ייצור של מפעילים רשת פנאומטיים רך עם המלוכסן צ'יימברס

Summary

כאן אנו מציגים את שיטת ייצור מפעילים רשת פנאומטיים רך עם צ'יימברס עקיפה. מפעילים מסוגלים לייצר בשילוב כפיפה, פיתול. עתירות, אשר מרחיב את היישום שלהם ברובוטיקה רך.

Abstract

מפעילים רשת פנאומטיים רך הפכו אחד מההתקנים הופעה המבטיחים ביותר ברובוטיקה רך הנהנה מן דפורמציה כיפוף גדול שלהם נמוכה קלט. עם זאת, את הטופס תנועה כיפוף חד גונית שלהם בחלל דו-ממדית (2-D) שומר אותם הרחק יישומים רחב. מאמר זה מציג שיטת ייצור מפורט מפעילים רשת פנאומטיים רך עם המלוכסן צ'יימברס, לחקור את תנועותיהם במרחב תלת-ממדי (3-D). העיצוב של צ'יימברס המלוכסן מאפשר מפעילים עם tunable בשילוב כפיפה, פיתול יכולות, אשר נותן להם את האפשרות לגור הזריזות סימולטורי גמיש, להיות רובוטים ביולוגית בהשראת, ומכשור רפואי. תהליך ייצור מבוססת על שיטת היציקה, כולל סיליקון elastomer הכנה, הקאמרית ובסיס חלקים ייצור, הרכבה למפעיל, חיבורי צינורות, בדיקת נזילות, ותיקון למפעיל. שיטת ייצור מבטיח ייצור מהיר של סדרת מפעילים עם רק כמה שינויים בתוך התבניות. תוצאות הבדיקה מראים את האיכות הגבוהה של מפעילים שלהם בולטים כיפוף ואת פיתול יכולות. ניסויים של התפיסה מדגימים את היתרונות של פיתוח להסתגל עצמים בעזרת קטרים שונים ומספקת מספיק חיכוך.

Introduction

רך גלילי (ספא) הם התקנים רך יכול להיות actuated מאת קלט פשוטים של אוויר בלחץ^1,2. הם יכולים להיות מפוברק עם חומרים מגוונים, כגון אלסטומרים סיליקון³, בדים⁴, זיכרון פולימרים⁵אלסטומרים מבודד⁶. חוקרים נהנו מן הטבע שלהם של ציות, בתנועות מיומנות, שיטות ייצור פשוט⁷, כך ספא הפכו לאחד ההתקנים המבטיחים ביותר עבור רך רובוטיקה יישומים^8,9. ספא יכולים להבין תנועות מתוחכמים שונים, כגון זוחלת¹⁰, סיבוב¹¹, וציפוי¹² בהתבסס על סוגים שונים של דפורמציה, כולל הרחבת הרחבה, כפיפה, פיתול^{13, 14}. כדי שתוכל לבצע סוגים שונים של תנועות, ספא בעיצוב מבנים שונים, כגון גוף ליניארי עם ערוצים מקבילים¹⁵, תא מונוליטי עם סיבים-תגבורת¹⁶, וחזר רשתות של צ'יימברס משנה¹⁷. ביניהם, המרחצאות עם רשתות של חללים תת חוזרות ונשנות, מפעילים רשת מועדוני רך, מועסקים נרחב כי הם יכולים ליצור דפורמציות גדולות תחת לחץ קלט נמוכה יחסית. עם זאת, ברוב העיצובים הקודמים, סוג זה של מפעילים יכול רק ליצור תנועות כיפוף במרחב דו-ממדי, אשר מגביל מאוד את היישומים שלהם.

