Name: Rod-basierte Herstellung von Anpassbare Weiche Robotic Pneumatic Gripper Geräte für empfindliche Gewebe Manipulation (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-08-02T13:00:00.000+00:00
Duration: 7 min 49 s
Description: Erfahren Sie die stabbasierte Herstellung weicher pneumatischer Greifer mittels 3D-Druck und weicher Lithografie. Diese Methode minimiert Kanalverstopfungen und ermöglicht präzise Manipulation empfindlicher Nervengewebe in der Chirurgie.

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Die Forschung wurde von R-397-000-204-133 unterstützt (National University of Singapore Young Investigator Award).

<html> Hinweis: Alle weichen pneumatischen Greifern wurden hergestellt, indem auf Silikonbasis Elastomermischungen in maßgeschneiderte 3D-Druckgussformen, die ein Herstellungsverfahren, das drei Schritte folgen: Formen Greifer-Arm-Komponenten mit eingebetteten pneumatischen Kanäle, Kammerkomponenten-Formen mit den pneumatischen Kanälen verbunden und Versiegeln des Kammerbauteils mit Luft gefüllt. 1. Herstellung von Elastomeren <ol><li> Einen Behälter für Mischer auf einer Waage stellen und tarieren. Pour Teile A und B des silikonbasierten Elastomers in dem Behälter mit einem 1: 1-Gewichtsverhältnis. </li><li> Decken Sie den Behälter und messen das Gesamtgewicht. </li><li> Stellen Sie den Behälter und Material in einen Zentrifugalmischers. Stellen Sie die Gewichtsbalance auf dem Mischer auf das Gewicht gemessen in Schritt 1.2. </li><li> Stellen Sie die Misch- und Entlüftungsmoden zu 2.000 rpm und 2.200 rpm jeweils für 30 sec. Mischen Sie die Elastomerkomponenten gründlich einheitliche Härtung zu erreichen. </li></ol>le &quot;&gt; 2. Mold Design und Produktion Hinweis: Die Geometrie der Form variieren für verschiedene Anwendungen auf den spezifischen Anforderungen variieren. Die folgenden Schritte stellen allgemeine Schlüsselschritte in CAD-Software, die erforderlich sind, um die Kammer und Greiferkomponente der Form zu erstellen. <ol><li> Gestalten Sie die Formen und Versiegelungsform mit Computer-Aided Design (CAD) Software. Siehe Abbildung 1 für die Geometrie und die spezifischen Abmessungen der Formen in diesem Manuskript verwendet. <ol><li> Gestaltung der äußeren Begrenzungskasten <ol><li> Klicken Sie rechts auf der oberen Ebene und klicken Sie auf &quot;Normal&quot;, um zur oberen Ebene zu normalisieren. </li><li> Klicken Sie auf &quot;Sketch&quot; in der oberen linken Ecke ein &quot;Sketch&quot; Fenster zu öffnen. Dann klicken Sie auf den &quot;Sketch&quot; -Taste auf der linken oberen Ecke der Symbolleiste eine rechteckige Grundfläche von Kammerkomponenten zu ziehen. </li><li> Klicken Sie auf das &quot;Smart-Dimension&quot; -Funktion, die neben der &quot;Sketch&quot; Taste befindet, zu definieren skEtch-Dimensionen. Stellen Sie sicher , dass die Skizze voll definiert ist (dh alle Zeichnungslinien schwarz werden) und die Skizze beenden , wenn Sie fertig. </li><li> Klicken Sie auf &quot;Eigenschaften&quot; Fenster. Dann klicken Sie auf &quot;Extruded Boss / Base&quot; Feature ausgewählten Konturen in der Y-Richtung zu extrudieren. </li><li> Klicken Sie auf die obere Oberfläche des Modells die Skizze Ebene vorgewählt. Skizzieren Sie ein Rechteck und definieren die Dimensionen wie in 2.1.1.2 und 2.1.1.3 beschrieben. </li><li> Klicken Sie auf &quot;Eigenschaften&quot; Fenster. Dann klicken Sie auf &quot;Extruded Cut&quot; -Funktion , um einen Hohlraum zu extrudieren geschnitten zum Gießen Elastomere (2A). Stellen Sie sicher, dass die Wanddicke 2,5 mm ist. </li></ol></li><li> Design der inneren Kammer <ol><li> Klicken Sie rechts auf der Oberfläche, auf der Y-Richtung der Öffnungsfläche. Klicken Sie dann auf &quot;Normal&quot; auf die Oberfläche zu normalisieren. </li><li> Als nächstes klicken Sie auf den &quot;Sketch&quot; Fenster ein Rechteck für Kammerkomponenten zu zeichnen, wie 2.1.1.2 in den Schritten und2.1.1.3. </li><li> Klicken Sie auf &quot;Eigenschaften&quot; Fenster. Dann klicken Sie auf &quot;Extruded Boss / Base&quot; Funktion , um die Kammer Komponente in der Y-Richtung (2B) zu extrudieren. Hinweis: Die Tiefe des Schnitts in Schritt 2.1.1.6 beträgt 2,5 mm größer als dieser extrudierten Basis. </li></ol></li><li> Aufbau des Greifers Komponente <ol><li> Klicken Sie auf die Oberfläche des Modells in negativer X-Richtung, um die Skizzierebene für Greiferkomponente vorgewählt werden. Erstellen