Name: Gecko에서 영감을 받은 소프트 로봇의 제조, 제어 및 성능 평가 (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2020-06-10T15:00:00.000+00:00
Duration: 7 min 40 s
Description: 학습하세요 젤리 로봇 제조 및 등반 성능 평가 방법을. 엘라스토머 액추에이터와 공압 제어 시스템을 활용하여 태양광 패널 청소 등 다양한 응용 분야에 적용할 수 있는 소프트 로봇을 만듭니다.

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저자들은 핀 크누드센, 아라빈다 바라, 제이콥 무틴스키에게 유용한 토론과 영감을 준 것에 대해 감사를 표합니다.

1. 금형 인쇄
<ol><li>보충 데이터 1 "CAD/Moulds/"에서 금형에 대한 *.stl 데이터를 다운로드합니다.</li>
	<li>프린터별 슬라이싱 소프트웨어를 사용하여 3D 모델을 인쇄 작업으로 변환합니다.</li>
	<li>3D 프린터를 사용하여 금형을 인쇄합니다.</li>
	<li>인쇄 된 금형을 초음파 욕조에 15 분 동안 넣어 청소하십시오.</li>
	<li>UV 챔버에 3 시간 이상 금형을 넣습니다.</li>
</ol>2. 엘라스토머 준비
<ol><li>이 단계를 시작하기 전에 다음을 수집 : 탄성술기 (부품 A 및 부품 B), 주걱, 플라스틱 컵, 금형, 무게 규모, 플라스틱 주사기, 나사 클램프 (또는 이와 유사한), 두 개의 해당 구멍, 커터 나이프아크릴 유리 플레이트.</li>
	<li>잔에 1:9 비율로 탄성골의 파트 A와 파트 B를 혼합합니다. 컵을 계량 기계에 놓습니다. 먼저 파트 B(진한 빨간색)의 5g을 추가합니다. 그런 다음 주걱을 사용하여 A부(흰색 및 점성)의 45g을 추가합니다. 참고: 계량의 정확도가 1g. 50g까지 하나의 액추에이터에 충분하도록 보장합니다. 파트 A를 분배하는 가장 좋은 방법은 주걱을 가져 가서 배수시키는 것입니다. 주걱을 사용하여 배수 작업 당 약 6g이 가능합니다.</li>
	<li>컵 가장자리에 더 이상 흰색 또는 빨간색 영역이 보이지 않도록 저어주세요.</li>
	<li>교반 과정으로 인해 중합체에 갇힌 공기를 제거하기 위해 진공 챔버에 15 분 동안 컵을 넣습니다.</li>
	<li>혼합 된 엘라스토머를 플라스틱 주사기로 채웁니다. 이를 통해 엘라스토머를 훨씬 더 정확하게 배치할 수 있습니다. 참고: 보충 도 1은 이 섹션에 설명된 처리 단계를 보여 줍니다.</li>
</ol>3. 상부의 제조 (기본 부분)
<ol><li>아크릴 유리 플레이트를 두 개의 해당 구멍이 금형에 고정합니다. 주사기를 하부 구멍에 삽입하고 고이스토머를 금형에 누릅니다.</li>
	<li>혼합 된 엘라스토머가 상부 구멍에서 나올 때까지 플런저를 밀어 주사기에 힘을 가하십시오.</li>
	<li>나사 클램프를 풀고 아크릴 유리 판을 옆으로 당깁니다. 참고: 위쪽이 아닌 측면으로 당겨내는 것이 중요합니다. 그렇지 않으면, 엘라스토머는 금형에서 뽑아집니다.</li>
	<li>날카로운 도구로 떠오르는 기포를 뚫습니다. 이것은 기존의 기포를 제거하는 대신 새로운 기포를 만들 것이기 때문에 너무 깊이 구멍을 뚫지 마십시오. 나중에 액추에이터의 기능에 크게 영향을 미치기 때문에 더 큰 거품을 관통하는 것이 특히 중요합니다. 참고: 선택적으로 진공 챔버의 채워진 금형을 대피하여 여전히 갇힌 공기를 제거합니다. 그러나 이렇게 하면 상승하는 기포가 표면으로 가는 길에 금형에 붙어 기능적으로 관련된 영역에서 주조에 구멍을 뚫을 수 있습니다. 보조 도 2는 이 현상을 보여줍니다.</li>
	<li>30 분 동안 65 °C에서 오븐에 금형을 넣습니다.</li>
	<li>엘라스토머의 레벨이 크게 떨어졌는지 10분 후에 확인하십시오. 이 문제는 금형이 완전히 단단하지 않거나 자주 사용하기 때문에 약간 구부러진 경우 발생합니다. 레벨이 1mm 이상 떨어지면 탄성탄을 다시 채웁니다. 그런 다음 계속 경화하십시오.</li>
	<li>오븐에서 총 30 분 후, 금형을 꺼내 커터 칼로 압출 된 엘라스토머를 잘라냅니다.</li>
	<li>드라이버로 분리하여 금형을 엽니다. 주조와 관련된 표면을 손상시키지 않도록 주의하십시오.</li>
