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

Detta arbete stöds av den nationella naturvetenskap Foundation i Kina under Grant 51622506 och vetenskap och teknik kommissionen i Shanghai kommun under Grant 16JC1401000.

Obs: Protokollet ger fabrication förfarandena i en mjuk pneumatiska nätverk ställdon. Innan förfarandet fabrication, en uppsättning formar och flera ställdon-slangar kopplingar, som är utformade med datorstödd konstruktion (CAD) programvara måste vara 3-D-tryckt i förväg. Formarna är visas i figur 1B.
1. silikon Elastomer förberedelse
<ol><li>Väg in 5 g av silikon elastomer del B och 45 g i del A [9:1 (a: b) viktdelar] i samma Skak...

<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>

Uppsatsen presenterar en metod-protokollet för att vägleda tillverkning av mjuka pneumatiska nätverk ställdon med sneda kammare. Efter protokollet, ett manöverdon kan fabriceras självständigt inom 3 h. De viktigaste stegen i protokollet kan sammanfattas enligt följande. a silikonelastomerer bereds i proportion och blandas väl. (ii) silikonelastomerer hälls i formen för tillverkning av den kammaren delen och den bas. (iii) bubblor på den exponerade ytan är genomborrad och eventuella överskjutande silikonelas...

Mjuka pneumatiska manöverdon (Spa) är mjuk enheter som kan aktiveras vid enkel inmatning av luft tryck1,2. De kan tillverkas med olika material, såsom silikon elastomerer3, tyger4, form-minne polymerer5och dielektrisk elastomerer6. Forskare har gynnats av sin natur kan efterlevnad, händiga rörelser och enkla fabrication metoder7, sådan att SPAs har blivit en av de mest lovande enheterna för mjuk robotik program8,9. SPAs kan förverkliga olika sofistikerade rörelser, såsom krypande10, rotation11, och rullande12 baserat på olika typer av deformation, inklusive förlängning, expanderande, böja och vrida13, 14. för att kunna göra olika typer av rörelser, SPAs är utformade i olika strukturer, såsom en linjär kropp med parallella kanaler15, en monolitisk kammare med fiber-förstärkningar16, och nätverk av upprepade sub chambers17. Bland dem, är spa med nätverk av upprepade sub kamrar, på mjuka pneumatiska nätverk-ställdonen, allmänt anställda eftersom de kan generera stora deformationer under en relativt låg input tryck. Dock i de flesta av de tidigare formgivningar, kan denna typ av manöverdon bara generera böjande rörelser i 2-D utrymme, vilket kraftigt begränsar deras applikationer.
En mjuk pneumatiska nätverk ställdon består av ett linjärt arrangerade grupp av kamrarna förbinds med en inre kanal. Varje kubikmeter kammare innehåller ett par motsatta väggar som är tunnare än det andra paret och producerar en dubbelsidig inflation i riktning vinkelrätt mot de tunnare väggarna. Ursprungligen, tunnare väggarna i kamrarna är vinkelrät mot den långa axeln av manöverdonet kroppen och blåsa upp tillsammans med den långa axeln. Dessa collinear uppblåstheten i kamrarna och icke-extensible basen leda till en integrerad ren böjning av manöverdonet. För att utforska ställdonets rörelse i 3D-rymden, är orienteringen av kamrarna inställd så att tunnare-sidoväggarna inte längre vinkelrätt mot den långa axeln av manöverdonet (figur 1A), vilket gör att inflationen riktning varje kammare förskjutning från axeln och bli inte collinear. Alla de parallella men inte-collinear inflations ändra förslaget till ställdonet till en kopplat böjning och vridning rörelse i 3-D utrymme18. Detta kopplat motion möjliggör manöverdonen mer flexibilitet och fingerkänsla och gör manöverdonen en lämplig kandidat för mer praktiska applikationer, såsom flexibla manipulatorer, biologiskt inspirerad robotar och medicintekniska produkter.
Detta protokoll visar metoden tillverkning av denna typ av mjuka pneumatiska nätverk ställdon med sneda kammare. Det omfattar utarbetandet av silikonelastomer, fabricera plenisalen och bas delar, Montera ställdonet, kopplar in slangen, kontrollera efter läckor och, om nödvändigt, reparera ställdonet. Det kan också användas för att fabricera normala mjuka pneumatiska nätverk ställdon och andra mjuka ställdon som kan produceras med några enkla ändringar till metoden gjutning. Vi tillhandahåller detaljerade steg för att fabricera en mjuk pneumatiskt manöverdon med 30° sneda kammare. För olika applikationer, kan ställdon med olika kammare vinklar fabriceras enligt samma protokoll. Bortsett från det, kan manöverdonen kombineras för att bilda ett flera ställdon system för olika krav.

