نقدم هنا طريقة تصنيع المحركات الناعمة شبكة تعمل بالهواء المضغوط مع الدوائر المائلة. المشغلات قادرة على توليد يزوج الانحناء والتواء في الطلبات، الذي يوسع نطاق تطبيقها في الروبوتات الناعمة.
يتطلب اشتراك JoVE لعرض هذا المحتوى. تسجيل الدخول أو ابدأ نسخة تجريبية مجانية
مقالة منهجية
تصنيع المحركات الناعمة شبكة تعمل بالهواء المضغوط مع الدوائر المائلة
* These authors contributed equally
في هذه المقالة
ملخص
الملخص
مشغلات الشبكة الهوائية لينة أصبحت أحد الأجهزة يشتغل الواعدة أكثر من غيرها في الروبوتات الناعمة الذي يستفيد من تشوه الانحناء كبير وانخفاض المدخلات. ومع ذلك، شكلها حركة الانحناء رتابة في ثنائي الأبعاد (2-d) الفضاء يبقيهم بعيداً عن تطبيقات واسعة. وتعرض هذه الورقة أسلوب تصنيع مفصلة لمشغلات الشبكة الهوائية لينة مع الدوائر المائلة، لاستكشاف تلك الاقتراحات في الفضاء ثلاثي الأبعاد (ثلاثي الأبعاد). يمكن تصميم الدوائر المائلة المشغلات مع الانضباطي إلى جانب الانحناء والتواء القدرات، مما يعطيها إمكانية تحريك براعة في المتلاعبين مرنة، لتصبح الروبوتات مستوحاة من الناحية البيولوجية والأجهزة الطبية. عملية تصنيع يستند إلى أسلوب صب، بما في ذلك سيليكون الاستومر إعداد والدائرة وقاعدة تصنيع أجزاء، الجمعية صمام، وصلات الأنابيب، يتحقق من التسربات، وإصلاح المحرك. طريقة تصنيع يضمن التصنيع السريع من سلسلة من المحركات مع سوى عدد قليل من التعديلات في القوالب. وتظهر نتائج الاختبار عالية الجودة المحركات وبارزة الانحناء والتواء قدرات. تجارب القابض إظهار مزايا التنمية في التكيف مع الكائنات ذات أقطار مختلفة وتوفير الاحتكاك الكافي.
المقدمة
المحركات الهوائية الناعمة (المنتجعات) هي لينة من الأجهزة التي يمكن أن تكون دفعتها بمساهمة بسيطة من الضغط الجوي1،2. أنها يمكن أن تكون ملفقة مع مواد متنوعة، مثل اللدائن السيليكون3والأقمشة4، البوليمرات الذاكرة الشكل5واللدائن العازلة للكهرباء6. الباحثون استفادت من طبيعتها الامتثال والالتماسات حاذق و أساليب التصنيع بسيطة7، مثل أن المنتجعات الصحية أصبحت واحدة من الأجهزة الأكثر تبشيرا بالنجاح لتطبيقات الروبوتات ناعمة8،9. المنتجعات الصحية يمكن أن ندرك مختلف الطلبات المتطورة، مثل الزاحف10،11من التناوب، والمتداول12 استناداً إلى أنواع مختلفة من التشوه، بما في ذلك تمديد وتوسيع نطاق والانحناء والتواء13، 14-أن تكون قادرة على تقديم أنواع مختلفة من الطلبات، مصممة المنتجعات هياكل مختلفة، مثل هيئة خطي مع قنوات موازية15، دائرة متجانسة مع16من الألياف-تعزيزات، وشبكات لتكرار 17من الدوائر الفرعية. فيما بينها، هي المنتجعات مع شبكات الدوائر الفرعية المتكررة، المحركات الناعمة شبكة تعمل بالهواء المضغوط، تستخدم على نطاق واسع نظراً لأنها يمكن أن تولد تشوهات كبيرة تحت ضغط إدخال منخفضة نسبيا. بيد في معظم التصاميم السابقة، يمكن توليد هذا النوع من المحركات فقط الطلبات الانحناء في الفضاء ثنائي الأبعاد، مما يحد كثيرا من التطبيقات الخاصة بهم.
