यह प्रोटोकॉल एक पतले रूप कारक के साथ नरम वायवीय एक्टुएटर और रोबोट के तेजी से विनिर्माण के लिए एक विधि का वर्णन करता है। निर्माण विधि थर्मोप्लास्टिक पॉलीयूरेथेन (टीपीयू) शीट्स के लेमिनेशन के साथ शुरू होती है जिसके बाद एक्टुएटर और रोबोट बनाने के लिए दो आयामी पैटर्न की लेजर कटिंग/वेल्डिंग होती है ।
यह प्रोटोकॉल एक हीट प्रेस और लेजर कटर मशीन का उपयोग करके अल्ट्राथिन फॉर्म फैक्टर के साथ नरम वायवीय एक्टुएटर और रोबोट के तेजी से निर्माण के लिए एक विधि का वर्णन करता है। विधि ~ 93 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर 10 न्यूनतम के लिए एक गर्मी प्रेस का उपयोग कर थर्मोप्लास्टिक पॉलीयूरेथेन (टीपीयू) चादरें के टुकड़े टुकड़े के साथ शुरू होता है। इसके बाद, लेजर कटर मशीन के मापदंडों को अधिकतम फट दबाव के साथ आयताकार गुब्बारे का उत्पादन करने के लिए अनुकूलित किया जाता है। अनुकूलित मापदंडों का उपयोग करके, सॉफ्ट एक्ट्यूएटर लेजर कट/वेल्डेड तीन बार क्रमिक रूप से होते हैं। इसके बाद, एक वितरण सुई एक्टूलेटर से जुड़ी होती है, जिससे इसे फुलाया जा सकता है। एक्ट्युलेटर के विक्षेप पर ज्यामितीय मापदंडों के प्रभाव का व्यवस्थित रूप से चैनल चौड़ाई और लंबाई अलग-अलग अध्ययन किया जाता है। अंत में, एक ऑप्टिकल कैमरा और एक तरल पदार्थ डिस्पेंसर का उपयोग करके एक्टूलेटर के प्रदर्शन की विशेषता है। सिलिकॉन मोल्डिंग के आधार पर नरम वायवीय एक्टूएटर के पारंपरिक निर्माण विधियां समय लेने वाली (कई घंटे) होती हैं। वे मजबूत लेकिन भारी-भरकम एक्टुएटर भी परिणाम देते हैं, जो एक्ट्युलेटर के अनुप्रयोगों को सीमित करते हैं। इसके अलावा, पतले वायवीय एक्टुएटर का माइक्रोफैब्रिकेशन समय लेने वाला और महंगा दोनों है। वर्तमान कार्य में प्रस्तावित विनिर्माण विधि अल्ट्राथिन वायवीय एक्टूएटर की तेज, सरल और लागत प्रभावी निर्माण विधि शुरू करके इन मुद्दों को हल करती है।
नरम वायवीय एक्टूएटर के निर्माण में एक कदम आगे के रूप में, प्रस्तावित विधि थर्मोप्लास्टिक पॉलीयूरेथेन (टीपीयू)1से बने अल्ट्राथिन (~ 70 माइक्रोन) वायवीय एक्टूएटर के तेजी से निर्माण को दर्शाती है। ये एक्टुएटर अनुप्रयोगों में विशेष रूप से उपयोगी होते हैं जिन्हें रोबोटको छोटे स्थानों के भीतर हल्के और/या फिट होने की आवश्यकता होती है। इस तरह के अनुप्रयोगों को ट्रांसकैथेटर सर्जिकल जोड़तोड़, पहनने योग्य एक्टुएटर, खोज और बचाव रोबोट, और उड़ान या तैराकी रोबोट होने की कल्पना की जा सकती है।
पतली नरम वायवीय एक्टूएटर की पारंपरिक विनिर्माण विधि, जो सिलिकॉन मोल्डिंग पर आधारित है, समय लेने वाली (कई घंटे) है और 3 डी मुद्रित मोल्डों के कम समाधान और पतली (0.5 मिमी से कम) एक्टूएटर के डिमोल्डिंग में कठिनाइयों के कारण बहुत चुनौतीपूर्ण है। विशेष रूप से, पतले एक्टुएटर के निर्माण के लिए विशेष उपकरणों और विधियों2के आवेदन की आवश्यकता होती है।
पतले एक्टुएटर3,4,5,6,7बनाने के लिए माइक्रोफैब्रिकेशन तकनीक अपनाई जा सकती है . वैकल्पिक रूप से, इकेची एट अल ने झिल्ली माइक्रो-उभरनेवाले 8का उपयोग करके पतले वायवीय एक्ट्यूएटर विकसित किए हैं। इन तरीकों, हालांकि प्रभावी, महंगे उपकरणों की आवश्यकता होती है और समय लेने वाली हैं। इस प्रकार, उनके पास सीमित अनुप्रयोग हैं।
