JoVE Logo
АВТОРЫ
СВЯЖИТЕСЬ С НАМИ

Войдите в систему

Для просмотра этого контента требуется подписка на Jove Войдите в систему или начните бесплатную пробную версию.

В этой статье

  • Резюме
  • Аннотация
  • Введение
  • протокол
  • Результаты
  • Обсуждение
  • Раскрытие информации
  • Благодарности
  • Материалы
  • Ссылки
  • Перепечатки и разрешения

Резюме

Здесь мы представляем метод изготовления мягких пневмосети электроприводов с наклонной камеры. Приводы способны создавать спаренных изгиб и кручение движений, который расширяет их применение в мягкой робототехники.

Аннотация

Мягкие пневматические сетевые приводы стали одним из наиболее перспективных срабатывания устройств в мягкой робототехника какие выгоды от их большие деформации изгиба и низкой ввода. Однако их однообразной изгиб формы движения в двумерном пространстве (2-D) держит их от широкого применения. Этот документ представляет подробный изготовления мягких пневмосети электроприводов с наклонной камеры, исследовать их движения в трехмерном пространстве (3-D). Дизайн наклонной камеры позволяет приводы с перестраиваемой сочетании изгиб и кручение возможности, что дает им возможность двигаться ловко в гибких манипуляторов, чтобы стать биологически вдохновили роботов и медицинских приборов. Процесс изготовления на основе метода литья под давлением, включая силиконовые эластомера подготовки, камеры и базы частей изготовление, привод Ассамблеи, соединения труб, проверки на утечки и ремонт привода. Метод изготовления гарантирует быстрое производство серии приводы с лишь несколько изменений в формы. Результаты тестирования показывают высокое качество электроприводы и их выдающихся изгиб и кручение возможностей. Эксперименты захват демонстрации преимуществ развития в адаптации к объектам с различными диаметрами и обеспечение достаточного трения.

Введение

Мягкие пневматические приводы (курорты) являются мягкие устройства, которые могут приводиться в действие простой ввод воздуха давление1,2. Они могут быть изготовлены с различными материалами, например силиконовые эластомеры3, ткани4, памяти формы полимеров5и6диэлектрических эластомеров. Исследователи извлекли пользу из их характер соблюдения, ловкие движения и простое изготовление методы7, таким образом, что курорты стали одним из наиболее перспективных устройств для мягких робототехника приложения8,9. Курорты могут реализовать различные сложных ходатайств, например ползучего10,11вращение и подвижного12 на основе различных типов деформации, включая расширение, расширения, изгиб и кручение13, 14. чтобы иметь возможность сделать различные виды движений, курорты разработаны в различных структурах, таких как линейная тела с параллельных каналов15, монолитные камеры с волоконно подкрепления16, и повторил сетей суб камеры17. Среди них курорты с сетями неоднократные суб палат, мягкие пневматические сетевые приводы, широко используются потому, что они могут генерировать большие деформации под относительно низкого входного давления. Однако в большинстве предыдущих конструкций, этот тип привода может создавать только изгиб движений в пространстве 2-D, который значительно ограничивает их применение.

Мягкие пневматические сети привода состоит из линейно расположенных группы палат, соединены внутренним каналом. Каждый кубический палаты содержит пару противоположных стен, которые тоньше, чем другие пары и производит двухсторонняя инфляции в направлении, перпендикулярном тонкие стены. Первоначально тонкие стены палат перпендикулярно длинной оси привода тела и надуть наряду с длинной оси. Эти коллинеарных инфляции в камерах и нерасширяемым база привести к неотъемлемой чистый изгиб привода. Изыскивать электропривода движения в трехмерном пространстве, ориентацию камеры настраивается так что растворитель боковые стенки больше не перпендикулярно длинной оси привода (рис. 1A), которая позволяет инфляции направлении каждой камеры смещение от оси и не стать коллинеарных. Все параллельные, но не коллинеарны инфляционные изменить движение привода в сочетании изгиб и кручение движения в трехмерном пространстве18. Этот спаренных движения позволяет приводы, больше гибкости и ловкости и делает приводы подходящим кандидатом для более практических приложений, таких как гибкая манипуляторов, биологически вдохновили роботов и медицинские приборы.

