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

Questo lavoro è stato supportato dalla Fondazione della Cina nazionale di scienze naturali sotto Grant 51622506 e la scienza e tecnologia della Commissione della municipalità di Shanghai sotto Grant 16JC1401000.

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
<ol><li>Pesare 5 g di parte in elastomero d...

<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>

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...

Attuatori pneumatici morbidi (ZPS) sono dispositivi morbidi che possono essere attivati anche dal semplice input di aria pressione1,2. 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 morbido8,9. Centri termali in grado di realizzare vari movimenti sofisticati, come strisciante10, rotazione11e12 basato su vari tipi di deformazione, compresi tavolo allungabile, espandendo, flessione e torsione13, 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.

<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

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.

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...

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Fabrication of Soft Pneumatic Network Actuators with Oblique Chambers

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.

Fabbricazione di morbida rete pneumatica attuatori con obliquo Chambers

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