Sie ein Rechteck in der &quot;Sketch&quot; Fenster wie in den Schritten 2.1.1.2 und 2.1.1.3 beschrieben. </li><li> Klicken Sie auf &quot;Eigenschaften&quot; Fenster. Dann klicken Sie auf &quot;Extruded Boss / Base&quot; Funktion, um die ausgewählte Kontur in negativer X-Richtung zu extrudieren. </li><li> Klicken Sie auf die Oberseite des Greiferkomponente die Skizzierebene vorgewählt. Erstellen Sie eine Form der Greifer in der &quot;Sketch&quot; Fenster (Abbildung 2C) und die Skizze zu schließen , wenn die Dimensionen voll wie ein in den Schritten definiert ist 2.1.1.2d 2.1.1.3. </li><li> Klicken Sie auf &quot;Eigenschaften&quot; Fenster. Dann klicken Sie auf &quot;Extruded Cut&quot; einen Hohlraum zu schneiden für Elastomere in der Greiferkomponente Gießen. Stellen Sie sicher, dass die Wanddicke 2,5 mm ist. </li></ol></li><li> Aufbau der Verbindung zwischen Kammer und Greifer <ol><li> Erstellen Sie ein Rechteck in der &quot;Sketch&quot; Fenster auf der Oberseite des Kammerstück wie in 2.1.1.2 und 2.1.1.3 beschrieben. </li><li> Klicken Sie auf &quot;Eigenschaften&quot; Fenster. Dann klicken Sie auf &quot;Extruded Cut&quot; , um eine Verbindung zwischen der Kammer und Greiferkomponenten (2D) erstellen. </li></ol></li><li> Entwurf der pneumatischen Kanäle <ol><li> Erstellen 1,5 mm Durchmesser Kreise auf der Oberfläche der Kammer Stücks in der positiven X-Richtung, wie in den Schritten 2.1.1.2 und 2.1.1.3 beschrieben. </li><li> Klicken Sie auf &quot;Eigenschaften&quot; Fenster. Dann klicken Sie auf &quot;Extruded Cut&quot; auf die Kanäle zum Einsetzen Drahtstäben erzeugen (Abbildung 2E). Stellen Sie sicher, das holes sind nicht durch die Greifkomponente geschnitten. </li></ol></li></ol></li><li> In einem separaten CAD-Datei, zeichnen ein Versiegelungsform mit einem Hohlraum mit einer Länge und Breite, die mit 1 mm größer als die Außenabmessungen des Kammerbauteils des Greifers sind. Hinweis: Die Wandstärke 2,5 mm ist. <ol><li> Klicken Sie auf das &quot;Sketch&quot; Fenster ein Rechteck auf der oberen Ebene, wie beschrieben Schritte 2.1.1.2 und 2.1.1.3 zu erstellen. </li><li> Klicken Sie auf &quot;Eigenschaften&quot; Fenster. Dann klicken Sie auf &quot;Extruded Boss / Base&quot; Feature ausgewählten Konturen in der Y-Richtung zu extrudieren. </li><li> Klicken Sie auf die Oberseite des Modells die Skizze Ebene vorgewählt. Skizzieren Sie ein Rechteck und definieren die Dimensionen wie in den Schritten 2.1.1.2 und 2.1.1.3). </li><li> Klicken Sie auf &quot;Eigenschaften&quot; Fenster. Dann klicken Sie auf &quot;Extruded Cut&quot; -Funktion, um einen Hohlraum zu extrudieren geschnitten Elastomere zum Gießen. Stellen Sie sicher, dass die Wanddicke 2,5 mm ist. </li></ol></li><li> Speichern Sie jede Form Stück als .STL--Datei für den 3D-Druck. </li&gt; <li> Laden Sie die STL - Datei in den 3D - Drucker mit einer Auflösung von 30 um und drucken die Formstücke 9. </li><li> Entfernen Sie alle Trägermaterial auf die Formstücke und waschen Sie die Formstücke mit Wasser. </li></ol> 3. Weiche Einzel / Doppel-ansteuerbaren Arm Pneumatische Greifer <ol><li> Molding Greifer-Arm-Komponenten mit integrierten pneumatischen Kanäle <ol><li> Einfügen zwei 3D-Druckkammer-Blöcke auf der linken und rechten Seite des Kammerbauteils (3A) , um eine abgedichtete Kammer mit Luftkanälen mit ihm verbunden zu erzeugen. </li><li> Legen Sie zwei 1,5 mm-Durchmesser Titan Drahtstäbe durch die Kammer, eine 2 mm Abstand von den Greiferspitzen halten die Luftkanäle (3A) zu erstellen. Hinweis: Verwenden Sie eine Drahtstange für den einzelnen zu betätigende-Arm-Greifer. </li><li> Gießen Sie die elastomere Mischung in die Form, um vollständig den Greifer Komponente zu füllen. </li><li> Stellen Sie sicher, es gibt keine sichtbaren Luftblasen. </li><li> Place die Form in den Ofen für 10 min bei 60 ° C gehärtet wird. Sobald Elastomer ausgehärtet ist, entfernen Sie die Form aus dem Ofen. </li></ol></li><li> Formkammerkomponenten zu den pneumatischen Kanälen verbunden <ol><li> Ziehen Sie die Drahtstäbe und die beiden Kammerblöcke aus der Form. </li><li> Platzieren eines 3D-Druckgreiferblock auf der Oberseite des Greiferkomponente, um die Kammer (3B) zu erzeugen. Legen Sie die Drahtstäbe die Löcher in der Wand der Form zu blockieren. </li><li> Gießen der elastomeren Mischung in die Form des verbleibenden Teils des Kammerbauteils zu füllen und sicherstellen, dass keine sichtbaren