska wywoływany jest naporem sprężonego medium na jedną stronę tłoka, zaś powrót tłoczyska odbywa się na skutek działania sprężyny powrotnej na drugą stronę tłoka;
•    siłowniki dwustronnego działania, w których ruch tłoczyska siłownika realizowany jest naprzemiennym doprowadzeniem sprężonego medium do cylindra z obu stron tłoka tłoczyska bez udziału sprężyny powrotnej. (Do tych obu wymienionych rodzajów zaliczamy również siłowniki beztłoczyskowe). 
3. Ze względu na charakter siły użytecznej która występuje na tłoczysku siłownika pneumatycznego:
•    siłowniki działające łagodnie, w których przyrost siły użytecznej na tłoczysku zależy od regulacji natężenia przepływu sprężonego medium w nastawniku tworzącym z tym siłownikiem aktor pneumatyczny;
•    siłowniki działające z małym uderzeniem, w których na skutek zastosowania odpowiednich zderzaków lub zastosowania zaworów dławiących wypływ medium z komory siłownika następuje łagodne zajęcie przez tłoczysko siłownika skrajnego przeciwnego położenia;
•    siłowniki działające udarowo, w których wartość użytecznej siły osiągalnej na tłoczysku siłownika jest stała, zaś jej powtarzanie odbywa się zgodnie z przyjętym algorytm otwierania i zamykania nastawnika. 
4. Ze względu na liczbę położeń roboczych tłoczysk siłownika pneumatycznego:
•    siłowniki dwupołożeniowe, w których tłoczysko może przyjąć tylko dwa skrajne położenia po zasileniu lub odpowietrzeniu odpowiednich dla tych położeń komór siłownika. (Przykładowo, tłoczysko siłownika dwustronnego działania będące w lewym położeniu po zasileniu jego lewej komory i odpowietrzaniu prawej zajmie prawe skrajne położenie, które jest ograniczone konstrukcyjnie. Liczba położeń tłoczyska wynosi zatem dwa. Przy odwrotnym zasileniu siłownika również liczba położeń tłoczyska wyniesie dwa).
•    siłowniki wielopołożeniowe, w których tłoczysko siłownika może zajmować kilka położeń wybieranych przez zasilenie w sprężone medium odpowiednich sekcji sterownika, na które jest on podzielony. Oznacza to, że siłownik ten składa się z szeregowo połączonych korpusem kilka sekcji z przyporządkowanym im fragmentem tłoczyska o różnej długości, na którym umieszczony jest tłok dla poruszania się tegoż wyłącznie w obrębie danej sekcji. Z reguły każda sekcja takiego siłownika jest de facto siłownikiem dwustronnego działania co oznacza, że zasilenie określonej sekcji wywołuje ruch tłoczyska o sile i długości związanej z tą sekcją siłownika. (Maksymalna długość suwu tłoczyska określona jest najdłuższą sekcją tego siłownika, zaś maksymalna wartość siły użytecznej na tłoczysku oznacza zasilenie w medium wszystkich sekcji siłownika).  
Rysunek 63 ilustruje przykład konstrukcji aktora pneumatycznego do sterowania przepływem czynnika, który może być zamontowany poprzez odpowiedni montaż kołnierzowy w rurociągu o odpowiedniej średnicy.

Rysunek 63: Aktor pneumatyczny do regulacji natężenia przepływu czynnika

Rysunek 63 pokazuje sposób wykorzystania aktora pneumatycznego do sterowania innym nastawnikiem, którym jest przepustnica obrotowa. Sam aktor pneumatyczny składa się zaś z siłownika pneumatycznego dwustronnego działania oraz elektrozaworu rozdzielającego 5/2, które umieszczone są w widocznej obudowie. Rysunek 64 ilustruje prawidłowy montaż przepustnicy obrotowej w rurociągu o odpowiedniej średnicy.

