Introduction
소프트 로봇은 로봇 사회 내에서 큰 연구 관심을 촉발하고 그들은 같은 구조화되지 않은 환경 (1)과 (2)를 파지의 파동 운동으로 다른 기능 작업에 사용되어왔다. 이들은 주로 연질 탄성 재료로 구성하며, 기억 합금 (SMA)를 형성하는 전기 활성 고분자 (EAP) 또는 압축 된 유체 (3)와 같은 다른 재료의 사용을 통해 서로 다른 작동 기술에 의해 제어된다. 정전기력 활성 균주를 제조하여 작동을 생성하도록 유도하는 차동 전압에 기초 EAPS 기능. SMAS의 특이한 형상 기억 효과는 온도 변화에 따라 상 변환 중에 구동력 발생에 기초하여 원하는 액츄 에이션을 생성하기 위해 배치된다. 마지막으로, 압축 된 유체 작동 기술은 소프트 액츄에이터의 강성의 차이를 유도 할 수있는 간단한 설계 전략을 용이하게, 더 호환 영역은 팽창 것가압시. 소프트 로봇은 특히 민감한 개체가 포함 된 응용 프로그램에, 전통적인 하드 로봇의 응용 범위를 확장 할 수 있도록 설계되었습니다. 특히, 본 논문에서, 우리는 섬세한 수술 조작을위한 소프트 로봇 그리퍼 개발에 우리의 독특한 접근 방식을 제시한다.
외과 파지는 간, 부인과, 비뇨기과, 신경 복구 수술 -4,5- 많은 수술 절차에 관련된 중요한 측면이다. 그것은 전형적으로 촉진 할 목적으로 집게 복강경 매개 부재로서 강성 강철 조직 파지 툴에 의해 수행되는 종래 그립 핑 도구 (6)의 접촉 지점에서 연조직 고 응력 집중 영역이 발생할 수 금속제로 관찰, 절제, 문합 절차 등 그러나, 세심한주의가 요구된다. 조직 손상의 정도에 따라, 통증 등의 다양한 합병증, 병적 반흔 조직 f를ormation, 심지어 영구적 인 장애는 발생할 수 있습니다. 이전 연구는 말초 신경 수술의 합병증은 3 % (7)라고 보도했다. 따라서, 안전 준수 그립을 제공 할 수있는 소프트 그립의 개념은 섬세한 수술 조작을위한 유망한 후보가 될 수 있습니다.
여기서는 3D 인쇄 및 사용자 정의 소프트 공압 로봇 그리퍼를 제조하기 위해,로드 기반 접근 방식을 채택 변성 소프트 리소그래피 기술의 조합을 제안한다. 압축 된 유체 작동에 따라 소프트 로봇의 전통적인 제조 기술은 채널 8을 밀봉하는 그것과 밀봉 공정에 인쇄 된 공기 채널을 시청할 수있는 금형을 필요로한다. 그러나, 채널의 폐색 쉽게 밀봉 공정에서 일어날 수있는 작은 채널을 필요 공압 소형화 소프트 로봇 가능하지 않다. 전통적인 기술은으로 코팅 된 밀봉 층을 접합하여 수행 할 수있는 공압 채널의 밀봉을 필요로한다. 따라서, 라접합 층은 작은 채널로 유출하고 그 채널을 폐색 수 있으므로 초기에 역할을 엘라스토머 재료의 YER. 이 구조의 중간에 공기 채널을 배치하고, 종래 기술을 이용하여 챔버 구성 요소에 연결하는 것도 가능하지 않다. 제안 된 방법은 공기로 채워진 챔버 사용하여로드에 연결된 소형 공기 채널의 생성을 허용하고 작은 채널의 밀봉을 필요로하지 않습니다. 또한 공기 채널에 접속 된 챔버는 압축 유체 작동 외부 공기 공급원을 필요로하지 않는 공기 공급원 역할을한다. 이는 수동함으로써 사용자에게 그들이 그리퍼를 통해인가되는 힘의 양을 조절하는 옵션을 제공하고, 파지 요소를 작동 챔버의 압축을 용이하게하여 로봇의 제어 모드를 모두 허용한다. 이 접근법은 매우 최적화하고 그러한 단일 또는 MU와 그리퍼 소프트 그리퍼 디자인의 다양한 형태를 제조하기 위해 사용될 수있다작동 가능 팔을 ltiple.
