पतली नरम वायवीय एक्टूएटर और रोबोट का तेजी से विनिर्माण

Engineering
 

Summary

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 ।

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Amiri Moghadam, A. A., Caprio, A., Alaie, S., Min, J. K., Dunham, S., Mosadegh, B. Rapid Manufacturing of Thin Soft Pneumatic Actuators and Robots. J. Vis. Exp. (153), e60595, doi:10.3791/60595 (2019).

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Abstract

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।

Introduction

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.

Protocol

1. गर्मी दबाने से टीपीयू शीट चौरसाई

  1. हीट प्रेस में उपयोग किए जाने वाले बल सेंसर को कैलिब्रेट करें।
    1. सैंडविच सिलिकॉन की दो परतों (50 मिमी x 50 मिमी x 3 मिमी मोटी) के बीच बल सेंसर। तन्य मशीन के संपीड़न प्लेटों/anvils के बीच बल सेंसर और सिलिकॉन परतों रखें। हीट प्रेस दक्षिणावर्त के घुंडी मोड़ द्वारा प्लेटलेट्स के बीच की दूरी को कम करें और सेंसर के बल और प्रतिरोध को लिखें।
    2. एक डिजिटल कैलिपर का उपयोग कर सेंसर के क्षेत्र को मापने और दबाव डेटा प्राप्त करने के लिए मापा क्षेत्र द्वारा बल मूल्यों को विभाजित करें। सेंसर को कैलिब्रेट करने के लिए स्प्रेडशीट का उपयोग करके दबाव बनाम प्रतिरोध डेटा के लिए एक रैखिक लाइन फिट करें।
  2. हीट प्रेस के अंदर बल सेंसर रखें और दबाव घुंडी को तब तक चालू करें जब तक कि सेंसर से ~ 200 केपीए का दबाव न आ जाए।
  3. टीपीयू फिल्मों के किसी भी संदूषण से बचने के लिए दस्ताने पहनें।
  4. हीट प्रेस प्लेट (30 मिमी x 30 मिमी) को फिट करने के लिए कैंची या लेजर कटर के साथ टीपीयू की चार परतों को काटें। चार चादरें स्थिति तो सभी चार किनारों गठबंधन कर रहे हैं ।
  5. टीपीयू शीट्स को हीट प्रेस के अंदर रखें।
  6. हीट प्रेस का तापमान ~ 200 डिग्री एफ (~ 93 डिग्री सेल्सियस) पर सेट करें। हीट प्रेस को पूरी तरह से बंद करें।
  7. फिल्मों को 10 मिन के लिए हीट प्रेस के अंदर रखें हीट प्रेस खोलें और लेमिनेटेड टीपीयू फिल्मों को स्टेप ३.१२ में लेजर कट करने के लिए हटा दें ।

2. इष्टतम लेजर मापदंडों ढूंढना

  1. धारा 1 में वर्णित है, गर्मी टीपीयू की दो परतों को दबाती है।
  2. कंप्यूटर-एडेड डिजाइन (सीएडी) सॉफ्टवेयर का उपयोग करके, 20 मिमी पक्षों के साथ एक वर्ग डिजाइन और 4 मिमी x 8 मिमी का आयत जो वर्ग गुब्बारे के इनलेट के रूप में कार्य करेगा।
  3. लेजर कट/वेल्ड स्टेप 2.2 से टीपीयू परतों में से 2.2 कदम से लेजर कटर सॉफ्टवेयर में निम्नलिखित सेटिंग्स का उपयोग करके: प्रति इंच (पीपीआई) सेट 500 तक, 10% से 100% तक बिजली बदलती है, और बिजली के प्रत्येक मूल्य के लिए गति 10% से 100% तक भिन्न होती है।
  4. कैंची के साथ वर्ग गुब्बारे के इनलेट के अंत में काटें।
  5. वर्ग गुब्बारे इनलेट के अंदर एक सुई डालें, इसके चारों ओर गोंद(सामग्री की तालिका)लागू करें, और कनेक्शन के चारों ओर पॉलीटेट्राफ्लोरोथेन (पीटीएफई) टेप लपेटें।
    नोट: 5 मिन के बाद यह उपयोग करने के लिए तैयार है।
  6. एक सटीक तरल पदार्थ मशीन के साथ फुलाने के द्वारा वर्ग गुब्बारे के औसत फट दबाव की पहचान करें।
  7. सटीक तरल पदार्थ मशीन का उपयोग कर गुब्बारे का दबाव बढ़ाएं जब तक कि यह फटन न हो जाए। फट दबाव को मापें और लिखें। इस चरण 5x को दोहराएं और औसत फट दबाव प्राप्त करें।
  8. शक्ति और गति मूल्यों की पूरी श्रृंखला के लिए चरण 2.1−2.7 दोहराएं और लेजर मशीन के लिए इष्टतम मापदंडों के रूप में वर्ग गुब्बारे और उससे जुड़े शक्ति और गति मूल्यों के अधिकतम फट दबाव की पहचान करें।