	<li>이전 단계에서 붙어 있던 금형의 부분에서 거의 완성된 액추에이터를 제거합니다. 참고: 캐스팅이 성공했는지 확인하기 위해 첫 번째 시각적 검사를 여기에서 확인할 수 있습니다. 돌이킬 수 없는 결함이 발견되면(보충 도 3참조), 제조 공정은 여기에서 중지되어야 합니다. 더 작은 구멍은 나중에 수리할 수 있습니다. 또한 밀봉 입술은 전체 둘레에 걸쳐 가능한 한 발음하는 것이 중요합니다.</li>
	<li>커터 칼로 튀어나온 버를 잘라냅니다. 이것은 때로는 매우 힘들지만 좋은 최종 결과에 필수적입니다. 참고: 보충 도 4는 이 섹션에 설명된 처리 단계를 보여 줍니다. 설명된 단계는 네 개의 다리를 캐스팅하는 데 유효합니다 (금형은 보충 파일 1 "CAD / 금형 / small_leg_schwalbe *.stl"에서 찾을 수 있으며 몸통의 두 가지 기본 부분 ("CAD / 금형 / small_belly*stl"). 흡입 컵 (로봇의 발, "CAD / 금형 / 흡입컵 *.stl"에서 찾을 수 있음) 또는 몸통의 바닥 부분 ("CAD / 금형 / small_torso_base1 *.stl")을 캐스팅하려면 3.1 및 3.3 단계를 제외하고 동일한 공정 단계를 수행하므로 주조를위한 이러한 금형이 추가 로 내장되어 있으므로 추가 로 의고가 필요합니다. 총 다리의 4개의 베이스 부분, 몸통의 2개의 베이스 부분, 몸통의 바닥 부분 1개, 흡입 컵 4개를 구축하십시오.</li>
</ol>4. 하부 (하부 부분) 제조
<ol><li>하단 부분의 금형에서 이 목적을 위해 제공된 구멍을 통해 실리콘 튜브를 밀어 내고, 보충도 도 5를참조하십시오.</li>
	<li>베이스 부품의 금형을 엘라스토머로 채우고 작은 주걱으로 모서리까지 분배합니다. 참고: 탄성수기의 수준은 5mm 이하여야 하며 4mm 이하여야 하며 임베디드 튜브를 완전히 커버해야 합니다. 다리의 하단 부분에 대한 금형은 보충 파일 1 "CAD / 금형 / small_base_schwalbe.stl"에서 찾을 수 있습니다.</li>
	<li>경화에 대한 15-20 분 동안 오븐에 금형을 넣어. 다음 단계의 경우 맨 위 부품과 결합되는 동안 아래쪽 부분이 금형에 남아 있는 것이 필요합니다.</li>
</ol>5. 베이스 및 하단 부품에 가입
<ol><li>레벨이 이미 강화된 엘라스토머 보다 1-1.5mm 높이로 유지되도록 하단 부품의 금형을 엘라스토머로 채웁니다.</li>
	<li>나비 캐뉼라를 기본 부품에 삽입하고 펑크 부위를 표시하여 나중에 더 쉽게 찾을 수 있습니다. 이 단계는 오븐에서 팽창 하는 공기 가 탈출 할 수 있도록 하는 데 필요한.</li>
	<li>베이스 부분을 바닥 금형에 넣고 측면만 약간 눌러 엘라스토머 욕조에 넣습니다.</li>
	<li>액추에이터를 오븐에 넣고 10-15분 동안 오븐에 넣고 나중에 금형을 제거합니다. 참고: 금형에서 액추에이터를 쉽게 제거할 수 있어야 합니다. 그렇게 하지 못하면, 중합체는 아직 완전히 경화되지 않았거나(이 경우 경화 시간을 10분 이상 증가시키거나 바닥 부분이 금형에 붙어 있습니다(이 경우 더 열심히 당겨야 합니다). 그러나 일반적으로 액추에이터를 쉽게 풀어 놓을 수 없다면 나쁜 징조입니다.</li>
	<li>5.2 단계에서 천자 부위를 사용하여 압력 소스를 연결하고 최종 누설 테스트를 수행, 보충 도 6을참조하십시오. 참고: 작은 누출이 있는 경우 수리할 수 있습니다. 작은 주걱과 오븐에 10 분 작은 엘라스토머의 응용 프로그램은 누출을 해결해야합니다. 모든 누출이 고정되면 액추에이터가 준비됩니다. 보충 도 6은 이 섹션에 설명된 처리 단계를 보여 주며, 보충도도 7은 섹션 3-5에 설명된 전체 프로세스를 보여 줍니다. 몸통의 베이스 및 하단 부분에 합류하려면 금형을 직접 채우지 않고 아래쪽 부분을 채우지 않는 5.1 단계를 제외하고 동일한 단계를 수행합니다.</li>
</ol>6. 모든 사지의 합류
<ol><li>나무 판에 핀 바늘과 결합할 부품을 수정하여 다음 공정 단계에서 함께 보관할 수 있도록 합니다.</li>
	<li>보충 도 8A에표시된 대로 접합 면을 단골체로 덮습니다. 결합 표면이 깨끗하고 지방이 없는지 확인하십시오. 그렇지 않으면 이 시점에서 부품이 파기됩니다.</li>
	<li>오븐에 10-15 분 동안 어셈블리 (보충 도 8B참조)를 넣습니다.</li>
</ol>7. 공급 튜브 입구 장착
<ol><li>1mm 알렌 키를 사용하여 나비 캐뉼라의 삽입 점을 5.2 단계에서 더 넓히세요.</li>