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Protocol
주 : 공기 채널에 연결된 챔버 부품을 성형 임베디드 공기 채널 그리퍼 암 부품 성형 모든 부드러운 공압식 그리퍼은 세 단계를 포함하는 제조 공정을 따라 정의 된 3D 인쇄 주형에 실리콘계 탄성 중합체의 혼합물을 캐스팅하여 제조 한 및 공기로 채워진 챔버 성분 밀봉.
탄성체 1. 준비
- 무게 규모에 믹서 용기를 배치하고 용기를. 부품 붓고 1이되는 컨테이너 실리콘계 엘라스토머 B : 1 중량비.
- 용기를 덮고 총 중량을 측정한다.
- 원심 믹서에 용기와 재료를 놓습니다. 단계 120에서 측정 한 중량 믹서에서 중량 밸런스를 조정한다.
- 30 초 동안 각각 2,000 rpm에서 2,200 rpm으로 혼합 및 탈기 모드를 설정합니다. 균일 한 경화를 달성하기 위하여 충분히 탄성 중합체 성분을 혼합한다.
참고 : 금형의 형상이 다른 응용 프로그램에 대한 특정 요구 사항에 따라 달라집니다. 다음 단계는 금형의 챔버 그리퍼 요소를 만드는 데 필요한 CAD 소프트웨어의 일반적인 주요 단계들을 도시한다.
- 컴퓨터 지원 설계 (CAD) 소프트웨어를 사용하여 금형과 시일 주형 디자인. 이 원고에 사용되는 금형의 형상과 특정 치수는 그림 1을 참조하십시오.
- 외부 경계 상자의 디자인
- 상단면을 마우스 오른쪽 버튼으로 클릭하고 상단면에 정상화 버튼 "을 일반"을 클릭합니다.
- 는 "스케치"창을 열려면 왼쪽 상단의 "스케치"을 클릭합니다. 그런 다음, 챔버 구성 요소의 직사각형 기반을 그리는 도구 모음의 왼쪽 상단 모서리에있는 "스케치"버튼을 클릭합니다.
- SK를 정의하려면 "스케치"버튼 옆에있는 "지능형 치수"기능을 클릭에칭 치수. 스케치가 완전히 정의 (즉, 모든 드로잉 선이 검은 색이 될)를 완료하고 스케치를 종료되어 있는지 확인합니다.
- 은 "기능"창을 클릭합니다. 그런 다음, Y 방향의 선택 윤곽을 돌출 "돌출 보스 /베이스 '기능을 클릭합니다.
- 스케치 평면을 미리 선택 모델의 표면을 클릭합니다. 직사각형을 스케치하고 2.1.1.2 및 2.1.1.3에 설명 된대로 치수를 정의합니다.
- 은 "기능"창을 클릭합니다. 그런 다음, 엘라스토머에게 (그림 2A)를 주조 캐비티를 잘라 돌출 "돌출 컷"기능을 클릭합니다. 벽 두께가 2.5 mm 있는지 확인합니다.
- 내부 챔버의 설계
- 개구 면적의 Y 방향의 표면에 마우스 오른쪽 버튼으로 클릭합니다. 그런 다음, 그 표면에 정상화 "정상"을 클릭합니다.
- 단계 2.1.1.2과에 설명 된대로 다음, 챔버 구성 요소에 대한 사각형을 그립니다 "스케치"창을 클릭2.1.1.3.
- 은 "기능"창을 클릭합니다. 그런 다음, Y 방향 (그림 2B)의 챔버 구성 요소를 돌출 "돌출 보스 /베이스 '기능을 클릭합니다.
주의 : 단계 2.1.1.6의 절삭 깊이가이 압출베이스 2.5 mm보다 크다.
- 그리퍼 성분 설계
- 그리퍼 구성 요소에 대한 스케치 평면을 미리 선택하는 음의 X 방향에서 모델의 표면을 클릭합니다. 단계 2.1.1.2 및 2.1.1.3에 설명 된대로 "스케치"창에서 사각형을 만듭니다.
- 은 "기능"창을 클릭합니다. 그런 다음, 음의 X 방향의 선택 윤곽을 돌출 "돌출 보스 /베이스 '기능을 클릭합니다.
- 스케치 평면을 미리 선택하는 그리퍼 구성 요소의 상부면을 클릭합니다. 치수가 완전히 정의 할 때 단계에 설명이를 2.1.1.2로 스케치를 "스케치"창 (그림 2C)에서 그리퍼의 형상을 만들고 종료D 2.1.1.3.
