ヤモリにインスパイアされたソフトロボットの製造・制御・性能評価

この技術は、柔らかいロボット工学ツールキットを使用して、普遍的な空気圧制御ボックスで操作できるGeckoに触発されたソフトロボットを製造します。ソフトクライミングロボットを使用することで、機械に高い要求を課す多種多様なアプリケーションが可能になります。例えば、太陽ミラーや超高層ビルのファサードのクリーニングのために。

基本的に他のソフトロボットは、任意の空気圧システムでこの方法を使用して製造することができ、コントローラボックスで動作させることができます。アクチュエータの製造は主に手作業で行われ、練習が必要です。最初の試みで完璧に動作することを期待しないでください。

エラストマーを準備するには、エラストマーパートB化合物を5グラム、アクチュエーターあたり45グラムのパートA化合物をカップにバランスで加えます。そして、カップの端に白または赤の領域が見えなくなるまでカップの内容物をかき混ぜます。その後、カップを真空チャンバーに15分間置き、攪拌プロセス中にエラストマーに閉じ込められた空気を取り除きます。

そして、50ミリリットルの注射器にダイキャストエラストマーをロードします。ベース部品のメーカーに最初に金型に2つの対応する穴を持つアクリルガラス板をクランプし、下の穴にシリンジを挿入します。プランジャーを押し下ろして、エラストマーを脚または胴体型に積み込みます。

上部の穴から化合物が出てきたら、スクリュークランプを緩め、アクリルガラス板を金型から横に引っ張ります。鋭利なツールを使用して、上昇する気泡を穿刺します。その後、余分なエラストマーを追加します。

再び上昇気泡を穿刺し、65°Cのオーブンにカビを入れます。30分後、オーブンから金型を取り出し、カッターナイフを使用して押し出されたエラストマーを取り除きます。鋳型の間にレバーアームを挿入して、鋳物表面を損傷することなく開き、ほとんどアクチュエータを金型から取り外します。

鋳造が成功した場合は、カッターナイフを使用して突き出たバンドを取り除く。サクションカップと胴体の底部のメーカーに、同じ手順に従いますが、追加のアクリルガラスプレートを使用せずに。脚の下部のメーカーに鋳型の下部の穴を通してシリコーンチューブを押し、エラストマーで金型を充填します。

その後、小さなへらを使用してエラストマーを金型の角に分配し、オーブンで15〜20分間金型を硬化させます。鋳造の底部が冷却されたら、底部の金型を新鮮なエラストマーで満たし、すでに硬化したエラストマーの1〜1.5ミリメートル上に充填し、バタフライカニューレをベースキャスティングに挿入します。後で識別するために穿刺部位をマークした後、上部のベースを底型に入れ、側面をエラストマー浴にわずかに押し込みます。

オーブンで10〜15分後、金型からアクチュエータを取り出し、穿刺部位を使用してデバイスを圧力源に接続して最終的な漏れ試験を行います。胴体を製造するには、下部部分をエラストマーで充填し、底部にベース部を配置します。四肢接合面をエラストマーで接合面に覆い、ピン針を使用して木製のボードに接合する部品を固定します。

硬化後、足を付けた針を胴体に取り付けて吸引カップを結合し、すべての部品が同じ平面にあることを確認し、さらに10〜15分間アセンブリになります。1ミリメートルのアレンキーを使用して挿入点を広げ、直径3ミリメートル以下のシリコンチューブの端を挿入穴の上に置きます。穴にチューブを押し込み、少量のエラストマーで入口を密封するためにキーを使用します。

その後、オーブンでさらに10分間アセンブリを硬化させます。システム全体を設定するには、すべてのアクチュエータの入口に供給チューブを接続します。足に埋め込まれた供給チューブを吸引カップに接続し、ピン針を使用してマーカーをロボットに取り付けます。

ロボットをコントロールボックスに接続し、最大圧力1.2バールと真空源をコントロールボックスに接続します。クライミング実験を行う場合は、ロボットを歩く平面の起点に置き、記録を開始します。機能1を押して圧力コントローラを作動させ、ロボットを歩かせて少なくとも6サイクル上昇させます。

記録を停止し、圧力コントローラが停止したときにロボットが落下しないことを確認するために、レコードを押してください。次に、機能1を押して圧力コントローラを停止します。キャリブレーション手順を、できるだけ厳密に実際の動作条件に適合させる必要があります。

歩行平面の傾斜角度を変更すると、運転条件も変わります。したがって、角度圧力曲線は各傾きについて再調整する必要があります。この分析で再較正した後、ロボットはより速く、より少ないエネルギーを消費しながらより急な傾斜を登ることができました。

これらの画像では、48度の傾きに対するロボットの動きが示されている。図示したように、同じ時間間隔内の位置のシフトがほぼ2倍大きいため、再較正後にロボットのクライミング性能が大幅に向上した。吸引カップで観察したように、この製造方法で異なる複雑な形状を作り出すことができます。

アンダーカットを持つ人でさえも。個々のパーツを結合する場合、同じ平面内の味方が、そうでなければロボットのクライミング能力が大幅に低下することが非常に重要です。ロボットは新しい動きの戦略を研究するための興味深いプラットホームである。

例えば、このロボットは、カーブの実行を非常に異なる方法で実行できます。