	<li>실리콘 튜브의 끝을 최대 외부 직경 3mm의 구멍 위에 놓고 알렌 키로 누릅니다.</li>
	<li>작은 엘라스토머로 입구를 밀봉합니다. 이것은 또한 기계적 스트레스로부터 보호합니다.</li>
	<li>오븐에 10 분 동안 어셈블리를 넣습니다. 참고: 보충 도 9은 이 섹션에 설명된 처리 단계를 보여 줍니다.</li>
</ol>8. 컨트롤 박스 구축
<ol><li>보충 데이터 1 "CAD / 컨트롤 박스 /"에서 하우징의 해당 * dxf 도면을 다운로드하고 레이저 커터에 잘라.</li>
	<li>보조 도 10A 및 보충 도(11)에 따라 전면 패널에 "사용자 인터페이스 유닛"을 조립한다.</li>
	<li>보조 도 10B 및 보충 도 12에따라 6 개의 "밸브 유닛"을 구축 하십시오.</li>
	<li>보조 도 10C, 보충 도(13) 및 보충도(14)에따라 하단 패널에 6개의 "밸브 유닛"과 "사용자 인터페이스 유닛"을 조립한다. 두 측면 패널과 후면 패널을 어셈블합니다. 마지막으로 상단 패널을 조립합니다.</li>
	<li>보충 파일 1에 따라 제어 상자에 내장 된 두 개의 단일 보드 컴퓨터를 구성하고 두 보드에 보충 데이터 2에 제공되는 전체 폴더 "코드"(모든 하위 폴더 포함)를 업로드합니다.</li>
	<li>추가 데이터 2에 제공된 스크립트 "코드/arduino_p_ctr.ino"를 컨트롤 박스에 내장된 6개의 마이크로 컨트롤러에 업로드합니다.</li>
</ol>9. 임베디드 측정 시스템으로 테스트 벤치 구축
<ol><li>보조 데이터 1 "CAD/TestBench/"에서 카메라 홀더의 해당 *dxf 도면을 다운로드하여 레이저 커터로 잘라냅니다.</li>
	<li>보충 데이터 1 "CAD/TestBench"에서 클램프의 해당 *stl 파일을 다운로드하고 3D 프린터에 인쇄합니다.</li>
	<li>보충 도 15에 따라 DIN-A1 포스터 패널에 클램프로 카메라 홀더를 조립하고 의도된 위치에 카메라와 단일 보드 컴퓨터를 장착합니다.</li>
	<li>보충 파일 1의 섹션 4-5에 따라 단일 보드 컴퓨터의 이더넷 인터페이스 및 SSH 설정을 구성하고 보드에 전체 폴더 "코드"(보충데이터 2)를업로드합니다.</li>
</ol>10. 전체 시스템 설정
<ol><li>로컬 네트워크를 만들고 스크립트 "Code/main.py"에서 올바른 IP 주소를 모니터링에 사용되는 모든 단일 보드 컴퓨터및 컴퓨터에 할당하거나 그에 따라 스크립트를 다시 작성합니다.</li>
	<li>보조 도 16에표시된 대로 몸통의 양쪽 끝에 핀 바늘을 삽입하여 로봇이 핀과 발(흡입 컵)으로 워킹 플레인에만 접촉하도록 합니다.</li>
	<li>DIN-A4 시트에 보충 파일 2에 제공된 시각적 마커15를 인쇄하고 가위를 사용하여 잘라냅니다.</li>
	<li>보충 도(17)에따라 핀 바늘을 사용하여 로봇에 마커를 부착한다.</li>
	<li>로봇을 컨트롤 박스에 연결합니다. 참고: 그림 1은 전체 시스템의 배선을 보여 줍니다.</li>
</ol>11. 컨트롤 박스 실행
<ol><li>컨트롤 박스의 메인 스위치에 전원을 공급하고 모든 것이 부팅될 때까지 기다립니다.</li>
	<li>SSH를 사용하여 기본 단일 보드 컴퓨터에 로그인하고 폴더 "코드"를 탐색하고"root@beaglebone:~# python3 main.py"라는명령으로 컨트롤 박스를 시작합니다. 동시에 명령"user@pc:~ python2 monitor.py"에의해 개인용 컴퓨터에서 모니터를 시작합니다. 참고: 두 프로그램 모두 동시에 시작해야 합니다. 컨트롤 박스의 단일 보드 컴퓨터에서 실행되는 프로그램 "main.py"는 모니터링에 사용되는 개인용 컴퓨터에 연결하려고 시도합니다. 개인용 컴퓨터에 "monitor.py"스크립트에 의해 트리거된 청취 포트가 없는 경우 모니터가 시작되지 않습니다. "monitor.py"을 제외하고 이 프로토콜에 사용되는 모든 프로그램/스크립트는 python3로 실행됩니다.</li>
	<li>압력 소스를 제어 상자(최대 1.2 bar)에 연결합니다.</li>
	<li>진공 소스를 제어 상자에 연결합니다.</li>
</ol>12. 로봇 교정
<ol><li>테스트 벤치의 보행 비행기에 로봇을 놓습니다. 가파른 경사면의 경우 로봇의 앞면과 보행비행기 상단 사이에 끈을 부착하여 로봇을 제자리에 고정시하십시오.</li>
	<li>컨트롤 박스에서 보조도(18)에표시된 대로"모드 2"버튼을 눌러"패턴 참조"모드를 활성화합니다.</li>
