Fabbricazione di morbida rete pneumatica attuatori con obliquo Chambers

Riepilogo

Qui presentiamo un metodo di fabbricazione di attuatori morbida rete pneumatica con obliquo chambers. Gli attuatori sono in grado di generare accoppiato flessioni e torsioni mozioni, che allarga la loro applicazione nella robotica morbido.

Abstract

Attuatori in morbida rete pneumatica sono diventati uno dei dispositivi di azionamento più promettenti nella robotica morbido che beneficia del loro grande deformazione di flessione e basso input. Tuttavia, loro monotona curvatura forma di movimento nello spazio bidimensionale (2D) li tiene lontano per svariate applicazioni. Questa carta presenta un metodo di fabbricazione dettagliato degli attuatori morbida rete pneumatica con alloggiamenti obliqui, per esplorare i loro movimenti nello spazio tridimensionale (3D). Il design delle camere oblique consente attuatori con sintonizzabile accoppiato flessioni e torsioni funzionalità, che dà loro la possibilità di muoversi abilmente in manipolatori flessibili, per diventare robot biologicamente ispirati e dispositivi medici. Il processo di fabbricazione è basato sul metodo di stampaggio, tra cui il silicone elastomero preparazione, alloggiamento e base parti fabrication, attuatore, connessioni dei tubi, controlli per perdite e la riparazione di attuatore. Il metodo di fabbricazione garantisce la produzione rapida di una serie di attuatori con solo alcune modifiche negli stampi. I risultati del test mostrano l'alta qualità di attuatori e loro prominente flessioni e torsioni funzionalità. Esperimenti della pinza dimostrano i vantaggi dello sviluppo nell'adattare agli oggetti con diversi diametri e fornire attrito sufficiente.

Introduzione

Attuatori pneumatici morbidi (ZPS) sono dispositivi morbidi che possono essere attivati anche dal semplice input di aria pressione^1,2. Essi possono essere fabbricate con materiali diversi, quali elastomeri di silicone³, tessuti⁴, memoria di forma polimeri⁵e dielettrico elastomeri⁶. I ricercatori hanno tratto beneficio dalla loro natura di conformità, abile mozioni e montaggio semplice metodi⁷, tale che centri termali sono diventati uno dei dispositivi più promettenti per applicazioni di robotica morbido^8,9. Centri termali in grado di realizzare vari movimenti sofisticati, come strisciante¹⁰, rotazione¹¹e¹² basato su vari tipi di deformazione, compresi tavolo allungabile, espandendo, flessione e torsione^13, di rotolamento ¹⁴. per essere in grado di effettuare diversi tipi di movimenti, centri termali sono progettati in diverse strutture, quali un corpo lineare con canali paralleli¹⁵, una camera di monolitica con rinforzi in fibra¹⁶, e reti di ripetono Sub-chambers¹⁷. Tra questi, le Terme con le reti di ripetuti Sub-chambers, gli attuatori di morbida rete pneumatica, sono largamente impiegate perché possono generare grandi deformazioni sotto una pressione di ingresso relativamente bassa. Tuttavia, nella maggior parte dei disegni precedenti, questo tipo di attuatori può solo generare piegatura movimenti nello spazio 2D, che limita notevolmente le loro applicazioni.

Un attuatore pneumatico morbida rete consiste di un gruppo organizzato linearmente delle camere collegate da un canale interno. Ogni alloggiamento cubico contiene un paio di pareti opposte, che sono più sottili rispetto l'altra coppia e produce un'inflazione di due lati nella direzione perpendicolare alle pareti più sottili. Originariamente, le pareti più sottili delle sezioni sono perpendicolari all'asse lungo del corpo dell'attuatore e gonfiano con l'asse lungo. Questi inflazioni collineari in alloggiamenti e la base non estendibile conducono a una flessione pura integrante dell'attuatore. Per esplorare il movimento dell'attuatore nello spazio 3D, l'orientamento delle sezioni è sintonizzato in modo che le pareti laterali più sottili non sono più perpendicolare all'asse longitudinale dell'attuatore (Figura 1A), che consente la direzione di inflazione di ogni alloggiamento per offset dall'asse e diventare non collineari. Tutte le inflazioni parallele ma non collineari modificare il movimento dell'attuatore in un piegamento accoppiati e movimento di torsione in spazio 3D¹⁸. Questo movimento accoppiato consente gli attuatori più flessibilità e destrezza e rende gli attuatori un candidato adatto per applicazioni più pratiche, come flessibile manipolatori, robot biologicamente ispirati e dispositivi medici.

Questo protocollo viene illustrato il metodo di fabbricazione di questo tipo di attuatori morbida rete pneumatica con obliquo chambers. Esso include la preparazione elastomero siliconico, fabbricando la camera e le parti di base, montaggio dell'attuatore, il tubo di collegamento, controllo di tenuta e, se necessario, riparare l'attuatore. Può anche essere utilizzato per fabbricare normale morbida rete pneumatica attuatori e altri morbido che può essere prodotto con alcune semplici modifiche al metodo di stampaggio. Forniamo la procedura dettagliata per fabbricare un attuatore pneumatico morbido con camere obliqua di 30°. Per diverse applicazioni, attuatori con angoli di camera differenti possono essere fabbricati secondo lo stesso protocollo. Oltre a questo, gli attuatori possono essere combinati per formare un sistema Multi-attuatore per varie esigenze.

