Name: Fabricação de atuadores de rede pneumática macio com câmaras oblíquas (Vídeo) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-08-17T14:30:00.000+00:00
Duration: 7 min 9 s
Description: Aprenda a fabricar atuadores pneumáticos macios com câmaras oblíquas de 30 graus usando moldes impressos em 3D. Este método rápido e de baixo custo permite criar dispositivos com movimentos combinados de flexão e torção para aplicações em robótica macia.

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Este trabalho foi apoiado pela nacional Fundação ciência Natural da China sob Grant 51622506 e a ciência e tecnologia Comissão de Xangai município Grant 16JC1401000.

Nota: O protocolo fornece os procedimentos de fabricação de um atuador de rede pneumática macio. Antes do processo de fabricação, um conjunto de moldes e vários conectores do atuador-tubulação, que são projetados com desenho assistido por computador, software (CAD) deve ser 3-D-impresso com antecedência. Os moldes são mostrados na Figura 1B.
1. preparação de elastômero de silicone
<ol><li>Pese 5 g de parte de elastômero de silicone B e 45 g de parte A [9:1 (A:B) partes em peso] no mesmo recipiente de misturando(Figura 2). Use uma seringa para certificar-se de que as proporções de cada parte são precisas. Nota: A relação de mistura varia para elastómeros de silicone diferentes. A proporção de cada parte deve ser ajustada quando outro elastômero de silicone é adotado.</li>
	<li>O elastômero de silicone se mistura com o misturador planetário e centrífugo. Nota: O elastómero de silicone pode ser armazenado a uma temperatura baixa para estender seu tempo de processamento.</li>
</ol>2. a câmara parte de fabricação
<ol><li>Pulverizar o agente de liberação de molde para produtos de elastômero de silicone uniformemente sobre as superfícies do molde parte A e parte B.</li>
	<li>Monte a parte A e parte B do molde para a fabricação de uma câmara. Segure as duas extremidades do molde com clipes para evitar a fuga de elastômero de silicone.</li>
	<li>Tomar 5 mL de elastómero de silicone com uma seringa e injetá-lo lentamente no orifício do molde para fabricar o fim de conexão (a estrutura cilíndrica em uma extremidade do atuador para o tubo de ligação). Em seguida, encha o molde inteiro com o elastómero de silicone (Figura 2B). Nota: Manter uma baixa taxa de fluxo e mover-se lentamente para a frente e para trás, para deixar o elastómero de silicone entrar as estruturas minúsculas do molde.</li>
	<li>Fure as bolhas que se formam na superfície com a ponta de uma agulha, até que não há nenhuma bolha mais visível (Figura 2C).</li>
	<li>Raspar qualquer elastômero de silicone em excesso com uma lâmina ao longo da superfície superior do molde.</li>
	<li>Coloque o molde na estufa a 70 ° C até o elastómero de silicone está curado.</li>
	<li>Use uma seringa para injectar as bolhas e buracos que aparecem na superfície do atuador de elastômero de silicone.</li>
	<li>Raspar qualquer elastômero de silicone em excesso na superfície.</li>
	<li>Coloque o molde na estufa a 70 ° C até o elastómero de silicone está curado.</li>
</ol>3. parte base de fabricação
<ol><li>Pulverize o agente de liberação de molde para produtos de elastômero de silicone uniformemente na superfície da parte de molde C.</li>
	<li>Despeje o elastómero de silicone na parte C do molde.</li>
	<li>Fure as bolhas que se formam na superfície com a ponta de uma agulha, até que não há nenhuma bolha mais visível.</li>
	<li>Raspar qualquer elastômero de silicone em excesso com uma lâmina ao longo da superfície superior do molde.</li>
	<li>Coloque o molde na estufa a 70 ° C até o elastómero de silicone está curado.</li>
</ol>4. atuador conjunto
<ol><li>Despeje uniformemente uma camada de elastômero de silicone, 1 mm de espessura, sobre uma face da peça base.</li>
	<li>Coloque a peça de câmara na parte da base. Use uma seringa para injectar o elastómero de silicone no espaço entre a parte da câmara e a parte de base (Figura 2D).</li>
	<li>Coloque o atuador na estufa a 70 ° C até o elastómero de silicone está curado.</li>
</ol>5. tubulação Conexão
<ol><li>Toque o conector do atuador-tubo 3-D-impresso para aceitar que o parafuso de um macho garanhão empurrar-nos cabe pneumática encaixe.</li>
	<li>Use uma agulha para furar a ponta de conexão do atuador ao longo da linha central do cilindro. Aumente o diâmetro do furo com uma haste de aço, a cerca de 2 mm.</li>
	<li>Aparafuse o conector do atuador-tubo do atuador(Figura 2).</li>
	<li>Empurre uma seção de tubulação no macho garanhão empurrar-nos encaixe pneumático apto.</li>
</ol>6. verificação e reparo de vazamento
<ol><li>Conecte o atuador a uma fonte de ar.</li>
	<li>Coloque o atuador todo na água e pressurizar o atuador (Figura 2-F). Observe se as bolhas formam-se devido a um vazamento.</li>
	<li>Use uma seringa para injetar o elastômero de silicone em pontos de fuga. Coloque o atuador na estufa a 70 ° C até o elastómero de silicone está curado.</li>
	<li>Repita as etapas de 6.1-6.3, se necessário.</li>
</ol>

