Rod-baserade Tillverkning av Anpassningsbara Soft Robotic Pneumatisk gripare enheter för känsliga vävnaden Manipulation

Introduction

Mjuka robotar har väckt stort forskningsintresse inom robotik samhället och de har använts i olika funktionella uppgifter såsom undulatory förflyttning i ostrukturerade miljöer ¹ och gripande ^2. De är huvudsakligen sammansatt av mjuka elastomeriska material och kontrolleras av olika manövreringstekniker genom användning av olika material såsom elektroaktiv polymer (EAP), formminneslegering (SMA), eller komprimerad fluid ^3. EAPS funktion baserad på en differentialspänning som inducerar elektrostatiska krafter för att producera aktiva stammar och därmed genererar aktivering. Den säregna formminneseffekten av SMA är utplacerade för att generera den önskade manövreringen baserad på styrke under fasomvandlingar uppmanar temperaturförändring. Slutligen underlättar komprimerad fluid manövreringsteknik en enkel design strategi för att inducera styvhet skillnad i de mjuka ställdon, så att de mer kompatibla regionerna kommer blåsavid trycksättning. Mjuka robotar är utformade för att bredda tillämpningar av traditionella hårda robotar, särskilt i applikationer där ömtåliga föremål är inblandade. Särskilt i detta dokument presenterar vi vår unika metod för att utveckla mjuka robot gripdon för känslig kirurgisk manipulation.

Kirurgisk grip är en viktig aspekt involverad i många kirurgiska procedurer såsom lever-, gynekologisk, urologisk, och nervreparations operationer ^{4, 5.} Det är oftast utförs av stela, stål vävnad gripverktyg såsom pincett och laparoskopiska greppare i syfte att underlätta observation, excision, anastomos förfaranden, etc. Men, är extrem försiktighet krävs som de konventionella gripverktyg av metall som kan orsaka koncentrationsområden med hög spännings i den mjuka vävnaden vid kontaktpunkterna ^6. Beroende på svårighetsgraden av vävnadsskador, olika komplikationer, såsom smärta, patologiska ärrvävnad fFörnyelsen och även permanent invaliditet, kan leda till. En tidigare studie rapporterade att komplikationsfrekvens i perifer nervkirurgi var 3% ^7. Därför kan begreppet mjuk gripande som kan ge säker kompatibel grepp vara en lovande kandidat för känslig kirurgisk manipulation.

Här presenterar vi en kombination av 3D-utskrifter och modifierade mjuk litografitekniker, som antagit en stav baserat tillvägagångssätt, att tillverka anpassnings mjuka robot pneumatiska gripdon. Traditionella tillverkningstekniken av mjuka robotar baserade på komprimerad fluid aktivering kräver en form med pneumatiska kanaler som skrivs ut på det och en tätningsprocess för att försegla kanalerna ^8. Det är dock inte möjligt för miniatyriserade mjuka robotar som behöver små pneumatiska kanaler där ocklusion kanaler lätt kan hända i förseglingsprocessen. Den traditionella tekniken kräver förseglingen av de pneumatiska kanaler som skall göras genom att binda ett belagt förseglingsskiktet till den. Hence, den layer av elastmaterial som initialt fungerar som ett bindeskikt kan spilla in de små kanalerna och täppa dessa kanaler. Det är inte heller möjligt att placera de pneumatiska kanaler vid mitten av strukturen och ansluta till en kammare komponent med hjälp av konventionella tekniker. Det föreslagna tillvägagångssättet möjliggör skapandet av miniatyriserade pneumatiska kanaler som är anslutna till en luftfylld kammare med hjälp av stavar och kräver inte försegling av de små kanalerna. Dessutom kammaren är ansluten till de pneumatiska kanaler tjäna som en luftkälla som inte kräver externa luftkällor för komprimerad fluid aktivering. Det gör att både den manuella och robotstyrsätt genom att underlätta kammar komprimering för att påverka grip komponenten, vilket ger användarna möjlighet att styra den kraft som de tillämpar genom grip. Detta tillvägagångssätt är mycket anpassningsbar och kan användas för att tillverka olika typer av mjuka grip konstruktioner såsom gripare med enkel eller multiple påverkbara armar.

