Fabricação de atuadores de rede pneumática macio com câmaras oblíquas

Resumo

Aqui nós apresentamos um método de fabricação de atuadores de rede pneumática macio com câmaras oblíquas. Os atuadores são capazes de gerar acoplado flexão e torção de movimentos, que amplia sua aplicação em robótica macia.

Resumo

Atuadores de rede pneumática macio se tornaram uma dos dispositivos de atuação mais promissoras em robótica macio que beneficia os grandes deformações de flexão e baixa entrada. No entanto, sua forma de movimento de flexão monótono em um espaço bidimensional (2D) os mantém longe de amplas aplicações. Este trabalho apresenta um método de fabricação detalhada dos atuadores de rede pneumática macio com câmaras oblíquas, para explorar seus movimentos no espaço tridimensional (3D). O design das câmaras oblíquas permite atuadores com ajustável acoplado a flexão e torção de recursos, que lhes dá a possibilidade de mover destreza em manipuladores flexíveis, tornar-se biologicamente inspirados de robôs e dispositivos médicos. O processo de fabricação baseia-se o método de moldagem, incluindo o conjunto do atuador, conexões de tubulação, fabricação de peças do silicone elastômero preparação, câmara e base, verifica se há vazamentos e reparo do atuador. O método de fabricação garante a fabricação rápida de uma série de atuadores com apenas algumas modificações nos moldes. Os resultados dos testes mostram a alta qualidade dos atuadores proeminente de flexão e torção capacidades. Experimentos do pegador de demonstram as vantagens do desenvolvimento em adaptar-se a objetos com diferentes diâmetros e fornecendo suficiente fricção.

Introdução

Actuadores pneumáticos macios (SPAs) são dispositivos macios que podem ser accionados pela simples entrada de ar pressão^1,2. Eles podem ser fabricados com materiais diversos, tais como o de elastômeros de silicone³, tecidos⁴, memória de forma polímeros⁵e elastômeros dieléctrica⁶. Pesquisadores beneficiaram-se de sua natureza, de conformidade, movimentos hábeis e métodos de fabricação simples⁷, tal que os SPAs tornaram-se um dos dispositivos mais promissoras para aplicações de robótica macio^8,9. Termas podem realizar vários movimentos sofisticados, tais como rastejando¹⁰, rotação¹¹e¹² , com base em vários tipos de deformação, inclusive estendendo-se, expandindo, flexão e torção^13, de rolamento ¹⁴. para ser capaz de fazer diferentes tipos de movimentos, SPAs são projetados em estruturas diferentes, como um corpo linear com canais paralelos¹⁵, uma câmara monolítica com reforços de fibra¹⁶, e redes de repetida câmaras de sub¹⁷. Entre eles, os SPAs com redes de câmaras sub repetidas, os atuadores de rede pneumática macio, são amplamente empregados porque elas podem gerar grandes deformações sob uma pressão de entrada relativamente baixa. No entanto, na maioria dos projetos anteriores, este tipo de atuadores só pode gerar movimentos de dobrando no espaço 2-D, que limita muito suas aplicações.

Um atuador macio rede pneumática consiste num grupo arranjado linearmente das câmaras ligadas por um canal interno. Cada câmara cúbica contém um par de paredes opostas que são mais finos do que o outro par e produz uma inflação de dois lados na direção perpendicular às paredes mais finas. Originalmente, as paredes mais finas das câmaras são perpendiculares ao eixo longitudinal do corpo do atuador e inflam juntamente com eixo longo. Estas insuflações colineares em câmaras e a base não-extensível originar uma flexão pura integrante do atuador. Para explorar o movimento do atuador no espaço 3D, a orientação das câmaras é ajustada para que as paredes laterais do diluente não são mais perpendiculares ao eixo longo do atuador (Figura 1A), que permite a direção de inflação de cada câmara para o deslocamento do eixo e tornar-se não colineares. Todos as paralelas mas não-colineares insuflações mudarem o movimento do atuador em um acoplado flexão e torção de movimento no espaço 3-d.¹⁸. Este movimento acoplado permite que os atuadores mais flexibilidade e destreza e faz os atuadores um candidato adequado para aplicações mais práticas, tais como manipuladores flexíveis, robôs biologicamente inspirados e dispositivos médicos.

Este protocolo mostra o método de fabricação deste tipo de atuadores de rede pneumática macio com câmaras oblíquas. Ele inclui preparando o elastômero de silicone, fabricando a câmara e base peças, montagem do atuador, a tubagem de ligação, verificação de vazamentos e, se necessário, reparar o atuador. Ele também pode ser usado para fabricar atuadores de rede pneumática macio normal e outros atuadores macios que podem ser produzidos com algumas modificações simples para o método de moldagem. Nós fornecemos as etapas detalhadas para fabricar um atuador pneumático macio com câmaras oblíquo de 30°. Para diferentes aplicações, atuadores com ângulos de câmara diferentes podem ser fabricados de acordo com o mesmo protocolo. Além disso, os atuadores podem ser combinados para formar um sistema multi atuador para diversas demandas.