<ol><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 (7553), 467-475 (2015).</li>
<li>Ilievski, F., Mazzeo, A. D., Shepherd, R. F., Chen, X., Whitesides, G. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Soft+robotics+for+chemists%5BTitle%5D)+AND+%22Angewandte+Chemie+International+Edition%22%5BJournal%5D)">Soft robotics for chemists.</a> Angewandte Chemie International Edition. 50 (8), 1890-1895 (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+%22Proceedings+of+the+National+Academy+of+Sciences+of+the+United+States+of+America%22%5BJournal%5D)">Multigait soft robot.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 108 (51), 20400-20403 (2011).</li>
<li>Yap, H. K., et al. <a target="_blank" href="https://ieeexplore.ieee.org/document/7856941/">A fully fabric-based bidirectional soft robotic glove for assistance and rehabilitation of hand impaired patients.</a> IEEE Robotics and Automation Letters. 2 (3), 1383-1390 (2017).</li>
<li>Yang, Y., Chen, Y., Li, Y., Chen, M. Z. Q., Wei, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Bioinspired+Robotic+Fingers+Based+on+Pneumatic+Actuator+and+3D+Printing+of+Smart+Material%5BTitle%5D)+AND+%22Soft+Robotics%22%5BJournal%5D)">Bioinspired Robotic Fingers Based on Pneumatic Actuator and 3D Printing of Smart Material.</a> Soft Robotics. 4 (2), 147-162 (2017).</li>
<li>Gu, G. Y., Zhu, J., Zhu, L. M., Zhu, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+survey+on+dielectric+elastomer+actuators+for+soft+robots%5BTitle%5D)+AND+%22Bioinspiration+%26+Biomimetics%22%5BJournal%5D)">A survey on dielectric elastomer actuators for soft robots.</a> Bioinspiration & Biomimetics. 12 (1), 011003(2017).</li>
<li>Holland, D. P., et al. <a target="_blank" href="https://ieeexplore.ieee.org/document/7862175/">The soft robotics toolkit: Strategies for overcoming obstacles to the wide dissemination of soft-robotic hardware.</a> IEEE Robotics & Automation Magazine. 24 (1), 57-64 (2017).</li>
<li>Galloway, K. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Soft+Robotic+Grippers+for+Biological+Sampling+on+Deep+Reefs%5BTitle%5D)+AND+%22Soft+Robotics%22%5BJournal%5D)">Soft Robotic Grippers for Biological Sampling on Deep Reefs.</a> Soft Robotics. 3 (1), 23-33 (2016).</li>
<li>Polygerinos, P., Wang, Z., Galloway, K. C., Wood, R. J., Walsh, C. J. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0921889014001729">Soft robotic glove for combined assistance and at-home rehabilitation.</a> Robotics and Autonomous Systems. 73, 135-143 (2015).</li>
<li>Tolley, M. T., et al. <a target="_blank" href="https://www.liebertpub.com/doi/abs/10.1089/soro.2014.0008">A Resilient, Untethered Soft Robot.</a> Soft Robotics. 1 (3), 213-223 (2014).</li>
<li>Ainla, A., Verma, M. S., Yang, D., Whitesides, G. M. <a target="_blank" href="https://www.liebertpub.com/doi/abs/10.1089/soro.2017.0017?journalCode=soro">Soft, Rotating Pneumatic Actuator.</a> Soft Robotics. 4 (3), 297-304 (2017).</li>
<li>Koizumi, Y., Shibata, M., Hirai, S. <a target="_blank" href="https://ieeexplore.ieee.org/document/6224834/">Rolling tensegrity driven by pneumatic soft actuators.</a> 2012 IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA). , Saint Paul, MN. (2012).</li>
<li>Connolly, F., Polygerinos, P., Walsh, C. J., Bertoldi, K. <a target="_blank" href="https://www.liebertpub.com/doi/abs/10.1089/soro.2015.0001">Mechanical Programming of Soft Actuators by Varying Fiber Angle.</a> Soft Robotics. 2 (1), 26-32 (2015).</li>
<li>Connolly, F., Walsh, C. J., Bertoldi, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Automatic+design+of+fiber-reinforced+soft+actuators+for+trajectory+matching%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+the+National+Academy+of+Sciences+of+the+United+States+of+America%22%5BJournal%5D)">Automatic design of fiber-reinforced soft actuators for trajectory matching.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 114 (1), 51-56 (2017).</li>
<li>Martinez, R. V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Robotic+tentacles+with+three-dimensional+mobility+based+on+flexible+elastomers%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Materials%22%5BJournal%5D)">Robotic tentacles with three-dimensional mobility based on flexible elastomers.</a> Advanced Materials. 25 (2), 205-212 (2013).</li>
<li>Polygerinos, P., et al. <a target="_blank" href="https://ieeexplore.ieee.org/document/7110394/">Modeling of Soft Fiber-Reinforced Bending Actuators.</a> IEEE Transactions on Robotics. 31 (3), 778-789 (2015).</li>
<li>Mosadegh, B., et al. <a target="_blank" href="https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adfm.201303288">Pneumatic Networks for Soft Robotics that Actuate Rapidly.</a> Advanced Functional Materials. 24 (15), 2163-2170 (2014).</li>
<li>Wang, T., Ge, L., Gu, G. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0924424717316977">Programmable design of soft pneu-net actuators with oblique chambers can generate coupled bending and twisting motions.</a> Sensors and Actuators A: Physical. 271, 131-138 (2018).</li>
<li>Marchese, A. D., Katzschmann, R. K., Rus, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+Recipe+for+Soft+Fluidic+Elastomer+Robots%5BTitle%5D)+AND+%22Soft+Robotics%22%5BJournal%5D)">A Recipe for Soft Fluidic Elastomer Robots.</a> Soft Robotics. 2 (1), 7-25 (2015).</li>
</ol>