	<li>"clb"항목을 찾을 때까지 위아래 버튼을 사용하여 LCD에 표시된 메뉴를 스크롤합니다. 그런 다음 enter 버튼을 누를 수 있습니다.</li>
	<li>다음 메뉴를 스크롤하여 "mode_4.csv" 항목으로 스크롤하고"enter" 버튼을 누를 수 있습니다.</li>
	<li>모니터에서 보충도 19에표시된 대로"레코드"버튼을 누릅니다. 참고 :"기록"버튼을 누르면 자동으로 "코드 / Src / GUI / save.py:save_last_sample_as_csv()"에 지정된 위치에서 모니터링 컴퓨터에 *.csv 파일을 만들 것입니다,이 폴더 "current_exp"입니다 (예시 측정은 보충 데이터 3에서제공됩니다).</li>
	<li>컨트롤 박스에서"기능 1"버튼을 눌러 교정 절차를 시작합니다.</li>
	<li>보정 후 모니터의"녹음"버튼을 눌러 레코딩을 중지하고 제어 박스의"기능 1"버튼을 눌러 압력 컨트롤러를 중지합니다.</li>
	<li>나중에 고유하게 식별할 수 있도록 자동으로 생성된 "current_exp/*.csv" 파일의 이름을 바꿉니다.</li>
	<li>보충 데이터 4에 제공된 스크립트 "교정/eval_clb.py"를 실행하고 기존 사전 내에서 "코드/Src/컨트롤러/calibration.py"라는 키워드가 있는 항목으로 출력(다항제 적합계)을 저장합니다.</li>
</ol>13. 걸음걸이 패턴 만들기
<ol><li>"코드/패턴/create_pattern.py"라는 스크립트를 실행하고 출력된 *.csv 파일을 폴더 "코드/패턴/[로봇 버전]/"에 저장합니다. 참고: 이 스크립트는 각도 참조로 공식화된 직선 걸음걸이8(보충 도 20A 또는 보충 애니메이션 1참조)에 대해 미리 정의된 보행 패턴을 로봇 별 압력 참조로 변환합니다. 가파른 경사에 대한 걸음걸이 패턴을 생성하려면 line 222를 주석 해제하여 스크립트를 수정합니다. 이렇게 하면 보조 도 20B 또는 보충 애니메이션 2에따라 패턴이 생성됩니다. 컨트롤 박스에서 제공하는 패턴 참조인터페이스는 각 행이 모든 액추에이터에 대한 개별 집합점을 정의하는 *.csv 파일로 구성됩니다. 따라서 처음 8개의 컬럼은 기준 압력을 정의하고, 다음 네 개의 열은 직접 작동 밸브에 대한 참조를 정의하고, 마지막 열은 이 세트점을 보유해야 하는 시간을 정의합니다.</li>
	<li>컨트롤 박스의 단일 보드 컴퓨터를 개인용 컴퓨터(예: "코드/패턴/*")를 보드에 업로드합니다. 이를 위해 프로그램 "main.py"이 중단되어야 합니다(Ctrl+C).</li>
</ol>14. 등반 실험 수행
<ol><li>테스트할 각 성향에 대해 11-13단계를 수행합니다.</li>
	<li>로봇을 보행비행기의 표시된 지점에 놓습니다.</li>
	<li>12.2-12.4 단계에 설명된 대로 패턴 참조를 선택하지만 첫 번째 메뉴에서 원하는 "로봇 버전"("clb"대신)을 선택하고 두 번째 메뉴에서는 "mode_4.csv 대신"의 현재 성향에 따라 패턴 참조를 선택합니다.</li>
	<li>12.5 단계에서 설명된 대로 레코딩을 시작합니다.</li>
	<li>압력 컨트롤러를 활성화하려면"기능 1"버튼을 누를 수 있습니다.</li>
	<li>로봇이 적어도 6 사이클 동안 걷다 / 등반하자.</li>
	<li>모니터의"레코드"버튼을 눌러 녹화를 중지합니다(예: 12.7단계).</li>
	<li>다음 단계를 실행할 때 로봇이 떨어지지 않도록 하십시오.</li>
	<li>"기능1"버튼을 다시 눌러 압력 컨트롤러를 중지합니다. 이것은 또한 진공 공급을 중지하고, 결과적으로 로봇이 떨어질 것이다.</li>
	<li>기록된 *.csv 파일을 폴더 "Exp평가/[로봇 버전]/[패턴 유형]/[성향]/"로 이동합니다. 참고: 다음 단계에 대한 솔리드 베이스를 갖기 위해 각 실행을 5회 이상 반복합니다.</li>
</ol>15. 실험 평가
<ol><li>보충 데이터 5에 제공된 스크립트 "Exp평가/eval_vS11_adj_ptrn.py"를 실행하여 모든 측정 데이터를 자동으로 의미합니다. 참고: 이 스크립트는 모든 발의 트랙, 시간이 지남에 따라 적용된 압력, 시간이 지남에 따라 모든 사지의 측정된 굽힘 각도, 시간이 지남에 따라 로봇의 속도, 시간이 지남에 따라 로봇의 방향, 경사를 통해 평균 속도(cf. 그림 2A),및 오버 경사(그림 2B)를통해 사용되는 에너지의 근사치를 출력합니다.</li>
</ol>