صمام لينة شبكة تعمل بالهواء المضغوط يتكون من مجموعة مرتبة خطيا الدوائر متصلة بواسطة قناة داخلية. كل دائرة مكعب يحتوي على زوج من الجدران المتقابلة التي أرق من الزوج الأخرى وينتج تضخم الوجهين باتجاه عمودي على الجدران أرق. أصلاً، أرق جدران الدوائر متعامدة على محور طويل من جسم المحرك وتضخيم جنبا إلى جنب مع المحور الطويل. هذه تضخم تربطها علاقة خطية متداخلة في الدوائر والقاعدة غير القابل للإلحاق، وتؤدي إلى الانحناء نقية لا يتجزأ من صمام. لاستكشاف الحركة للمحرك في الفضاء ثلاثي الأبعاد، يتم ضبطها التوجه للدوائر حتى أن لم تعد الجدران الجانبية أرق عمودي على محور طويل للمحرك (الشكل 1أ)، التي تمكن باتجاه التضخم كل دائرة لإزاحة من المحور وتصبح لا تربطها علاقة خطية متداخلة. تغيير جميع تضخم موازية ولكن عدم تربطها حركة صمام إلى الانحناء يقترن والتواء الحركة في الفضاء ثلاثي الأبعاد18. هذه الحركة إلى جانب تمكن المشغلات مزيد من المرونة والمهارة ويجعل المشغلات مرشح مناسب لتطبيقات أكثر عملية، مثل المتلاعبين مرنة والروبوتات مستوحاة بيولوجيا، والأجهزة الطبية.
هذا البروتوكول يوضح طريقة تصنيع هذا النوع من المشغلات شبكة هوائي لينة مع الدوائر المائلة. وهو يشمل إعداد الاستومر السيليكون، اختﻻق بالدائرة وأجزاء قاعدة، صمام تجميع وربط الأنابيب، والتحقق من وجود تسرب و، إذا لزم الأمر، لإصلاح صمام. يمكن استخدامه أيضا لتلفيق المحركات العادية الناعمة شبكة تعمل بالهواء المضغوط والمحركات الناعمة الأخرى التي يمكن أن تنتج مع إدخال بعض التعديلات البسيطة على طريقة صب. نحن توفير خطوات تفصيلية اختﻻق صمام هوائي لينة مع دوائر مائلة 30°. لتطبيقات مختلفة، يمكن ملفقة المشغلات مع زوايا الدائرة المختلفة وفقا للبروتوكول نفسه. وعلاوة على ذلك، يمكن الجمع بين المحركات لتشكيل نظام صمام متعدد لمختلف الطلبات.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
البروتوكول
ملاحظة: يوفر البروتوكول إجراءات التصنيع صمام لينة شبكة تعمل بالهواء المضغوط. قبل الإجراء تلفيق ومجموعة من قوالب عدة موصلات صمام الأنابيب، التي صممت مع التصميم بمساعدة الحاسوب البرمجيات (كندي) يجب أن يكون 3-د-مطبوعة مسبقاً. ويبين الشكل 1بالقوالب.
1-سيليكون الاستومر إعداد
- تزن 5 غ من سيليكون الاستومر جزء ب وز 45 من الجزء ألف [9:1 (A:B) أجزاء بالوزن] في نفس الحاوية خلط (الشكل 2أ). استخدام المحاقن للتأكد من دقة النسب لكل جزء.
ملاحظة: يختلف نسبة خلط اللدائن السيليكون مختلفة. وينبغي تعديل نسبة كل جزء عند اعتماد آخر سيليكون الاستومر. - مزيج الاستومر السيليكون جيدا مع خلاط الطرد المركزي الكوكبيه.
ملاحظة: يمكن تخزين الاستومر السيليكون عند درجة حرارة منخفضة تمديد وقت التجهيز.
2-دائرة تصنيع جزء
- رذاذ العفن الإفراج عن وكيل لمنتجات سيليكون الاستومر بالتساوي على السطوح العفن الجزء ألف والجزء باء.
- تجميع الجزء أ والجزء ب من العفن لتصنيع الدائرة. أمسك طرفي القالب مع مقاطع لمنع تسرب سيليكون الاستومر.
- تأخذ 5 مل من سيليكون الاستومر مع المحاقن وحقن ببطء في الحفرة العفن لاختلاق نهاية الاتصال (هيكل أسطواني في نهاية واحدة من صمام لتوصيل الأنابيب). ثم ملء القالب كله مع سيليكون الاستومر (الشكل 2ب).
