تصنيع المحركات الناعمة شبكة تعمل بالهواء المضغوط مع الدوائر المائلة

Summary

نقدم هنا طريقة تصنيع المحركات الناعمة شبكة تعمل بالهواء المضغوط مع الدوائر المائلة. المشغلات قادرة على توليد يزوج الانحناء والتواء في الطلبات، الذي يوسع نطاق تطبيقها في الروبوتات الناعمة.

Abstract

مشغلات الشبكة الهوائية لينة أصبحت أحد الأجهزة يشتغل الواعدة أكثر من غيرها في الروبوتات الناعمة الذي يستفيد من تشوه الانحناء كبير وانخفاض المدخلات. ومع ذلك، شكلها حركة الانحناء رتابة في ثنائي الأبعاد (2-d) الفضاء يبقيهم بعيداً عن تطبيقات واسعة. وتعرض هذه الورقة أسلوب تصنيع مفصلة لمشغلات الشبكة الهوائية لينة مع الدوائر المائلة، لاستكشاف تلك الاقتراحات في الفضاء ثلاثي الأبعاد (ثلاثي الأبعاد). يمكن تصميم الدوائر المائلة المشغلات مع الانضباطي إلى جانب الانحناء والتواء القدرات، مما يعطيها إمكانية تحريك براعة في المتلاعبين مرنة، لتصبح الروبوتات مستوحاة من الناحية البيولوجية والأجهزة الطبية. عملية تصنيع يستند إلى أسلوب صب، بما في ذلك سيليكون الاستومر إعداد والدائرة وقاعدة تصنيع أجزاء، الجمعية صمام، وصلات الأنابيب، يتحقق من التسربات، وإصلاح المحرك. طريقة تصنيع يضمن التصنيع السريع من سلسلة من المحركات مع سوى عدد قليل من التعديلات في القوالب. وتظهر نتائج الاختبار عالية الجودة المحركات وبارزة الانحناء والتواء قدرات. تجارب القابض إظهار مزايا التنمية في التكيف مع الكائنات ذات أقطار مختلفة وتوفير الاحتكاك الكافي.

Introduction

المحركات الهوائية الناعمة (المنتجعات) هي لينة من الأجهزة التي يمكن أن تكون دفعتها بمساهمة بسيطة من الضغط الجوي^1،2. أنها يمكن أن تكون ملفقة مع مواد متنوعة، مثل اللدائن السيليكون³والأقمشة⁴، البوليمرات الذاكرة الشكل⁵واللدائن العازلة للكهرباء⁶. الباحثون استفادت من طبيعتها الامتثال والالتماسات حاذق و أساليب التصنيع بسيطة⁷، مثل أن المنتجعات الصحية أصبحت واحدة من الأجهزة الأكثر تبشيرا بالنجاح لتطبيقات الروبوتات ناعمة^8،9. المنتجعات الصحية يمكن أن ندرك مختلف الطلبات المتطورة، مثل الزاحف¹⁰،¹¹من التناوب، والمتداول¹² استناداً إلى أنواع مختلفة من التشوه، بما في ذلك تمديد وتوسيع نطاق والانحناء والتواء^{13، 14}-أن تكون قادرة على تقديم أنواع مختلفة من الطلبات، مصممة المنتجعات هياكل مختلفة، مثل هيئة خطي مع قنوات موازية¹⁵، دائرة متجانسة مع¹⁶من الألياف-تعزيزات، وشبكات لتكرار ¹⁷من الدوائر الفرعية. فيما بينها، هي المنتجعات مع شبكات الدوائر الفرعية المتكررة، المحركات الناعمة شبكة تعمل بالهواء المضغوط، تستخدم على نطاق واسع نظراً لأنها يمكن أن تولد تشوهات كبيرة تحت ضغط إدخال منخفضة نسبيا. بيد في معظم التصاميم السابقة، يمكن توليد هذا النوع من المحركات فقط الطلبات الانحناء في الفضاء ثنائي الأبعاد، مما يحد كثيرا من التطبيقات الخاصة بهم.