- 은 "기능"창을 클릭합니다. 그런 다음, 그리퍼 구성 요소에 탄성체를 주조 캐비티를 잘라 "돌출 컷"을 클릭합니다. 벽 두께가 2.5 mm 있는지 확인합니다.
- 챔버와 그리퍼 사이의 접속 디자인
- 2.1.1.2 및 2.1.1.3에 기재된 챔버 부재의 상부면에있는 "스케치"창에서 직사각형을 생성한다.
- 은 "기능"창을 클릭합니다. 그런 다음, 챔버 및 그리퍼 구성 요소 (그림 2D) 사이의 연결을 만들기 위해 "밀어 낸 컷"을 클릭합니다.
- 공기 채널의 설계
- 단계 2.1.1.2 및 2.1.1.3에 기재된 양의 X 방향으로의 실 부재의 표면에 1.5 mm 직경의 원을 만든다.
- 은 "기능"창을 클릭합니다. 그런 다음, 선재 삽입 (그림 2E)에 대한 채널을 만들기 위해 "밀어 낸 컷"을 클릭합니다. HOL 확인ES는 그리퍼 구성 요소를 통해 절단되지 않습니다.
- 외부 경계 상자의 디자인
- 별도의 CAD 파일에 그리퍼 챔버 성분의 외부 치수보다 큰 1mm는 길이와 폭을 공동으로 밀봉 주형을 그린다. 주 : 두께가 2.5 mm이다.
- 한 단계 2.1.1.2 및 2.1.1.3로 상단면에 사각형을 만들려면 "스케치"창을 클릭합니다.
- 은 "기능"창을 클릭합니다. 그런 다음, Y 방향의 선택 윤곽을 돌출 "돌출 보스 /베이스 '기능을 클릭합니다.
- 스케치 평면을 미리 선택 모델의 상단면을 클릭합니다. 직사각형을 스케치 및 단계 2.1.1.2 및 2.1.1.3)에 설명 된대로 치수를 정의합니다.
- 은 "기능"창을 클릭합니다. 그런 다음, 탄성 중합체를 주조 캐비티를 잘라 돌출 "돌출 컷"기능을 클릭합니다. 벽 두께가 2.5 mm 있는지 확인합니다.
- 3D 프린팅을위한 .STL 파일로 각 금형 조각을 저장합니다. 30 μm의 해상도와 3D 프린터로 .STL 파일을로드 및 금형 편 (9)을 인쇄 할 수 있습니다.
- 몰드 부분에있는 지지체 물질을 제거하고 물을 금형 조각을 세척한다.
3. 소프트 싱글 / 더블 작동 가능 팔 공압 그리퍼
- 내장 된 공기 채널 그리퍼 암 부품을 성형
- 연결된 에어 채널이 밀폐 된 챔버를 생성하기 위해 좌측 및 챔버 성분 (도 3A)의 오른쪽에 두 개의 3D 인쇄 챔버 블록들을 삽입한다.
- 공기 채널 (그림 3A)을 만들 그리퍼 끝에서 2 mm 거리를 유지하면서 챔버를 통해 두 개의 1.5 mm 직경의 티타늄 선재를 삽입합니다. 참고 : 단일 작동 가능 암 그리퍼에 대해 하나의 선재를 사용합니다.
- 완전히 그리퍼 성분을 채우도록 몰드에 엘라스토머 혼합물을 붓는다.
- 눈에 보이는 기포가 존재가없는 확인하십시오.
- PLAC10 분 동안 60 ℃에서 경화 오븐 전자 금형. 엘라스토머가 경화되면, 오븐에서 금형을 제거합니다.
- 공기 채널에 접속 성형 챔버 성분
- 금형에서 밖으로 선재와 두 개의 챔버 블록을 당깁니다.
- 챔버 (도 3b)을 생성하기 위해 그리퍼 성분의 상단에 3D 프린트 그리퍼 블록을 놓는다. 몰드의 벽에 구멍을 차단하는 선재를 삽입한다.
- 챔버 성분의 나머지 부분을 채우기 금형에 갇혀 보이는 기포가없는되도록하여 금형에 엘라스토머 혼합물을 붓는다.
- 10 분 동안 60 ° C의 온도로 부분 경화. 엘라스토머가 경화되면 오븐에서 금형을 제거합니다.