ملاحظة: الاحتفاظ بمعدل تدفق منخفض وتتحرك جيئة وذهابا ببطء، للسماح الاستومر سيليكون إدخال هياكل صغيرة من العفن. - بيرس الفقاعات التي تشكل على السطح مع غيض من إبرة حتى هناك لا فقاعات أكثر وضوحاً (الشكل 2-ج).
- كشط قبالة أي فائض سيليكون الاستومر مع شفرة على طول السطح العلوي للقالب.
- ضع القالب في الفرن عند 70 درجة مئوية حتى يشفي الاستومر السيليكون.
- استخدم حقنه بحقن سيليكون الاستومر إلى فقاعات والثقوب التي تظهر على سطح صمام.
- تتخلص من إيقاف أي الاستومر سيليكون الزائد على السطح.
- ضع القالب في الفرن عند 70 درجة مئوية حتى يشفي الاستومر السيليكون.
3-الجزء قاعدة تصنيع
- رذاذ العفن الإفراج عن وكيل لمنتجات سيليكون الاستومر بالتساوي على السطح من العفن الجزء جيم
- صب الاستومر السيليكون في الجزء جيم من العفن.
- بيرس الفقاعات التي تشكل على السطح مع غيض من إبرة حتى هناك لا فقاعات أكثر وضوحاً.
- كشط قبالة أي فائض سيليكون الاستومر مع شفرة على طول السطح العلوي للقالب.
- ضع القالب في الفرن عند 70 درجة مئوية حتى يشفي الاستومر السيليكون.
4-صمام الجمعية
- صب طبقة سيليكون الاستومر، 1 مم في السمك، بالتساوي على وجه واحد من الجزء الأساسي.
- ضع الجزء الدائرة على الجزء الأساسي. استخدم حقنه بحقن الاستومر السيليكون في المسافة بين الجزء الدائرة والجزء الأساسي (الشكل 2د).
- وضع صمام في الفرن عند 70 درجة مئوية حتى يشفي الاستومر السيليكون.
5-أنابيب اتصال
- انقر فوق موصل صمام الأنابيب 3 د-طباعة لقبول تناسب المسمار مسمار الذكور دفع-بتركيب هوائي.
- استخدام إبرة إلى بيرس نهاية اتصال المشغل على طول خط الوسط للأسطوانة. زيادة قطر الحفرة بقضيب معدني، إلى حوالي 2 مم.
- برغي موصل صمام الأنابيب في المحرك (الشكل 2ه).
- دفع قسم من الأنبوب إلى عشيق الذكور تركيب هوائي في دفع تناسب.
6-فحص وإصلاح تسرب
- قم بتوصيل صمام مصدر هواء.
- ضع صمام كاملة في الماء والضغط على المحرك (الشكل 2و). مراقبة ما إذا كانت الفقاعات تتشكل بسبب تسرب.
- استخدم حقنه بحقن الاستومر سيليكون تسرب النقاط. وضع صمام في الفرن عند 70 درجة مئوية حتى يشفي الاستومر السيليكون.
- كرر الخطوات 6، 1-6.3 إذا لزم الأمر.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
النتائج
صمام واحد:
للتحقق من أسلوب التلفيق وإظهار وظيفة صمام, 30°، 45°، و 60° ملفقة المحركات واختبارها. لإنشاء تجربة، كان يعمل مضخة هواء لتفعيل الصمام. كان متصلاً الصمام صمام للتحكم في الضغط الداخلي. صمام واحد ثابت في نهاية الاتصال به ويوضع عمودياً. بينما كان يجري الضغط المحرك، واستخدمت اثنين من الكاميرات الرقمية لالتقاط مواقفه من منظورات مختلفة. تحليل المواقف (الشكل 3أ) جعلت من الواضح أن الاقتراح بصمام يمكن وصفها بمعلمتين: زاوية ...
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
المناقشة
تقدم هذه الورقة بروتوكول أسلوب توجيه تصنيع المحركات الناعمة شبكة تعمل بالهواء المضغوط مع الدوائر المائلة. وبعد على البروتوكول، يمكن ملفقة صمام واحد بشكل مستقل ضمن ح 3. يمكن تلخيص الخطوات الأساسية في البروتوكول على النحو التالي. (ط) سيليكون الاستومر أعدت في نسبة والمختلطة بشكل جيد. (ثانيا) سيليكون الاستومر يسكب في القالب لتصنيع الجزء الدائرة والجزء الأساسي. (ثالثا هي اخترقت الفقاعات) على سطح مكشوف وهو كشط أي الاستومر سيليكون الزائدة على سطح مكشوف قبالة. (رابعا) سيليكون الاستومر علاجه في الفرن. (v) الجزأين من تربطهم معا ال...