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</ol>

저자는 경쟁적인 재정적 이익이 없다고 선언합니다.

제시된 프로토콜에는 제조, 제어, 교정 및 성능 평가를 포함하여 Ref.9의등반 소프트 로봇과 관련된 다양한 측면이 포함됩니다. 다음에서, 프로토콜에서 유래된 장단점은 위에서 언급한 양상에 따라 논의되고 구조화된다.
제시된 제조 방법은 기존문헌(10)및13을강하게 기초한다. 액추에이터의 디자인은 실질적인 차이입니다. 개별 사지에 가입하려면 보조 도 21에나와 있는 것처럼 도브테일 가이드가 적절한 지점에 삽입됩니다. 이로 인해 로봇8의이전 설계에 비해 사지 간의 훨씬 더 정확하고 견고한 연결이 발생합니다. 또한, 공급 튜브는 액추에이터의 하단 부분에 내장되어 있습니다. 이 통합 설계를 통해 진공 패드를 공급할 수 있으며 동시에 바닥 층이 더 이상 신축성이 없게 되어 액추에이터의 성능이 크게 향상됩니다. 문헌에 기재된 절차의 또 다른 차이점은 혼합 된 엘라스토머가 한 번만 대피한다는 것입니다 (혼합 직후). 많은 소스는 두 번 탄성탄을 대피하는 것이 좋습니다 : 혼합 후 한 번, 그리고 금형에 채워진 후 한 번. 공기가 매우 작은 공간에 갇혀 남아 있을 수 있습니다. 진공 챔버에서 이 공기는 팽창하고 최상의 경우 표면으로 상승합니다. 그러나 종종 이러한 기포는 미완성 된 주조에 불쾌한 구멍을 만들어 방해받습니다. 여기서, 더 중요한 것에 관해서는 결정이 내려져야 합니다: 베이스 부분의 하단에 완벽한 윤곽 또는 비기능액액을 생산하는 가능한 한 적은 위험 (cf. 보충 도 2). 이 프로토콜에서는 두 번째 대피가 수행되지 않습니다. 제시된 절차에서, 바닥 부분의 높이는 수동으로 채워질 때 다를 수 있으며, 베이스 파트와 달리 경화 후 균일한 높이로 절단할 가능성은 없다. 바닥 부품의 높이가 가능한 한 균일하도록 하부 부품의 금형을 채울 때 주사기를 사용하고 부어진 부피를 측정하는 것이 좋습니다. 그러나 혼합 이후 경과한 시간에 따라 엘라스토머의 유량 특성이 크게 변경됩니다. 따라서, 항상 갓 혼합 된 엘라스토머를 사용하는 것이 좋습니다. 액추에이터의 베이스와 하단 부분에 합류하면 가장 큰 공정 불확실성이 수반됩니다. 중합체 목욕이 너무 높으면 챔버 사이의 공기 채널도 대부분 덮여있을 것입니다. 그런 다음 액추에이터가 더 이상 사용할 수 없습니다. 탄성식 목욕이 너무 낮으면 밀봉 입술이 전체 둘레로 덮여 있지 않을 수 있으며 액추에이터가 누출될 수 있습니다. 따라서, 그것은 제대로 엘라스토머 목욕을 투여하는 연습의 일정 금액을 걸립니다. 일반적으로 결합하는 데 중요한 것은 무지방 결합 표면입니다. 결합 표면이 너무 오염되면 완성된 액추에이터가 파기될 수 있습니다. 따라서 부품이 결합되지 않은 표면에만 닿지 않도록 하는 것이 필수적입니다. 제조 방법의 주요 한계는 실현될 조각의 수입니다. 단일 액추에이터의 생산은 총 2시간 이상 걸립니다. 여러 금형을 병렬로 작업할 수 있지만 시간 제약으로 인해 4개 이상의 금형을 사용할 수 없습니다. 엘라스토머의 냄비 수명은 너무 짧아서 더 많은 금형을 채울 수 없습니다. 또한 3D 프린팅 금형은 매우 변형되거나 파손되기 전에 제한된 수의 생산 주기(약 10-20)만 견딜 수 있습니다. 또 다른 제한은 이미 논의된 프로세스 불확실성입니다. 거의 모든 프로세스 단계가 수동으로 수행되므로 각 액추에이터는 약간 다릅니다. 이로 인해 건설에서 동일하지만 두 개의 매우 다른 동작을 보이는 두 대의 로봇이 발생할 수 있습니다.
컨트롤 박스를 사용하면 로봇을 제어하는 방법이 제공됩니다. 그럼에도 불구하고 각 공압 시스템에 대해 스크립트 "Code/arduino_p_ctr.ino"의 제어 이득을 개별적으로 결정해야 합니다. 프로토콜에는 다루지 않습니다. 그러나 컨트롤 박스의 "압력 참조 모드"는 로봇을 장난스럽게 처리할 수 있으므로 컨트롤러 튜닝은 여러 스크립트를 작성하지 않고도 만들 수 있습니다. 제어 상자의 또 다른 제한은 재료가 총 7000 US $의 비용으로 비용입니다. 문헌11은 약 900 US$의 비용이 드는 제어 상자에 대한 건물 지침을 제공하며 일부 업그레이드를 통해 로봇을 작동하는 데 사용할 수도 있습니다.
개별 액추에이터의 교정에 매우 중요합니다. 보조 도(22)는 4가지 절차및 보충도(23)에 대한 시간이 지남에 따라 압력 참조의 질적 과정을 나타내며, 보충도(23)는 결과 각도 압력 곡선을 나타낸다. 후자에서 볼 수 있듯이, 교정의 각 방법은 다른 각도 압력 곡선을 초래한다. 이는 압력과 각도 간의 관계가 액추에이터에서 작용하는 부하에 크게 의존한다는 것을 보여줍니다. 따라서 교정 절차는 가능한 한 실제 부하 케이스를 최대한 반영해야 합니다. 따라서 교정 절차를 가능한 한 실제 작동 조건에 맞게 조정해야 합니다. 최고의 보행 성능은 교정 절차 4로 얻을 수 있습니다. 그러나 그림 3B에서볼 수 있듯이 시리즈의 후속 포즈는 완전히 대칭적이지 않으며 교정이 개선될 가능성에 대한 지표입니다.
측정 시스템에 중요한 것은 섹션 10에서 시각적 마커15의 어셈블리입니다. 튜브가 간섭하기 때문에 원하는 지점에 직접 장착할 수 없으므로 측정된 점을 인위적으로 이동해야 합니다. 이 오프셋 벡터(카메라의 픽셀 좌표)를 결정할 때는 특별한 주의를 기울여야 합니다. 그렇지 않으면 전체 측정에는 상당한 체계적인 오류가 있습니다. 또한 태그가 시간 으로 대체되지 않도록 해야 합니다. 예를 들어 로봇의 몰락으로 인해 해당 태그를 동일한 장소에서 다시 마운트해야 합니다. 어쨌든 측정 시스템이 여전히 신뢰할 수 있는 출력을 생성하는지 정기적으로 확인해야 합니다.
실험의 제한 요소는 발고정입니다. 더 가파른 성향을 높이기 위해서는 고정 메커니즘을 재고해야 합니다. 현재 로봇은 보행평면에 발을 적극적으로 밀어낼 수 없으며, 높은 경사면에서 중력에 의한 정상힘이 너무 작아서 흡인컵을 보행평면에 충분히 가깝게 가져와 서 안심할 수 있는 흡입을 보장한다.
제시된 제조 방법은 유체성 탄성중합체 액추에이터로 이전할 수 있으므로 향후 응용 분야에서 흥미로울 수 있습니다. 제시된 컨트롤 박스는 빠른 감각 피드백이 필요하기 때문에 로봇 플랫폼을 포함하여 6개의 개별 액추에이터(최대 8개까지 확장 가능)로 구성된 공압 시스템을 제어할 수 있습니다. 따라서 미래의 로봇을 테스트하고 제어하기 위한 범용 플랫폼으로 사용될 수 있습니다. 마지막으로, 제시된 교정 방법은 원칙적으로 모든 피드 포워드 제어 공압 시스템에 있을 수 있습니다. 요약하면 제시된 모든 메서드는 설명된 범위 내에서 보편적입니다.