Luftblasen in der Form eingeschlossen ist. </li><li> Härten des Teils bei einer Temperatur von 60 ° C für 10 min. Entfernen Sie die Form aus dem Ofen einmal Elastomer gehärtet wird. </li><li> Entfernen Sie den Greifer-Block und Entformen der ausgehärteten Greifer mit Kammerstruktur. </li></ol></li><li> Die Abdichtung der Kammer Komponente mit Luft gefüllt <ol><li> Gießen Sie die elastomere Mischung in die Versiegelungsform undhärten bei 60 ° C für 10 min. </li><li> Pinsel eine Schicht aus elastomerem Material auf der gehärteten 2,5 mm Siegelschicht. Legen Sie die gehärtete Greifer mit Kammerstruktur auf der Oberseite der beschichteten Siegelschicht und verbinden die beiden Teile zusammen (3C). </li><li> Anschließend härten die gesamte Struktur vollständig bei 60 ° C für 15 min. </li><li> Entformbar die vollständig weichen Robotergreifvorrichtung ausgehärtet. </li></ol></li></ol> 4. Insertion von Soft-Robotic Pneumatische Greifvorrichtung in Handhabungswerkzeug <ol><li> Entwerfen Sie die Umgang mit Werkzeugen, wie in der Supplemental-Datei 1 CAD-Software beschrieben und speichern Sie es in .STL- Datei. Siehe 4 und 5 für die Abmessungen der Werkzeuge. </li><li> Laden Sie die STL - Datei in dem 3D - Drucker und drucken die Formstücke 9. Hinweis: Alle Druckschritte für die manuelle Steuerung der Handhabung Werkzeug, rechteckige Kappe und beweglichen Kolben (Abbildung 4) kann innerhalb von 3 h 48 min abgeschlossen sein. Die Öffentlichkeitsarbeitinting Zeit für die Robotersteuerung Herstellung Handhabung Werkzeug und rechteckige Kappe (Abbildung 5) ist 1 h 56 min. Siehe Zusatzdatei 2 für 3D-Drucker-Betriebsanleitung. </li><li> Ziehen Sie weg jedes Trägermaterial an den Werkzeugen, nachdem der Druck beendet ist. Dann waschen Sie die Werkzeuge mit Wasser. </li><li> Setzen Sie den Greifer in die manuelle Steuerung Handhabungswerkzeug (4A) und decken den Öffnungsbereich mit einem beweglichen rechteckigen Kappe (4B). </li><li> Legen Sie einen beweglichen Kolben (4C) Kammer Kompression zu erleichtern. </li><li> Setzen Sie den Greifer und Linearantrieb in die Robotersteuerung Handhabungswerkzeug (5A). Hinweis: Der Linearantrieb ersetzt den beweglichen Kolben im Handbetrieb für Kammerkompression. </li><li> Decken Sie die Öffnungsfläche mit einem beweglichen rechteckigen Kappe (5B). </li></ol> 5. Auswertungen und Grip Druckversuch <ol><li> Bewertendie Funktionalität des weichen Greifer durch Greifen Tests mit einem Überbrückungskabel durchführen. <ol><li> Legen Sie eine Drahtbrücke auf dem Tisch. </li><li> Stellen Sie den Greifer so dass der Draht zwischen der beiden Greifarme. </li><li> Bewegen Sie den beweglichen Kolben in die Kammer zu komprimieren, um die Greifarme zu betätigen, um den Draht zu halten. Hinweis: Nur die manuelle Steuerung Umgang mit Werkzeug in der Greif Demonstration verwendet wird. </li><li> Halten und den Draht zu einem Kasten wegbewegen ursprünglichen Position bei 20 cm entfernt von Draht ist. </li></ol></li><li> Legen Sie eine kalibrierte Kraftmesswiderstand zwischen den beiden Backen des Greifers. Sicherstellen, dass die Greifbacken Griff auf den Erfassungsbereich. Hinweis: Der Durchmesser des Sensorfläche beträgt 14,7 mm. </li><li> Komprimieren Sie die Kammer, um die Greifarme zu greifen auf die Kraftmesswiderstand zu betätigen. </li><li> Messen Sie die maximale Griffigkeit Druckkräfte , dass die weiche Single-ansteuerbaren-Arm und doppelt ansteuerbaren-Arm pneumatische Greifer erzeugen könnte , wie in 10 beschrieben. Anmerkung: Die ausgelesenen Werte werden auf einem Laptop angezeigt werden. Die maximalen Grip Druckkräfte an dem Punkt der maximalen Druck gemessen, der die pneumatischen Kanäle standhalten können. </li><li> Schneiden Sie die einzelnen elastomeren Greifbacken aus einem weichen Doppel ansteuerbaren-Arm pneumatische Greifer aus. </li><li> Legen Sie die Zangenspitzen in die Luftkanäle der elastomeren Greifbacken. </li><li> Legen Sie eine kalibrierte Kraftmesswiderstand zwischen den beiden Backen der Zange. </li><li> Messen Sie die Druckkräfte 10 , die durch elastomerbeschichteten Pinzette und Zange während einer simulierten Nervenchirurgie von einem Neurochirurgen durchgeführt. Hinweis: Der Neurochirurg eine Kraft, die ähnlich ist, was er gilt normalerweise während der tatsächlichen Operation an dem Kraftmesswiderstand. </li><li> Der Mittelwert der Daten aus fünf Studien in jedem Test erhalten. </li></ol>