למפעיל רשת פנאומטיים רך מורכבת מקבוצה מסודרים באופן ליניארי של חללים המחוברים באמצעות ערוץ פנימי. כל תא מעוקב מכיל זוג מול קירות אשר דק יותר זוג אחרים ומייצרת של אינפלציה דו צדדי בכיוון בניצב הקירות דקים. במקור, הקירות דקים של התאים הם בניצב לציר הארוך של הגוף למפעיל ונפח יחד עם ציר זמן. אלה inflations קוליניאריות צ'יימברס, הבסיס הלא-להרחבה להוביל נפרד טהור כיפוף במפעיל. על מנת לחקור תנועה במפעיל במרחב תלת-ממדי, הכיוון של התאים הוא מכוון כך רזה-הקירות כבר לא בניצב לציר הארוך של מפעיל (איור 1א'), אשר מאפשרת את הכיוון האינפלציה של כל תא כדי לקזז מן הציר ולהיות לא קוליניאריות. כל inflations מקבילים אך לא-קוליניאריות לשנות את התנועה של מפעיל לתוך בשילוב כפיפה סיבוביות תנועה מרחב תלת-ממדי¹⁸. זו תנועה בשילוב מאפשר מפעילים זריזות וגמישות יותר והופך מפעילים מועמדת מתאימה עבור יישומים מעשיים יותר, כמו סימולטורי גמיש, רובוטים ביולוגית בהשראת, ומכשור רפואי.

פרוטוקול זה מציג שיטת ייצור של סוג זה של מפעילים רשת פנאומטיים רך עם צ'יימברס עקיפה. זה כולל הכנת elastomer סיליקון, בדיית הקאמרית של חלקים הבסיס, בהרכבת במפעיל, חיבור הצנרת, בודק שאין דליפות, ותיקון, במידת הצורך, במפעיל. זה יכול לשמש גם כדי לבדות מפעילים רשת רגילה פנאומטיים רך, אחרים מפעילים רך אשר יכול להיות מיוצר עם כמה שינויים פשוטים בשיטת היציקה. אנו מספקים את השלבים המפורטים כדי לבדות משאבות הידראוליות רך עם צ'יימברס המלוכסן 30°. ליישומים שונים, מפעילים עם זוויות שונות קאמרית יכול להיות מפוברק על פי באותו הפרוטוקול. חוץ מזה, מפעילים ניתן לשלב כדי ליצור מערכת למפעיל מרובות עבור דרישות שונות.

Protocol

הערה: הפרוטוקול מספק את תהליכי ייצור למפעיל רשת פנאומטיים רך. לפני ההליך פבריקציה נוספת, ערכה של תבניות, מספר מחברים למפעיל-אבובים, אשר נועדו עם תכנון בעזרת מחשב (CAD) התוכנה חייבת להיות 3-ממד-מודפס מראש. התבניות מוצגות באיור 1ב'.

1. סיליקון Elastomer הכנה

1. שוקל 5 g של סיליקון elastomer חלק B ו- g 45 של חלק א' [9:1 (A:B) חלקים לפי משקל] באותה ערבוב אריזה (איור 2א). השתמש במזרק כדי לוודא שיחסי הגודל של כל חלק מדויקות.
   הערה: יחס ערבוב משתנה עבור אלסטומרים סיליקון שונים. צריך להיות מותאם את הפרופורציה של כל חלק כאשר elastomer סיליקון אחר הוא מאומץ.
2. מערבבים את elastomer סיליקון עם המיקסר צנטריפוגלי פלנטרית.
   הערה: elastomer סיליקון שניתן לאחסנו בטמפרטורה נמוכה כדי להאריך את זמן העיבוד שלו.

