Her præsenterer vi en fabrikation metode til bløde pneumatisk netværk aktuatorer med skrå kamre. Aktuatorer er i stand til at generere koblede bøje og vride bevægelser, som udvider deres anvendelse i blød robotteknologi.
Blød pneumatisk netværk aktuatorer er blevet en af de mest lovende aktivering enheder i blød robotics hvilke fordele fra deres store bøjning deformation og lav input. Men deres ensformige bøjning bevægelse form i todimensionale (2D) plads holder dem væk fra brede programmer. Dette papir præsenterer en detaljeret fabrikation metode til bløde pneumatisk netværk aktuatorer med skrå kamre, til at udforske deres bevægelser i tre-dimensionelle (3-D) rum. Design af skrå kamre giver aktuatorer med afstemmelige kombineret bøjning og vride kapaciteter, hvilket giver dem mulighed for at flytte lempeligt i fleksible manipulatorer, bliver biologisk inspirerede robotter og medicinsk udstyr. Fabrikationsproces er baseret på metoden molding, herunder silikoneelastomer forberedelse, kammer og base dele fabrikation, aktuator forsamling, slangen forbindelser, kontrol for utætheder og aktuatoren reparation. Metoden fabrikation garanterer hurtig produktion af en serie af aktuatorer med kun et par ændringer i formene. Testresultater viser høj kvalitet af aktuatorer og deres fremtrædende bøje og vride kapaciteter. Eksperimenter af gribepunkterne demonstrere fordelene ved udvikling i tilpasning til objekter med forskellige diametre og giver tilstrækkelig friktion.
Blød pneumatisk aktuatorer (SBO) er blød enheder, der kan aktiveres ved den simple input af luft Tryk1,2. De kan fremstilles med forskellige materialer, såsom silikone elastomerer3, tekstiler4, figur-hukommelse polymerer5og dielektriske elastomerer6. Forskere har nydt godt af deres karakter af overholdelse, behændig bevægelser og enkel fabrikation metoder7, således at kurbade er blevet en af de mest lovende enheder for blød robotics programmer8,9. SPAs kan realisere forskellige avancerede bevægelser, såsom krybende10, rotation11, og rullende12 baseret på forskellige typer af deformation, herunder udvide, udvide, bøje og vride13, 14. for at være i stand til at gøre forskellige typer af bevægelser, kurbade er designet i forskellige strukturer, som en lineær krop med parallelle kanaler15, en monolitisk kammer med fiber-forstærkninger16, og gentages, netværk af sub kamre17. Blandt dem, er kurbade med netværk af gentagne sub kamre, bløde pneumatisk netværk aktuatorer, bredt ansat fordi de kan skabe store deformationer under en relativt lav input pres. I de fleste af de tidligere design, kan denne type af aktuatorer kun generere bøjning bevægelser i 2D-plads, som stærkt begrænser deres programmer.
En blød pneumatisk netværk aktuator består af et lineært arrangeret gruppe af kamre forbundet af en intern kanal. Kamrene cubic indeholder et par modsatte vægge, som er tyndere end de andre par og producerer en to-sidet inflation i retningen vinkelret på de tyndere vægge. Oprindeligt, de tyndere vægge af afdelingerne er vinkelret på længdeaksen af aktuator kroppen og puste sammen med den lange akse. Disse kolineære inflations i kamre og den ikke-extensible base føre til en integreret ren bøjning af aktuatoren. For at udforske den aktuatoren bevægelse i 3D-rum, er orientering af afdelingerne indstillet således at tyndere-sidevæggene er ikke længere vinkelret på længdeaksen af aktuator (fig. 1A), som gør det muligt for inflationen retning af hvert kammer modregnet fra aksen og bliver ikke kolineære. Alle parallelle, men ikke-kolineære inflations ændre aktuatoren bevægelse i en kombineret bøjning og vride bevægelse i 3D-rummet18. Denne koblede motion giver aktuatorer, mere fleksibilitet og smidighed og gør aktuatorer en egnet kandidat til mere praktiske anvendelser, såsom fleksibel manipulatorer, biologisk inspirerede robotter og medicinsk udstyr.
Denne protokol viser metoden fabrikation af denne slags bløde pneumatisk netværk aktuatorer med skrå kamre. Det omfatter udarbejdelsen af silikoneelastomer, opdigte kammer og base dele, montering af aktuator, forbinder slangen, kontrol for utætheder og, om nødvendigt, reparere aktuatoren. Det kan også bruges til at fabrikere normal bløde pneumatisk netværk aktuatorer og andre bløde aktuatorer, som kan produceres med nogle simple ændringer til metoden støbning. Vi leverer detaljerede trin til at fabrikere en blød pneumatisk aktuator med 30° skråtstillede kamre. Til forskellige applikationer, kan aktuatorer med forskellig kammer vinkler være fremstillet efter samme protokol. Bortset fra at, kan aktuatorer kombineres for at danne en multi aktuator system for forskellige krav.
Papiret præsenterer en metode protokol for at guide fabrikation af bløde pneumatisk netværk aktuatorer med skrå kamre. Efter protokollen, kan være fabrikeret en aktuator selvstændigt inden for 3 h. De vigtigste skridt i protokollen kan sammenfattes som følger. (i) den silikoneelastomer er udarbejdet i andel og blandes godt. (ii) silikoneelastomer hældes i formen for fabrikation af kammer-del og den base del. (iii) boblerne på den synlige overflade er gennemboret og eventuelle overskydende silikoneelastomer på d…
The authors have nothing to disclose.
Dette arbejde blev støttet af National Natural Science Foundation of China under Grant 51622506 og videnskab og teknologi Kommissionen af Shanghai kommune under Grant 16JC1401000.
Silicone elastomer | Wacker | ELASTOSIL M4601 A/B | Material of the actuators |
Syringe | Shanghai Kindly Medical Instruments | 10 ml | Used to inject silicone rubber into the hole of the mold for fabricating the connection end |
Precision scale | Shanghai Hochoice | UTP-313 | Used to weigh the silicone rubber |
Planetary centrifugal vacuum mixer | THINKY | ARE-310 | Used to mix the silicone rubber and defoam after mixing process |
Release agent | Smooth-on | Release 200 | Used for ease of demolding |
Needle | Shanghai Kindly Medical Instruments | Used for Piercing the bubbles form on the surface | |
Utility blade | M&G Chenguang Stationery | ASS91325 | Used for Scraping off excess silicone rubber along the upper surface of the mold |
Vacuum oven | Ningbo SI Instrument | DZF-6050 | Used to reduce the cure time of the silicone rubber |
Male stud push in fit pneumatic fitting | Zhe Jiang BLCH Pneumatic Science & Technology | PC4-01 | Used to connect the tubing and the 3D-printed actuator tubing connector |
Tubing | SMC | TU0425 | Used for actuating the actuators |
Vacuum pump | Zhe Jiang BLCH Pneumatic Science & Technology | Used as the air source | |
Pressure valve | Zhe Jiang BLCH Pneumatic Science & Technology | IR1000-01BG | Used for adjusting the input air pressure |