- 그리퍼 블록을 제거하고 챔버 구조로 완전히 경화 그리퍼를 해체가.
- 공기로 채워진 챔버 부품 밀봉
- 밀봉 금형에 탄성 중합체 혼합물을 붓고10 분 동안 60 ° C에서이를 경화.
- 밀봉 층을 경화 2.5 mm의 탄성 재료 층을 브러시. 코팅 된 밀봉 층 위에 챔버 구조의 경화 그리퍼 놓고 함께 (도 3c)를 두 개 접합.
- 이어서, 15 분 동안 60 ℃에서 완전히 경화 전체 구조.
- 완전히 경화 연질 로봇 그리퍼 장치 탈형.
처리 도구로 소프트 로봇 공압 그리퍼 장치 4. 삽입
- CAD 소프트웨어를 사용하여 기업 파일 1에서 설명 된 바와 같이 처리 도구 설계 및 .STL 파일에 저장한다. 도구의 치수는 그림 4와 5를 참조하십시오.
- 3 차원 프린터의 .STL 파일을로드 및 금형 편 (9)을 인쇄 할 수 있습니다.
참고 : 수동 제어 처리 도구, 사각형 모자, 가동 피스톤 (그림 4)에 대한 모든 인쇄 단계는 3 시간 48 분 이내에 완료 할 수 있습니다. 홍보(그림 5) 도구 및 직사각형 캡을 처리하는 로봇 제어 제조 inting 시간은 1 시간 56 분입니다. 3D 프린터 작동 지침에 대한 보충 파일 2를 참조하십시오. - 인쇄가 완료된 후 툴 임의 지지체 물질을 벗겨. 그 다음, 물과 도구를 세척한다.
- 수동 제어 처리 도구 (그림 4A)에 그리퍼를 삽입하고 가동 직사각형 캡 (그림 4B)와 개구 면적을 커버합니다.
- 챔버 압축을 용이하게하기 위해 가동 피스톤 (도 4C)를 삽입한다.
- 로봇 제어 처리 도구 (그림 5A)에 그리퍼 및 선형 액추에이터를 삽입합니다. 주 : 선형 액츄에이터 챔버 압축 수동 제어 모드의 가동 피스톤을 대체한다.
- 가동 직사각형 캡 (도 5b)와 개구 면적을 커버.
5. 평가 및 그립 압축 시험
- 평가점퍼 와이어 파지 시험을 수행하여 소프트 그리퍼의 기능.
- 테이블에 점퍼 선을 배치합니다.
- 와이어가 두 개의 그리퍼 팔의 사이가되도록 그리퍼를 조정합니다.
- 와이어를 잡아 그리퍼 팔을 작동하기 위해 챔버를 압축 가동 피스톤을 이동합니다.
참고 : 수동 제어 처리 도구는 파지 데모에 사용됩니다. - 잡고 멀리 와이어의 원래 위치에서 20cm에있는 상자에 와이어를 이동합니다.
- 그리퍼의 두 턱 사이의 교정 힘 감지 저항을 놓습니다. 감지 영역에 그리퍼 턱 그립을 확인합니다. 주 : 감지 영역의 직경은 14.7 mm이다.
- 힘 감지 저항에 그립 그리퍼 무기를 작동 챔버 압축.
- (10)에 설명 된대로 부드러운 단일 작동 가능 - 팔과 두 번 작동 가능한 암 공압 그리퍼가 생성 할 수있는 최대 그립 압축 힘을 측정.
참고 : 판독 값이 노트북에 표시됩니다. 최대 그립 압축 힘은 공기 채널이 견딜 수있는 최대 압력 지점에서 측정한다. - 부드러운 두 번 작동 가능한 암 공압 그리퍼에서 각각의 탄성 그립 턱을 잘라.
- 탄성 그립 턱의 공기 채널에 집게 팁을 삽입합니다.
- 포셉의 두 턱 사이의 교정 힘 감지 저항을 놓습니다.
- 신경 외과에서 실시한 모의 신경 수술 중 엘라스토머 코팅 집게와 집게에 의해 생성 된 압축력 (10)를 측정한다.
주 : 신경 외과 그가 정상적으로 힘 감지 저항의 실제 수술시에 적용되는 것과 유사한 힘을인가한다. - 각 시험에서 다섯 실험으로부터 얻은 데이터를 평균.