Należy podkreślić, że wykorzystywanie aktorów pneumatycznych do tworzenia sterowania wielostopniowego jest częstą praktyką w sterowaniu procesów przemysłowych. Przykład przepustnicy obrotowej sterowanej oraz zamontowanej tak, jak pokazały dwa powyższe rysunki jest tylko wybranym przykładem. Głównym celem takich zamierzeń jest zwiększenie sił użytecznych, niezbędnych do realizacji niektórych procesów technologicznych, które przy jednostopniowym sterowaniu nie byłyby możliwe do osiągnięcia. Na przykład umożliwienie przepływu czynnika w rurociągu sterowanym przepustnicą z rysunku 64 może być pierwszym stopniem „dużego” aktora technologicznego, dla którego wartość natężenia przepływu tego czynnika jest sygnałem sterującym w jego drugim stopniu. Tego typu „konstrukcje” wielostopniowe aktorów technologicznych stosowane są z reguły w przemyśle ciężkim typu huty stali czy w przemyśle energetycznym typu elektrownie lub elektrociepłownie.   

6. Konstrukcja aktorów pneumatycznych wykorzystywanych w pneumatyce mobilnej

Przypomnijmy, głównym zadaniem aktorów pneumatycznych, które wykorzystywane są w realizacji wszelkich sterowań w procesach produkcyjnych jest m.in.:
•    bezpośrednie przemieszczanie elementów, które poruszają się na taśmach produkcyjnych, wykorzystując siły pchające lub ciągnące, uzyskane na tłoczyskach siłowników pneumatycznych liniowych;
•    przemieszczanie jak wyżej, ale z użyciem różnego rodzaju ssaw, które zamocowane są do tłoczysk siłowników pneumatycznych i poruszają się łącznie z tymi ssawami;
•    przemieszczanie bezpośrednie podzespołów roboczych innych nastawników różnych aktorów, które biorą udział w sterowaniu wielostopniowym;
•    dostarczanie momentu obrotowego oraz prędkości obrotowej wału, które są wykorzystywane do napędu narzędzi roboczych.
Jak widać z powyższego rolą aktorów pneumatycznych w sterowaniu procesami produkcyjnymi jest dostarczanie zazwyczaj niewielkich sił (w porównaniu do aktorów hydraulicznych), które pozwolą na produkcję różnych wyrobów bez udziału siły rąk ludzkich. Dodajmy na koniec, że mnogość oferty aktorów pneumatycznych, która występuję u producentów takich elementów pneumatyki spowodował, że projektanci linii produkcyjnych z reguły korzystają z katalogów tych firm celem wyboru odpowiedniego aktora zamiast projektować samodzielnie taki „zestaw” aktora pneumatycznego, który składa się z odpowiedniego nastawnika oraz odpowiedniego przetwornika energii sprężonego medium, którym najczęściej jest (z wiadomych względów) sprężone do odpowiedniego ciśnienia powietrze. Aczkolwiek takie reguły mogą obowiązywać dopiero przy powielaniu opracowanych wcześniej aktorów, zaś przy ich początkowym opracowaniu projektant jest zmuszony eksperymentować.
Należy wyraźnie podkreślić, że aktory pneumatyczne wykorzystywane w pneumatyce mobilnej należy według autora w odróżnieniu od aktorów dla procesów produkcyjnych podzielić na dwie niepowiązane ze sobą grupy:
1.    Aktory pneumatyczne stosowane w pojazdach mobilnych załogowych;
2.    Aktory pneumatyczne stosowane w pojazdach mobilnych bezzałogowych.
 