<ol><li>Tolley, M. T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+resilient%2C+untethered+soft+robot%5BTitle%5D)+AND+%22Soft+Robotics%22%5BJournal%5D)">A resilient, untethered soft robot.</a> Soft Robotics. 1 (3), 213-223 (2014).</li>
<li>Low, J. H., Delgado-Martinez, I., Yeow, C. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Customizable+soft+pneumatic+chamber-gripper+devices+for+delicate+surgical+manipulation%5BTitle%5D)+AND+%22ASME+J+Med+Devices%22%5BJournal%5D)">Customizable soft pneumatic chamber-gripper devices for delicate surgical manipulation.</a> ASME J Med Devices. 8 (4), 044504(2014).</li>
<li>Rus, D., Tolley, M. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Design%2C+fabrication+and+control+of+soft+robots%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Design, fabrication and control of soft robots.</a> Nature. 521, 467-475 (2015).</li>
<li>Lee, W. J., Chan, C. P., Wang, B. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Recent+advances+in+laparoscopic+surgery%5BTitle%5D)+AND+%22Asian+J+Endosc+Surg%22%5BJournal%5D)">Recent advances in laparoscopic surgery.</a> Asian J Endosc Surg. 6 (1), 1-8 (2013).</li>
<li>Schoeller, T., Huemer, G. M., Shafighi, M., Gurunluoqlu, R., Wechselberger, G., Piza-Katzer, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microsurgical+repair+of+the+sural+nerve+after+nerve+biopsy+to+avoid+associated+sensory+morbidity%3A+a+preliminary+report%5BTitle%5D)+AND+%22Neurosurgery%22%5BJournal%5D)">Microsurgical repair of the sural nerve after nerve biopsy to avoid associated sensory morbidity: a preliminary report.</a> Neurosurgery. 54 (4), 897-900 (2004).</li>
<li>Bamberg, R., Jones, B., Murray, L., Sagstetter, A. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aBamberg%2C+R+%22Laparoscopic+grasper+for+minimally+invasive+laparoscopic+surgery%22">Laparoscopic grasper for minimally invasive laparoscopic surgery</a>. , 
 <a target="_blank" href="
http://homepages.cae.wisc.edu/ ~bme200/grasping_instrument_f06/reports/midsemester_rd.pdf 
">
http://homepages.cae.wisc.edu/ ~bme200/grasping_instrument_f06/reports/midsemester_rd.pdf 
</a> (2006).</li>
<li>Ducic, I., Hill, L., Maher, P., Al-Attar, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Perioperative+complications+in+patients+undergoing+peripheral+nerve+surgery%5BTitle%5D)+AND+%22Ann+Plast+Surg%22%5BJournal%5D)">Perioperative complications in patients undergoing peripheral nerve surgery.</a> Ann Plast Surg. 66 (1), 69-72 (2011).</li>
<li>Shepherd, R. F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Multigait+soft+robot%5BTitle%5D)+AND+%22PNAS%22%5BJournal%5D)">Multigait soft robot.</a> PNAS. 108 (51), 20400-20403 (2011).</li>
<li><a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22Objet+260+Connex+User+Guide%22">Objet 260 Connex User Guide</a>. , 
 <a target="_blank" href="
http://www.objet.com
">
http://www.objet.com
</a> (2016).</li>
<li><a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22Force+Sensing+Resistor+Integration+Guide+%26+Evaluation+Parts+Catalog+with+Suggested+Electrical+Interfaces%22">Force Sensing Resistor Integration Guide & Evaluation Parts Catalog with Suggested Electrical Interfaces</a>. , 
 <a target="_blank" href="
https://www.sparkfun.com/datasheets/Sensors/Pressure/fsrguide.pdf
">
https://www.sparkfun.com/datasheets/Sensors/Pressure/fsrguide.pdf
</a> (2002).</li>
<li>Dagum, A. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Peripheral+nerve+regeneration%2C+repair%2C+and+grafting%5BTitle%5D)+AND+%22J+Hand+Ther%22%5BJournal%5D)">Peripheral nerve regeneration, repair, and grafting.</a> J Hand Ther. 11 (2), 111-117 (1998).</li>
<li>Felippe, M. M., Telles, F. L., Soares, A. C. L., Felippe, F. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Anastomosis+between+median+nerve+and+ulnar+nerve+in+the+forearm%5BTitle%5D)+AND+%22J+Morphol+Sci%22%5BJournal%5D)">Anastomosis between median nerve and ulnar nerve in the forearm.</a> J Morphol Sci. 29 (1), 23-26 (2012).</li>
<li>Rus, D., Tolley, M. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Design%2C+fabrication+and+control+of+soft+robots%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Design, fabrication and control of soft robots.</a> Nature. 521, 467-475 (2015).</li>
<li>Elango, N., Faudzi, A. A. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+review+article%3A+investigations+on+soft+materials+for+soft+robot+manipulations%5BTitle%5D)+AND+%22Int+J+Adv+Manuf+Technol%22%5BJournal%5D)">A review article: investigations on soft materials for soft robot manipulations.</a> Int J Adv Manuf Technol. 80 (5), 1027-1037 (2015).</li>
<li>Lu, Y. W., Kim, C. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microhand+for+biological+applications%5BTitle%5D)+AND+%22Appl+Phys+Lett%22%5BJournal%5D)">Microhand for biological applications.</a> Appl Phys Lett. 89, 1641011-1641013 (2006).</li>
<li>Rateni, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Design+and+development+of+a+soft+robotic+gripper+for+manipulation+in+minimally+invasive+surgery%3A+a+proof+of+concept%5BTitle%5D)+AND+%22Meccanica%22%5BJournal%5D)">Design and development of a soft robotic gripper for manipulation in minimally invasive surgery: a proof of concept.</a> Meccanica. 50 (11), 2855-2863 (2015).</li>
<li>Breger, J. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Self-folding+thermo-magnetically+responsive+soft+microgrippers%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Appl+Mater+Inter%22%5BJournal%5D)">Self-folding thermo-magnetically responsive soft microgrippers.</a> ACS Appl Mater Inter. 7 (5), 3398-3405 (2015).</li>
<li>Zafar, M. S., Al-Samadani, K. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Potential+use+of+natural+silk+for+bio-dental+applications%5BTitle%5D)+AND+%22J+Taibah+Univ+Med+Sci%22%5BJournal%5D)">Potential use of natural silk for bio-dental applications.</a> J Taibah Univ Med Sci. 9 (3), 171-177 (2014).</li>
</ol>