Protocol

Notera: Alla mjuka pneumatiska gripdon tillverkades genom gjutning silikonbaserade elastomerblandningar i anpassade 3D-tryckt formar, som följde en tillverkningsprocess som består av tre steg: gjutning griparmskomponenter med inbäddade pneumatiska kanaler, gjutning kammare komponent som är ansluten till de pneumatiska kanaler och tätning av kammaren komponent fylld med luft.

1. Framställning av Elastomers

1. Placera en behållare för blandare på en våg och tarera det. Pour delarna A och B i det silikonbaserade elastomeren i behållaren med en 1: 1 viktförhållande.
2. Täck behållaren och mäta den totala vikten.
3. Placera behållaren och materialet i en centrifugal-bländare. Justera viktbalansen på mixern till vikten som uppmätts i steg 1,2.
4. Ställ in blandnings och avluftning lägen till 2000 rpm och 2200 rpm respektive 30 sekunder. Blanda elastomerkomponenterna noggrant för att uppnå en jämn härdning.

le "> 2. Mold design och produktion

Notera: Geometrin av formen kommer att variera beroende på de särskilda kraven för olika applikationer. Följande steg illustrerar generella viktiga steg i CAD-program som krävs för att skapa kammaren och grip del av formen.

1. Utforma formarna och tätnings mögel med hjälp av datorstödd konstruktion (CAD) programvara. Se figur 1 för geometri och specifika dimensioner hos de formar som används i detta manuskript.
   1. Utformning av den yttre gränsen rutan
      1. Högerklicka på det övre planet och klicka på "Normal till" för att normalisera till det övre planet.
      2. Klicka på "Sketch" i det övre vänstra hörnet för att öppna en "Sketch" fönstret. Klicka sedan på "Sketch" -knappen på övre vänstra hörnet av verktygsfältet för att rita en rektangulär bas kammarkomponent.
      3. Klicka på "Smart Dimension" -funktionen, som ligger bredvid "Sketch" -knappen, för att definiera sketsnings dimensioner. Se till att skissen är helt definierad (dvs alla rita linjer blir svart) och avsluta skissen när du är klar.
      4. Klicka på "Egenskaper" fönstret. Klicka sedan på "Pressad Boss / Base" för att pressa valda konturer i Y-riktningen.
      5. Klicka på den övre ytan av modellen att förvälja skissplanet. Skissa en rektangel och definiera dimensioner som beskrivs i 2.1.1.2 och 2.1.1.3.
      6. Klicka på "Egenskaper" fönstret. Klicka sedan på "Extruderad Cut" för att pressa skära ett hålrum för gjutning elastomerer (Figur 2A). Se till att väggtjockleken är 2,5 mm.
   2. Utformningen av den inre kammaren
      1. Högerklicka på ytan på Y-riktningen av öppningsarean. Klicka sedan på "Normal till" normaliseras mot den ytan.
      2. Klicka sedan på "Sketch" fönstret för att rita en rektangel för kammarkomponent som beskrivs i steg 2.1.1.2 och2.1.1.3.
      3. Klicka på "Egenskaper" fönstret. Klicka sedan på "Pressad Boss / Base" för att pressa kammarkomponenten i Y-riktningen (figur 2B).
         Obs: Djupet av snittet i steg 2.1.1.6 är 2,5 mm större än denna extruderad bas.
   3. Utformning av gripkomponent
      1. Klicka på ytan av modellen i negativ X-riktning för att förvälja skissplanet för gripkomponent. Skapa en rektangel i "Sketch" fönster som beskrivs i steg 2.1.1.2 och 2.1.1.3.
      2. Klicka på "Egenskaper" fönstret. Klicka sedan på "Pressad Boss / Base" för att pressa den valda konturen i negativ X-riktning.
      3. Klicka på den övre ytan av gripkomponenten att förvälja skissplanet. Skapa en form av gripare i "Sketch" fönstret (Figur 2C) och avsluta skissen när dimensionerna är helt definieras som beskrivs i steg 2.1.1.2 end 2.1.1.3.
      4. Klicka på "Egenskaper" fönstret. Klicka sedan på "Pressad Cut" för att klippa en hålighet för att gjuta elastomerer i gripkomponenten. Se till att väggtjockleken är 2,5 mm.
   4. Utformning av sambandet mellan kammaren och gripdon
      1. Skapa en rektangel i "skissar" fönster på den övre ytan av kammaren stycket såsom beskrivs i 2.1.1.2 och 2.1.1.3.
      2. Klicka på "Egenskaper" fönstret. Klicka sedan på "Pressad Cut" för att skapa en förbindelse mellan kammaren och grip komponenter (Figur 2D).
   5. Utformning av tryckluftskanalerna
      1. Skapa 1,5 mm cirklar diameter på den yta av kammaren stycket i den positiva X-riktningen som beskrivs i steg 2.1.1.2 och 2.1.1.3.
      2. Klicka på "Egenskaper" fönstret. Klicka sedan på "Pressad Cut" för att skapa kanaler för valstråd insättning (Figur 2E). Se till att holes inte skära igenom gripkomponenten.
2. I en separat CAD-fil, rita en tätande form med en hålighet i längd och bredd som är 1 mm större än de yttre dimensionerna hos kammaren komponent av griparen. Notera: Väggtjockleken är 2,5 mm.
   1. Klicka på "Sketch" fönstret för att skapa en rektangel på det övre planet som beskrivs steg 2.1.1.2 och 2.1.1.3.
   2. Klicka på "Egenskaper" fönstret. Klicka sedan på "Pressad Boss / Base" för att pressa valda konturer i Y-riktningen.
   3. Klicka på den övre ytan av modellen att förvälja skissplanet. Skissa en rektangel och definiera dimensioner som beskrivs i steg 2.1.1.2 och 2.1.1.3).
   4. Klicka på "Egenskaper" fönstret. Klicka sedan på "Extruderad Cut" för att pressa skära ett hålrum för gjutning elastomerer. Se till att väggtjockleken är 2,5 mm.
3. Spara varje formstycke som en STL-fil för 3D-utskrifter. Ladda STL-filen i 3D-skrivare med upplösning på 30 pm och skriva ut formdelama ^9.
4. Ta bort eventuella stödmaterial på formdelama och tvätta formelement med vatten.