6.1. Aktory pneumatyczne stosowane w pojazdach mobilnych załogowych

Aktory pneumatyczne, które stosowane są w pojazdach mobilnych załogowych możemy podzielić na kilka kategorii w zależności od tego, w jakim podwoziu są zamontowane. Wyróżniamy zatem następujące grupy aktorów pneumatycznych:
A) Aktory pneumatyczne do wykorzystania w autobusach i busach, które zapewniają komfort i bezpieczeństwo pasażerów. Do takich aktorów zaliczymy tutaj m.in. aktory do otwierania/zamykania drzwi pasażerskich, klap bagażowych czy związane z trwałym zamknięciem drzwi po opuszczeniu autobusu.
B) Aktory pneumatyczne do wykorzystania w pojazdach specjalistycznych, np. militarnych, policyjnych, służb energetycznych, itp., które muszą być wyposażone w dodatkowe urządzenia zwiększające możliwości tych pojazdów w miejscu ich stosowania. Do takich aktorów zaliczymy tutaj przede wszystkim te, które wykorzystywane są w systemach regulacji ciśnienia w kołach podwozia typu CTIS (ang. Central Tire Inflating System).
C) Aktory pneumatyczne do wykorzystania w pojazdach ciężarowych, ciągnikach siodłowych, przyczepach, naczepach, itp., które zapewniają ergonomię kierowcy oraz bezpieczeństwo przewożonych towarów. Do takich aktorów zaliczymy tutaj m.in. aktory odpowiedzialne za unoszenie podwozi dla celów lepszego załadunku pojazdu z tzw. rampy oraz aktory poprawiające charakterystykę siedziska kierowcy, które powinno zapewnić mu większy komfort podczas długodystansowych przewozów towarów czy materiałów. 
D) Aktory pneumatyczne do wykorzystania w pojazdach typu Off-road, które podnoszą możliwości terenowe tych pojazdów. Do takich aktorów zaliczymy tutaj również i te, które wykorzystywane są w systemach regulacji ciśnienia w kołach podwozia oraz aktory zwiększające możliwości regulacji wysokości podwozia terenowego.
Czytelnik zapewne zwrócił uwagę, że przeznaczeniem aktorów pneumatycznych stosowanych w pojazdach mobilnych załogowych jest generalnie pomoc w zwiększaniu funkcjonalności pojazdu poprzez sterowania, które możemy nazwać pomocniczymi. W tej grupie aktorów dla tych pojazdów nie spotkamy takich, które wpływają na ruch pojazdów poprzez dostarczenie sił czy momentów napędowych, tylko aktory, które „pomagają” kierowcy w kierowaniu jego pojazdem. 
Dla wyjaśnienia sposobu budowy i zasady działania aktora pneumatycznego dla pojazdu mobilnego załogowego posłużmy się aktorem pneumatycznym z rysunku 65, który wykorzystuje się do otwierania/zamykania m.in. klapy luku bagażowego autobusu.