Paek एट अल. बेलनाकार टेम्पलेट्स2के डुबकी-कोटिंग का उपयोग कर छोटे पैमाने पर नरम एक्ट्यूएटर के निर्माण के लिए एक सरल विधि का प्रदर्शन किया । हालांकि प्रभावी, इस विधि के व्यापक अनुप्रयोग के साथ दो मुद्दे हैं: पहला, डुबकी-लेपित सुविधाओं की मोटाई को नियंत्रित करना आसान नहीं है, और दूसरा, इसका आवेदन सीमित संख्या में त्रि-आयामी (3 डी) डिजाइन तक सीमित है।
Peano एक्टुएटर9,10 और पाउच मोटर्स11,12 कॉम्पैक्ट दो आयामी (2डी) डिजाइन है जिसके परिणामस्वरूप पतले रूप कारक (यानी, छोटी मोटाई वाले बड़े क्षेत्र) होते हैं। वेले एट अल. प्रबलित प्लास्टिक और कपड़ा सिलिकॉन कंपोजिट1,8से बने रैखिक Peano एक्टूएटर के विकास की सूचना दी । नियामा एट अल. हीट स्टैंपिंग और हीट ड्राइंग सिस्टम11,12द्वारा निर्मित थर्मोप्लास्टिक फिल्मों का उपयोग करके थैली मोटर्स विकसित की गई ।
जबकि Peano एक्ट्यूएटर और पाउच मोटर्स के 2डी डिजाइन उन्हें अपने अव्यवहारिक राज्य में बहुत पतला बनाता है, मुद्रास्फीति पर उनका शून्य-मात्रा कक्ष अपेक्षाकृत बड़ी मात्रा में फैलता है, इस प्रकार सीमित स्थानों जैसे ट्रांसकैथेटर उपचार या खोज और बचाव मिशन1में ऑपरेशन के लिए उनके आवेदन को सीमित करता है। इन डिजाइनों के विपरीत, वर्तमान विधि में प्रस्तावित नरम एक्टुएटर अपेक्षाकृत छोटे उपभेदों के साथ कार्य कर सकते हैं। इस प्रकार, यहां तक कि एक्ट्युएटराज्य में भी वे अपेक्षाकृत छोटे स्थानों पर कब्जा करते हैं1.
सॉफ्ट एक्ट्यूएटर्स के निर्माण में महत्वपूर्ण कदम शामिल हैं: i) 2D सीएडी डिजाइन। एक उचित 2डी लेआउट एक्टुएटर (जैसे रैखिक, द्विपक्षीय, झुकने और घूर्णन गति) के विरूपण को निर्देशित कर सकता है। ii) टीपीयू परतों का लेमिनेशन। टीपीयू फिल्मों को लेजर कटिंग से पहले दबाया गया गर्मी है ताकि यह सुनिश्चित किया जा सके कि परतें सपाट हैं और हर जगह औपचारिक संपर्क में हैं। iii) लेजर कट/वेल्ड। अंतिम चरण के रूप में, टुकड़े टुकड़े में टीपीयू परतों लेजर कट/नरम एक्टुएटर में वेल्डेड हैं ।
प्रोटोकॉल की सफलता दर 100% उपज का उत्पादन कर सकती है (उदाहरण के लिए, हमने एक साथ 20 एक्टुएटर बनाए हैं)। प्राथमिक कारक लेमिनेशन चरण है: सर्वोत्तम परिणाम प्राप्त करने के लिए, टीपीयू को हीट प्रेस प्रक्रिया से पहले जितना संभव हो उतना चपटा किया जाना चाहिए। एक बल सेंसर के साथ हीट प्रेस प्लेट के विभिन्न क्षेत्रों की जांच से पता चलता है कि दबाव वितरण एक समान नहीं है हो सकता है । गैर-समान दबाव वितरण के परिणामस्वरूप टीपीयू शीट्स का अपूर्ण लेमिनेशन हो सकता है, जिसके परिणामस्वरूप अपूर्ण लेजर कटिंग/वेल्डिंग और रिसाव होता है । वैकल्पिक तौर पर लेजर कटिंग/वेल्डिंग के दौरान टीपीयू फिल्म में छोटी-छोटी झुर्रियों के कारण नॉन यूनिफॉर्म हीट ट्रांसफर लीकेज का कारण बन सकता है।