Die Autoren haben nichts zu offenbaren.

Wir haben erfolgreich gezeigt, dass die weichen robotic pneumatischen Greifeinrichtungen nachgiebigen Greifen von Gegenständen erlaubt, die auf dem gegriffenen Gegenstand viel geringere Druckkräfte ausgeübt, als die elastomerbeschichteten Zangenspitzen und Zange ausgeübt wird. Zange ist ein wichtiges Instrument für die Nerven Manipulation während peripheren Nervenreparatur 11 Operationen, 12. Allerdings ist seine Metallstruktur von den Chirurgen , um in Gebrauch extreme Vorsicht erforderlich Nervenschäden zu ...

Soft - Roboter haben große Forschungsinteresse in der Robotik - Community ausgelöst , und sie haben in verschiedenen funktionellen Aufgaben wie welligen Lokomotion in unstrukturierten Umgebungen 1 und Greif 2 verwendet. Sie werden hauptsächlich aus weichen elastomeren Materialien bestehen und durch verschiedene Betätigungsverfahren durch die Verwendung von verschiedenen Materialien , wie beispielsweise elektroaktives Polymer (EAP) gesteuert, Formgedächtnislegierung (SMA) oder komprimiertem Fluid 3. EAPs Funktion basiert auf einer Differenzspannung, die elektrostatischen Kräfte induziert aktive Stämme zu erzeugen, und erzeugt dadurch Betätigung. Die eigentümliche Formgedächtniseffekt des FGL wird eingesetzt, um die gewünschte Betätigung auf der Krafterzeugung während Phasenumwandlungen auf die Änderung der Temperatur zu generieren. Schließlich erleichtert das komprimierte Fluid Betätigungs Technik eine einfache Konstruktionsstrategie Steifigkeitsunterschied in den Weich Aktoren zu induzieren, so dass die nachgiebiger Regionen aufzublasenbei Druckbeaufschlagung. Soft-Roboter sind so konzipiert, die Anwendungen von herkömmlichen Fest Roboter, vor allem in Anwendungen zu erweitern, wo empfindliche Objekte beteiligt sind. Insbesondere in diesem Beitrag stellen wir unseren einzigartigen Ansatz in weichen Robotergreifer für empfindliche chirurgische Manipulation zu entwickeln. Chirurgisches Greif ist ein wichtiger Aspekt bei vielen chirurgischen Prozeduren , wie beispielsweise Leber beteiligt, gynäkologische, urologische und Nervenreparatur Operationen 4, 5. Es wird in der Regel durch starr ausgeführt, Stahlgewebegreifwerkzeuge , wie beispielsweise die Pinzetten und laparoskopischen Greifer zum Zweck der Erleichterung Beobachtung, Exzision, Anastomose Verfahren usw. Allerdings ist extreme Vorsicht geboten , da die herkömmlichen Greifwerkzeuge aus Metall hergestellt sind, die eine hohe Spannungskonzentration Bereiche im Weichgewebe an den Kontaktpunkten 6 führen kann. Je nach Schwere der Gewebeschäden, verschiedene Komplikationen, wie Schmerzen, pathologische Narbengewebe formationen und sogar dauerhafte Behinderung führen kann. Eine frühere Studie berichtet , dass die Komplikationsrate bei peripheren Nervenchirurgie 3% 7 war. das Konzept der weichen Griff Daher die sicher konformen Grip kann, kann ein vielversprechender Kandidat für empfindliche chirurgische Manipulation sein. Hier präsentieren wir eine Kombination aus 3D-Druck und modifizierte Softlithographie-Techniken, die einen Stab basierten Ansatz, anpassbare weiche Roboter pneumatische Greifer herzustellen. Traditionelle Herstellungstechnik von weichen Roboter basierend auf Druckfluid Betätigung erfordert eine Form mit pneumatischen Kanäle aufgedruckt und ein Versiegelungsverfahren die Kanäle 8 abzudichten. Allerdings ist es nicht möglich, für miniaturisierte weichen Roboter, die kleinen pneumatischen Kanäle benötigen, wo Okklusion von Kanälen leicht in den Siegelprozess passieren kann. Die traditionelle Technik erfordert die Abdichtung der Luftkanäle durch Verbinden einer beschichteten Siegelschicht, um es zu tun. Daher ist die layer aus Elastomermaterial, die zunächst dient als Bindeschicht in die winzigen Kanäle gelangen könnte und diese Kanäle verstopfen. Es ist auch nicht möglich, die Luftkanäle an der Mitte der Struktur zu positionieren und zu einer Kammer Komponente unter Verwendung herkömmlicher Techniken verbinden. Die vorgeschlagene Vorgehensweise ermöglicht die Schaffung von miniaturisierten pneumatischen Kanäle mit einer luftgefüllten Kammer Stäbe verwendet und nicht Abdichtung der winzigen Kanäle erfordern. Darüber hinaus dienen die Kammer mit den pneumatischen Kanäle als Luftquelle, die keine externe Luftquellen für komprimierte Fluid Betätigung erfordert. Es erlaubt sowohl die manuelle und Robotersteuerung Modi durch die Kammer Kompression Erleichterung der Greifkomponente zu betätigen, damit der Anwender die Möglichkeit, die Bereitstellung der Menge an Kraft zu steuern, dass sie durch den Greifer anwenden. Dieser Ansatz ist hochgradig anpassbar und verwendet werden, können verschiedene Arten von Weichgreifkonstruktionen wie Greifer mit Einzel- oder mu herzustellenltiple ansteuerbaren Arme.