Jak widać z rysunku 65 ten aktor pneumatyczny składa się z siłownika pneumatycznego dwustronnego działania, którego dolne mocowanie jest typu wahliwego, oraz składa się z elektrozaworu rozdzielającego 5/2, doprowadzającego sprężone medium do komór siłownika dwoma przewodami typu PE. Siła użyteczna aktora (pchająca oraz ciągnąca) odbierana jest na cięgle roboczym, które wyposażone jest w mocowanie widełkowe. Ponieważ we współcześnie produkowanych autobusach urządzenia takie jak aktory pneumatyczne podłączone są do rozprowadzonej po pojeździe rodzaju sieci lokalnej typu LAN (ang. Local Area Network), to nasz aktor wyposażony jest również w moduł sterujący, który łączy go z tego typu siecią. Do modułu sterującego centralny komputer zarządzający pojazdu przekazuje m.in. rozkazy dla uruchomienia aktora oraz otrzymuje informacje monitorujące jego stan pracy. Dla celów kontroli dolnego położenia cięgła roboczego aktora pneumatycznego zastosowano krańcówkę, która pobudzona lub „odbudzona” przez widoczny zderzak podczas ruchu lub spoczynku cięgła roboczego informuje układ sterowania aktora o położeniu tego cięgła. Dla awaryjnego wyłączenia działania cięgła roboczego przewidziano przycisk STOP, który jest de facto dodatkowym wyzwalaniem trzpienia elektrozaworu 5/2. Zacisk wejściowy tego elektrozaworu podłączony jest do magistrali pneumatycznej pojazdu co oznacza, że sprężone medium jest zawsze dostępne na wejściu tego elektrozaworu.
Nietrudno sobie wyobrazić działanie aktora pneumatycznego z rysunku 65. Przy zamkniętej klapie luku bagażowego, co oznacza wsunięcie tłoczyska siłownika pneumatycznego zderzak pobudza krańcówkę, która „informuje” układ sterowania aktora o prawidłowym położeniu klapy. Zatem, klapę można tylko otworzyć. Po wystąpieniu takiego „polecenia” ze strony kierowcy autobusu następuje wysterowanie elektrozaworu 5/2 celem doprowadzenia sprężonego medium do dolnej komory siłownika. Proces ten uruchamia ruch cięgła roboczego w przeciwną stronę z jednoczesnym opróżnianiem górnej komory siłownika. Po określonym czasie, który wynika z konstrukcji siłownika pneumatycznego klapa luku bagażowego się otwiera i pozostaje w tym stanie utrzymana poprzez nieustannie występujące ciśnienie medium w dolnej komorze siłownika. Po wydaniu polecenia dla zamykania klapy elektrozawór zapoczątkowuje zasilanie w medium górnej komory siłownika oraz rozpoczęcie odpowietrzania jego dolnej komory. Zakończenie procesu zamykania klapy nastąpi po pobudzeniu przez zderzak krańcówki. 
Należy zaznaczyć, że taki sposób sterowania siłownikiem dwustronnego działania bez sprężyny powrotnej pozwala na programowanie przez elektrozawór 5/2 czasu podnoszenia/opuszczania klapy luku bagażowego, ponieważ ten parametr zależy wyłącznie od szybkości napełniania oraz opróżniania komór siłownika pneumatycznego. W przypadku zauważenia przez kierowcę pojazdu nieprawidłowości przy otwieraniu/zamykaniu klapy może on przy użyciu przycisku STOP wyłączyć zasilanie w sprężone medium komór siłownika pneumatycznego. Dodatkową korzyścią z wykorzystania takiego aktora z rysunku 65 może być i to, że umożliwia on utrzymywanie sprężonego medium w górnej komorze siłownika, co pozwala utrzymywać stan nieustannego zamknięcia klapy (przed wandalem).
Rysunek 65 pokazał, że projektant tego aktora pneumatycznego uwzględnił (raczej) wszystkie aspekty, które powinny być brane pod uwagę przy jego wykorzystaniu w nadwoziu autobusu. Po pierwsze, ponieważ klapa luku bagażowego przy jej otwieraniu/zamykaniu „wykonuje” zawsze ruch po łuku (mocowanie zawiasowe), to główne mocowanie tego aktora jest typu wahliwego, co pozwala na jego ruch zgodnie z przemieszczaniem się mocowania klapy, czyli „widełek” na tłoczysku siłownika pneumatycznego. Po drugie, ponieważ zgodnie z logiką otwieranie/zamykanie klapy ze względu na jej wymiary oraz ewentualną obecność i kierowcy i pasażerów powinno odbywać się z zachowaniem pewnych zasad bezpieczeństwa, to przewidziano awaryjne wyłączanie tego procesu poprzez wykorzystanie przycisku bezpieczeństwa STOP. Po trzecie, ze względu również i na to drugie wykorzystano siłownik dwustronnego działania (bez udziału sprężyny powrotnej tłoczysk), co pozwala na realizację otwierania/zamykania klapy w zaprogramowanym sterowaniem elektrozaworu 5/2 czasie, nie zaś wykorzystaniem sprężyny, jak by to miało miejsce przy siłowniku jednostronnego działania powrót sprężyną. Po czwarte, wykorzystanie siłownika pneumatycznego pozwoliło na zablokowanie możliwości niepowołanego otwarcia klapy poprzez ciągłe podawanie sprężonego medium do górnego cylindra siłownika. Po piąte (i być może ostatnie), wykorzystanie cyfrowego sterownika tym aktorem pneumatycznym z rysunku 65 pozwoli na włączenie tegoż aktora do systemu sterowania autobusem przy użyciu sieci lokalnej typu LAN. Korzyści z takiego rozwiązania podłączenia aktora do systemu pokładowego autobusu nie trzeba chyba Czytelnikowi wyjaśniać. 