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Representative Results
소프트 로봇 공압 그리퍼 장치는 직경 최대 1.2 mm의 크기 (그림 6)와 객체를 픽업 할 수 있었다. 1.71 ± 0.16 N 및 2.61 ± 0.22 N 압축력에 비교하여 최대 그립 압축력은 단일 작동 가능한 아암에 의해 생성되며 작동 가능 아암을 이중 - 소프트 그리퍼 장치는 0.79 ± 0.14 N은 각각 0.27 ± 0.07 N과했다 엘라스토머 코팅 집게로 및 코팅 집게 (그림 7)에 의한 모의 수술. 그립 힘은 파 지부의 형상 및 공기 채널의 크기에 따라 달라질 수있다. 엘라스토머의 재료 특성은 공기 채널이 다시 그립의 힘에 영향을 미칠 것이다, 견딜 수있는 최대 압력을 결정합니다. 제안 된 기법 (그림 3) 빠른 제조 시간의 부드러운 공압 그리퍼의 저렴한 작성, 수 있음을 보여줍니다D 같은 그리퍼의 기능이 연구에서 평가 하였다. 설명 된 기술을 사용하여, 다양한 응용을위한 다양한 그리퍼 설계 제조 엘라스토머 주조 해당 금형을 설계함으로써 달성 될 수있다.
이러한 결과는 호환 파지는 파지 물체에 과도한 스트레스를 도입하지 않고, 제안 된 제조 방법으로 달성 가능한 것으로 나타났다. 소프트 그리퍼 아암의 적응성은 무기 대상물의 표면 형상에 부합 할 수 있었다. 그러나, 순응성 파지가 달성 될 때 안전하게 파지가 노출되지 않도록하는 것이 필요하다. 회사와 호환 모두 인 그립은 특히 수술에 응용 프로그램을 파지 필수적이다. 결과는 또한 마우스의 신경 들고 부드러운 그리퍼의 성능을 평가하고, 신경의 경우에 대한 손상의 정도를 조사하는 시험 쥐 실험을 수행함으로써 분석 될 수있다소프트 그리퍼 나이프를 사용하는 경우와 비교하여 사용된다.
엘라스토머 소프트 로봇 공압식 그리퍼 장치의 상부 구조의 제조에 사용되는 금형도 1 차원 CAD 도면 (A) 이중 작동 가능한 아암, 및 (B) 단일 작동 가능 아암 (모든 치수 mm에서). 벽 두께가 모든 금형 2.5 mm이다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 2. CAD의 금형을 만들기. (A) 돌출는 탄성체를 주조 캐비티를 잘라. (나) 몰에서 챔버 구성 요소 만들기디. (C)는 그리퍼 구성 요소에 대한 탄성 중합체를 주조 캐비티를 만듭니다. (D)가 돌출 챔버 그리퍼 요소 사이의 연결을 자른다. (E) 밀어 내기가 공기 채널을 만들 선재를 유지하는 두 개의 구멍을 잘라. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
소프트 이중 작동 가능한 암 공압 그리퍼의 그림 3. 제작 과정. (A)이 챔버 블록을 놓고 챔버에 연결된 공기 채널을 만들기 위해 두 개의 선재를 삽입합니다. 금형에 엘라스토머를 붓고 완전히 파 성분을 경화. (B) 선재 챔버 블록을 제거하고 creat에 그립 핑 요소의 상단에 파 지부 블록 넣어전자 챔버. 상기 챔버 구성 요소를 만들기 위해 금형에 엘라스토머를 붓는다. (C) 본드 그리퍼 구조 및 2.5 mm 층이 함께 밀폐 된 공기가 채워진 챔버를 만들 수 있습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
도 챔버 압축을 용이하게하기 위해 수동 제어 모드의 처리 도구 4. 2D CAD 도면 (A) 처리 도구 (B)의 직사각형 캡, 및 (C) 가동 피스톤 (전체 크기는 mm에있는 스케일은 2이다. (3) )를 지정하지 않는 한. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
챔버 압축을 용이하게하기 위해 로봇의 제어 모드에 대한 처리 툴도 5 차원 CAD 도면 (A) 처리 도구와 (B)의 직사각형 캡 (전체 크기는 mm에있는 스케일은 2 : 지정하지 않는 3).. 를 클릭하세요 여기이 그림의 더 큰 버전을 볼 수 있습니다.