Этот протокол показывает метод изготовления такого рода мягкие пневматические сети приводов с наклонной камеры. Она включает в себя подготовку силиконового эластомера, изготовления камеры и базовой части, монтаж привода, соединительные трубы, проверку на предмет утечек и, при необходимости, ремонт привода. Он также может использоваться для изготовления обычных мягкие пневматические сетевых приводов и других мягких приводов, которые могут быть произведены с некоторые простые изменения в метод литья. Мы предоставляем подробные шаги для изготовления мягких пневмопривод с наклонной камеры 30°. Для различных приложений приводы с углами различные камеры могут быть изготовлены согласно такой же протокол. Кроме того приводы могут быть объединены для формирования нескольких привода системы для различных требований.

протокол

Примечание: Протокол предусматривает процедуры изготовления мягкой пневмосети привода. Перед началом процедуры изготовления, набор форм и несколько приводов трубки разъемы, которые разработаны с автоматизированного проектирования (САПР) должны быть напечатаны 3 объемным заранее. Формы показаны на рисунке 1B.

1. силиконовые эластомера подготовка

  1. Весят 5 g силиконовый эластомер части B и 45 g части A [9:1 (: b) частей по весу] в том же контейнере смешивания (рисA). Используйте шприц, чтобы убедиться, что пропорции каждой части точны.
    Примечание: Смешивая коэффициент варьируется для различных силиконовые эластомеры. Доля каждой части должна быть скорректирована, когда принимается другой силиконового эластомера.
  2. Силиконового эластомера хорошо перемешать с планетарным смесителем центробежные.
    Примечание: Силиконового эластомера может храниться при низкой температуре продлить время его обработки.

2. Палата часть изготовление

  1. Spray смазочное средство для силиконового эластомера продуктов равномерно на поверхности плесень часть А и часть B.
  2. Сборки A и B частью пресс-формы для изготовления камеры. Держите оба конца плесень с зажимами для предотвращения утечки силиконового эластомера.
  3. Возьмите 5 мл силиконового эластомера с помощью шприца и вставляют его медленно отверстие пресс-формы для изготовления конце соединения (цилиндрические структуры на одном конце привода для соединения труб). Затем заполните всю форму с силиконового эластомера (рис. 2B).
    Примечание: Держать низкий расход потока и двигаться взад и вперед медленно, чтобы позволить силиконового эластомера введите крошечные структуры формы.
  4. Проколоть пузыри, которые образуют на поверхности с кончика иглы, до тех пор, пока есть не более видимые пузырьки (рис. 2C).
  5. Соскрести любой избыток силиконового эластомера с лезвие вдоль верхней поверхности плесень.
  6. Место плесень в духовке при 70 ° C до тех пор, пока лечится силиконового эластомера.
  7. Используйте шприц для введения силиконового эластомера в пузыри и отверстия, которые появляются на поверхности привода.
  8. Соскрести любой избыток силиконового эластомера на поверхности.
  9. Место плесень в духовке при 70 ° C до тех пор, пока лечится силиконового эластомера.

3. Базовая часть изготовление

  1. Спрей смазочное средство для изделия силиконовые эластомера равномерно на поверхности плесень части C.
  2. Залейте силиконового эластомера в части C плесень.
  3. Проколоть пузыри, которые образуют на поверхности с кончика иглы, до тех пор, пока есть нет больше пузырьков видны.
  4. Соскрести любой избыток силиконового эластомера с лезвие вдоль верхней поверхности плесень.
  5. Место плесень в духовке при 70 ° C до тех пор, пока лечится силиконового эластомера.

