Name: fabrication of soft pneumatic network actuators with oblique chambers
Uploaded: 2018-08-17T14:30:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Fabrication of Soft Pneumatic Network Actuators with Oblique Chambers at JoVE.com

Dit werk werd gesteund door de nationale Natural Science Foundation van China onder Grant 51622506 en de wetenschap en technologie Commissie van Shanghai gemeente onder Grant 16JC1401000.

Opmerking: Het protocol biedt de procedures van de fabricage van een netwerk van zachte pneumatische actuator. Vóór de fabricage-procedure, een aantal mallen en verschillende actuator-buis connectoren, die zijn ontworpen met computer-aided design (CAD)-software moet 3-d-3-d-afgedrukt op voorhand. De mallen worden weergegeven in Figuur 1B.
1. silicone-elastomeer voorbereiding
<ol><li>Weeg 5 g van silicone-elastomeer deel B en 45 g van deel A [9...

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

Het papier presenteert een protocol van de methode om de fabricage van zachte pneumatische netwerk actuators met schuine kamers. Naar aanleiding van het protocol, kan een actuator onafhankelijk binnen 3 uur worden vervaardigd. De belangrijkste stappen in het protocol kunnen als volgt worden samengevat. (i) de silicone-elastomeer is voorbereid in verhouding en goed gemengd. (ii) de silicone-elastomeer is gegoten in de mal voor de fabricage van de kamer deel en het basisartikel. (iii) de bubbels op het blootgestelde opperv...