제안 그리퍼 장치의 테스트를 파지도 6 평가. (오른쪽)에 따라 소프트 로봇 (A)의 사진 단일 작동 가능한 아암, 및 (B) (왼쪽) 전 이중 작동 가능 아암 공압식 그리퍼 장치 및 파지 1.2 mm 직경의 와이어.
두 개의 다른 소프트 로봇 공압식 그리퍼 장치에 의해 생성 된도 7 그립 압축력 및 그립 압축 시험 두 (엘라스토머 코팅 및 비 코팅) 집게. 저항 감지 힘이 두 개의 그리퍼 / 핀셋의 턱 사이에 위치시켰다 각 테스트의 감지 영역에 그리퍼 / 집게 턱 그립. 오류 막대는 표준 편차를 나타냅니다.
소프트 로봇 후크 공압식 그리퍼의 상부 구조체의 제조에 사용되는 금형도 8 차원 CAD 드로잉. 공압 채널 가까이 후크 파 성분의 바닥면에 배치되고, 그 가압에 상방 구부러 것이다.
취급 도구의 보조 파일 1. 디자인. CAD 소프트웨어에 관련된 처리 도구의 디자인에 대한 단계별 세부 사항. 이 파일을 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.
보충 파일 2. 3D 프린터의 사용 설명서를 참조하십시오.이 사용 설명서는 프린터를 조작하기위한 지침을 제공합니다. 이 파일을 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.
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Discussion
우리는 성공적으로 엘라스토머 코팅 집게 팁과 집게보다 파지 개체에 훨씬 낮은 압축 힘을 발휘 개체의 준수 그립 허용 소프트 로봇 공압 그리퍼 장치가 작용하는 것을 증명하고있다. 겸자 말초 신경 보수 동안 신경 조작에 필수적인 도구 11,12 수술을한다. 그러나, 그 금속 구조체 과도한 파지력 및 주변 조직에 대한 우발적 손상에 의한 신경 손상을 방지하기 위해 의사의 사용에 세심한주의가 필요했다. 손상의 정도에 따라, 혈액 응고, 심지어 영구적 인 장애와 같은 심각한 것들에 통증으로 덜 심각한 것,에 이르기까지 다양한 합병증이 발생할 수 있습니다. 수술 조작 중에 신경 조직의 우발적 손상을 방지 할 필요를 고려하여, 우리의 예비 결과는 이러한 소프트 공압 로봇 그리퍼 장치 잠재적 적합한 후보임을 나타낸다호환 파지를 달성 할 수있는 능력을 제공하여 섬세한 티슈 조작시 전류 집게를 보완. 소프트 그리퍼의 제조에 사용 된 실리콘계 엘라스토머 갖는 0.8 × 105 소프트 가변 인간 근육의 것에 필적 13 어떤 조직이 펜실바니아 14. 따라서, 조직 손상의 위험을 줄일 비해 영율 그 상대 강성 그리퍼합니다.
모든 단계가 설명 중, 가장 중요한 단계는 프로세스 경화 전의 갇힌 공기 기포의 금형 설계 제거에 공기 채널의 위치 및 공기 실의 밀봉한다. 공기 채널은 낮은 압력에서 파열 액추에이터를 방지하기 위해 파 지부의 외부 벽에 너무 가깝게 배치되어서는 안된다. 상관 갇힌 기포함으로써 궁극적 그리퍼의 성능을 향상시키는 잠재적 고장 지점을 제거 이것으로 경화 전에 제거되어야한다.그리퍼 구조 누설하지 않고 공기를 저장할 수있다 밀폐 챔버를 만들기 위해 밀봉 층에 잘 결합한다.
다양한 제조 기술은 애플리케이션 15-17 파지 소프트 마이크로 액츄에이터를 구축하기 위해 제안되어왔다. 예를 들어, 루 세종 15 소프트 리소그래피 공정의 세 단계로 이루어지는 microhand을 제안 하였다. 이 경우, microhand 비교적 작은 물체를 조작 할 수 있지만, 외부 압축 질소 실린더의 작동을 위해 요구된다. 최근 Rateni 등. (16)는 부드러운 손가락이 3D 인쇄 금형 실리콘을 주조로 만들어진 부드러운 케이블 구동 로봇 그리퍼를 개발했다. 대신에 그리퍼 아암의 중간에 공기 채널을 갖는 중, 로봇 그리퍼 핑거에 접속 된 케이블로 서보 모터에 의해 작동되었다. Breger 등. (17)는 순차적 인 포토 리소그래피 홍보로 만든 자기 접이식 소프트 microgrippers 제안ocess. 관련 제조 공정 제어 방식은 고가이며 복잡하다. 반면에, 제안 된 제조 공정이 간단하고, 저비용이며, 금형 및 처리 툴의 3D 인쇄시를 포함한, 4 시간 이내에 완료 될 수있다. 부드러운 그리퍼는 낮은 부품 비용, 방수 및 비 부식성 등의 흥미로운 특성을 가지고있다. 소프트 그리퍼 제어에 관련된 최소한의 복잡성은 다양한 파지 애플리케이션에서 사용하기 쉽게 사용자에 의해 채택 될 수 있었다.