<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

Mjuka pneumatiska nätverk ställdon har blivit en av de mest lovande aktivering-enheterna i mjuk robotics som gynnas av sin stora böjande deformation och låg input. Men håller deras monotona böjande rörelse form i tvådimensionell (2D) rymden dem borta från breda tillämpningar. Detta papper presenterar en detaljerad fabrication metod av mjuka pneumatiska nätverk ställdon med sneda chambers, att utforska deras rörelser i tredimensionella (3D) utrymme. Utformningen av sneda kamrarna gör ställdon med avstämbara tillsammans böjning och vridning kapacitet, vilket ger dem möjlighet att flytta skickligt i flexibla manipulatorer, att bli biologiskt inspirerad robotar och medicintekniska produkter. Tillverkningsprocessen är baserad på metoden gjutning, inklusive silikon elastomer förberedelse, kammare och base delar fabrication, ställdonet, slangkopplingarna, kontroller för läckor och ställdon reparation. Metoden tillverkning garanterar snabb tillverkning av en serie av ställdon med endast ett fåtal ändringar i formarna. Testresultaten visar den höga kvaliteten på manöverdonen och deras framstående böjning och vridning av kapacitet. Experiment av griparen Visa fördelarna med utvecklingen i anpassning till objekt med olika diametrar och tillhandahålla tillräcklig friktion.

Enda ställdon: För att verifiera metoden fabrication och demonstrera funktionen av ställdon, 30°, 45° och 60° var ställdon fabricerade och testade. För experiment set-up anställdes en luftpump för att aktivera ventilen. Ventilen var ansluten till ställdonet att styra det inre trycket. Enda ställdonet var fast vid dess anslutning slut och placerade vertikalt. Medan ställdonet var att vara trycksatt, användes två digitalkameror att fånga sina positioner f...

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

Här presenterar vi en fabrication metod av mjuka pneumatiska nätverk ställdon med sneda kammare. Manöverdonen är kan generera kopplade böjning och vridning rörelser, som breddar deras tillämpning i mjuk robotics.

Tillverkning av mjuka pneumatiska nätverk ställdon med sneda 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

Tillverkning av låg temperatur Nanorör Vertikala Kopplingar Kompatibel med Semiconductor Technology

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

Tillverkningsprocessen av silikon-baserade dielektriska Elastomer ställdon

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

Indirekt Tillverkning av Lattice metaller med tunna sektioner Använda centrifugalgjutning

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

En Fabrication Metod för Highly sträck ledare med Silver Nanotrådar

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

Fritt formulerade Ljus Ställdon - Fabrication och kontroll av aktivering i mikroskopisk skala

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

Tillverkning av White Light-emitting elektrokemiska celler med stabil Emission från 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

Experimentell genomförandet av en ny komposit Fabrication metod: utsätta Bare fibrer på sammansatta ytan av metoden mjuka lager

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

Tillverkning av ultra-tunn färg filmer med mycket absorberande medier med sned vinkel nedfall

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

En mjuk Tooling processkedjan för formsprutning till en 3D komponent med Micro pelare

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

Tillverkning av Mikroskop fas för vertikal observation med temperaturkontroll funktion

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