3. Soft enkel- / dubbel påverkbara Arm pneumatiska gripdon

1. Gjutning griparms komponenter med inbyggda pneumatiska kanaler
   1. Sätt i två 3D-tryckt kammar-block på vänster och höger sida av kammaren komponent (Figur 3A) för att generera en sluten kammare med tryckluftskanaler anslutna till det.
   2. Sätt i två 1,5 mm diameter titan valstråd genom kammaren, hålla en 2 mm avstånd från grip tips för att skapa de pneumatiska kanaler (figur 3A). Obs: Använd en valstråd för enkelmanövrer arm gripdon.
   3. Häll den elastomera blandningen in i formen för att till fullo fylla gripkomponenten.
   4. Se till att det finns inga synliga luftbubblor närvarande.
   5. place formen in i ugnen för härdning vid 60 ° C under 10 min. När elastomer härdas, ta bort mögel från ugnen.
2. Formningskammaren komponent som är ansluten till de pneumatiska kanaler
   1. Dra valstrådarna och de två kammarblock ut från formen.
   2. Placera en 3D-tryckt gripare-blocket på toppen av gripkomponenten för att skapa kammaren (Figur 3B). Infoga valstrådarna att blockera hål i väggen av formen.
   3. Häll den elastomera blandningen in i formen för att fylla den återstående delen av kammarkomponent och se till att det finns inga synliga luftbubblor fastnar i formen.
   4. Härda den del vid en temperatur av 60 ° C under 10 min. Ta bort formen ur ugnen när elastomer härdas.
   5. Ta bort grip-blocket och urformning fullt härdad grip med kammarstruktur.
3. Tätning av kammaren komponent fylld med luft
   1. Häll den elastomera blandningen i tätnings formen ochbota den vid 60 ° C under 10 min.
   2. Borsta ett skikt av elastomert material på de härdade 2,5 mm tätningsskikt. Placera den härdade grip med kammarstruktur ovanpå det belagda förseglingsskiktet och binda samman de två delarna (figur 3C).
   3. Därefter härda hela strukturen fullständigt vid 60 ° C under 15 min.
   4. Urformningstid den fullständigt härdade mjuk robotgripanordningen.