인간과 기계 간의 상호 작용은 끊임없이 가까워지고 있습니다. 기업과 가정에서 로봇 밀도가 증가함에 따라 로봇 기술에 새로운 도전이 되고 있습니다. 종종 위험은 분리 방법에 의해 배제되지만, 많은 지역, 특히 가정에서 이것은 만족스러운 해결책이 아닙니다. 소프트 로봇공학은 소프트 소재와 구조물의 특성을 사용하여 살아있는 유기체1처럼행동하는 새로운 유형의 기계를 개발함으로써 이2문제를 해결합니다. 대부분의 소프트 로봇은 그립과 조작을 위해 설계된 모바일 로봇과 로봇의 두 가지 유형으로 분류 할 수있습니다 3. 소프트 모바일 로봇의 경우 일반적인 운동 원리는 크롤링, 걷기, 달리기, 점프, 비행 및 수영4입니다. 소프트 로봇에 대한 응용 프로그램의 또 다른 흥미로운 필드는 등반입니다 – 운동과접착5의조합. 소프트 머신은 매우 견고하며 부드러움으로 인해 주변 환경을 손상시킬 수 없습니다. 이 특성은 쉽게 가을을 살아남을 수 있기 때문에 등반을위한이 로봇 클래스를 predestines합니다. 따라서, 문학은,6,7,78등반할 수있는 소프트 로봇의 몇 가지 예를 제공합니다.
이 프로토콜의 목표는 도마뱀에서 영감을 받은 소프트 로봇9의성능을 제조, 제어 및 평가하는 방법을 제공하는 것입니다. 그것의 디자인은 빠른 pneunet 소프트 벤딩 액추에이터10엘라스토머로 만든 의 사용을 기반으로합니다. 그러나 다른 소프트 액추에이터 디자인 및/또는 재료도 사용할 수 있습니다. 문학은 소프트 액추에이터(11)와 적합한 재료(12)의다양한 디자인의 넓은 범위를 제공합니다. 제시된 제조 방법은 기존방법(13)과 유사하지만, 적어도 소프트 클라이밍 로봇9의경우 반복성 및 견고성을 증가시키는 일부 수정을 포함한다. 이 방법은 일반적으로 빠른 pneunet 굽힘 액추에이터에 유효하며, 따라서 액추에이터 제조 분야의 신규 이민자에게 흥미로울 수 있습니다.
공압 작동 소프트 로봇을 제어하기 위해 문헌은 다양한 솔루션을 제공합니다. 그것은 저비용 및 복제하기 쉬운 제어 보드(13)에서 강력한 하지만 더 복잡한 보드14에이르기까지 다양하며, 이는 특별한 도구없이 는 재건 할 수 없습니다. 여기서는 레이저 커터와 납땜 철만을 사용하여 공압 제어 상자를 구축하기 위한 간략한 설명이 제공됩니다. 제어 박스는 압력을 공급할 수 있으며 로봇 응용 분야에서 특히 중요한 실시간 감각 피드백을 제공합니다. 그러나 다른 많은 응용 프로그램에도 사용할 수 있습니다.