4. привод Ассамблеи

  1. Равномерно залейте слой силиконового эластомера, 1 мм в толщину, на одной стороне базовой части.
  2. Поместите часть камеры на базовой части. Используйте шприц для введения силиконового эластомера в пространство между часть камеры и базовой части (рис. 2D).
  3. Место привода в духовке при 70 ° C до тех пор, пока лечится силиконового эластомера.

5. Шланги подключения

  1. Кран 3-объемным-печатный привода трубки разъем согласиться что винт push-в мужской стад подходят пневматические установки.
  2. Используйте иглы для прокалывания конец связи привода вдоль осевой цилиндр. Увеличьте диаметр отверстия с стальной стержень, около 2 мм.
  3. Винт привода трубки разъем в привода (2 рисунокE).
  4. Вставьте секции труб в мужской стад подходят пневматические Быстроразьемное.

6. Проверка и ремонт утечки

  1. Подключите привод к источнику воздуха.
  2. Поместите весь привод в воде и давление привода (Рисунок 2F). Наблюдаем ли пузырьки образуются из-за утечки.
  3. Используйте шприц для вставки силиконового эластомера в точки утечки. Место привода в духовке при 70 ° C до тех пор, пока лечится силиконового эластомера.
  4. При необходимости повторите шаги 6.1-6.3.

Результаты

Один привод:
Чтобы проверить метод изготовления и продемонстрировать функции привода, 30°, 45° и 60° приводы были изготовлены и испытаны. Для настройки эксперимента воздушный насос работал для активации клапана. Клапан был подключен к приводу контролировать в...

Обсуждение

В статье представлен метод протокола для изготовления мягких пневмосети приводы с наклонной камеры. После протокола один привод может быть изготовлена самостоятельно в течение 3 ч. Ключевые шаги в протоколе могут быть резюмированы следующим образом. (i силиконового эластомера подгото?...

Раскрытие информации

Авторы не имеют ничего сообщать.

Благодарности

Эта работа была поддержана национальной фонд естественных наук Китая Грант 51622506 и науки и технологии Комиссии муниципалитета Шанхая под Грант 16JC1401000.

Материалы

NameCompanyCatalog NumberComments
Silicone elastomerWackerELASTOSIL M4601 A/BMaterial of the actuators
Syringe Shanghai Kindly Medical Instruments 10 mlUsed to inject silicone rubber into the hole of the mold for fabricating the connection end
Precision scaleShanghai HochoiceUTP-313Used to weigh the silicone rubber
Planetary centrifugal vacuum mixerTHINKYARE-310Used to mix the silicone rubber and defoam after mixing process
Release agentSmooth-onRelease 200Used for ease of demolding 
NeedleShanghai Kindly Medical Instruments Used for Piercing the bubbles form on the surface
Utility bladeM&G Chenguang StationeryASS91325Used for Scraping off excess silicone rubber along the upper surface of the mold 
Vacuum ovenNingbo SI InstrumentDZF-6050Used to reduce the cure time of the silicone rubber
Male stud push in fit pneumatic fittingZhe Jiang BLCH Pneumatic Science & TechnologyPC4-01Used to connect the tubing and the 3D-printed actuator tubing connector
TubingSMCTU0425Used for actuating the actuators
Vacuum pumpZhe Jiang BLCH Pneumatic Science & TechnologyUsed as the air source
Pressure valveZhe Jiang BLCH Pneumatic Science & TechnologyIR1000-01BGUsed for adjusting the input air pressure