4. Införande av Soft Robotic Pneumatic gripanordning i hanteringsverktyg

1. Utforma hanteringsverktyg som beskrivs i Supplemental fil 1 med hjälp av CAD-program och spara den i STL-fil. Se fig 4 och 5 efter måtten på verktygen.
2. Ladda STL-filen i 3D-skrivare och skriva ut formdelama ^9.
   Obs: Alla trycksteg för manuell styrning hanteringsverktyget, rektangulärt lock, och rörlig kolv (Figur 4) kan vara avslutad inom 3 h 48 min. PRinting tid för tillverkning av den robotstyrningshanteringsverktyget och rektangulärt lock (figur 5) är 1 tim 56 min. Se Kompletterande fil 2 för 3D-skrivare bruksanvisningen.
3. Lossna något bärarmaterial på verktygen efter det att utskriften har avslutats. Då, tvätta de verktyg med vatten.
4. Sätt grip i den manuella hanteringen kontrollverktyg (Figur 4A) och täcka öppningen med en rörlig rektangulär lock (Figur 4B).
5. Sätt en rörlig kolv (Figur 4C) för att underlätta kammar komprimering.
6. Sätt grip och linjära ställdon i robothanteringskontrollverktyg (Figur 5A). Obs: Den linjära ställdon ersätter den rörliga kolven i handstyrning för kammar komprimering.
7. Täcka öppningen med ett rörligt rektangulärt lock (figur 5B).

5. Utvärderingar och Grip Trycktest

1. Utvärderafunktionaliteten hos den mjuka grip genom att utföra grip tester med en bygel.
   1. Placera en bygel tråd på bordet.
   2. Justera griparen så att tråden är mellan de två griparmarna.
   3. Förflytta den rörliga kolven för att komprimera kammaren för att manövrera griparmarna för att hålla tråden.
      Obs: Endast den manuella styrningshanteringsverktyg används i grip demonstration.
   4. Håll och flytta kabeln till en låda som ligger på 20 cm avstånd från tråd ursprungliga läge.
2. Placera en kalibrerad kraft avkänningsmotstånd mellan de två käftarna på griparen. Se till att gripkäftarna grepp på sensorområdet. Anmärkning: Diametern på avkänningsområdet är 14,7 mm.
3. Komprimera kammaren för att påverka griparmarna för att gripa om den kraft avkänningsmotstånd.
4. Mät maximalt grepp tryckkrafter att de mjuka enda manövrer-arm och dubbelmanövrer-arm pneumatiska gripdon kan generera som beskrivs i ¹⁰.
   Obs: Avläsningen värden kommer att visas på en bärbar dator. De maximalt grepp tryckkrafter mäts vid punkten för maximal tryck som de pneumatiska kanaler kan motstå.
5. Klipp ut de enskilda elastomergripkäftarna från en mjuk dubbelmanövrer arm pneumatiska gripdon.
6. Sätt tången tips till de pneumatiska kanaler elastomergripkäftarna.
7. Placera en kalibrerad kraft avkänningsmotstånd mellan de två käftarna på tången.
8. Mät tryckkrafter ¹⁰ alstras av elastomerbelagda pincett och tång under en simulerad nervkirurgi utförs av en neurokirurg.
   Obs: neurokirurg applicerar en kraft som liknar det som han applicerar normalt under själva operationen på den kraft avkänningsmotstånd.
9. Genomsnitt de data som erhållits från fem försök i varje test.

Representative Results

De mjuka robot pneumatiska grip enheter kunde plocka upp föremål med dimensioner upp till 1,2 mm i diameter (Figur 6). Den maximalt grepp tryckkraft som genereras av enkla manövrer-arm, och dubbel påverkbar arm mjuka grip enheter var 0,27 ± 0,07 N och 0,79 ± 0,14 N respektive, jämfört med 1,71 ± 0,16 N och 2,61 ± 0,22 N kompressionskrafter i simulerad operation av elastomerbelagda pincett och obelagda pincett (Figur 7). Gripkrafterna kan variera beroende på geometrin hos griparna och storleken på de pneumatiska kanaler. Den elastomer materiella egenskaper bestämma det högsta tryck som tryckluftskanalerna tål, vilket i sin tur kommer att påverka gripkrafter. Den föreslagna tekniken (Figur 3) visar att en låg kostnad skapa mjuka pneumatiska gripdon i snabb tillverkning tid är möjligt, end funktionaliteten hos sådana gripare utvärderades i denna studie. Med användning av den teknik som beskrivs, kan tillverkning av olika grip konstruktioner för olika tillämpningar åstadkommas genom att utforma motsvarande gjutformar för gjutning av elastomeren.