6.2. Aktory pneumatyczne stosowane w pojazdach mobilnych bezzałogowych

Należy podkreślić, że rola aktorów pneumatycznych, które konstruuje się dla pojazdów mobilnych bezzałogowych jest różna od tej, która była zaprezentowana wyżej, a odnosiła się do pojazdów mobilnych załogowych. Wynikało to przede wszystkim nie tylko z faktu, iż tymi ostatnimi kieruje kierowca, ale też z różnicy zadań, które wykonują w terenie obie grupy pojazdów mobilnych. Dodatkowo kierowca pojazdu może dzięki swoim umiejętnościom pokonać trudny teren w pojeździe bez specjalnych „udogodnień”, zaś pojazd bez kierowcy powinien być wyposażony tak, aby bez udziału kierowcy mógł wykonać „powierzone” zadanie. 
Dalej, w pojazdach bezzałogowych inaczej niż w załogowych „zorganizowany” jest napęd pojazdu oraz, co z tego wynika i samo sterowanie tym pojazdem. W pojeździe mobilnym załogowym napędem jest zazwyczaj silnik spalinowy i różnorodne przekładnie, które rozprowadzają napęd na koła podwozia. W pojeździe bezzałogowym wszystkie koła pojazdu zazwyczaj są napędzane niezależnymi silnikami.  Jednak w aspekcie wykorzystania aktorów pneumatycznych w pojazdach bezzałogowych znaczącą rolę odgrywa projektowanie napędu dla takiego pojazdu z przeznaczeniem np. do poruszania się w środowisku wybuchowym (np. pojazdy poruszające się w korytarzach kopalń). W tym przypadku do napędu kół pozostaje zastosować napęd wyłącznie za pośrednictwem odpowiednich aktorów pneumatycznych, zazwyczaj wyposażonych w silniki pneumatyczne. 
Nie ma co ukrywać, iż pojazdami mobilnymi bezzałogowymi są (prawie) wszystkie te, które opracowane zostały na potrzeby wojskowe lub na potrzeby działań związanych z zapewnieniem bezpieczeństwa w szeroko rozumianym zakresie. Na podstawie powyższego tak naprawdę wykorzystanie aktorów pneumatycznych możemy omawiać tylko w takich grupach pojazdów. Nawet firmy cywilne, które opracowały pojazdy mobilne bezzałogowe zrobiły to dla grupy docelowej takiej jak wojsko, policja czy ogólnie służby mundurowe. Zatem przeznaczenie aktorów pneumatycznych możemy w takich pojazdach usystematyzować następująco:
A) Aktory pneumatyczne wykorzystywane w pojazdach do precyzyjnego niszczenia bronionych obiektów przeciwnika oraz jego systemu logistycznego. 
B) Aktory pneumatyczne wykorzystywane w pojazdach do rozpoznania powierzchniowego terytorium przeciwnika, skażenia terenu, przeszkód wodnych i pól minowych.
C) Aktory pneumatyczne wykorzystywane w pojazdach do realizacji działań w terenie zurbanizowanym, rozpoznawania i niszczenia wybranych obiektów obronnych przeciwnika oraz środków jego walki, w tym rozpoznania i niszczenia ładunków wybuchowych w akcjach antyterrorystycznych.
D)   Aktory pneumatyczne wykorzystywane w pojazdach do działania w terenie skażonym, nawet jeżeli bardzo małe stężenie toksyn zagraża człowiekowi.
E) Aktory pneumatyczne wykorzystywane w pojazdach realizujących dostawy amunicji, wyposażenia, środków medycznych i żywności do wysuniętych stanowisk wojsk własnych.
F) Aktory pneumatyczne wykorzystywane w pojazdach do ewakuacji rannych z pola walki bez uszczuplania składu zespołu biorącego udział w akcji.
Jak wiadomo, pojazdy mobilne bezzałogowe tym różnią się od załogowych, iż w kierowaniu takim pojazdem nie uczestniczy fizyczny kierowca. To powoduje, że rozwiązania podwozi tych pierwszych pojazdów nie muszą zapewniać jako takiego komfortu, czyli są z reguły pozbawione takich elementów jak resory, sprężyny czy amortyzatory (bo i po co?). Skutkiem tego jest zmniejszenie wymiarów i masy pojazdu bezzałogowego, co jest oczywiście z wielu względów korzyścią dla takiego pojazdu, który zazwyczaj musi być zasilany ze źródła energii typu akumulator pokładowy. Wiadomo: mniejsza masa pojazdu to dłuższy czas eksploatacji pojazdu zasilanego bateryjnie.
Należy zaznaczyć, że powyższe zdeterminowało również rozwiązania aktorów pneumatycznych dla pojazdów bezzałogowych chociażby w zakresie napędu ich kół porzucając napęd spalinowy, który jest, jak wiadomo domeną pojazdów załogowych na rzecz napędu elektrycznego lub co dla nas najważniejsze napędu pneumatycznego. Konstrukcję takiego hipotetycznego aktora pneumatycznego do napędu pojedynczego nieskrętnego koła podwozia pojazdu bezzałogowego rozważmy na przykładzie zilustrowanym na rysunku 66.  

