Yazarlar
Bize Ulaşın

Oturum Aç

Bu içeriği görüntülemek için JoVE aboneliği gereklidir. Oturum açın veya ücretsiz deneme sürümünü başlatın.

Bu Makalede

  • Özet
  • Özet
  • Giriş
  • Protokol
  • Sonuçlar
  • Tartışmalar
  • Açıklamalar
  • Teşekkürler
  • Malzemeler
  • Referanslar
  • Yeniden Basımlar ve İzinler

Özet

Burada yumuşak Pnömatik ağ aktüatörler imalat yöntemi ile eğik odaları mevcut. Aktüatörler eşleşmiş bükme ve hareketleri, büküm üretme yeteneğine sahip olan yumuşak robotik uygulama onların genişletiyor.

Özet

Yumuşak Pnömatik ağ aktüatörler yumuşak robotik en umut verici çalıştırma cihazların hangi yarar--dan onların büyük bükme deformasyon ve düşük giriş haline gelmiştir. Ancak, monoton kendi iki boyutlu (2B) uzay ve hareket formunda bükme onları geniş uygulamalar uzak tutuyor. Bu kağıt ile üç boyutlu (3-D) uzayda kendi hareketleri keşfetmek için eğik chambers, yumuşak Pnömatik ağ aktüatörler Detaylı imalat yöntemi sunar. Eğik odaları tasarım aktüatörler akort ile bükme ve yetenekleri, büküm onlara ustalıkla biyolojik ilham robotlar ve tıbbi cihazlar olmak için esnek manipülatörler içinde hareket imkanı veren birleştiğinde sağlar. İmalat süreci kontrol sızıntıları ve aktüatör onarım için silikon elastomer hazırlık, odası ve temel parçaları imalatı, aktüatör derleme, boru bağlantıları da dahil olmak üzere döküm yöntemi temel alır. İmalat yöntemi aktüatörler kalıpları içinde sadece bir kaç değişiklik ile bir dizi hızlı üretim garanti eder. Test sonuçları aktüatörler önemli bükme ve yetenekleri büküm yüksek kalitesini gösteriyor. Kıskacı deneyler nesneleri farklı çaplarda uyum ve yeterli sürtünme sağlayan geliştirme avantajları göstermektedir.

Giriş

Yumuşak Pnömatik Aktüatörler (kaplıcalar) hava basıncı1,2basit giriş tarafından tahrik yumuşak aygıtlardır. Onlar silikon elastomer3, kumaşlar4, şekil-bellek polimerler5ve dielektrik elastomerler6gibi farklı malzemeler ile sahte olduğu. Öyle ki kaplıcalar yumuşak robotik uygulamaları8,9için en umut verici cihazlar haline gelmiştir araştırmacılar uyum, hünerli hareketleri ve basit imalat yöntemleri7, onların doğadan yararlandı. Kaplıcalar10, Rotasyon11, sürünen ve deformasyon, genişletme, genişleyen, bükme ve13, büküm gibi çeşitli türlerine göre12 haddeleme gibi çeşitli sofistike hareketleri fark edebilirsiniz 14. farklı hareketleri yapabilmek için kaplıcalar paralel kanalları15, elyaf takviye16, yekpare bir odası ile doğrusal bir vücut gibi farklı yapılarda tasarlanmıştır ve ağların tekrarladı alt odaları17. Onlar nispeten düşük giriş basıncı altında büyük deformasyonlar oluşturabilir çünkü bunlar arasında yaygın olarak yinelenen alt odalarının, yumuşak Pnömatik ağ Çalıştırıcılar, ağları ile kaplıcalar istihdam edilmektedir. Ancak, önceki tasarımları çoğunda, aktüatörler bu tür yalnızca 2-B alanı olan büyük ölçüde onların uygulamaları sınırlar bükme hareketleri oluşturabilir.