صمام لينة شبكة تعمل بالهواء المضغوط يتكون من مجموعة مرتبة خطيا الدوائر متصلة بواسطة قناة داخلية. كل دائرة مكعب يحتوي على زوج من الجدران المتقابلة التي أرق من الزوج الأخرى وينتج تضخم الوجهين باتجاه عمودي على الجدران أرق. أصلاً، أرق جدران الدوائر متعامدة على محور طويل من جسم المحرك وتضخيم جنبا إلى جنب مع المحور الطويل. هذه تضخم تربطها علاقة خطية متداخلة في الدوائر والقاعدة غير القابل للإلحاق، وتؤدي إلى الانحناء نقية لا يتجزأ من صمام. لاستكشاف الحركة للمحرك في الفضاء ثلاثي الأبعاد، يتم ضبطها التوجه للدوائر حتى أن لم تعد الجدران الجانبية أرق عمودي على محور طويل للمحرك (الشكل 1أ)، التي تمكن باتجاه التضخم كل دائرة لإزاحة من المحور وتصبح لا تربطها علاقة خطية متداخلة. تغيير جميع تضخم موازية ولكن عدم تربطها حركة صمام إلى الانحناء يقترن والتواء الحركة في الفضاء ثلاثي الأبعاد¹⁸. هذه الحركة إلى جانب تمكن المشغلات مزيد من المرونة والمهارة ويجعل المشغلات مرشح مناسب لتطبيقات أكثر عملية، مثل المتلاعبين مرنة والروبوتات مستوحاة بيولوجيا، والأجهزة الطبية.

هذا البروتوكول يوضح طريقة تصنيع هذا النوع من المشغلات شبكة هوائي لينة مع الدوائر المائلة. وهو يشمل إعداد الاستومر السيليكون، اختﻻق بالدائرة وأجزاء قاعدة، صمام تجميع وربط الأنابيب، والتحقق من وجود تسرب و، إذا لزم الأمر، لإصلاح صمام. يمكن استخدامه أيضا لتلفيق المحركات العادية الناعمة شبكة تعمل بالهواء المضغوط والمحركات الناعمة الأخرى التي يمكن أن تنتج مع إدخال بعض التعديلات البسيطة على طريقة صب. نحن توفير خطوات تفصيلية اختﻻق صمام هوائي لينة مع دوائر مائلة 30°. لتطبيقات مختلفة، يمكن ملفقة المشغلات مع زوايا الدائرة المختلفة وفقا للبروتوكول نفسه. وعلاوة على ذلك، يمكن الجمع بين المحركات لتشكيل نظام صمام متعدد لمختلف الطلبات.

Protocol

ملاحظة: يوفر البروتوكول إجراءات التصنيع صمام لينة شبكة تعمل بالهواء المضغوط. قبل الإجراء تلفيق ومجموعة من قوالب عدة موصلات صمام الأنابيب، التي صممت مع التصميم بمساعدة الحاسوب البرمجيات (كندي) يجب أن يكون 3-د-مطبوعة مسبقاً. ويبين الشكل 1بالقوالب.

1-سيليكون الاستومر إعداد

1. تزن 5 غ من سيليكون الاستومر جزء ب وز 45 من الجزء ألف [9:1 (A:B) أجزاء بالوزن] في نفس الحاوية خلط (الشكل 2أ). استخدام المحاقن للتأكد من دقة النسب لكل جزء.
   ملاحظة: يختلف نسبة خلط اللدائن السيليكون مختلفة. وينبغي تعديل نسبة كل جزء عند اعتماد آخر سيليكون الاستومر.
2. مزيج الاستومر السيليكون جيدا مع خلاط الطرد المركزي الكوكبيه.
   ملاحظة: يمكن تخزين الاستومر السيليكون عند درجة حرارة منخفضة تمديد وقت التجهيز.

2-دائرة تصنيع جزء

1. رذاذ العفن الإفراج عن وكيل لمنتجات سيليكون الاستومر بالتساوي على السطوح العفن الجزء ألف والجزء باء.
2. تجميع الجزء أ والجزء ب من العفن لتصنيع الدائرة. أمسك طرفي القالب مع مقاطع لمنع تسرب سيليكون الاستومر.
3. تأخذ 5 مل من سيليكون الاستومر مع المحاقن وحقن ببطء في الحفرة العفن لاختلاق نهاية الاتصال (هيكل أسطواني في نهاية واحدة من صمام لتوصيل الأنابيب). ثم ملء القالب كله مع سيليكون الاستومر (الشكل 2ب).
   ملاحظة: الاحتفاظ بمعدل تدفق منخفض وتتحرك جيئة وذهابا ببطء، للسماح الاستومر سيليكون إدخال هياكل صغيرة من العفن.
4. بيرس الفقاعات التي تشكل على السطح مع غيض من إبرة حتى هناك لا فقاعات أكثر وضوحاً (الشكل 2-ج).
5. كشط قبالة أي فائض سيليكون الاستومر مع شفرة على طول السطح العلوي للقالب.
6. ضع القالب في الفرن عند 70 درجة مئوية حتى يشفي الاستومر السيليكون.
7. استخدم حقنه بحقن سيليكون الاستومر إلى فقاعات والثقوب التي تظهر على سطح صمام.
8. تتخلص من إيقاف أي الاستومر سيليكون الزائد على السطح.
9. ضع القالب في الفرن عند 70 درجة مئوية حتى يشفي الاستومر السيليكون.