Dessa resultat visade att kompatibel grip, utan införandet av överdriven stress till det gripna föremålet, kan uppnås med den föreslagna tillverkningstekniken. Anpassningsförmågan hos de mjuka griparmarna tillåts armarna att forma sig efter ytprofilen hos föremålet. Det är emellertid nödvändigt att säkerställa att säkra grip inte äventyras när en kompatibel grepp uppnås. Ett grepp som är både fast och kompatibla är nödvändigt för att gripa applikationer speciellt inom kirurgi. Resultatet kan analyseras ytterligare genom att utföra pilot mus försök att utvärdera mjuka grip hålla musens nerv och att undersöka omfattningen av skador görs till nerven närden mjuka griparen används jämfört med när tången används.

Figur 1. 2D CAD-ritningar av formar som används för att tillverka den övre strukturen hos de elastiska mjuka robot pneumatiska grip enheter: (A) dubbelmanövrer-arm, och (B) enkel påverkbar arm (alla dimensioner i mm). Väggtjockleken är 2,5 mm för alla formar. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figur 2. Skapa formen i CAD. (A) Extrude skära ett hålrum för gjutning elastomerer. (B) Skapa en kammare komponent i mold. (C) Skapa en hålighet för att gjuta elastomerer för gripkomponent. (D) Extrude klippa en förbindelse mellan kammaren och gripkomponent. (E) Extrude skär två hål för att hålla valstrådarna för att skapa pneumatiska kanaler. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figur 3. Fabrication process av den mjuka dubbel påverkbar arm pneumatiska gripdon. (A) Placera två kammarblock och sätt i två valstrådar för att skapa tryckluftskanalerna som är anslutna till en kammare. Häll elastomer i formen och helt bota gripkomponenten. (B) Ta bort valstrådarna och kammar-block och sätta en gripare-block på toppen av gripkomponenten create kammaren. Häll elastomer in i formen för att göra kammaren komponenten. (C) Bond gripstrukturen och 2,5 mm skikt tillsammans för att skapa en förseglad luftfylld kammare. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figur 4. 2D CAD-ritningar av hanteringsverktyg för handstyrning för att underlätta kammar kompression (A) Hantering verktyg, (B) rektangulärt lock, och (C) rörlig kolv (alla mått är i mm och skalan är 2: 3. om inte annat anges). klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figur 5. 2D CAD-ritningar av hanteringsverktyg för robotstyrsätt för att underlätta kammar kompression (A) hanteringsverktyg, och (B) rektangulärt lock (alla mått är i mm och skalan är 2: 3 om inte annat anges).. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figur 6. Utvärdering av grip tester av de föreslagna grip enheter. Fotografier av mjuk robot (A) enda manövrer-arm, och (b) dubbelmanövrer-arm pneumatiska grip enheter innan (vänster) och vid (höger) gripa tråddiameter 1,2 mm.

Figur 7. Grip tryckkrafter som alstras av de två olika mjuka robot pneumatiska grip enheter och de två (elastomerbelagda och obelagda) pincett i grepp trycktestet. En kraftavkännande motstånd placerades mellan de två käftar grip / pincett och gripare / pincett käftar grepp på avkänningsområdet i varje test. Felstaplarna representerar standardavvikelsen.

Figur 8. 2D CAD-ritningar av formar som används för tillverkning av den övre strukturen i den mjuka robot kroken pneumatiska gripdon. Den pneumatiska kanalen är placerad närmare till bottenytan av kroken gripkomponenten och det kommer att böja sig uppåt vid trycksättning.

Kompletterande fil 1. Design av hanteringsverktyg. Stegvis information om utformningen av hanteringsverktyg som är involverade i CAD-program. Klicka här för att ladda ner filen.

Kompletterande fil 2. 3D-skrivare manual. Denna manual innehåller instruktioner för drift av skrivaren. Klicka här för att ladda ner filen.