2. לשכת חלק פבריקציה נוספת

1. תרסיס סוכן שחרור של כייר מוצרי סיליקון elastomer באופן שווה על המשטחים של עובש בחלק א', חלק ב'
2. להרכיב חלק א' וחלק ב', התבנית הזיוף של תא. להחזיק בשני הקצוות של העובש עם קליפים כדי למנוע דליפת סיליקון elastomer.
3. לקחת 5 מ של אלסטומר סיליקון עם מזרק ולהזריק אותו לאט החור של, התבנית בדיית בסוף החיבור (המבנה גלילי בקצה אחד של מפעיל עבור חיבור הצנרת). ואז, למלא כל העובש סיליקון אלסטומר (איור 2B).
   הערה: לשמור על קצב זרימה נמוכה ולעבור הלוך ושוב לאט, לתת את elastomer סיליקון להזין את המבנים זעירים של העובש.
4. פירס הבועות היוצרים על פני השטח עם קצה מחט עד ישנם, אין עוד בועות גלוי (איור 2C).
5. לגרד את כל elastomer עודף סיליקון עם סכין לאורך פני השטח העליון של העובש.
6. המקום התבנית בתנור ב 70 ° C עד elastomer סיליקון הוא נרפא.
7. השתמש במזרק כדי להזריק סיליקון elastomer לתוך בועות וחורים אשר מופיעות על פני השטח של מפעיל.
8. לגרד את כל elastomer סיליקון עודף על פני השטח.
9. המקום התבנית בתנור ב 70 ° C עד elastomer סיליקון הוא נרפא.

3. הבסיס חלק פבריקציה נוספת

1. תרסיס סוכן שחרור של כייר מוצרי סיליקון elastomer באופן שווה על פני השטח של החלק עובש ג
2. יוצקים את elastomer סיליקון לחלק ג' של העובש.
3. פירס הבועות היוצרים על פני השטח עם קצה מחט עד שם גלויים, אין עוד בועות.
4. לגרד את כל elastomer עודף סיליקון עם סכין לאורך פני השטח העליון של העובש.
5. המקום התבנית בתנור ב 70 ° C עד elastomer סיליקון הוא נרפא.

4. בוכנה להרכבה

1. אחיד שופכים שכבה של סיליקון elastomer, 1 מ מ עובי, על פרצוף אחד של החלק הבסיסי.
2. מניחים את החלק קאמרית על החלק הבסיסי. השתמש במזרק כדי להזריק את elastomer סיליקון לחלל שבין החלק קאמרית ואת החלק הבסיסי (איור 2D).
3. המקום במפעיל בתנור ב 70 ° C עד elastomer סיליקון הוא נרפא.

5. צינורות חיבור

1. הקש על המחבר למפעיל-אבובים 3-ממד-מודפס כדי לקבל שהבורג של הרבעה זכר דחיפה פנימה להתאים התאמה פנאומטיים.
2. שימוש במחט לנקב בסוף החיבור במפעיל לאורך האמצע של הגליל. להגדיל את קוטר החור עם מוט מתכת, עד בערך 2 מ מ.
3. להבריג את המחבר למפעיל-אבובים במפעיל (איור 2E).
4. לדחוף את מקטע של צינורות לתוך הרבעה זכר דחיפה פנימה בכושר פנאומטיים ההתאמה.

6. בדיקת ותיקון דליפה

1. להתחבר למפעיל את מקור האוויר.
2. מקם כל במפעיל במים ולאחר לחצים במפעיל (איור 2F). שים לב אם בועות נוצרות עקב דליפה.
3. השתמש מזרק להחדיר את elastomer סיליקון לתוך נקודות דליפה. המקום במפעיל בתנור ב 70 ° C עד elastomer סיליקון הוא נרפא.
4. חזור על שלבים 6.1-6.3 במידת הצורך.

תוצאות

מפעיל יחיד:
כדי לאמת את שיטת ייצור להדגים את תפקוד למפעיל, 30 מעלות, 45° ו 60° מפעילים היו מפוברק ונבדק. עבור קביעת ניסוי, משאבת אוויר הועסק כדי להפעיל את השסתום. המסתם היה מחובר במפעיל לשלוט את הלחץ הפנימי. במפעיל יחיד קבוע בקצה החיבור שלו, להציב במאונך. ואילו היה לה...

Discussion

הנייר מציג שיטת פרוטוקול להנחות את הזיוף של מפעילים רשת פנאומטיים רך עם צ'יימברס עקיפה. בעקבות הפרוטוקול, למפעיל אחד יכול להיות מפוברק באופן עצמאי תוך 3 שעות. ניתן לסכם את השלבים החשובים בפרוטוקול כדלקמן. (i) אלסטומר סיליקון מוכן בפרופורציה, לערבב היטב. (ii) אלסטומר סיליקון ויוצקים לתבנית עבו?...

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