Zachte pneumatische aandrijvingen (SBZ's) zijn zachte apparaten die kunnen worden bediend door de eenvoudige invoer van lucht druk1,2. Ze kunnen worden vervaardigd met diverse materialen, zoals silicone-elastomeren3, stoffen4, vorm-geheugen polymeren5en diëlektrische elastomeren6. Onderzoekers hebben geprofiteerd van hun aard van naleving, vingervlugge bewegingen en eenvoudige fabricage methoden7, zodanig dat SPAs uitgegroeid tot een van de meest veelbelovende middelen voor zachte robotica toepassingen8,9. Kuuroorden kunnen realiseren verschillende geavanceerde bewegingen, zoals10, rotatie11, kruipen en doorlopende12 op basis van verschillende soorten vervorming, met inbegrip van de uitbreiding, de uitbreiding, buigen en draaien van13, 14. om te kunnen maken van verschillende soorten bewegingen, kuuroorden zijn ontworpen in verschillende structuren, zoals een lineaire lichaam met parallelle kanalen15, een monolithische kamer met vezel-versterkingen16, en netwerken van herhaald sub kamers17. Onder hen, zijn de kuuroorden met netwerken van herhaalde sub chambers, de zachte pneumatische netwerk actuators, wijd werkzaam omdat ze grote vervormingen onder een relatief lage input druk kunnen genereren. Echter in de meeste van de vorige ontwerpen, kan dit type van aandrijvingen alleen genereren buigende bewegingen in 2D-ruimte, die sterk hun toepassingen beperkt.
Een netwerk van zachte pneumatische actuator bestaat uit een lineair gerangschikt aantal kamers verbonden door een interne kanaal. Elke kubieke kamer bevat een paar van tegenovergestelde muren die dunner dan de andere paar zijn en produceert een twee-zijdige inflatie in de richting loodrecht op de muren dunner. Oorspronkelijk, de dunnere muren van de kamers staan loodrecht op de lengteas van het lichaam van de bedieningssleutel en blazen samen met de lengteas. Deze collineaire inflaties in de kamers en de niet-verlengbare basis leiden tot een integraal puur buigen van de bedieningssleutel. Verkennen van de bedieningssleutel beweging in de 3D-ruimte, is de oriëntatie van de kamers afgestemd, zodat de dunnere-zijwanden zijn niet langer loodrecht op de lengteas van de bedieningssleutel (Figuur 1A), waarmee de inflatie richting van elke kamer verschoven ten opzichte van de as en niet collineaire geworden. De beweging van de bedieningssleutel wijzigen alle de parallelle maar niet-collineaire inflaties in een gekoppelde buigen en draaien van beweging in de 3D-ruimte18. Deze gekoppelde motie de actuatoren in staat stelt meer soepelheid en vingergevoeligheid en maakt de actuatoren een geschikte kandidaat voor meer praktische toepassingen, zoals flexibele manipulatoren, biologisch geïnspireerde robots en medische hulpmiddelen.
Dit protocol wordt aangegeven welke methode van de fabricage van dit soort zachte pneumatische netwerk actuators met schuine kamers. Het omvat de silicone-elastomeer, fabriceren van de kamer en de basis onderdelen, montage van de bedieningssleutel, aansluiten van de buis controleren op lekkage en, indien nodig, herstellen de bedieningssleutel voorbereiden. Het kan ook worden gebruikt om fabriceren van normale netwerk voor zachte pneumatische aandrijvingen en andere zachte actuatoren die kunnen worden geproduceerd met enkele eenvoudige aanpassingen aan de methode molding. Wij bieden gedetailleerde stappen om een zachte pneumatische actuator met 30° schuin chambers. Voor verschillende toepassingen, kunnen actuators met verschillende kamer hoeken worden vervaardigd volgens hetzelfde protocol. Afgezien van dat, kunnen de actuatoren worden gecombineerd tot een multi actuator systeem voor verschillende eisen.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style="width:796px;" width="794">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:207px;">Silicone elastomer</td>
			<td style="width:168px;">Wacker</td>
			<td style="width:135px;">ELASTOSIL M4601 A/B</td>
			<td style="width:287px;">Material of the actuators</td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:207px;">Syringe&#160;</td>
			<td style="width:168px;">Shanghai Kindly Medical Instruments&#160;</td>
			<td style="width:135px;">10 ml</td>
			<td style="width:287px;">Used to inject silicone rubber into the hole of the mold for fabricating the connection end</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:207px;">Precision scale</td>
			<td style="width:168px;">Shanghai Hochoice</td>
			<td style="width:135px;">UTP-313</td>
			<td style="width:287px;">Used to weigh the silicone rubber</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:207px;">Planetary centrifugal vacuum mixer</td>
			<td style="width:168px;">THINKY</td>
			<td style="width:135px;">ARE-310</td>
			<td style="width:287px;">Used to mix the silicone rubber and defoam after mixing process</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:207px;">Release agent</td>
			<td style="width:168px;">Smooth-on</td>
			<td style="width:135px;">Release 200</td>
			<td style="width:287px;">Used for ease of demolding&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:207px;">Needle</td>
			<td style="width:168px;">Shanghai Kindly Medical Instruments&#160;</td>
			<td style="width:135px;"></td>
			<td style="width:287px;">Used for Piercing the bubbles form on the surface</td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:207px;">Utility blade</td>
			<td style="width:168px;">M&#38;G Chenguang Stationery</td>
			<td style="width:135px;">ASS91325</td>
			<td style="width:287px;">Used for Scraping off excess silicone rubber along the upper surface of the mold&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:207px;">Vacuum oven</td>
			<td style="width:168px;">Ningbo SI Instrument</td>
			<td style="width:135px;">DZF-6050</td>
			<td style="width:287px;">Used to reduce the cure time of the silicone rubber</td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:207px;">Male stud push in fit pneumatic fitting</td>
			<td style="width:168px;">Zhe Jiang BLCH Pneumatic Science &#38; Technology</td>
			<td style="width:135px;">PC4-01</td>
			<td style="width:287px;">Used to connect the tubing and the 3D-printed actuator tubing connector</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:207px;">Tubing</td>
			<td style="width:168px;">SMC</td>
			<td style="width:135px;">TU0425</td>
			<td style="width:287px;">Used for actuating the actuators</td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:207px;">Vacuum pump</td>
			<td style="width:168px;">Zhe Jiang BLCH Pneumatic Science &#38; Technology</td>
			<td style="width:135px;"></td>
			<td style="width:287px;">Used as the air source</td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:207px;">Pressure valve</td>
			<td style="width:168px;">Zhe Jiang BLCH Pneumatic Science &#38; Technology</td>
			<td style="width:135px;">IR1000-01BG</td>
			<td style="width:287px;">Used for adjusting the input air pressure</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

fabrication of soft pneumatic network actuators with oblique chambers

Zachte pneumatische netwerk actuatoren uitgegroeid tot een van de meest veelbelovende bediening apparaten in zachte robotica ten gunste van hun grote buigende vervorming en lage inzet. Echter houdt hun monotone buigende beweging vorm in tweedimensionale (2D) ruimte ze uit de buurt van brede toepassingen. Dit document stelt een gedetailleerde fabricage methode van zachte pneumatische netwerk actuatoren met schuine chambers, hun bewegingen in de driedimensionale (3-D) ruimte verkennen. Het ontwerp van schuine kamers kunt actuators met afstembare buigen en draaien van vermogens, die geeft hen de mogelijkheid om naar viel in flexibele manipulatoren, biologisch geïnspireerde robots en medische hulpmiddelen worden gekoppeld. Het fabricageproces is gebaseerd op de methode van de molding, met inbegrip van de silicone-elastomeer voorbereiding, kamer en base delen fabricage actuator vergadering, slang verbindingen, controle op lekken, en actuator reparatie. De fabricage methode garandeert de snelle productie van een serie actuators met slechts een paar wijzigingen in de mallen. De testresultaten tonen de hoge kwaliteit van de aandrijvingen hun prominente buigen en draaien van de mogelijkheden. Experimenten van de grijper tonen de voordelen van de ontwikkeling bij de aanpassing aan de objecten met verschillende diameters en voldoende wrijving.