Os autores não têm nada para divulgar.

O artigo apresenta um protocolo de método para orientar a fabricação de atuadores de rede pneumática macio com câmaras oblíquas. Seguindo o protocolo, um atuador pode ser fabricado independentemente dentro de 3 h. Os principais passos no protocolo podem ser resumidos como segue. (i) o elastómero de silicone é preparado na proporção e bem misturado. (ii) o elastómero de silicone é derramado no molde para a fabricação das partes a câmara e a base. (iii) as bolhas na superfície exposta são furadas e qualquer elastômero de s...

Actuadores pneumáticos macios (SPAs) são dispositivos macios que podem ser accionados pela simples entrada de ar pressão1,2. Eles podem ser fabricados com materiais diversos, tais como o de elastômeros de silicone3, tecidos4, memória de forma polímeros5e elastômeros dieléctrica6. Pesquisadores beneficiaram-se de sua natureza, de conformidade, movimentos hábeis e métodos de fabricação simples7, tal que os SPAs tornaram-se um dos dispositivos mais promissoras para aplicações de robótica macio8,9. Termas podem realizar vários movimentos sofisticados, tais como rastejando10, rotação11e12 , com base em vários tipos de deformação, inclusive estendendo-se, expandindo, flexão e torção13, de rolamento 14. para ser capaz de fazer diferentes tipos de movimentos, SPAs são projetados em estruturas diferentes, como um corpo linear com canais paralelos15, uma câmara monolítica com reforços de fibra16, e redes de repetida câmaras de sub17. Entre eles, os SPAs com redes de câmaras sub repetidas, os atuadores de rede pneumática macio, são amplamente empregados porque elas podem gerar grandes deformações sob uma pressão de entrada relativamente baixa. No entanto, na maioria dos projetos anteriores, este tipo de atuadores só pode gerar movimentos de dobrando no espaço 2-D, que limita muito suas aplicações.
Um atuador macio rede pneumática consiste num grupo arranjado linearmente das câmaras ligadas por um canal interno. Cada câmara cúbica contém um par de paredes opostas que são mais finos do que o outro par e produz uma inflação de dois lados na direção perpendicular às paredes mais finas. Originalmente, as paredes mais finas das câmaras são perpendiculares ao eixo longitudinal do corpo do atuador e inflam juntamente com eixo longo. Estas insuflações colineares em câmaras e a base não-extensível originar uma flexão pura integrante do atuador. Para explorar o movimento do atuador no espaço 3D, a orientação das câmaras é ajustada para que as paredes laterais do diluente não são mais perpendiculares ao eixo longo do atuador (Figura 1A), que permite a direção de inflação de cada câmara para o deslocamento do eixo e tornar-se não colineares. Todos as paralelas mas não-colineares insuflações mudarem o movimento do atuador em um acoplado flexão e torção de movimento no espaço 3-d.18. Este movimento acoplado permite que os atuadores mais flexibilidade e destreza e faz os atuadores um candidato adequado para aplicações mais práticas, tais como manipuladores flexíveis, robôs biologicamente inspirados e dispositivos médicos.