Protocolo

Nota: O protocolo fornece os procedimentos de fabricação de um atuador de rede pneumática macio. Antes do processo de fabricação, um conjunto de moldes e vários conectores do atuador-tubulação, que são projetados com desenho assistido por computador, software (CAD) deve ser 3-D-impresso com antecedência. Os moldes são mostrados na Figura 1B.

1. preparação de elastômero de silicone

1. Pese 5 g de parte de elastômero de silicone B e 45 g de parte A [9:1 (A:B) partes em peso] no mesmo recipiente de misturando(Figura 2). Use uma seringa para certificar-se de que as proporções de cada parte são precisas.
   Nota: A relação de mistura varia para elastómeros de silicone diferentes. A proporção de cada parte deve ser ajustada quando outro elastômero de silicone é adotado.
2. O elastômero de silicone se mistura com o misturador planetário e centrífugo.
   Nota: O elastómero de silicone pode ser armazenado a uma temperatura baixa para estender seu tempo de processamento.

2. a câmara parte de fabricação

1. Pulverizar o agente de liberação de molde para produtos de elastômero de silicone uniformemente sobre as superfícies do molde parte A e parte B.
2. Monte a parte A e parte B do molde para a fabricação de uma câmara. Segure as duas extremidades do molde com clipes para evitar a fuga de elastômero de silicone.
3. Tomar 5 mL de elastómero de silicone com uma seringa e injetá-lo lentamente no orifício do molde para fabricar o fim de conexão (a estrutura cilíndrica em uma extremidade do atuador para o tubo de ligação). Em seguida, encha o molde inteiro com o elastómero de silicone (Figura 2B).
   Nota: Manter uma baixa taxa de fluxo e mover-se lentamente para a frente e para trás, para deixar o elastómero de silicone entrar as estruturas minúsculas do molde.
4. Fure as bolhas que se formam na superfície com a ponta de uma agulha, até que não há nenhuma bolha mais visível (Figura 2C).
5. Raspar qualquer elastômero de silicone em excesso com uma lâmina ao longo da superfície superior do molde.
6. Coloque o molde na estufa a 70 ° C até o elastómero de silicone está curado.
7. Use uma seringa para injectar as bolhas e buracos que aparecem na superfície do atuador de elastômero de silicone.
8. Raspar qualquer elastômero de silicone em excesso na superfície.
9. Coloque o molde na estufa a 70 ° C até o elastómero de silicone está curado.

3. parte base de fabricação

1. Pulverize o agente de liberação de molde para produtos de elastômero de silicone uniformemente na superfície da parte de molde C.
2. Despeje o elastómero de silicone na parte C do molde.
3. Fure as bolhas que se formam na superfície com a ponta de uma agulha, até que não há nenhuma bolha mais visível.
4. Raspar qualquer elastômero de silicone em excesso com uma lâmina ao longo da superfície superior do molde.
5. Coloque o molde na estufa a 70 ° C até o elastómero de silicone está curado.

4. atuador conjunto

1. Despeje uniformemente uma camada de elastômero de silicone, 1 mm de espessura, sobre uma face da peça base.
2. Coloque a peça de câmara na parte da base. Use uma seringa para injectar o elastómero de silicone no espaço entre a parte da câmara e a parte de base (Figura 2D).
3. Coloque o atuador na estufa a 70 ° C até o elastómero de silicone está curado.

5. tubulação Conexão

1. Toque o conector do atuador-tubo 3-D-impresso para aceitar que o parafuso de um macho garanhão empurrar-nos cabe pneumática encaixe.
2. Use uma agulha para furar a ponta de conexão do atuador ao longo da linha central do cilindro. Aumente o diâmetro do furo com uma haste de aço, a cerca de 2 mm.
3. Aparafuse o conector do atuador-tubo do atuador(Figura 2).
4. Empurre uma seção de tubulação no macho garanhão empurrar-nos encaixe pneumático apto.

6. verificação e reparo de vazamento

1. Conecte o atuador a uma fonte de ar.
2. Coloque o atuador todo na água e pressurizar o atuador (Figura 2-F). Observe se as bolhas formam-se devido a um vazamento.
3. Use uma seringa para injetar o elastômero de silicone em pontos de fuga. Coloque o atuador na estufa a 70 ° C até o elastómero de silicone está curado.
4. Repita as etapas de 6.1-6.3, se necessário.

Resultados

Único atuador:
Para verificar o método de fabricação e demonstrar a função do atuador, 30°, 45° e 60° atuadores foram fabricados e testados. Para a montagem do experimento, uma bomba de ar foi empregada para ativar a válvula. A válvula estava ligada ao actuador para controlar a pressão interna. O único atuador foi fixado em sua extremidade de conexão e colocado verticalmente. Enquanto o atuador estava sendo pressurizado, duas câmeras digitais foram usada...

Discussão

O artigo apresenta um protocolo de método para orientar a fabricação de atuadores de rede pneumática macio com câmaras oblíquas. Seguindo o protocolo, um atuador pode ser fabricado independentemente dentro de 3 h. Os principais passos no protocolo podem ser resumidos como segue. (i) o elastómero de silicone é preparado na proporção e bem misturado. (ii) o elastómero de silicone é derramado no molde para a fabricação das partes a câmara e a base. (iii) as bolhas na superfície exposta são furadas e qualque...

Materiais

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