Discussion

Vi har framgångsrikt visat att de mjuka robot pneumatiska grip enheter som tillåts kompatibel gripande av föremål, som utövas mycket lägre tryckkrafter på det gripna föremålet än elastomerbelagda tång tips och pincett utövas. Tång är ett viktigt verktyg för nerver manipulation under perifer nervreparation operationer ^{11, 12.} Men dess metalliska struktur som krävs extrem försiktighet i användning från kirurger för att förhindra nervskador som orsakas av alltför gripkrafter och oavsiktliga skador på omgivande vävnader. Beroende på hur allvarlig skadan, kan olika komplikationer som sträcker sig från de mindre allvarliga sådana, såsom smärta, till allvarliga sådana, såsom blodproppar och även permanent invaliditet, leda. Med tanke på behovet av att förhindra oavsiktliga skador av nervvävnader under kirurgisk manipulation, våra preliminära resultat tyder på att dessa mjuka robot pneumatiska grip enheter är potentiella lämpliga kandidater förkomplettera nuvarande pincett under känslig vävnad manipulation genom att ge möjlighet att uppnå kompatibel grepp. Det silikonbaserade elastomeren som används vid tillverkning av den mjuka griparen har en Youngs modul av 0,8 x 10 ⁵ Pa, som är jämförbara med de för mjuka deformerbara mänskliga muskler och vävnader ^{13, 14.} Det kommer därför att minska riskerna för vävnadsskada i jämförelse till sin motpart stela gripdon.

Av beskrivs alla steg, de mest kritiska stegen är placeringen av de pneumatiska kanaler i formverktyg design, eliminering av luftbubblor innan härdningsprocessen, och förslutningen av luftkammaren. Tryckluftskanalerna bör inte placeras för nära den yttre väggen av griparen för att förhindra att ställdonet att brista vid låga tryck. Eventuella luftbubblor bör elimineras före härdning, eftersom detta kommer att ta bort potentiella fel punkter, och därigenom slutligen förbättra prestandan hos griparen.Gripstrukturen bör bindas väl till förseglingsskiktet för att skapa en sluten kammare som är i stånd att lagra luft utan läckage.

Olika tillverkningstekniker har också föreslagits att bygga mjuka mikro ställdon för att gripa applikationer ^15-17. Till exempel, Lu & Kim ¹⁵ föreslog en microhand gjord med tre steg av mjuk litografiprocess. I detta fall är den microhand kunna manipulera relativt små föremål, men en extern komprimerat kväve cylinder krävs för dess manövrering. På senare tid, Rateni et al. ¹⁶ utvecklat en mjuk kabel-driven robotgripan där mjuka fingrar gjordes genom att gjuta silikon i 3D-tryckta formar. Istället för att ha pneumatiska kanaler vid mitten av griparmen var robotgripan påverkas av en servomotor med kablar som är anslutna till fingret. Et al. Breger ¹⁷ föreslog en själv fällbara mjuka microgrippers gjorda med sekventiell fotolitografi process. Tillverkningsprocessen och kontrollscheman inblandade är dyra och komplexa. Å andra sidan, är den föreslagna tillverkningsprocessen enkel, billig och kan slutföras inom fyra timmar, inklusive tiden för 3D-utskrifter av formarna och hanteringsverktyg. Den mjuka grip besitter fascinerande egenskaper såsom låg kostnad komponent, vattenavvisande och icke-korrosiva. Den minimala komplexiteten i att kontrollera den mjuka grip gjort det möjligt att användas i olika grip applikationer och lätt antas av användarna.

Tillverkningsprocessen som beskrivs i denna studie involverade huvudsakligen den 3-D tryckteknik och en stång baserad strategi för att skapa tryckluftskanaler. Det visar möjligheten att skapa anpassningsbara grip mönster genom att variera formen design. En mjuk robot krok pneumatiska gripdon gjordes med användning av en modifierad form med en krok gripkomponent och en kammarkomponenten (Figur 8). Det demonstreras att griparen utformning can enkelt modifieras och tillverkas till låg kostnad. Användningen av stången för att skapa tryckluftskanaler tillät tillverkning av miniatyriserade mjuka robotgrippers. Det visas att detta tillvägagångssätt är lämpligt för skapande av miniatyrisera mjuka robotar för att förhindra tilltäppning av de små tryckluftskanalerna under förseglingsprocessen utförs på konventionellt tillverkningsprocess av mjuka robotar. Men i vissa fall när en helt ny gjutform först används för gjutning av elastomeren, kan den yttre ytan av den härdade griparen bli klibbig. Om detta inträffar bör grip placeras i ugnen för ytterligare härdning tills klibbighet av ytan är borta. Dessutom bör försiktighet iakttas för att säkerställa att tätnings är väl och bottenkammarväggen inte har bubblor. Notera att den region där det finns två hål som passerar genom väggen, vilka är avsedda för insättning av valstrådarna, har högre sannolikhet för innehållande luftbubblor i jämförelse med den andra regjoner. Ett ytterligare skikt av elastomeriskt material kan appliceras med en pensel på kanterna av förseglingsskiktet och bottenväggen för att förbättra robustheten i griparen.