<table><tbody><tr><td>3D 프린터</td><td>Formlabs</td><td>Form 2</td><td></td></tr><tr><td>아크릴 유리판</td> <td>-</td><td></td> <td>주조 용, 보충</td></tr><tr><td>아크릴 유리 후면 패널</td> 참조<td>-</td><td></td><td>보조</td></tr><tr><td>아크릴 유리 바닥 패널</td> 참조<td>-</td><td></td><td>보조</td></tr><tr><td>아크릴 유리 전면 패널</td> 참조<td>-</td><td></td><td>보조</td></tr><tr><td>아크릴 참조 유리 측면 패널</td> <td>-</td><td></td> <td>참조 보조</td></tr><tr><td>아크릴 유리 상단 패널</td> <td>-</td><td></td> <td>참조 추가</td></tr><tr><td>Arduino Nano</td><td>Arduino</td><td>A000005</td><td></td></tr><tr><td>Allan Key 1mm</td><td></td><td></td><td>모든 작업장에서 사용 가능</td></tr><tr><td>BeagleBone Black</td><td>beagleboard</td><td>BBB01-SC-505</td><td></td></tr><tr><td>버터 플라이 캐뉼라</td><td>B. Braun Melsungen AG</td><td>5039573</td><td></td></tr><tr><td>측정 시스템용 클램프 1</td> <td>-</td><td></td> <td>측정</td></tr><tr><td></td> 시스템<td></td><td>용 보조 클램프 2</td> <td>참조</td></tr><tr><td>- 모든 작업장에서 사용 가능한</td>보조<td>커터 나이프</td><td></td><td></td></tr><tr><td>참조 직동식 솔레노이드 밸브</td><td>Norgren</td><td>EXCEL22 DM/49/MDZ83J/T4</td><td></td></tr><tr><td>엘라스토머</td><td>Wacker Chemie</td><td>ELASTOSIL M4601</td><td></td></tr><tr><td>프레임 측정 시스템 파트 1</td><td></td><td></td> <td>- 참조</td></tr><tr><td>보조 프레임 측정 시스템 파트 2</td> <td>-</td><td></td> <td>보조</td></tr><tr><td>레이저 커터</td><td>Trotec</td><td>SP500</td><td></td></tr><tr><td>LED</td><td>RND 구성 요소</td><td>RND 210-00013</td><td></td></tr><tr><td>LCD</td><td>JOY-IT</td><td>SBC-LCD16X2</td><td></td></tr><tr><td>금형 하단 부분 다리</td><td></td><td></td> <td>참조 보조</td></tr><tr><td>금형 하단 부분 몸통 1</td><td>-</td><td></td><td>참조 보조</td></tr><tr><td>금형 하단 부분 몸통 2</td><td>-</td><td></td><td>참조 보조</td></tr><tr><td>금형 다리 1</td><td>-</td><td></td><td>참조 보조</td></tr><tr><td>금형 다리 2</td><td></td><td></td>-<td>참조 보조</td></tr><tr><td>금형 몸통 1</td><td>-</td><td></td><td>참조 보조</td></tr><tr><td>금형 몸통 2</td><td>-</td><td></td><td>보충 자료 참조</td></tr><tr><td>오븐</td><td>바인더</td><td>ED 115</td><td></td></tr><tr>모든 <td>슈퍼마켓에서 사용 가능한</td><td>플라스틱</td><td></td><td></td></tr><tr><td>주사기</td><td></td><td></td><td>모든 약국</td></tr><tr><td>포스터 패널</td><td>Net-xpress.de (유통 업체)</td><td>에서</td> 사용 가능10620232 <td>보행 평면으로</td></tr><tr><td>전위차계</td><td>VISHAY</td><td>P16NM103MAB15</td><td></td></tr><tr><td>전원 공급 장치</td><td>펄스 치수</td><td>CPS20.241-C1</td><td></td></tr><tr><td>압력 센서</td><td>Honeywell</td><td>SSCDANN150PG2A5</td><td></td></tr><tr><td>압력 소스</td><td>EINHELL</td><td>4020600</td><td></td></tr><tr><td>비례 밸브</td><td>Festo</td><td>MPYE-5-1/8-LF-010-B</td><td>6x</td></tr><tr><td>라즈베리 파이</td><td>라즈베리 파이</td><td>라즈베리 파이 3B+</td><td></td></tr><tr><td>라즈베리 파이 캠</td><td>라즈베리 파이</td><td>라즈베리 파이 카메라 V2.1</td><td></td></tr><tr><td>수지</td><td>formlabs</td><td>회색 수지 1l</td><td></td></tr><tr><td>나사 클램프</td><td>VELLEMAN</td><td>3935-12</td><td></td></tr><tr><td>실리콘 튜브 2mm</td><td>Festo</td><td>PUN-H-2X0,4-NT</td><td>제어 상자에 로봇 연결용</td></tr><tr><td>실리콘 튜브 2.5mm</td><td>Schlauch24</td><td>n/a</td><td>공급 튜브 입구(https://www.ebay.de/itm/281761715815)용</td></tr> <tr><td>스위치</td><td>MIYAMA</td><td>MS 165</td><td></td></tr><tr><td>초음파 수조</td><td>RND LAB</td><td>605-00034</td><td></td></tr><tr><td>UV 챔버</td><td>formlabs</td><td>형태 경화</td><td></td></tr><tr><td>진공 챔버 + 펌프</td><td>COPALTEC</td><td>PURE PERFEKTION</td><td></td></tr><tr><td>중량 척도</td><td>KERN-SOHN</td><td>PCB 2500-2</td><td>min. 해상도 1g</td></tr></tbody></table>

gecko에서 영감을 받은 소프트 로봇의 제조, 제어 및 성능 평가

Manufacturing, Control, and Performance Evaluation of a Gecko-Inspired Soft Robot

이 프로토콜은 최대 84°의 경사면으로 경사평평한 표면을 등반할 수 있는 소프트 로봇의 성능을 제조, 제어 및 평가하는 방법을 제시합니다. 제조 방법은 일반적으로 빠른 공압 구부리기 액추에이터에 유효하며, 따라서 액추에이터 제조 분야의 신규 이민자에게 흥미로울 수 있습니다. 로봇의 제어는 임의의 압력을 제공 할 수있는 공압 제어 상자를 통해 달성되며 구입 한 구성 요소, 레이저 커터 및 납땜 철을 사용하여만 제작 할 수 있습니다. 로봇의 보행 성능을 위해 압력 각도 교정이 중요한 역할을 합니다. 따라서 압력 각도 보정을 위한 반자동 방법이 제시된다. 높은 경사(> 70°)에서 로봇은 더 이상 보행 비행기에 안정적으로 고정할 수 없습니다. 따라서 보행기 패턴이 수정되어 보행 평면에 발을 고정할 수 있도록 합니다.

이 프로토콜은 도마뱀에서 영감을 받은 소프트 로봇의 등반 성능의 제조, 제어 및 평가를 위해 수행할 단계의 자세한 목록을 제공합니다.

Gecko에서 영감을 받은 소프트 로봇의 제조, 제어 및 성능 평가

This protocol presents a method for manufacturing, control, and evaluation of the performance of a soft robot that can climb inclined flat surfaces with ...