Enkele Actuator: Om te controleren of de fabricage methode en demonstreren van de functie van de bedieningssleutel, 30°, 45° en 60° werden actuatoren vervaardigd en getest. Voor de opbouw van het experiment, was een luchtpomp werkzaam te activeren van de klep. De klep was aangesloten op de bedieningssleutel om de interne druk regelen. De één bedieningssleutel was vastgesteld op het einde van de verbinding en verticaal geplaatst. Terwijl de bedieningssleutel was wo...

Watch this Scientific Journal Video about Fabrication of Soft Pneumatic Network Actuators with Oblique Chambers at JoVE.com

Fabrication of Soft Pneumatic Network Actuators with Oblique Chambers

Hier presenteren we een methode van de fabricage van zachte pneumatische netwerk actuatoren met schuine chambers. De aandrijvers zijn geschikt voor het genereren van gekoppelde buigen en verdraaien bewegingen, die hun toepassing in zachte robotica verbreedt.

Fabricage van zachte pneumatische netwerk Actuators met schuine Chambers

Soft pneumatic network actuators have become one of the most promising actuation devices in soft robotics which benefits from their large bending ...

Research

JoVE Journal

Engineering

Fabrication of Low Temperature Carbon Nanotube Vertical Interconnects Compatible with Semiconductor Technology

Fabricage van Low Temperature koolstof nanobuis Verticale Verbindingen Compatibel met halfgeleidertechnologie

We demonstrate a method for the low temperature growth (350 &#176;C) of vertically-aligned carbon nanotubes (CNT) bundles on electrically conductive ...

Fabrication Process of Silicone-based Dielectric Elastomer Actuators

Fabricageproces van siliconen gebaseerde diëlektrische Elastomer Actuators

This contribution demonstrates the fabrication process of dielectric elastomer transducers (DETs). DETs are stretchable capacitors consisting of an ...

Indirect Fabrication of Lattice Metals with Thin Sections Using Centrifugal Casting

Indirecte Fabrication van Lattice Metals met slijpplaatjes behulp Centrifugal Casting

One of the typical methods to manufacture 3D lattice metals is the direct-metal additive manufacturing (AM) process such as Selective Laser Melting (SLM) ...

A Fabrication Method for Highly Stretchable Conductors with Silver Nanowires

Een Fabrication Methode voor Zeer rekbaar Dirigenten met Zilveren Nanodraden

Stretchable electronics are identified as a key technology for electronic applications in the next generation. One of the challenges in fabrication of ...

Free-form Light Actuators &#8212; Fabrication and Control of Actuation in Microscopic Scale

Free-form Light Actuators ÃƒÂ¢Ã¢â€šÂ¬Ã¢â‚¬Â Fabrication and Control of Actuation in Microscopic Scale

Free-form Light Actuators - Fabricage en Controle van de Aandrijving in microscopische schaal

Liquid crystalline elastomers (LCEs) are smart materials capable of reversible shape-change in response to external stimuli, and have attracted ...

Fabrication of White Light-emitting Electrochemical Cells with Stable Emission from Exciplexes

Fabricage van White Light-emitting elektrochemische cellen met Stable Emissie van Exciplexes

The authors present an approach for fabricating stable white light emission from polymer light-emitting electrochemical cells (PLECs) having an active ...

Experimental Implementation of a New Composite Fabrication Method: Exposing Bare Fibers on the Composite Surface by the Soft Layer Method

Experimentele implementatie van een nieuwe methode van de samengestelde Fabrication: bloot blote vezels op het samengestelde oppervlak door de zachte laag-methode

The bipolar plate is a key component in proton exchange membrane fuel cells (PEMFCs) and vanadium redox flow batteries (VRFBs). It is a multi-functional ...

Fabrication of Ultra-thin Color Films with Highly Absorbing Media Using Oblique Angle Deposition

Fabricage van Films van de ultra-dunne kleur met zeer absorberen van Media met behulp van schuine hoek depositie

Ultra-thin film structures have been studied extensively for use as optical coatings, but performance and fabrication challenges remain.&#160; We present ...

A Soft Tooling Process Chain for Injection Molding of a 3D Component with Micro Pillars

Een zachte Tooling Process Chain voor spuitgieten van een 3D-Component met Micro pijlers

The purpose of this paper is to present the method of a soft tooling process chain employing Additive Manufacturing (AM) for fabrication of injection ...

Fabrication of Microscope Stage for Vertical Observation with Temperature Control Function

Fabricage van de Microscoop fase voor verticale observatie met temperatuur regelfunctie

Samples are usually placed onto a horizontal microscope stage for microscopic observation. However, to observe the influence of gravity on a sample or ...