Ссылки

  1. Rus, D., Tolley, M. T. Design, fabrication and control of soft robots. Nature. 521 (7553), 467-475 (2015).
  2. Ilievski, F., Mazzeo, A. D., Shepherd, R. F., Chen, X., Whitesides, G. M. Soft robotics for chemists. Angewandte Chemie International Edition. 50 (8), 1890-1895 (2011).
  3. Shepherd, R. F., et al. Multigait soft robot. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 108 (51), 20400-20403 (2011).
  4. Yap, H. K., et al. A fully fabric-based bidirectional soft robotic glove for assistance and rehabilitation of hand impaired patients. IEEE Robotics and Automation Letters. 2 (3), 1383-1390 (2017).
  5. Yang, Y., Chen, Y., Li, Y., Chen, M. Z. Q., Wei, Y. Bioinspired Robotic Fingers Based on Pneumatic Actuator and 3D Printing of Smart Material. Soft Robotics. 4 (2), 147-162 (2017).
  6. Gu, G. Y., Zhu, J., Zhu, L. M., Zhu, X. A survey on dielectric elastomer actuators for soft robots. Bioinspiration & Biomimetics. 12 (1), 011003 (2017).
  7. Holland, D. P., et al. The soft robotics toolkit: Strategies for overcoming obstacles to the wide dissemination of soft-robotic hardware. IEEE Robotics & Automation Magazine. 24 (1), 57-64 (2017).
  8. Galloway, K. C., et al. Soft Robotic Grippers for Biological Sampling on Deep Reefs. Soft Robotics. 3 (1), 23-33 (2016).
  9. Polygerinos, P., Wang, Z., Galloway, K. C., Wood, R. J., Walsh, C. J. Soft robotic glove for combined assistance and at-home rehabilitation. Robotics and Autonomous Systems. 73, 135-143 (2015).
  10. Tolley, M. T., et al. A Resilient, Untethered Soft Robot. Soft Robotics. 1 (3), 213-223 (2014).
  11. Ainla, A., Verma, M. S., Yang, D., Whitesides, G. M. Soft, Rotating Pneumatic Actuator. Soft Robotics. 4 (3), 297-304 (2017).
  12. Koizumi, Y., Shibata, M., Hirai, S. Rolling tensegrity driven by pneumatic soft actuators. 2012 IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA). , (2012).
  13. Connolly, F., Polygerinos, P., Walsh, C. J., Bertoldi, K. Mechanical Programming of Soft Actuators by Varying Fiber Angle. Soft Robotics. 2 (1), 26-32 (2015).
  14. Connolly, F., Walsh, C. J., Bertoldi, K. Automatic design of fiber-reinforced soft actuators for trajectory matching. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 114 (1), 51-56 (2017).
  15. Martinez, R. V., et al. Robotic tentacles with three-dimensional mobility based on flexible elastomers. Advanced Materials. 25 (2), 205-212 (2013).
  16. Polygerinos, P., et al. Modeling of Soft Fiber-Reinforced Bending Actuators. IEEE Transactions on Robotics. 31 (3), 778-789 (2015).
  17. Mosadegh, B., et al. Pneumatic Networks for Soft Robotics that Actuate Rapidly. Advanced Functional Materials. 24 (15), 2163-2170 (2014).
  18. Wang, T., Ge, L., Gu, G. Programmable design of soft pneu-net actuators with oblique chambers can generate coupled bending and twisting motions. Sensors and Actuators A: Physical. 271, 131-138 (2018).
  19. Marchese, A. D., Katzschmann, R. K., Rus, D. A Recipe for Soft Fluidic Elastomer Robots. Soft Robotics. 2 (1), 7-25 (2015).

Перепечатки и разрешения

Запросить разрешение на использование текста или рисунков этого JoVE статьи

Запросить разрешение

Смотреть дополнительные статьи

138

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Конфиденциальность

Условия эксплуатации

Политика

СВЯЖИТЕСЬ С НАМИ

РЕКОМЕНДОВАТЬ БИБЛИОТЕКЕ

НОВОСТИ JoVE

Исследования

Образование

АВТОРЫ

Библиотекарь

О JoVE

Авторские права © 2025 MyJoVE Corporation. Все права защищены