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
الإفصاحات
الكتاب ليس لها علاقة بالكشف عن.
شكر وتقدير
أيد هذا العمل مؤسسة العلوم الطبيعية الوطنية الصينية تحت 51622506 منحة، والعلوم والتكنولوجيا لجنة بلدية شانغهاي تحت 16JC1401000 منحة.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
المواد
| الاسم | الشركة | رقم فهرسي | التعليقات |
|---|---|---|---|
| سيليكون المطاط | Wacker | ELASTOSIL M4601 A / B | مادة المحركات |
| حقنة ؛ | شنغهاي للأدوات الطبية اللطفية | 10 مل | تستخدم لحقن مطاط السيليكون في فتحة القالب لتصنيع نهاية الاتصال |
| مقياس الدقة | شنغهاي هوتشيوس | UTP-313 | يستخدم لوزن مطاط السيليكون |
| خلاط فراغ الطرد المركزي الكوكبي | THINKY | ARE-310 | يستخدم لخلط مطاط السيليكون وإزالة الرغوة بعد عملية الخلط |
| عامل التحرير | على نحو سلس | 200 | يستخدم لسهولة إزالة القوالب & نب سب. |
| إبرة | شنغهاي أدوات طبية لطيفة | تستخدم لثقب شكل الفقاعات على السطح | |
| شفرة المنفعة | M & تستخدم ASS91325 القرطاسية G Chenguang | لكشط مطاط السيليكون الزائد على طول السطح العلوي للقالب ؛ | |
| فرن فراغ | نينغبو SI Instrument | DZF-6050 | تستخدم لتقليل وقت علاج مطاط السيليكون |
| ، دفع مسمار ذكر في تركيب هوائي | مناسب Zhe Jiang BLCH Pneumatic Science & التكنولوجيا | PC4-01 | تستخدم لتوصيل الأنابيب وموصل أنابيب المحرك المطبوع ثلاثي الأبعاد |
| الأنابيب | SMC | TU0425 | تستخدم لتشغيل المحركات |
| مضخة فراغ | Zhe Jiang BLCH Pneumatic Science & التكنولوجيا | المستخدمة كمصدر للهواء | |
| صمام الضغط | Zhe Jiang BLCH Pneumatic Science & التكنولوجيا | IR1000-01BG | تستخدم لضبط ضغط هواء الإدخال |
المراجع
- Rus, D., Tolley, M. T. Design, fabrication and control of soft robots. Nature. 521 (7553), 467-475 (2015).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Galloway, K. C., et al. Soft Robotic Grippers for Biological Sampling on Deep Reefs. Soft Robotics. 3 (1), 23-33 (2016).
- 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).
- Tolley, M. T., et al. A Resilient, Untethered Soft Robot. Soft Robotics. 1 (3), 213-223 (2014).
- Ainla, A., Verma, M. S., Yang, D., Whitesides, G. M. Soft, Rotating Pneumatic Actuator. Soft Robotics. 4 (3), 297-304 (2017).
- Koizumi, Y., Shibata, M., Hirai, S. Rolling tensegrity driven by pneumatic soft actuators. 2012 IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA). , Saint Paul, MN. (2012).
- 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).
- 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).
- Martinez, R. V., et al. Robotic tentacles with three-dimensional mobility based on flexible elastomers. Advanced Materials. 25 (2), 205-212 (2013).
- Polygerinos, P., et al. Modeling of Soft Fiber-Reinforced Bending Actuators. IEEE Transactions on Robotics. 31 (3), 778-789 (2015).
- Mosadegh, B., et al. Pneumatic Networks for Soft Robotics that Actuate Rapidly. Advanced Functional Materials. 24 (15), 2163-2170 (2014).
- 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).
- Marchese, A. D., Katzschmann, R. K., Rus, D. A Recipe for Soft Fluidic Elastomer Robots. Soft Robotics. 2 (1), 7-25 (2015).
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
إعادة الطباعة والأذونات
