Здесь мы представляем метод изготовления мягких пневмосети электроприводов с наклонной камеры. Приводы способны создавать спаренных изгиб и кручение движений, который расширяет их применение в мягкой робототехники.
Для просмотра этого контента требуется подписка на JoVE. Войдите или начните свой бесплатный пробный период.
Методическая статья
Изготовление мягких пневмосети приводы с наклонной камеры
* These authors contributed equally
В этой статье
Краткое содержание
Аннотация
Мягкие пневматические сетевые приводы стали одним из наиболее перспективных срабатывания устройств в мягкой робототехника какие выгоды от их большие деформации изгиба и низкой ввода. Однако их однообразной изгиб формы движения в двумерном пространстве (2-D) держит их от широкого применения. Этот документ представляет подробный изготовления мягких пневмосети электроприводов с наклонной камеры, исследовать их движения в трехмерном пространстве (3-D). Дизайн наклонной камеры позволяет приводы с перестраиваемой сочетании изгиб и кручение возможности, что дает им возможность двигаться ловко в гибких манипуляторов, чтобы стать биологически вдохновили роботов и медицинских приборов. Процесс изготовления на основе метода литья под давлением, включая силиконовые эластомера подготовки, камеры и базы частей изготовление, привод Ассамблеи, соединения труб, проверки на утечки и ремонт привода. Метод изготовления гарантирует быстрое производство серии приводы с лишь несколько изменений в формы. Результаты тестирования показывают высокое качество электроприводы и их выдающихся изгиб и кручение возможностей. Эксперименты захват демонстрации преимуществ развития в адаптации к объектам с различными диаметрами и обеспечение достаточного трения.
Введение
Мягкие пневматические приводы (курорты) являются мягкие устройства, которые могут приводиться в действие простой ввод воздуха давление1,2. Они могут быть изготовлены с различными материалами, например силиконовые эластомеры3, ткани4, памяти формы полимеров5и6диэлектрических эластомеров. Исследователи извлекли пользу из их характер соблюдения, ловкие движения и простое изготовление методы7, таким образом, что курорты стали одним из наиболее перспективных устройств для мягких робототехника приложения8,9. Курорты могут реализовать различные сложных ходатайств, например ползучего10,11вращение и подвижного12 на основе различных типов деформации, включая расширение, расширения, изгиб и кручение13, 14. чтобы иметь возможность сделать различные виды движений, курорты разработаны в различных структурах, таких как линейная тела с параллельных каналов15, монолитные камеры с волоконно подкрепления16, и повторил сетей суб камеры17. Среди них курорты с сетями неоднократные суб палат, мягкие пневматические сетевые приводы, широко используются потому, что они могут генерировать большие деформации под относительно низкого входного давления. Однако в большинстве предыдущих конструкций, этот тип привода может создавать только изгиб движений в пространстве 2-D, который значительно ограничивает их применение.
Мягкие пневматические сети привода состоит из линейно расположенных группы палат, соединены внутренним каналом. Каждый кубический палаты содержит пару противоположных стен, которые тоньше, чем другие пары и производит двухсторонняя инфляции в направлении, перпендикулярном тонкие стены. Первоначально тонкие стены палат перпендикулярно длинной оси привода тела и надуть наряду с длинной оси. Эти коллинеарных инфляции в камерах и нерасширяемым база привести к неотъемлемой чистый изгиб привода. Изыскивать электропривода движения в трехмерном пространстве, ориентацию камеры настраивается так что растворитель боковые стенки больше не перпендикулярно длинной оси привода (рис. 1A), которая позволяет инфляции направлении каждой камеры смещение от оси и не стать коллинеарных. Все параллельные, но не коллинеарны инфляционные изменить движение привода в сочетании изгиб и кручение движения в трехмерном пространстве18. Этот спаренных движения позволяет приводы, больше гибкости и ловкости и делает приводы подходящим кандидатом для более практических приложений, таких как гибкая манипуляторов, биологически вдохновили роботов и медицинские приборы.
Этот протокол показывает метод изготовления такого рода мягкие пневматические сети приводов с наклонной камеры. Она включает в себя подготовку силиконового эластомера, изготовления камеры и базовой части, монтаж привода, соединительные трубы, проверку на предмет утечек и, при необходимости, ремонт привода. Он также может использоваться для изготовления обычных мягкие пневматические сетевых приводов и других мягких приводов, которые могут быть произведены с некоторые простые изменения в метод литья. Мы предоставляем подробные шаги для изготовления мягких пневмопривод с наклонной камеры 30°. Для различных приложений приводы с углами различные камеры могут быть изготовлены согласно такой же протокол. Кроме того приводы могут быть объединены для формирования нескольких привода системы для различных требований.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Протокол
Примечание: Протокол предусматривает процедуры изготовления мягкой пневмосети привода. Перед началом процедуры изготовления, набор форм и несколько приводов трубки разъемы, которые разработаны с автоматизированного проектирования (САПР) должны быть напечатаны 3 объемным заранее. Формы показаны на рисунке 1B.