3-الجزء قاعدة تصنيع

1. رذاذ العفن الإفراج عن وكيل لمنتجات سيليكون الاستومر بالتساوي على السطح من العفن الجزء جيم
2. صب الاستومر السيليكون في الجزء جيم من العفن.
3. بيرس الفقاعات التي تشكل على السطح مع غيض من إبرة حتى هناك لا فقاعات أكثر وضوحاً.
4. كشط قبالة أي فائض سيليكون الاستومر مع شفرة على طول السطح العلوي للقالب.
5. ضع القالب في الفرن عند 70 درجة مئوية حتى يشفي الاستومر السيليكون.

4-صمام الجمعية

1. صب طبقة سيليكون الاستومر، 1 مم في السمك، بالتساوي على وجه واحد من الجزء الأساسي.
2. ضع الجزء الدائرة على الجزء الأساسي. استخدم حقنه بحقن الاستومر السيليكون في المسافة بين الجزء الدائرة والجزء الأساسي (الشكل 2د).
3. وضع صمام في الفرن عند 70 درجة مئوية حتى يشفي الاستومر السيليكون.

5-أنابيب اتصال

1. انقر فوق موصل صمام الأنابيب 3 د-طباعة لقبول تناسب المسمار مسمار الذكور دفع-بتركيب هوائي.
2. استخدام إبرة إلى بيرس نهاية اتصال المشغل على طول خط الوسط للأسطوانة. زيادة قطر الحفرة بقضيب معدني، إلى حوالي 2 مم.
3. برغي موصل صمام الأنابيب في المحرك (الشكل 2ه).
4. دفع قسم من الأنبوب إلى عشيق الذكور تركيب هوائي في دفع تناسب.

6-فحص وإصلاح تسرب

1. قم بتوصيل صمام مصدر هواء.
2. ضع صمام كاملة في الماء والضغط على المحرك (الشكل 2و). مراقبة ما إذا كانت الفقاعات تتشكل بسبب تسرب.
3. استخدم حقنه بحقن الاستومر سيليكون تسرب النقاط. وضع صمام في الفرن عند 70 درجة مئوية حتى يشفي الاستومر السيليكون.
4. كرر الخطوات 6، 1-6.3 إذا لزم الأمر.

النتائج

صمام واحد:
للتحقق من أسلوب التلفيق وإظهار وظيفة صمام, 30°، 45°، و 60° ملفقة المحركات واختبارها. لإنشاء تجربة، كان يعمل مضخة هواء لتفعيل الصمام. كان متصلاً الصمام صمام للتحكم في الضغط الداخلي. صمام واحد ثابت في نهاية الاتصال به ويوضع عمودياً. بينما كان يجري الضغط ال...

Discussion

تقدم هذه الورقة بروتوكول أسلوب توجيه تصنيع المحركات الناعمة شبكة تعمل بالهواء المضغوط مع الدوائر المائلة. وبعد على البروتوكول، يمكن ملفقة صمام واحد بشكل مستقل ضمن ح 3. يمكن تلخيص الخطوات الأساسية في البروتوكول على النحو التالي. (ط) سيليكون الاستومر أعدت في نسبة والمختلطة بشكل جيد. (ثانيا) س...

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
Silicone elastomer	Wacker	ELASTOSIL M4601 A/B	Material of the actuators
Syringe	Shanghai Kindly Medical Instruments	10 ml	Used to inject silicone rubber into the hole of the mold for fabricating the connection end
Precision scale	Shanghai Hochoice	UTP-313	Used to weigh the silicone rubber
Planetary centrifugal vacuum mixer	THINKY	ARE-310	Used to mix the silicone rubber and defoam after mixing process
Release agent	Smooth-on	Release 200	Used for ease of demolding
Needle	Shanghai Kindly Medical Instruments		Used for Piercing the bubbles form on the surface
Utility blade	M&G Chenguang Stationery	ASS91325	Used for Scraping off excess silicone rubber along the upper surface of the mold
Vacuum oven	Ningbo SI Instrument	DZF-6050	Used to reduce the cure time of the silicone rubber
Male stud push in fit pneumatic fitting	Zhe Jiang BLCH Pneumatic Science & Technology	PC4-01	Used to connect the tubing and the 3D-printed actuator tubing connector
Tubing	SMC	TU0425	Used for actuating the actuators
Vacuum pump	Zhe Jiang BLCH Pneumatic Science & Technology		Used as the air source
Pressure valve	Zhe Jiang BLCH Pneumatic Science & Technology	IR1000-01BG	Used for adjusting the input air pressure