<table><tbody><tr><td>Waage</td><td>Severin</td><td>KW3667</td> <td>(Schritt: Aufbereitung von Elastomeren)</td></tr><tr><td>Ecoflex Supersoft 0030 Elastomer</td><td>Smooth-On</td><td>EF0030</td> <td>(Schritt: Aufbereitung von Elastomeren)</td></tr><tr><td>Planetenzentrifugalmischer und Behälter</td><td>THINKY USA Inc.</td><td>ARE-310</td> <td>(Schritt: Vorbereitung von Elastomeren)</td></tr><tr><td>Solidworks CAD</td><td>Dassault Syst&egrave; mes&nbsp;</td><td>Solidworks Research Subscription</td><td>(Schritt: Weiche pneumatische Greifer mit einfachem/doppelt betätigtem Arm)</td></tr><tr><td>Objet 3D-Drucker</td><td>Stratasys</td><td>260 Connex2</td><td>(Schritt: Pneumatische Greifer mit weichem/doppelt betätigtem Arm)</td></tr><tr><td>Titan-Walzdraht</td><td>Titan Engineering</td><td>N/A</td><td>(Schritt: Pneumatische Greifer mit weichem/doppelt betätigbarem Arm)</td></tr><tr><td>Natürlicher Konvektionsofen mit Timer</td><td>Thermo Fisher Scientific</td><td>BIN#ED53</td><td>(Schritt: Pneumatische Greifer mit weichem/betätigbarem Arm)</td></tr><tr><td>Linearantrieb</td><td>Firgelli Technologies</td><td>L12</td><td>(Schritt: Einsetzen eines pneumatischen Greifers mit weichem Roboter in das Handhabungswerkzeug)</td></tr><tr><td>Überbrückungsdraht</td><td>sgbotic</td><td>CAB-01146</td><td>(Schritt: Bewertungen und Drucktest des Griffs)</td></tr><tr><td>Kraftmesswiderstand-Verbindungselektronik</td><td></td><td>FSR402</td><td>(Schritt: Bewertungen und Grip Druckprüfung)</td></tr></tbody></table>

rod-basierte herstellung von anpassbare weiche robotic pneumatic gripper geräte für empfindliche gewebe manipulation

Rod-based Fabrication of Customizable Soft Robotic Pneumatic Gripper Devices for Delicate Tissue Manipulation

Weiches Greifen ist bei empfindlicher chirurgischer Manipulation unerlässlich, um das Risiko einer Beschädigung des Gewebegriffs durch hohe Spannungskonzentrationen am Kontaktpunkt zu minimieren. Dies kann erreicht werden, indem herkömmliche starre Greifer durch pneumatische Greifer mit weichen Robotern ergänzt werden. Dieses Manuskript beschreibt einen stabbasierten Ansatz, der sowohl 3D-Druck als auch eine modifizierte Softlithographie-Technik kombiniert, um den weichen pneumatischen Greifer herzustellen. Kurz gesagt, die pneumatische funktionslose Form mit Kammerkomponente wird 3D-gedruckt und die Stäbe wurden verwendet, um die pneumatischen Kanäle zu erstellen, die mit der Kammer verbunden sind. Dieses Protokoll eliminiert das Risiko, dass Kanäle während des Versiegelungsprozesses verschließen, und die Notwendigkeit einer externen Luftquelle oder eines zugehörigen Steuerkreises. Der weiche Greifer besteht aus einer mit Luft gefüllten Kammer und einem oder mehreren Greifarmen mit einem pneumatischen Kanal in jedem Arm, der mit der Kammer verbunden ist. Der pneumatische Kanal ist nahe an der Außenwand positioniert, um eine unterschiedliche Steifigkeit im Greifarm zu erzeugen. Beim Zusammendrücken der Kammer, die Druck auf den pneumatischen Kanal erzeugt, biegt sich der Greifarm nach innen, um eine enge Griffhaltung einzunehmen, da der Außenwandbereich nachgiebiger ist. Der weiche Greifer kann in ein 3D-gedrucktes Handhabungswerkzeug mit zwei verschiedenen Steuerungsmodi für die Kammerkompression eingesetzt werden: manueller Greifermodus mit beweglichem Kolben und Robotergreifermodus mit Linearantrieb. Der zweiarmige Greifer mit zwei betätigbaren Armen war in der Lage, Objekte bis zu einer Größe von 2 mm aufzunehmen und dennoch geringere Druckkräfte im Vergleich zu elastomerbeschichteten und unbeschichteten starren Greifern zu erzeugen. Es wurde auch die Machbarkeit anderer Designs, wie z. B. eines einarmigen oder eines Hakengreifers, demonstriert, was die Anpassbarkeit des Soft-Gripper-Geräts und sein Potenzial für den Einsatz bei empfindlichen chirurgischen Manipulationen unterstreicht, um das Risiko einer Beschädigung des Gewebegriffs zu verringern.