1. силиконовые эластомера подготовка
- Весят 5 g силиконовый эластомер части B и 45 g части A [9:1 (: b) частей по весу] в том же контейнере смешивания (рисA). Используйте шприц, чтобы убедиться, что пропорции каждой части точны.
Примечание: Смешивая коэффициент варьируется для различных силиконовые эластомеры. Доля каждой части должна быть скорректирована, когда принимается другой силиконового эластомера. - Силиконового эластомера хорошо перемешать с планетарным смесителем центробежные.
Примечание: Силиконового эластомера может храниться при низкой температуре продлить время его обработки.
2. Палата часть изготовление
- Spray смазочное средство для силиконового эластомера продуктов равномерно на поверхности плесень часть А и часть B.
- Сборки A и B частью пресс-формы для изготовления камеры. Держите оба конца плесень с зажимами для предотвращения утечки силиконового эластомера.
- Возьмите 5 мл силиконового эластомера с помощью шприца и вставляют его медленно отверстие пресс-формы для изготовления конце соединения (цилиндрические структуры на одном конце привода для соединения труб). Затем заполните всю форму с силиконового эластомера (рис. 2B).
Примечание: Держать низкий расход потока и двигаться взад и вперед медленно, чтобы позволить силиконового эластомера введите крошечные структуры формы. - Проколоть пузыри, которые образуют на поверхности с кончика иглы, до тех пор, пока есть не более видимые пузырьки (рис. 2C).
- Соскрести любой избыток силиконового эластомера с лезвие вдоль верхней поверхности плесень.
- Место плесень в духовке при 70 ° C до тех пор, пока лечится силиконового эластомера.
- Используйте шприц для введения силиконового эластомера в пузыри и отверстия, которые появляются на поверхности привода.
- Соскрести любой избыток силиконового эластомера на поверхности.
- Место плесень в духовке при 70 ° C до тех пор, пока лечится силиконового эластомера.
3. Базовая часть изготовление
- Спрей смазочное средство для изделия силиконовые эластомера равномерно на поверхности плесень части C.
- Залейте силиконового эластомера в части C плесень.
- Проколоть пузыри, которые образуют на поверхности с кончика иглы, до тех пор, пока есть нет больше пузырьков видны.
- Соскрести любой избыток силиконового эластомера с лезвие вдоль верхней поверхности плесень.
- Место плесень в духовке при 70 ° C до тех пор, пока лечится силиконового эластомера.
4. привод Ассамблеи
- Равномерно залейте слой силиконового эластомера, 1 мм в толщину, на одной стороне базовой части.
- Поместите часть камеры на базовой части. Используйте шприц для введения силиконового эластомера в пространство между часть камеры и базовой части (рис. 2D).
- Место привода в духовке при 70 ° C до тех пор, пока лечится силиконового эластомера.
5. Шланги подключения
- Кран 3-объемным-печатный привода трубки разъем согласиться что винт push-в мужской стад подходят пневматические установки.
- Используйте иглы для прокалывания конец связи привода вдоль осевой цилиндр. Увеличьте диаметр отверстия с стальной стержень, около 2 мм.
- Винт привода трубки разъем в привода (2 рисунокE).
- Вставьте секции труб в мужской стад подходят пневматические Быстроразьемное.
6. Проверка и ремонт утечки
- Подключите привод к источнику воздуха.
- Поместите весь привод в воде и давление привода (Рисунок 2F). Наблюдаем ли пузырьки образуются из-за утечки.
- Используйте шприц для вставки силиконового эластомера в точки утечки. Место привода в духовке при 70 ° C до тех пор, пока лечится силиконового эластомера.
- При необходимости повторите шаги 6.1-6.3.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Результаты
Один привод:
Чтобы проверить метод изготовления и продемонстрировать функции привода, 30°, 45° и 60° приводы были изготовлены и испытаны. Для настройки эксперимента воздушный насос работал для активации клапана. Клапан был подключен к приводу контролировать внутреннее давление. Один привод было зафиксировано в его конце соединения и вертикально. Хотя последнее время под давлением привода, две цифровые камеры были использованы для захвата свои позиции с разных точек зре...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Обсуждение
В статье представлен метод протокола для изготовления мягких пневмосети приводы с наклонной камеры. После протокола один привод может быть изготовлена самостоятельно в течение 3 ч. Ключевые шаги в протоколе могут быть резюмированы следующим образом. (i силиконового эластомера подготовлен в пропорции и хорошо перемешивают. (ii силиконового эластомера заливается в формы для изготовления камеры часть и часть базы. (iii пузырьков на поверхности подвергаются пронзил и соскрести любой избыток силиконового эластомера на внешней...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Раскрытие информации
Авторы не имеют ничего сообщать.