Yumuşak Pnömatik ağ aktüatör chambers tarafından bir iç kanal bağlı doğrusal olarak düzenlenmiş bir grubundan oluşur. Küp her odası diğer çifti ince olan karşıt duvarlar çifti içerir ve daha ince duvarlar dik yönde iki taraflı enflasyon üretir. Aslında, odaları ince duvarları aktüatör vücut uzun eksenine dik ve uzun ekseni ile birlikte şişirmek. Bu collinear inflations odaları ve Genişletilebilir Bankası aktüatör bir ayrılmaz saf bükme için yol. Tiner-yan duvarlar artık her odası enflasyon yönünü sağlayan uzun ekseninin aktüatör (Şekil 1A), için dikey böylece aktüatör'ın hareket 3 boyutlu uzayda keşfetmek için Odalar yönünü ayarlanmıştır eksenden ofset ve collinear dönüşmemesi için. Tüm paralel ama değil collinear inflations aktüatör hareket içine bir eşleşmiş bükme ve 3-b alan18' hareket büküm değiştirin. Eşleşmiş bu hareket çalıştırıcılar daha fazla esneklik ve el becerisi sağlar ve aktüatörler esnek manipülatörler, biyolojik olarak ilham robotlar ve tıbbi cihazlar gibi daha pratik uygulamalar için uygun bir aday yapar.

Bu iletişim kuralı imalat yöntemi yumuşak Pnömatik ağ aktüatörler eğik chambers ile bu tür gösterilir. Hazırlama odası ve temel parçaları, aktüatör montaj, Tüp bağlama, kaçakları kontrol ve, gerekirse, aktüatör onarım imalatı silikon elastomer içerir. Normal yumuşak Pnömatik ağ erişim düzenekleri ve bazı basit değişiklikler kalıplama yöntemi ile üretilen diğer yumuşak aktüatörler imal etmek de kullanılabilir. Biz 30 ° eğik chambers ile yumuşak bir pnömatik aktüatör imal ayrıntılı adımları sağlar. Farklı uygulamalar için farklı odası açıları ile aktüatörler aynı protokole göre sahte olduğu. Bunun dışında çeşitli talepleri için çoklu erişim düzeneği sistem oluşturmak üzere aktüatörler kombine edilebilir.

Protokol

Not: Protokol yumuşak Pnömatik ağ aktüatör imalat yordamlar sağlar. Üretim yordamı, kalıpları kümesi ve birkaç aktüatör-boru konektörleri önce hangi ile bilgisayar destekli tasarım (CAD) yazılımıyla önceden 3 3-d basılmış olması gerekir tasarlanmıştır. Kalıpları Şekil 1' deBgösterilir.

1. silikon Elastomer hazırlık

  1. 5 g silikon elastomer Bölüm B ve 45 g, Bölüm A [9:1 (A:B) bölümleri tarafından ağırlık] aynı karıştırma kapta (Şekil 2A) tartmak. Bir şırınga her bölümü oranlarda doğru olduğundan emin olmak için kullanın.
    Not: Farklı silikon elastomer için karıştırma oranı değişir. Ne zaman başka bir silikon elastomer evlat edinmek her bölümü oranda ayarlanmalıdır.
  2. Silikon elastomer de gezegen santrifüj mikser ile karıştırın.
    Not: Silikon elastomer onun işleme süresini uzatmak için bir düşük sıcaklıkta saklanan olabilir.

2. deniz ticaret odası bölümü imalat

  1. Kalıp yayın aracının silikon elastomer ürünler için eşit olarak kalıp Bölüm A ve kısım B. yüzeylerde sprey
  2. Bölüm A ve B parçası kalıp bir odası imalatı için bir araya getirin. Her iki ucunda da kalıp silikon elastomer kaçağı önlemek için klipleri ile tutun.
  3. 5 mL silikon elastomer de bir şırınga al ve yavaş yavaş bağlantı sonuna (tüp bağlamak için harekete geçirici bir ucundaki silindirik yapısı) imalatı için kalıp delik içine enjekte etmek. Daha sonra tüm kalıp silikon elastomer (Şekil 2B) ile doldurun.
    Not: düşük akış hızı tutmak ve ileri geri ve yavaş yavaş, kalıp küçük yapıların girin silikon elastomer izin gider.
  4. Daha fazla hava kabarcığı yok görünür (Şekil 2C) kadar bir iğne ucu ile yüzeyi oluşturan baloncuklar işlemek.
  5. Kalıp üst yüzeyi boyunca bir bıçak ile herhangi bir fazla silikon elastomer kazımak.
  6. Silikon elastomer tedavi kadar 70 ° C fırında kalıp koyun.
  7. Bir şırınga silikon elastomer kabarcıklar ve aktüatör yüzeyinde görünür delik içine enjekte etmek için kullanın.
  8. Herhangi bir fazla silikon elastomer yüzeyi kapalı kazımak.
  9. Silikon elastomer tedavi kadar 70 ° C fırında kalıp koyun.