Det unika med den föreslagna tekniken är att införliva idén om att skriva ut en kammare komponent på formen för att skapa en luftfylld kammare för aktivering. Kammarkomponent i de mjuka robot griparanordningarna låter greppet tryckkraft som skall styras genom kompression av kammaren. Jämfört med externa luftkällor, till exempel bärbara pumpar, som är allmänt antagits för användning i den mjuka robotar, är manuellt läge av kontroll kan uppnås med närvaron av kammaren komponenten. Det är särskilt viktigt för kirurgisk manipulation där kirurger föredrar att kunna faktiskt känner och kontrollera mängden av kraft som de söker. Fördelen av kammaren komponenten är att det också tillåtet det automatiska läget av kontroll genom att införliva en linjärställdon i hanteringsverktyg. Därför kan både den manuella och automatiska läget av kontroll göras med kammaren komponent ansluten till de pneumatiska kanaler för aktivering. Dessa låg kostnad löstagbara mjuka robot gripdon är designade för engångsbruk, vilket innebär att det inte finns något behov för återsterilisering för upprepad användning. Hanterings verktyg steriliseras och de mjuka robotgrip kan införas lätt innan kirurgisk manipulation utförs. Utformningen av dessa mjuka pneumatiska kirurgiska grip enheter tillåta ytterligare mellan byte av olika enhets mönster i ett enda hanteringsverktyg för att passa olika grip krav.

Dock måste denna teknik för att ses i några begränsningar. Först är två separata förfaranden som behövs för att tillverka grip komponenterna och de kammarkomponenter för att ansluta de pneumatiska kanaler och kammarkomponenten tillsammans, och en förseglingsprocess krävs för kammaren. Även om det tar bort need av externa luftkällor, ökar tiden i gjutning av mjuka robot gripdon. För det andra var det maximala tryck som kan appliceras på de pneumatiska kanaler begränsas av elastomer egenskaper. Större kompressionskrafter kan alstras genom användning av en styvare elastomer eller förstärka elastomeren med fibrer för att förhindra bristning av de pneumatiska kanaler. Exempelvis silkesfibrer, som ofta används som ett kirurgiskt suturmaterial eller ställningar på grund av deras biokompatibilitet och utmärkta mekaniska egenskaper, kan användas för att förstärka de mjuka griporganen ^18. Beror på olika applikationer behövs elastomer med högre styvhet för att säkerställa balansen mellan kompatibla och säkert grepp. Dessutom kan en eftergivlig gripande och slät anliggningsyta för den föreslagna griparen orsaka glidning att inträffa. Emellertid anpassningsbar kontakt, en av de viktigaste inneboende egenskaperna hos silikongummi, tillåts griparen för att anpassa sig till ytan konturen av föremålet. Vitror att denna anpassningsförmåga indirekt förbättrar stabiliteten hos grip. Modifiering på gripkontaktytor, såsom införlivande av tänderna utformning i kontaktytan, kan hjälpa till att tillhandahålla stabila grepp. Slutligen, jämfört med andra mjuka gripdon med tre eller flera armar ^15-17, grepp prestanda föreslagna två-Jawed robotgripan när det gäller stabilitet är mindre gynnsamma.

Denna teknik är mycket skalbar, varigenom olika mjuka robot gripdon som sträcker sig från småskaliga, såsom kirurgiska gripare, till stor skala, exempelvis handgrip i industriella monteringslinjer, kan tillverkas. I synnerhet kan olika griporganen anpassas baserat på utformningen av formarna. Till exempel kan en hybrid nerv gripare som kombinerar både mjuka gripkomponent och en styv nervkrok upprullningsdon föreslås för användning i kirurgisk manipulation. Den mjuka greppkomponenten är innesluten i ett rektangulärt hölje och det kommer att blåsa upp nära spetsen area för att hålla nerven på kroken sårhaken då tryck appliceras till kanalen. Det tar en vanlig begränsning för att använda backar gripare som käftarna tenderar att driva föremål utåt när de stänger, som innebär vissa svårigheter att greppa. Det kommer att vara användbart för att ösa upp nerverna och sedan ge en kompatibel grepp, medan mjuka backar griparna kunde bara grepp och plocka upp föremål som inte redan är i kontakt med någon yta.

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)