पारंपरिक तरीकों की तुलना में, प्रस्तावित विधि में कई फायदे हैं जिनमें शामिल हैं: i) सरल 2D डिज़ाइन। जबकि वर्तमान विधि केवल लेजर कट के लिए 2 डी सीएडी डिजाइन की आवश्यकता है/एक्ट्यूएटर (विभिन्न पैटर्नउपलब्ध हैं 1),सिलिकॉन कास्टिंग के आधार पर पारंपरिक निर्माण विधियों के लिए 3 डी मोल्ड डिजाइन की आवश्यकता होती है । ii) तेजी से निर्माण। सीएडी डिजाइन से टीपीयू परतों और लेजर कटिंग/वेल्डिंग के लेमिनेशन तक निर्माण का समय कई मिनटों में हो सकता है, जबकि पारंपरिक निर्माण विधि में कई घंटे लगेंगे । एक ही चरण में नरम उपकरणों और नरम रोबोटों के निर्माण की अनुमति देकर, विधानसभा के बिना, नरम रोबोटों और उपकरणों को विभिन्न प्रकार के एक्टुएटर के संयोजन से डिजाइन किया जा सकता है, और सीएडी मॉडल को लेजर कट/वेल्डेड किया जा सकता है जो किसी भी असेंबली की आवश्यकता के बिना एक ही चरण में अंतिम उत्पाद में किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, एक तैराकी रोबोट, जिसमें चार पैर शामिल हैं, जिसमें दो प्रकार के झुकने वाले एक्ट्यूएटर शामिल हैं, किसी भी असेंबली चरणों की आवश्यकता के बिना कुछ ही मिनटों में 2डी सीएडी डिजाइन से निर्मित है, जैसा कि पहले1का प्रदर्शन किया गया था।
इस काम की भविष्य की दिशा के रूप में, नरम एक्टूएटर के निर्माण के लिए विभिन्न प्रकार की थर्मोप्लास्टिक सामग्री अपनाई जा सकती है। आम तौर पर, इन सामग्रियों को एक्टूएटर के रूप में उपयोग किए जाने वाले लोचदार व्यवहार की आवश्यकता होती है। स्टिमर थर्मोप्लास्टिक सामग्री के आवेदन के परिणामस्वरूप मोघाडैम एट अल 1 के चित्रा S6 में पहले सेविशेषता वाले लोगों की तुलना में उच्च फट दबाव और एक्ट्यूएटर के उच्च अवरुद्ध बल होंगे। इस प्रकार, यह एक्टूएटर के आवेदन को उन मामलों में बढ़ा सकता है जहां उच्च अवरुद्ध बल की आवश्यकता होती है, जैसे एक्सोस्केलेटन सूट।
The authors have nothing to disclose.
हम इस काम के वित्तपोषण के लिए हृदय इमेजिंग के डालियो संस्थान का शुक्रिया अदा करते हैं ।
Force Sensor | Omega | KHLVA-102 | https://www.omega.co.uk/pptst/KHRA-KHLVA-KHA-SERIES.html |
High Precision Dispensers Ultimus I | Nordson | http://www.nordsonefd.com/searchengines/google/en/AirPoweredDispensers/?gclid=CjwKCAjw36DpBRAYEiwAmVVDMPuZ50xXoyzK3gvnghCA7yZUfJg4o9V28yDHKjY5Gs159RJIcMk_choCJIgQAvD_BwE | |
Laser Cutter VLS2.30 | Universal Laser System | https://www.ulsinc.com/products/platforms/vls2-30 | |
PowerPress Heat Press | Power Heat Press | OX-A1 | https://www.howtoheatpress.com/power-press-15×15-heat-press-review/ |
PTFE Thread Sealant tape | McMaster-Carr | 4934A11 | https://www.mcmaster.com/ptfe-tape |
Stainless Steel Dispensing Needle | McMaster-Carr | 75165A754 | https://www.mcmaster.com/75165a754 |
Super Glue Loctite 409 | Henkel | 229654 | https://www.henkel-adhesives.com/us/en/product/instant-adhesives/loctite_409.html |
Thermoplastic polyurethane Airtech’s Stretchlon 200 | ACP Composites | v-11A | https://store.acpsales.com/products/3321/stretchlon-200-high-stretch-bag-film-60 |
Universal Testing Systems | Instron | 5943 |