Protocollo

Nota: Il protocollo prevede le procedure di fabbricazione di un attuatore pneumatico morbida rete. Prima la procedura di fabbricazione, un set di stampi e diversi connettori di attuatore-tubazione, che sono progettati con progettazione assistita da elaboratore (CAD) il software deve essere di 3-D-stampati in anticipo. Gli stampi sono illustrati nella Figura 1B.

1. preparazione di elastomero di silicone

1. Pesare 5 g di parte in elastomero di silicone B e 45 g della parte A [9:1 (A:B) parti in peso] nello stesso contenitore di miscelazione (Figura 2A). Utilizzare una siringa per assicurarsi che le proporzioni di ogni parte sono accurate.
   Nota: Il rapporto di miscelazione varia per elastomeri di silicone diversi. La proporzione di ciascuna parte deve essere regolata quando è adottato un altro elastomero di silicone.
2. Mescolare l'elastomero di silicone bene con l'impastatrice planetaria centrifugo.
   Nota: L'elastomero di silicone poteva essere conservato a bassa temperatura per estendere il tempo di elaborazione.

2. camera parte Fabrication

1. Spruzzare il distaccante stampi per prodotti in elastomero di silicone in modo uniforme sulle superfici della muffa parte A e parte B.
2. Assemblare la parte A e parte B dello stampo per la realizzazione di una camera. Tenere entrambe le estremità dello stampo con clip per impedire la fuoriuscita di elastomero di silicone.
3. Assumere 5 mL di elastomero di silicone con una siringa e iniettare lentamente il foro dello stampo per fabbricare il lato di connessione (la struttura cilindrica a un'estremità dell'attuatore per il tubo di collegamento). Quindi, riempire lo stampo intero con l'elastomero di silicone (Figura 2B).
   Nota: Mantenere un tasso di flusso debole e muoversi avanti e indietro lentamente, per consentire l'elastomero di silicone immettere le piccole strutture della muffa.
4. Bucare le bolle che si formano sulla superficie con la punta di un ago fino a quando non ci sono più bolle visibili (Figura 2C).
5. Raschiare qualsiasi elastomero di silicone in eccesso con una lama lungo la superficie superiore dello stampo.
6. Posizionare lo stampo in forno a 70 ° C fino a curata l'elastomero di silicone.
7. Utilizzare una siringa per iniettare elastomero di silicone per le bolle e fori che appaiono sulla superficie dell'attuatore.
8. Raschiare qualsiasi elastomero di silicone in eccesso sulla superficie.
9. Posizionare lo stampo in forno a 70 ° C fino a curata l'elastomero di silicone.

3. base parte Fabrication

1. Spruzzare il distaccante stampi per prodotti in elastomero di silicone in modo uniforme sulla superficie della parte di stampo C.
2. Versare l'elastomero di silicone nella parte C della muffa.
3. Bucare le bolle che si formano sulla superficie con la punta di un ago fino a quando non ci sono più bolle visibili.
4. Raschiare qualsiasi elastomero di silicone in eccesso con una lama lungo la superficie superiore dello stampo.
5. Posizionare lo stampo in forno a 70 ° C fino a curata l'elastomero di silicone.

4. attuatore

1. Versare uniformemente uno strato di elastomero di silicone, 1 mm di spessore, su una faccia della parte di base.
2. Posizionare la parte di alloggiamento sulla parte di base. Utilizzare una siringa per iniettare l'elastomero di silicone nello spazio tra la parte di camera e la parte di base (Figura 2D).
3. Posizionare l'attuatore in forno a 70 ° C fino a curata l'elastomero di silicone.

5. tubo di attacco

1. Toccare il connettore di attuatore-tubazione 3-D-stampati per accettare che la vite di un push-in perno maschio misura montaggio pneumatico.
2. Utilizzare un ago per bucare la fine di collegamento dell'attuatore lungo la linea centrale del cilindro. Aumentare il diametro del foro con un tondino di acciaio, a circa 2 mm.
3. Avvitare il raccordo di tubi di attuatore l'attuatore (Figura 2E).
4. Spingere una sezione della tubazione nel perno maschio ad innesto Raccordo pneumatico fit.

6. perdita di controllo e riparazione

1. Collegare l'attuatore alla fonte d'aria.
2. Posizionare l'attuatore intero in acqua e pressurizzare l'attuatore (Figura 2F). Osservare se le bolle si formano a causa di una perdita.
3. Utilizzare una siringa per iniettare l'elastomero di silicone in punti di perdita. Posizionare l'attuatore in forno a 70 ° C fino a curata l'elastomero di silicone.
4. Se necessario, ripetere i passaggi 6.1-6.3.

Risultati

Attuatore singolo:
Per verificare il metodo di fabbricazione e dimostrare la funzione dell'attuatore, 30°, 45° e 60° attuatori sono stati fabbricati e testati. Per l'allestimento di esperimento, una pompa ad aria è stata impiegata per attivare la valvola. La valvola è stata collegata all'attuatore per controllare la pressione interna. L'attuatore singolo era fissato alla sua estremità di connessione e posizionato verticalmente. Mentre l'attuatore è stato essendo...

Discussione

La carta presenta un protocollo di metodo per guidare la realizzazione di attuatori morbida rete pneumatica con obliquo chambers. In seguito il protocollo, un attuatore può essere fabbricato in modo indipendente all'interno di 3 h. I passaggi chiave nel protocollo possono essere riassunti come segue. (i) l'elastomero di silicone è preparato in proporzione e mescola bene. (ii) l'elastomero di silicone viene versato nello stampo per la fabbricazione della parte camera e parte di base. (iii) le bolle sulla superficie espo...

Materiali

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