이 기술은 부드러운 로봇 툴킷을 사용하여 Gecko에서 영감을 받은 소프트 로봇을 제조하며, 이는 범용 공압 제어 박스로 조작할 수 있습니다. 소프트 클라이밍 로봇을 사용하면 기계에 높은 요구를 부과하는 다양한 응용 프로그램을 사용할 수 있습니다. 예를 들어 태양 거울 이나 마천루 외관의 청소에 대 한.기본적으로 다른 소프트 로봇은 컨트롤러 박스로 작동할 수 있는 모든 공압 시스템에서 이 방법을 사용하여 제조할 수 있다. 액추에이터의 제조는 대부분 수작업으로 이루어지며 연습이 필요합니다. 첫 번째 시도에서 완벽하게 작동 할 것으로 기대하지 마십시오.탄성동기를 준비하려면, 엘라스토머 파트 B 화합물 5그램, 액추에이터 당 파트 A 화합물 45그램을 균형에 컵에 넣습니다. 그리고 컵 의 가장자리에 흰색 또는 빨간색 영역이 보이지 않는 때까지 컵 내용물 저어. 그런 다음 컵을 진공 챔버에 15 분 동안 놓고 교반 과정에서 엘라스토머에 갇힌 공기를 제거하십시오.그리고 다이 캐스트 엘라스토머를 50 밀리리터 주사기에 적재합니다. 상기 저기부 제1클램핑 아크릴 유리 플레이트를 금형에 두 개의 해당 구멍이 있고 주사기를 하부 구멍에 삽입한다. 플런저를 누르고 엘라스토머를 다리 나 몸통 금형에 로드합니다.화합물이 상부 구멍에서 나올 때 나사 클램프를 풀고 아크릴 유리 판을 금형에서 옆으로 당깁니다. 날카로운 도구를 사용하여 떠오르는 기포를 뚫습니다. 그런 다음 추가 엘라스토머를 추가합니다.상승 거품을 다시 뚫고 금형을 65도 오븐에 놓습니다. 30분 후 오븐에서 금형을 꺼내 커터 나이프를 사용하여 압출된 탄성중합체를 제거합니다. 금형 조각 사이에 레버 암을 삽입하여 주조 표면을 손상시키지 않고 열고 금형에서 거의 액추에이터 조각을 제거합니다.주조가 성공한 경우 커터 나이프를 사용하여 돌출 된 밴드를 제거합니다. 흡입 컵과 몸통의 바닥 부분을 제조하기 위해 동일한 절차를 따르지만 추가 아크릴 유리 플레이트를 사용하지 않고. 다리의 하부 제조 업체는 금형의 하단 부분에구멍을 통해 실리콘 튜브를 밀어 엘라스토머로 금형을 채웁니다.그런 다음 작은 주걱을 사용하여 겔화기를 금형 모서리에 분배하고 오븐에서 금형을 15~20분 동안 치료합니다. 주조의 바닥이 냉각되면, 이미 강화 된 엘라스토머 위의 1 ~ 1.5 밀리미터에 신선한 엘라스토머로 바닥 부분의 금형을 채우고 기본 주조에 나비 캐뉼라를 삽입합니다. 나중에 식별하기 위해 천자 부위를 표시 한 후, 상부 베이스를 바닥 금형에 넣고 측면을 원고체 욕조로 약간 누릅니다.오븐에서 10-15분 후에 금형에서 액추에이터를 제거하고 펑크 부위를 사용하여 장치를 압력 소스에 연결하여 최종 누설 테스트를 수행합니다. 몸통을 제조하려면 상체 부부분을 엘라스토머로 채우고 베이스 부분을 바닥 부분에 배치합니다. 팔다리 결합 표면을 준비하려면 접합 표면을 엘라스토머로 덮고 핀 바늘을 사용하여 나무 판에 결합할 부품을 고정합니다.경화 후, 모든 부품이 동일한 평면에 있는지 확인하기 위해 몸통에 바늘이 부착 된 다리와 흡입 컵에 가입하면 10 ~ 15 분 동안 조립품입니다. 1밀리미터 알렌 키를 사용하여 삽입 지점을 넓게 하고 삽입 구멍 위에 3밀리미터 직경의 실리콘 튜브의 끝을 배치합니다. 열쇠를 사용하여 튜브를 구멍으로 누르고 소량의 엘라스토머로 입구를 밀봉하십시오.그런 다음 오븐에서 조립을 10 분 더 치료합니다. 전체 시스템을 설정하려면 공급 튜브를 모든 액추에이터의 입구에 연결합니다. 다리에 내장된 공급 튜브를 흡입 컵과 연결하고 핀 바늘을 사용하여 마커를 로봇에 부착합니다.로봇을 컨트롤 박스에 연결하고 압력 소스를 최대 압력 1.2 바및 진공 소스로 제어 상자에 연결합니다. 등반 실험을 수행하려면 로봇을 보행기의 시작지점에 놓고 녹음을 시작합니다. 압력 컨트롤러를 활성화하고 로봇이 걸어서 적어도 6 사이클 동안 올라갈 수 있도록 기능을 누릅니다.기록을 눌러 녹음을 중지하고 압력 컨트롤러가 중지될 때 로봇이 떨어지지 않도록 합니다. 그런 다음 함수를 눌러 압력 컨트롤러를 중지합니다. 가능한 한 실제 작동 조건에 교정 절차를 조정해야 합니다.보행기의 경사각을 변경할 때 작동 조건도 변경됩니다. 따라서 각 경사에 대해 각도 압력 곡선을 다시 보정해야 합니다. 이 분석에서 재보정 후 로봇은 더 빨리 올라갈 수 있을 뿐만 아니라 에너지를 적게 소비하면서 가파른 경사를 올라갈 수 있었습니다.이러한 이미지에서 48도의 경사를 위한 로봇의 움직임이 표시됩니다. 그림과 같이 로봇의 등반 성능은 같은 시간 간격 내에서 위치의 변화가 거의 두 배나 커짐에 따라 재보정 후 크게 향상되었다. 흡입컵을 통해 관찰한 바와 같이, 이 제조 방법으로 다른 복잡한 형상을 제조할 수 있다.심지어 언더 컷을 가진 사람들. 개별 부품에 합류할 때, 같은 평면의 동맹국이 로봇의 등반 능력을 대폭 줄이는 것이 매우 중요합니다. 로봇은 새로운 모션 전략을 연구하기위한 흥미로운 플랫폼입니다.예를 들어, 커브를 실행하는 것은 매우 다른 방법으로이 로봇에 의해 수행 될 수있다.

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