이 연구에 기술 된 제조 공정은 주로 3 차원 프린팅 기술과 공기 채널을 생성하기 위해로드 기반 접근법을 포함했다. 이는 몰드 설계를 바꿈으로써 맞춤형 그리퍼 설계를 생성하는 가능성을 보여준다. 소프트 로봇 후크 공압식 그리퍼 후크 파 성분 및 챔버 성분 (도 8)와 함께 변형 된 주형을 사용하여 제조 하였다. 그것은 보여 그 그리퍼 디자인 캘리포니아N 쉽게 수정 및 저비용으로 제조 될 수있다. 공기 채널을 생성 할 수있는로드의 사용은 소형화 된 소프트 로봇 그리퍼의 제조를 허용했다. 또한이 방법은 소프트 로봇의 종래의 제조 공정에서 수행되는 밀봉 공정 동안 작은 공기 채널의 폐색을 방지하기 위해서 소형화 소프트 로봇 제작에 적합 함을 보여 주었다. 그러나, 새로운 금형 먼저 엘라스토머 주조에 사용되는 경우에, 경화 그리퍼의 외면 스티커가 될 수있다. 이 경우 표면의 끈적임이 멈출 때까지, 그리퍼 추가 경화 오븐 내에 위치한다. 또한, 치료는 잘 밀봉하고 하부 챔버 벽 거품이없는 것을 보장하기 위해주의해야한다. 다른 레그에 비하여 선재의 삽입을 위해 의도 된 벽을 통과하는 두 개의 구멍이 존재하는 영역은, 갇힌 공기 버블을 포함하는 더 높은 확률을 갖는 유의이온. 탄성 중합체 재료의 추가 층이 그리퍼의 견고성을 향상시키기 위해, 밀봉 층 및 바닥 벽의 에지 상에 브러시를 이용하여 적용될 수있다.
제안 된 기술의 고유 한 기능을 작동하기위한 공기로 채워진 챔버를 만들기 위해 금형에 챔버 구성 요소를 인쇄하는 아이디어를 도입한다. 소프트 로봇 그리퍼 장치의 챔버 성분 그립 압축력 챔버의 압축을 통해 제어 할 수있다. 이러한 널리 소프트 로봇 사용을 위해 채택되는 휴대용 펌프, 외부 공기 공급원에 비해, 제어의 수동 모드는 챔버 성분의 존재로 달성된다. 이는 외과의가 실제로 느끼는 그들이 적용되는 힘의 양을 제어 할 수있는 선호하는 수술 조작을 위해 특히 중요하다. 챔버 성분의 장점은 또한 선형를 통합하여 제어 모드를 자동 수 있다는처리 도구로 액츄에이터. 따라서, 제어부의 수동 및 자동 모드 둘 다 작동 용 공기 채널에 연결된 챔버 성분으로 이루어질 수있다. 이러한 저비용 착탈 소프트 로봇 그리퍼 반복 사용을 위해 다시 멸균 필요가 없다는 것을 의미 일회 사용을 위해 설계되었다. 처리 툴은 멸균되고 수술 조작이 수행되기 전에 소프트 로봇 그리퍼 용이하게 삽입 될 수있다. 이러한 소프트 공압 수술 그리퍼 장치의 디자인은 또한 다른 파지 요구 사항에 맞도록 하나의 처리 툴에 다른 디바이스 설계의 상호 변경을 허용한다.