3. taban parçası imalatı

  1. Kalıp yayın aracının silikon elastomer ürünler için eşit olarak kalıp parçası C. yüzeyinde sprey
  2. Silikon elastomer kalıp parçası C dökün.
  3. Kadar daha fazla hava kabarcığı yok görünür, bir iğne ucu ile yüzeyi oluşturan baloncuklar işlemek.
  4. Kalıp üst yüzeyi boyunca bir bıçak ile herhangi bir fazla silikon elastomer kazımak.
  5. Silikon elastomer tedavi kadar 70 ° C fırında kalıp koyun.

4. aktüatör derleme

  1. Eşit olarak silikon elastomer, 1 mm kalınlıkta, tabakası taban parçası bir yüzünde dökün.
  2. Odası bölümü taban parçası koyun. Bir şırınga silikon elastomer odası ve temel bölümlerini (Şekil 2D) arasındaki boşluğa enjekte etmek için kullanın.
  3. Silikon elastomer tedavi kadar 70 ° C fırında aktüatör koyun.

5. boru bağlantı

  1. Pnömatik montaj vida bir erkek damızlık itmek-in uygun kabul etmek için 3 3-d baskılı aktüatör-boru bağlayıcı dokunun.
  2. Aktüatör silindir Merkez boyunca bağlantı sonu delmek için bir iğne kullanın. Yaklaşık 2 mm çelik bir çubuk ile delik çapi artırın.
  3. Aktüatör-boru bağlayıcı aktüatör (Şekil 2E) canı cehenneme.
  4. Tüp bir bölümünü erkek damızlık soketli uygun pnömatik montaj içine itin.

6. onay ve Onar sızıntı

  1. Aktüatör bir hava kaynağına bağlanın.
  2. Bütün aktüatör suya yerleştirin ve aktüatör (Şekil 2F) baskı yapmak. Baloncuklar bir sızıntı nedeniyle oluşur olup olmadığını gözlemlemek.
  3. Bir şırınga silikon elastomer sızıntı noktaları içine enjekte etmek için kullanın. Silikon elastomer tedavi kadar 70 ° C fırında aktüatör koyun.
  4. 6.1-6,3 gerekirse yineleyin.

Sonuçlar

Tek aktüatör:
İmalat yöntemi doğrulamak ve çalıştırıcı, 30 °, 45 ° ile 60 ° işlevini göstermek için aktüatörler fabrikasyon ve test. Deneme kurulumu için bir hava pompası Vana etkinleştirmek için istihdam edildi. Vana aktüatör için iç basınç kontrol etmek için bağlı. Tek aktüatör onun bağlantı sonunda sabit ve dikey olarak yerleştirilmiş. Aktüatör basınç altında iken, iki dijital fotoğraf makinesi kendi pozisyonları farklı ...

Tartışmalar

Kağıdın yumuşak Pnömatik ağ aktüatörler eğik chambers ile imalatı rehberlik için bir yöntemi protokol sunar. Protokolü bir aktüatör içinde bağımsız olarak 3 h sahte olduğu. Protokol önemli adımlar aşağıdaki gibi özetlenebilir. (i silikon elastomer orantılı olarak hazırlanır ve de karışık. (ii) silikon elastomer odası bölümü ve taban parçası imalatı için kalıp içine dökülür. (iii) maruz yüzeyi baloncuklar deldi ve herhangi bir fazla silikon elastomer maruz yüzeyi kapalı al?...

Açıklamalar

Yazarlar ifşa gerek yok.

Teşekkürler

Bu eser Ulusal Doğa Bilimleri Vakfı Çin altında hibe 51622506 ve bilim ve Teknoloji Komisyonu, Shanghai Belediyesi Grant 16JC1401000 altında tarafından desteklenmiştir.

Malzemeler

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

Referanslar

  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).

Yeniden Basımlar ve İzinler

Bu JoVE makalesinin metnini veya resimlerini yeniden kullanma izni talebi

Izin talebi

Daha Fazla Makale Keşfet

M hendisliksay 138yumu ak robotikpn matik a eri im d zeneklerie ik chambersharekethareketk v rma b kme birle ti inde hareketyumu ak tutma

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Gizlilik

Kullanım Şartları

İlkeler

Bize Ulaşın

KÜTÜPHANEYE TAVSİYE ET

JoVE HABER BÜLTENLERİ

Araştırma

Eğitim

Yazarlar

Kütüphaneciler

JoVE Hakkında

Telif Hakkı © 2020 MyJove Corporation. Tüm hakları saklıdır