Благодарности
Эта работа была поддержана национальной фонд естественных наук Китая Грант 51622506 и науки и технологии Комиссии муниципалитета Шанхая под Грант 16JC1401000.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Материалы
| Имя | Компания | Каталожный номер | Комментарии |
|---|---|---|---|
| Силиконовый эластомер | Wacker | ELASTOSIL M4601 A/B | Материал приводов |
| Шприц | Шанхай Киндли Медикал Инструментс | 10 мл | Используется для впрыска силиконовой резины в отверстие формы для изготовления соединительного конца |
| Прецизионные весы | Shanghai Hochoice | UTP-313 | Используются для взвешивания силиконовой резины |
| Планетарный центробежный вакуумный миксер | THINKY | ARE-310 | Используются для смешивания силиконовой резины и пеногасителя после процесса смешивания |
| Разделительный агент | Smooth-on | Release 200 | Используются для облегчения извлечения из формы НБСП; |
| Игла | Shanghai Kindly Medical Instruments | Используется для прокалывания пузырьков, образующихся на поверхности | |
| Utility blade | M& G Chenguang Канцелярские ASS91325 | используются для соскабливания излишков силиконовой резины вдоль верхней поверхности формы | |
| Вакуумная печь | Ningbo SI Instrument | DZF-6050 | Используется для сокращения времени отверждения силиконовой резины |
| Наружная шпилька вставляет в посадку пневматический фитинг | Zhe Jiang BLCH Pneumatic Science & Технология | PC4-01 | Используется для соединения трубки и напечатанного на 3D-принтере разъема трубки привода |
| Трубка | SMC | TU0425 | Используется для привода приводов |
| Вакуумный насос | Zhe Jiang BLCH Pneumatic Science & Технология | Используется в качестве напорного клапана источника воздуха | |
| Zhe Jiang BLCH Pneumatic Science & Технология | IR1000-01BG | Используется для регулировки входного давления воздуха |
Ссылки
- Rus, D., Tolley, M. T. Design, fabrication and control of soft robots. Nature. 521 (7553), 467-475 (2015).
- Ilievski, F., Mazzeo, A. D., Shepherd, R. F., Chen, X., Whitesides, G. M. Soft robotics for chemists. Angewandte Chemie International Edition. 50 (8), 1890-1895 (2011).
- Shepherd, R. F., et al. Multigait soft robot. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 108 (51), 20400-20403 (2011).
- Yap, H. K., et al. A fully fabric-based bidirectional soft robotic glove for assistance and rehabilitation of hand impaired patients. IEEE Robotics and Automation Letters. 2 (3), 1383-1390 (2017).
- Yang, Y., Chen, Y., Li, Y., Chen, M. Z. Q., Wei, Y. Bioinspired Robotic Fingers Based on Pneumatic Actuator and 3D Printing of Smart Material. Soft Robotics. 4 (2), 147-162 (2017).
- Gu, G. Y., Zhu, J., Zhu, L. M., Zhu, X. A survey on dielectric elastomer actuators for soft robots. Bioinspiration & Biomimetics. 12 (1), 011003(2017).
- Holland, D. P., et al. The soft robotics toolkit: Strategies for overcoming obstacles to the wide dissemination of soft-robotic hardware. IEEE Robotics & Automation Magazine. 24 (1), 57-64 (2017).
- Galloway, K. C., et al. Soft Robotic Grippers for Biological Sampling on Deep Reefs. Soft Robotics. 3 (1), 23-33 (2016).
- Polygerinos, P., Wang, Z., Galloway, K. C., Wood, R. J., Walsh, C. J. Soft robotic glove for combined assistance and at-home rehabilitation. Robotics and Autonomous Systems. 73, 135-143 (2015).
- Tolley, M. T., et al. A Resilient, Untethered Soft Robot. Soft Robotics. 1 (3), 213-223 (2014).
- Ainla, A., Verma, M. S., Yang, D., Whitesides, G. M. Soft, Rotating Pneumatic Actuator. Soft Robotics. 4 (3), 297-304 (2017).
- Koizumi, Y., Shibata, M., Hirai, S. Rolling tensegrity driven by pneumatic soft actuators. 2012 IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA). , Saint Paul, MN. (2012).
- Connolly, F., Polygerinos, P., Walsh, C. J., Bertoldi, K. Mechanical Programming of Soft Actuators by Varying Fiber Angle. Soft Robotics. 2 (1), 26-32 (2015).
- Connolly, F., Walsh, C. J., Bertoldi, K. Automatic design of fiber-reinforced soft actuators for trajectory matching. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 114 (1), 51-56 (2017).
- Martinez, R. V., et al. Robotic tentacles with three-dimensional mobility based on flexible elastomers. Advanced Materials. 25 (2), 205-212 (2013).
- Polygerinos, P., et al. Modeling of Soft Fiber-Reinforced Bending Actuators. IEEE Transactions on Robotics. 31 (3), 778-789 (2015).
- Mosadegh, B., et al. Pneumatic Networks for Soft Robotics that Actuate Rapidly. Advanced Functional Materials. 24 (15), 2163-2170 (2014).
- Wang, T., Ge, L., Gu, G. Programmable design of soft pneu-net actuators with oblique chambers can generate coupled bending and twisting motions. Sensors and Actuators A: Physical. 271, 131-138 (2018).
- Marchese, A. D., Katzschmann, R. K., Rus, D. A Recipe for Soft Fluidic Elastomer Robots. Soft Robotics. 2 (1), 7-25 (2015).
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Перепечатки и разрешения