그러나,이 방법은 몇 가지 제한으로 볼 필요가있다. 첫째, 두 개의 절차가 함께 공기 채널 및 챔버 구성 요소를 연결하기 위해 파지 요소와 챔버 부품을 제조하는 데 필요하고, 밀봉 공정은 상기 챔버에 대해 요구된다. 그것은 북동를 제거하지만외부 공기 공급원 혼성, 그것은 부드러운 로봇 그리퍼를 주조 시간을 증가시킨다. 둘째, 공기 채널에 적용 할 수있는 최대 압력은 엘라스토머의 특성에 의해 제한되었다. 큰 압축력이 공기 채널의 파열을 방지하기 위해 섬유 엘라스토머 엄격한 엘라스토머를 사용하거나 강화하여 생성 될 수있다. 예를 들어, 널리 인해 생체 적합성이 뛰어난 기계적 특성에 외과 용 봉합 재료 또는 지지체로서 사용되는 실크 섬유, 소프트 그리퍼 (18)를 보강하기 위해 사용될 수있다. 상이한 애플리케이션에 따라 더 높은 강성을 가진 엘라스토머 호환 안전한 그립 사이의 균형을 보장하기 위해 필요하다. 또한, 준수 그립과 제안 그리퍼의 원활한 접촉 표면은 미끄러짐이 발생 될 수 있습니다. 그러나, 적응 접촉 실리콘 고무의 주요 고유 특성 중 하나는, 그리퍼는 물체의 표면 형상에 부합 할 수 있었다. 우리이 적응성 간접적 파지의 안정성을 향상시킬 것으로 판단된다. 그러한 접촉 표면에 치아 설계를 통합 같은 그립 접촉면에 변형 안정적인 그립을 제공하는데 도움이 될 수. 세 개 이상의 다른 무기 15-17 소프트 그리퍼에 비해 마지막 안정성의 관점에서 제안 된 두 턱 로봇 그리퍼의 그립 성능은 불리하다.
이 기술은 산업용 조립 라인에서 손 그리퍼와 같은 큰 규모 수술 그리퍼, 작은 규모에 이르기까지 다양한 소프트 로봇 그리퍼가 제작 될 수있다, 확장 성이 뛰어난입니다. 특히, 다양한 그리퍼는 금형의 설계를 기반으로 사용자 정의 할 수 있습니다. 예를 들어, 소프트 파 성분 및 경질 신경 훅 권취 둘을 결합한 하이브리드 신경 그리퍼 수술 조작에 사용하기 위해 제안 할 수있다. 연질 그립 핑 요소는 직사각형 케이싱 쌌다이며 선단 근처 AR 팽창 것압력이 채널에인가 될 때 상기 훅 권취 장치에 신경을 유지 EA. 그것은 그들이 닫을 때 턱을 잡고 특정 어려움을 야기하는 외부 물체를 밀어하는 경향이 턱 그리퍼를 사용하는 일반적인 제한을 다룹니다. 부드러운 턱 그리퍼는 그립과 모든 표면과 접촉 이미없는 오브젝트를 선택할 수있는 반면, 신경을 쓸어 담은 다음을 준수 그립을 제공하는 것이 유용 할 것이다.
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Disclosures
저자는 공개 아무것도 없어.
Acknowledgments
이 연구는 R-397-000-204-133 (싱가포르 젊은 연구자 상 국립 대학)에 의해 지원되었다.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Weighing Scale | Severin | KW3667 | (Step: Preparation of elastomers) |
| Ecoflex Supersoft 0030 Elastomer | Smooth-On | EF0030 | (Step: Preparation of elastomers) |
| Planetary Centrifugal Mixer and Containers | THINKY USA Inc. | ARE-310 | (Step: Preparation of elastomers) |
| Solidworks CAD | Dassault Systèmes | Solidworks Research Subscription | (Step: Soft single/double-actuatable arm pneumatic grippers) |
| Objet 3D Printer | Stratasys | 260 Connex2 | (Step: Soft single/double-actuatable arm pneumatic grippers) |
| Titanium Wire Rods | Titan Engineering | N/A | (Step: Soft single/double-actuatable arm pneumatic grippers) |
| Natural Convection Oven with Timer | Thermo Fisher Scientific | BIN#ED53 | (Step: Soft single/double-actuatable arm pneumatic grippers) |
| Linear Actuator | Firgelli Technologies | L12 | (Step: Insertion of soft robotic pneumatic gripper device into handling tool) |
| Jumper Wire | sgbotic | CAB-01146 | (Step: Evaluations and grip compressive test) |
| Force Sensing Resistor | Interlink Electronics | FSR402 | (Step: Evaluations and grip compressive test) |
References
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