Die weichen Roboter pneumatischen Greifvorrichtungen waren in der Lage Aufnahme von Objekten mit Abmessungen von bis zu 1,2 mm Durchmesser (Abbildung 6). Die maximale Griffigkeit Druckkraft, die durch den Ein- ansteuerbaren-Arm und Double- ansteuerbaren-Arm weichen Greifeinrichtungen waren 0,27 ± 0,07 N und 0,79 ± 0,14 N bzw. im Vergleich zu 1,71 ± 0,16 N und 2,61 ± 0,22 N Druckkräfte in simulierte Operation durch die elastomerbeschichteten Pinzette und durch unbeschicht...

Dieses Protokoll beschreibt einen stabbasierten Ansatz, der 3D-Druck und weiche Lithographie-Techniken zur Herstellung der weichen Greifer kombiniert. Dieser Ansatz macht eine externe Luftquelle überflüssig, indem eine Kammerkomponente eingebaut wird, und reduziert die Wahrscheinlichkeit einer Okklusion während des Versiegelungsprozesses, insbesondere bei miniaturisierten pneumatischen Kanälen.

Rod-basierte Herstellung von Anpassbare Weiche Robotic Pneumatic Gripper Geräte für empfindliche Gewebe Manipulation

Soft compliant gripping is essential in delicate surgical manipulation for minimizing the risk of tissue grip damage caused by high stress concentrations ...