Este protocolo mostra o método de fabricação deste tipo de atuadores de rede pneumática macio com câmaras oblíquas. Ele inclui preparando o elastômero de silicone, fabricando a câmara e base peças, montagem do atuador, a tubagem de ligação, verificação de vazamentos e, se necessário, reparar o atuador. Ele também pode ser usado para fabricar atuadores de rede pneumática macio normal e outros atuadores macios que podem ser produzidos com algumas modificações simples para o método de moldagem. Nós fornecemos as etapas detalhadas para fabricar um atuador pneumático macio com câmaras oblíquo de 30°. Para diferentes aplicações, atuadores com ângulos de câmara diferentes podem ser fabricados de acordo com o mesmo protocolo. Além disso, os atuadores podem ser combinados para formar um sistema multi atuador para diversas demandas.

<table><tbody><tr><td>Elastômero de silicone</td><td>Wacker</td><td>ELASTOSIL M4601 A/B</td><td>Material dos atuadores</td></tr><tr><td>Seringa&nbsp;</td><td>Instrumentos Médicos Gentilmente Xangai</td><td>10 ml</td><td>Usado para injetar borracha de silicone no buraco do molde para fabricar a extremidade da conexão</td></tr><tr><td>Balança de precisão</td><td>Shanghai Hochoice</td><td>UTP-313</td><td>Usado para pesar a borracha de silicone</td></tr><tr><td>Misturador de vácuo centrífugo planetário</td><td>THINKY</td><td>ARE-310</td><td>Usado para misturar a borracha de silicone e desespumante após o processo de mistura</td></tr><tr><td>Agente de liberação</td><td>Liberação suave</td><td>200</td><td>Usado para facilitar a desmoldagem e nbsp;</td></tr><tr><td>Agulha</td><td>Shanghai Kindly Medical Instruments&nbsp;</td><td></td><td>Usado para perfurar o formulário das bolhas na lâmina</td></tr><tr><td>utilitária</td><td>de superfície M& Papelaria G Chenguang</td><td>ASS91325</td><td>Usada para raspar o excesso de borracha de silicone ao longo da superfície superior do molde&nbsp;</td></tr><tr><td>Forno a vácuo</td><td>Ningbo SI Instrument</td><td>DZF-6050</td><td>Usado para reduzir o tempo de cura da borracha de silicone</td></tr><tr><td>Macho stud push in fit encaixe pneumático</td><td>Zhe Jiang BLCH Pneumatic Science & Tecnologia</td><td>PC4-01</td><td>Usado para conectar a tubulação e o conector da tubulação do atuador impresso em 3D</td></tr><tr><td>Tubulação</td><td>SMC</td><td>TU0425</td><td>Usado para acionar os atuadores</td></tr><tr><td>Bomba de vácuo</td><td>Zhe Jiang BLCH Pneumatic Science & Tecnologia</td><td></td><td>usada como fonte de ar</td></tr><tr><td>Válvula de pressão</td><td>Zhe Jiang BLCH Pneumatic Science & Tecnologia</td><td>IR1000-01BG</td><td>Usado para ajustar a pressão do ar de entrada</td></tr></tbody></table>