Wspomniane wyżej uproszczenie zawieszeń kół pojazdów mobilnych bezzałogowych o elementy typu sprężyny czy resory spowodowało, że w tych pojazdach zaczęło dominować zawieszenie kół tzw. sztywne. W wielkim skrócie w odniesieniu do pojazdów bezzałogowych zawieszenie sztywne to takie, w którym koła podwozia mogą być osadzone niezależnie lub na wspólnej sztywnej osi bezpośrednio zamocowanej do ramy lub nadwozia. 
Odnosząc powyższe do rysunku 66 zauważamy, że wykorzystano powyższą zasadę, bowiem aktor pneumatyczny, który złożony jest z dwóch siłowników pneumatycznych jednostronnego działania powrót sprężyną (pchające) oraz mechanizmu obrotowego, napędzanego przez te siłowniki i dający moment obrotowy dla koła podwozia zamocowany jest bezpośrednio do jego ramy.  
Stosunkowo łatwo sobie wyobrazić zamianę ruchu posuwisto-zwrotnego dwóch na przemian działających tłoczysk siłowników na ruch obrotowy widocznego na rysunku 66 wałka: w zamkniętej obudowie znajdują się dwa niewielkie korbowody, które napędzane za pośrednictwem tłoczysk siłowników zamieniają swój ruch posuwisto-zwrotny na obrót wałka.
Aby można było w sposób właściwy sterować tym zestawem siłowników pneumatycznych zastosowano elektrozawór pneumatyczny 5/2, który sterowany jest sygnałem elektrycznym doprowadzonym do widocznych na rysunku 66 cewek.  
Podsumowując nietrudno się domyślić, że moment napędowy oraz prędkość wałka dla koła podwozia aktora pneumatycznego zależy od wartości oraz szybkości zmian sprężonego medium, które będzie dostarczone do elektrozaworu 5/2. Druga rzecz jest taka, że zamiast zestawu siłowników pneumatycznych oraz układu korbowodów dla konstrukcji aktorów napędzających koła podwozi bezzałogowych stosować można również silniki pneumatyczne. Zaletą na pewno będzie mniejsza powierzchnia zabudowy takiego aktora.

7. Podsumowanie modułu drugiego

W module drugim autor zaprezentował najpierw wskazał Czytelnikowi na cechy wykorzystania aktorów pneumatycznych zamiast czynności, które do tej pory wykonywał człowiek. Wskazano na rodzaje aktorów pneumatycznych, które są wykorzystywane w sterowaniu pneumatycznym oraz wskazano na sposoby ich sterowania w związku z nieliniowością ich użytecznych charakterystyk. Zaprezentowano budowę aktorów pneumatycznych pokazując, że tak naprawdę aktorem pneumatycznym jest zespół złożony z nastawnika oraz przetwornika energii. Wskazano na aktory pneumatyczne, które charakteryzują się uzyskiwanie małych mocy oraz przesunięć liniowych. W module drugim pokazano również aktory pneumatyczne nowego rodzaju, których opis do tej pory nie został przedstawiony w literaturze technicznej. Wskazano na unikalną cechę takiego aktora, czyli sterowanie funkcjami aktora przy pomocy pojedynczej linii przesyłowej medium, która służy zarówno do sterowania nastawnikiem aktora jak i jego przetwornikiem. Treść modułu drugiego kończą zagadnienia wskazujące na konstrukcję aktorów pneumatycznych, które są stosowane w realizacji sterowania procesów produkcyjnych oraz w pneumatyce mobilnej, czyli w dwóch rodzajach pojazdów: załogowych oraz bezzałogowych. Moduł licznie reprezentują rysunki oraz dodatkowe definicje, które mają pomóc Czytelnikowi w lepszym zrozumieniu prezentowanego materiału.