Das übergeordnete Ziel dieses Verfahrens besteht darin, weiche Greifvorrichtungen mithilfe eines stabbasierten Ansatzes herzustellen. In Kombination mit 3-D-Druck- und Soft-Lithographie-Techniken kann diese Methode helfen, zentrale Probleme bei der Herstellung weicher pneumatischer Greifer zu lösen, wie beispielsweise die Kanalverstopfung während des Aushärtungsprozesses und die Einbindung einer Luftkammer.Der Hauptvorteil dieser Technik besteht darin, dass sie uns ermöglicht, miniaturisierte pneumatische Kanäle innerhalb der weichen Greiferstrukturen zu integrieren, um eine gleichmäßige Aktuation sicherzustellen. Die Bedeutung dieser Technik reicht bis in die Nerven-Anastomose-Chirurgie, da der weiche robotische Greifer eine schonende Nervenmanipulation ohne Schädigung durch übermäßigen Griff ermöglicht. Die Idee zu dieser Methode entstand, als wir Schwierigkeiten hatten, einen funktionsfähigen weichen Greifer mithilfe des herkömmlichen Guss- und Versiegelungsverfahrens herzustellen, und begannen, dünne Stäbe in der Gussphase zu verwenden.Beginnen Sie damit, eine gleiche Masse der beiden Komponentenmaterialien für das Elastomer in einem Mischgefäß abzuwiegen. Danach verschließen Sie den Behälter und geben ihn zusammen mit einer Auswuchtmasse in einen Zentrifugalmischer. Führen Sie nun einen 30-Sekunden-Mischzyklus durch, wobei die Mischphase bei 2000 U/min und die Entlüftungsphase bei 2200 U/min erfolgt.Es wird erwartet, dass die gründlich gemischten Bestandteile nun gleichmäßig aushärten, wenn sie formgegeben werden. Beachten Sie, dass die Konstruktion und Herstellung der Formen im Textprotokoll beschrieben wird und der nächste Abschnitt deren Anwendung behandelt. Dieser Prozess beginnt mit dem Formen der Greiferarm-Bauteile.Zunächst werden die beiden 3-D-gedruckten Kammerblöcke in die linke und rechte Seite der Kompomente eingesetzt, um eine abgedichtete Kammer mit angeschlossenen pneumatischen Kanälen zu erzeugen. Anschließend wird je nachdem, ob es sich um ein ein- oder zweikanaliges Modell handelt, ein oder zwei Titan-Drähte mit einem Durchmesser von 1,5 Millimeter durch die Kammer geführt. Zwischen der Greiferspitze und dem Draht sollte ein Abstand von zwei Millimetern verbleiben, um die pneumatischen Kanäle zu bilden.Füllen Sie die Form nun vollständig mit der elastomeren Mischung, wobei sichergestellt werden muss, dass keine Luftblasen eingeschlossen werden. Anschließend härtet man die Form bei 60 Grad Celsius für 10 Minuten aus. Im nächsten Schritt zieht man die Drahtstäbe und die beiden Kammerblöcke aus der Form heraus.Stellen Sie sicher, dass die Verbindung zwischen den pneumatischen Kanälen und der Kammer gut hergestellt ist, da dies die Kompression der Kammer ermöglicht, um die Greifermodule zu betätigen. Platzieren Sie nun den 3-D-gedruckten Greiferblock auf der Greifereinheit, um die Kammer zu erzeugen. Stecken Sie zunächst die Drahtstäbe ein, um die Löcher in der Wand der Form zu verschließen.Füllen Sie dann die Form mit der elastomeren Mischung und stellen Sie sicher, dass keine sichtbaren Luftblasen in der Form eingeschlossen sind. Härten Sie diese Form ebenfalls 10 Minuten bei 60 Grad Celsius aus. Entfernen Sie anschließend die ausgehärteten Komponenten aus der Form, um die Greiferkammerstruktur zusammenzubauen.Der letzte Schritt besteht darin, die verschlossene Kammerkomponente mit Luft zu füllen. Erstellen Sie hierzu die 2,5 mm dicke Dichtungsschicht, die die Montage vervollständigt. Füllen Sie die Form mit der elastomeren Mischung und härten Sie sie bei 60 Grad Celsius für 10 Minuten aus. Nach der Aushärtung eine Schicht elastomerer Material auf die ausgehärtete 2,5 Millimeter dicke Dichtungsschicht auftragen. Anschließend die Greiferkammerstruktur auf die Dichtungsschicht legen und die Verbindung entstehen lassen, wobei sichergestellt werden muss, dass die Abdichtung vollständig ist, sodass eine luftgefüllte Kammer entsteht. Danach die gesamte Struktur weitere 15 Minuten bei 60 Grad Celsius aushärten lassen.Entfernen Sie anschließend die restliche Form, um das Gerät zu vervollständigen. Das Handhabungswerkzeug wird ebenfalls aus einer Form hergestellt, und Einzelheiten finden sich im textbasierten Protokoll. Setzen Sie den Greifer in das Handhabungswerkzeug ein und decken Sie den Öffnungsbereich mit einer abnehmbaren rechteckigen Abdeckung ab.Danach wird ein beweglicher Kolben eingefügt, um die Kammerkompression zu ermöglichen, wodurch ein manuelles Werkzeug vervollständigt wird. Alternativ wird die Greifervorrichtung zusammen mit einem linearen Aktuator in ein robotisches Handhabungswerkzeug eingebaut. In diesem Fall wird der Öffnungsbereich mit einer beweglichen rechteckigen Abdeckung verschlossen.Um die Funktionalität des weichen Greifers zu überprüfen, testen Sie ihn mit einem Brückenkabel. Stellen Sie den Greifer so ein, dass das Kabel zwischen den beiden Armen liegt. Bewegen Sie dann den Kolben, um die Kammer zu komprimieren, wodurch die Greifarme aktiviert werden und das Kabel halten.Halten Sie den Draht und bewegen Sie ihn mindestens 20 Zentimeter von der ursprünglichen Position des Drahtes weg. Die vorgeschlagene Technik zeigt, wie kostengünstige, weiche pneumatische Greifer schnell hergestellt werden können. Durch einfache Änderung der Formgestaltung und Verwendung desselben Elastomers lassen sich Greifer für verschiedene Anwendungen herstellen.Die hier vorgestellte Konstruktion kann Objekte mit Durchmessern von bis zu 1,2 Millimetern aufnehmen. Bei einem simulierten chirurgischen Eingriff betrug die maximale Druckkraft, die von der einzeln aktuierbaren Armzange erzeugt wurde, etwa 0,27 Newton. Die Geräte mit doppelt aktuierbaren Armen erreichten etwa 0,8 Newton.Im Vergleich hatten Pinzetten mit und ohne Elastomer Greifkräfte von etwa 1,7 beziehungsweise 2,6 Newton. Wenn man die Technik einmal beherrscht, kann sie innerhalb einer Stunde durchgeführt werden, sofern sie ordnungsgemäß ausgeführt wird. Bei dem Versuch, dieses Verfahren durchzuführen, ist es ebenso wichtig, sich daran zu erinnern, die Stäbe vor dem Gießen fest auszurichten und die endgültige Versiegelung sorgfältig durchzuführen.Nach Durchführung dieses Verfahrens kann der fertige weiche Greifer an einer Kolbenbasis oder einer linearen Aktor-Basisbefestigung angebracht werden, um eine intuitive Steuerung des Greifvorgangs zu ermöglichen. Nach seiner Entwicklung ebnete diese Technik den Forschern auf dem Gebiet der weichen Robotik den Weg, um die Konstruktion von Kammer-Greifer-Vorrichtungen für die Handhabung empfindlicher Objekte zu erforschen. Vergessen Sie nicht, dass Silikonkautschuk eine Verschluckungsgefahr darstellen kann, und ergreifen Sie stets Vorsichtsmaßnahmen wie das Tragen von Handschuhen, während Sie dieses Verfahren durchführen.

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Research

Forschung

JoVE Journal

Bioengineering

Biotechnik

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