Fabricação baseada em vara de customizáveis ​​macias robóticos pneumáticas Gripper Aparelhos para a manipulação de tecidos delicados

O objetivo geral deste procedimento é fabricar dispositivos de garra macia usando uma abordagem baseada em haste. Combinado com técnicas de impressão 3D e litografia suave. Este método pode ajudar a responder aos principais problemas enfrentados na fabricação de pinças pneumáticas macias, como oclusão de canal durante o processo de ajuste e a incorporação de uma câmara de ar.

A principal vantagem dessa técnica é que ela nos permite construir canais pneumáticos miniaturizados dentro das estruturas de garras macias para garantir um acionamento consistente. A implicação dessa técnica se estende ao que é a cirurgia de anastomose do nervo, porque a garra robótica macia permite a manipulação delicada do nervo sem danos excessivos. Tivemos a ideia para esse método pela primeira vez quando enfrentamos dificuldade em desenvolver uma pinça macia funcional usando o processo convencional de vedação de fundição e começamos a experimentar hastes finas na fase de fundição.

Comece pesando uma massa igual dos dois materiais componentes para o elastômero em um recipiente de mistura. Em seguida, cubra o recipiente e carregue-o em um misturador centrífugo junto com uma massa de equilíbrio. Agora, execute um ciclo de mistura de 30 segundos com a fase de mistura a 2000 RPM e a fase de desaeração a 2200 RPM.

Espere que os componentes completamente misturados agora curem uniformemente quando moldados. Observe que o design e a produção dos moldes são abordados no protocolo de texto e a próxima seção trata de seu uso. Este processo começa com a moldagem dos componentes do braço da pinça.

Primeiro, insira os dois blocos de câmara impressos em 3D no lado esquerdo e direito do componente da câmara para gerar uma câmara selada com canais pneumáticos conectados a ela. Em seguida, insira um ou dois fio-máquina de titânio de 1,5 milímetro de diâmetro através da câmara, dependendo se este é um modelo de canal único ou duplo. Deixe uma distância de dois milímetros entre a ponta da pinça e a haste para criar os canais pneumáticos.

Agora, carregue totalmente o molde com a mistura elastomérica, garantindo que nenhuma bolha de ar fique presa dentro. Em seguida, cure o molde a 60 graus Celsius por 10 minutos. O próximo passo é puxar as hastes de arame e os dois blocos de câmara para fora do molde.

Certifique-se de que a conexão entre os canais pneumáticos e a câmara esteja bem estabelecida, pois isso permite a compressão da câmara para acionar os braços da pinça. Agora, prossiga com a colocação do bloco de garra impresso em 3D em cima do componente da garra para criar a câmara. Primeiro, insira as hastes de arame para bloquear os orifícios na parede do molde.

Em seguida, preencha o molde com a mistura elastomérica e certifique-se de que não haja bolhas de ar visíveis presas no molde. Cure este molde por 10 minutos a 60 graus Celsius também. Em seguida, desmolde os componentes curados para montar a estrutura da câmara da pinça.

A etapa final é encher o componente da câmara selada com ar. Para fazer isso, faça a camada de vedação de 2,5 milímetros que completa a montagem. Encha o molde com a mistura elastomérica e cure a 60 graus Celsius por 10 minutos.

Uma vez curado, escove uma camada de material elastomérico na camada de vedação curada de 2,5 milímetros. Em seguida, coloque a estrutura da câmara da pinça na camada de vedação e deixe a ligação se formar, certificando-se de que a vedação esteja perfeita, assim é feita uma câmara cheia de ar. Agora, cure toda a estrutura por mais 15 minutos a 60 graus Celsius.

Em seguida, remova o molde restante para completar o dispositivo. A ferramenta de manuseio também é feita de um molde e os detalhes estão no protocolo de texto. Insira a pinça na ferramenta de manuseio e cubra a área de abertura com uma tampa retangular removível.

Em seguida, insira um pistão móvel para facilitar a compressão da câmara que completa uma ferramenta manual. Como alternativa, insira a pinça e um atuador linear em uma ferramenta de manuseio robótica. Neste caso, cubra a área de abertura com uma tampa retangular móvel.

Para avaliar a funcionalidade da pinça macia, teste-a com um fio jumper. Ajuste a pinça de forma que o fio fique entre os dois braços. Em seguida, mova o pistão para comprimir a câmara que aciona os braços da pinça para segurar o fio.

Segure e mova o fio a pelo menos 20 centímetros de distância do local original do fio. A técnica proposta demonstra como fabricar rapidamente pinças pneumáticas macias de baixo custo. Simplesmente mudar o design do molde e usar o mesmo elastômero pode fazer garras para diferentes aplicações.

O design apresentado aqui é capaz de pegar objetos com dimensões de até 1,2 milímetros de diâmetro. Em uma cirurgia simulada, a força compressiva máxima gerada pela única preensão de braço acionável foi de cerca de 0,27 Newtons. Os dispositivos de braço duplo acionáveis mediam cerca de 0,8 Newtons.

Comparativamente, as pinças com e sem elastômero tiveram forças de preensão de cerca de 1,7 e 2,6 Newtons, respectivamente. Uma vez dominada, essa técnica pode ser feita em uma hora se for executada corretamente. Ao tentar este procedimento, é igualmente importante lembrar de alinhar as hastes firmemente antes de fundir e realizar a vedação final com cuidado.

Seguindo este procedimento, a pinça macia completa pode ser fixada em uma base de pistão ou ferramenta de manuseio de base de atuador linear para permitir o controle intuitivo da preensão. Após seu desenvolvimento, essa técnica abriu caminho para pesquisadores no campo da robótica leve explorarem o design de dispositivos de garra de câmara para manipulação de objetos delicados. Não se esqueça de que a borracha de silicone pode ser um risco de ingestão e precauções como o uso de luvas devem sempre ser tomadas durante a realização deste procedimento.