Narin Doku Manipülasyon için Özelleştirilebilir Yumuşak Robotik Pnömatik Tutucu Cihazlar Rod tabanlı Fabrikasyon

Bu prosedürün genel amacı, çubuk tabanlı bir yaklaşım kullanarak yumuşak tutucu cihazları imal etmektir. 3 boyutlu baskı ve yumuşak litografi teknikleri ile birleştirilmiştir. Bu yöntem, ayar işlemi sırasında kanal tıkanması ve bir hava odasının dahil edilmesi gibi yumuşak pnömatik tutucuların imalatında karşılaşılan temel sorunların yanıtlanmasına yardımcı olabilir.

Bu tekniğin ana avantajı, tutarlı bir çalıştırma sağlamak için yumuşak tutucu yapıları içinde minyatür pnömatik kanallar oluşturmamıza izin vermesidir. Bu tekniğin anlamı, sinir anastomoz cerrahisine kadar uzanır, çünkü yumuşak robotik tutucu, aşırı kavrama hasarı olmadan hassas sinir manipülasyonuna izin verir. Bu yöntem için ilk olarak, geleneksel döküm sızdırmazlık işlemini kullanarak fonksiyonel yumuşak tutucu geliştirmekte zorluk çektiğimizde ve döküm aşamasında ince çubuklarla deneyler yapmaya başladığımızda aklımıza geldi.

Bir karıştırma kabında elastomer için iki bileşenli malzemelerin eşit bir kütlesini tartarak başlayın. Ardından, kabı örtün ve bir dengeleme kütlesi ile birlikte bir santrifüjlü karıştırıcıya yükleyin. Şimdi, karıştırma aşaması 2000 RPM'de ve hava alma aşaması 2200 RPM'de olacak şekilde 30 saniyelik bir karıştırma döngüsü çalıştırın.

İyice karıştırılmış bileşenlerin artık kalıplandığında eşit şekilde kürlenmesini bekleyin. Kalıpların tasarımı ve üretiminin metin protokolünde ele alındığını ve bir sonraki bölümün kullanımları ile ilgili olduğunu unutmayın. Bu işlem, tutucu kol bileşenlerinin kalıplanmasıyla başlar.

İlk olarak, kendisine bağlı pnömatik kanallara sahip sızdırmaz bir oda oluşturmak için iki adet 3D baskılı hazne bloğunu hazne bileşeninin sol ve sağ tarafına yerleştirin. Ardından, bunun tek veya çift kanallı bir model olmasına bağlı olarak, hazneden bir veya iki adet 1,5 milimetre çapında titanyum filmaşin yerleştirin. Pnömatik kanalları oluşturmak için tutucu ucu ile çubuk arasında iki milimetrelik bir mesafe bırakın.

Şimdi, kalıbı elastomerik karışımla tamamen doldurun ve içinde hava kabarcığı kalmadığından emin olun. Daha sonra kalıbı 60 derecede 10 dakika kürleyin. Bir sonraki adım, filmaşinleri ve iki hazne bloğunu kalıptan çekmektir.

Pnömatik kanallar ve hazne arasındaki bağlantının iyi kurulduğundan emin olun, çünkü bu, haznenin sıkıştırılmasına tutucu kolları harekete geçirmek için izin verir. Şimdi, hazneyi oluşturmak için 3D baskılı tutucu bloğunu tutucu bileşeninin üzerine yerleştirerek devam edin. İlk olarak, kalıbın duvarındaki delikleri tıkamak için filmaşinleri yerleştirin.

Ardından kalıbı elastomerik karışımla doldurun ve kalıpta görünür hava kabarcığı kalmadığından emin olun. Bu kalıbı da 60 santigrat derecede 10 dakika kürleyin. Ardından, tutucu hazne yapısını monte etmek için kürlenmiş bileşenleri kalıptan çıkarın.

Son adım, sızdırmaz hazne bileşenini hava ile doldurmaktır. Bunu yapmak için, montajı tamamlayan 2,5 milimetrelik sızdırmazlık katmanını yapın. Kalıbı elastomerik karışımla doldurun ve 60 santigrat derecede 10 dakika kürleyin.

Sertleştikten sonra, kürlenmiş 2,5 milimetrelik sızdırmazlık tabakasının üzerine bir elastomerik malzeme tabakası fırçalayın. Daha sonra, tutucu hazne yapısını sızdırmazlık tabakasına yerleştirin ve contanın mükemmel olduğundan emin olarak bağın oluşmasına izin verin, böylece hava dolu bir hazne yapılır. Şimdi, tüm yapıyı 60 santigrat derecede 15 dakika daha sertleştirin.

Ardından cihazı tamamlamak için kalan kalıbı çıkarın. Taşıma aleti de bir kalıptan yapılmıştır ve detaylar metin protokolündedir. Tutucuyu taşıma aletine yerleştirin ve açılış alanını çıkarılabilir bir dikdörtgen kapakla kapatın.

Ardından, manuel bir aleti tamamlayan hazne sıkıştırmasını kolaylaştırmak için hareketli bir piston yerleştirin. Alternatif olarak, tutucuyu ve doğrusal bir aktüatörü bir robotik taşıma aletine yerleştirin. Bu durumda, açılış alanını hareketli bir dikdörtgen kapakla kapatın.

Yumuşak tutucunun işlevselliğini değerlendirmek için, bir jumper teli ile test edin. Tutucuyu, tel iki kol arasında olacak şekilde ayarlayın. Ardından, teli tutmak için tutucu kolları harekete geçiren hazneyi sıkıştırmak için pistonu hareket ettirin.

Kabloyu, telin orijinal konumundan en az 20 santimetre uzakta tutun ve hareket ettirin. Önerilen teknik, düşük maliyetli yumuşak pnömatik tutucuların nasıl hızlı bir şekilde üretileceğini göstermektedir. Basitçe kalıp tasarımını değiştirmek ve aynı elastomeri kullanmak, farklı uygulamalar için tutucular yapabilir.

Burada sunulan tasarım, çapı 1,2 milimetreye kadar olan nesneleri toplama yeteneğine sahiptir. Simüle edilmiş bir ameliyatta, tek harekete geçirilebilir kol kavraması tarafından üretilen maksimum basınç kuvveti yaklaşık 0.27 Newton idi. Çift çalıştırılabilir kol cihazları 0.8 Newton civarında ölçüldü.

Nispeten, elastomerli ve elastomersiz forsepsler sırasıyla yaklaşık 1.7 ve 2.6 Newton'luk kavrama kuvvetlerine sahipti. Bir kez ustalaştıktan sonra, bu teknik düzgün bir şekilde yapılırsa bir saat içinde yapılabilir. Bu prosedürü denerken, dökümden önce çubukları sıkıca hizalamayı ve son sızdırmazlığı dikkatli bir şekilde gerçekleştirmeyi unutmamak da bir o kadar önemlidir.

Bu prosedürü takiben, tamamlanan yumuşak tutucu, kavramanın sezgisel kontrolünü sağlamak için bir piston tabanına veya doğrusal aktüatör tabanı taşıma aletine takılabilir. Geliştirildikten sonra, bu teknik, yumuşak robotik alanındaki araştırmacıların, hassas nesne manipülasyonu için oda tutucu cihazların tasarımını keşfetmelerinin yolunu açtı. Silikon-kauçuğun yutma tehlikesi oluşturabileceğini ve bu işlemi gerçekleştirirken her zaman eldiven giymek gibi önlemler alınması gerektiğini unutmayın.