fabricação de atuadores de rede pneumática macio com câmaras oblíquas

Fabrication of Soft Pneumatic Network Actuators with Oblique Chambers

Atuadores de rede pneumática macio se tornaram uma dos dispositivos de atuação mais promissoras em robótica macio que beneficia os grandes deformações de flexão e baixa entrada. No entanto, sua forma de movimento de flexão monótono em um espaço bidimensional (2D) os mantém longe de amplas aplicações. Este trabalho apresenta um método de fabricação detalhada dos atuadores de rede pneumática macio com câmaras oblíquas, para explorar seus movimentos no espaço tridimensional (3D). O design das câmaras oblíquas permite atuadores com ajustável acoplado a flexão e torção de recursos, que lhes dá a possibilidade de mover destreza em manipuladores flexíveis, tornar-se biologicamente inspirados de robôs e dispositivos médicos. O processo de fabricação baseia-se o método de moldagem, incluindo o conjunto do atuador, conexões de tubulação, fabricação de peças do silicone elastômero preparação, câmara e base, verifica se há vazamentos e reparo do atuador. O método de fabricação garante a fabricação rápida de uma série de atuadores com apenas algumas modificações nos moldes. Os resultados dos testes mostram a alta qualidade dos atuadores proeminente de flexão e torção capacidades. Experimentos do pegador de demonstram as vantagens do desenvolvimento em adaptar-se a objetos com diferentes diâmetros e fornecendo suficiente fricção.

Único atuador: Para verificar o método de fabricação e demonstrar a função do atuador, 30°, 45° e 60° atuadores foram fabricados e testados. Para a montagem do experimento, uma bomba de ar foi empregada para ativar a válvula. A válvula estava ligada ao actuador para controlar a pressão interna. O único atuador foi fixado em sua extremidade de conexão e colocado verticalmente. Enquanto o atuador estava sendo pressurizado, duas câmeras digitais foram usadas para capturar...

Aqui nós apresentamos um método de fabricação de atuadores de rede pneumática macio com câmaras oblíquas. Os atuadores são capazes de gerar acoplado flexão e torção de movimentos, que amplia sua aplicação em robótica macia.

Fabricação de atuadores de rede pneumática macio com câmaras oblíquas

Soft pneumatic network actuators have become one of the most promising actuation devices in soft robotics which benefits from their large bending ...

Este método responde às principais questões no campo da robótica de células macias, mostrando o método de fabricação de atuadores de rede pneumáticos macios com câmaras oblíquas que caracterizam os movimentos de flexão e torção acoplados. A principal vantagem desta técnica é que ela é rápida, confiável, de baixo custo e adequada para a fabricação de atuadores pneumáticos macios com estruturas variadas. Geralmente, indivíduos novos neste método terão dificuldades porque a fabricação contém muitas etapas, e uma pequena operação inadequada pode causar falha letal dos atuadores.O processo de fabricação requer moldes. Projete e imprima em 3D um conjunto de moldes para o atuador com uma câmara oblíqua de 30 graus. Duas partes formarão o molde da câmara, com uma parte tendo um orifício para criar uma conexão de tubulação.A terceira parte formará uma base. Em seguida, coloque um recipiente de mistura em uma balança. Em seringas separadas, tenha as partes componentes de elastômero de silicone A e B. Use as seringas e a escala para adicionar a massa desejada de cada componente ao recipiente de mistura.Agora, mova o recipiente de mistura para um misturador centrífugo planetário e misture bem.

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