3. लेजर कटिंग/वेल्डिंग द्वारा एक्टूएटर गढ़ना

  1. सीएडी सॉफ्टवेयर का उपयोग करके वांछित एक्ट्यूएटर पैटर्न डिजाइन करें।
    नोट: ऑटोकैड 2017 का उपयोग इस प्रोटोकॉल में किया जाता है।
  2. डिजाइन के सभी सेगमेंट को हाइलाइट करके सीएडी सॉफ्टवेयर में पूरे डिजाइन का चयन करें।
  3. गुण अनुभाग के तहत कार्य बार में, लेजर कटर को सफलतापूर्वक प्रिंट करने के लिए सॉफ्टवेयर के लिए लाइन वजन को 0 मिमी तक बदलें।
  4. टास्कबार से, प्रिंटका चयन करें। मेनू में प्रिंटर का नाम बदलकर "VLS2.30" कर दें।
  5. प्रिंटर सेटिंग्समें, पेपर आकार को उपयोगकर्ता-परिभाषित लैंडस्केपके रूप में चुनें।
  6. प्लॉट स्केल सेक्शन में, फिट टू पेपर ऑप्शन को डिसेलेक्ट करें और फिर इमेज साइज को 1 एमएम = लंबाई की एक यूनिट के रूप में स्केल करें।
  7. प्लॉट ऑफसेट में (प्रिंटेबल एरिया के लिए ओरिजिन सेट) प्लॉट विकल्प केंद्र की जांच करें।
  8. पावर बटन दबाकर एयर फिल्टर चालू करें।
  9. पावर बटन दबाकर या यूनिवर्सल लेजर सिस्टम कंट्रोल पैनल सॉफ्टवेयर पर पावर आइकन पर क्लिक करके लेजर कटर चालू करें।
  10. सेटिंग विकल्प में, गति = 60%, पीपीआई = 500, और पावर = 80% सेट करें।
    नोट: इन मापदंडों को सिस्टम की विशिष्ट लेजर शक्ति के आधार पर बदलने की आवश्यकता हो सकती है।
  11. फोकस व्यू टूल का उपयोग करके, लेजर पॉइंटर को पैटर्न के बाएं शीर्ष कोने और नीचे दाएं कोने में स्थानांतरित करें ताकि यह सुनिश्चित किया जा सके कि पूरा पैटर्न चरणबद्ध टीपीयू फिल्मों (30 मिमी x 30 मिमी) के अंदर फिट बैठता है जो चरण 1.10 में बनाया गया है।
  12. लेजर मशीन को केंद्रित करने के लिए, लेंस गाड़ी को तालिका के बीच में ले जाएं। फोकस टूल को टेबल पर रखें और टेबल को तब तक आगे बढ़ाएं जब तक कि फोकस टूल का शीर्ष लेंस कैरिज के सामने न छू जाए। फिर, टेबल को धीरे-धीरे ऊपर ले जाएं जब तक कि लेंस कैरिज फोकस टूल के पायदान से टकराता है और इसे आगे धक्कों में ले जाता है।
    नोट: लेजर ध्यान केंद्रित है और 3.11 में मापदंडों के साथ उपयोग के लिए तैयार है।
  13. टीपीयू शीट की स्थिति को बदले बिना, लेजर को फिर से चलाएं, लेकिन गति = 55% कम करें, पावर = 85% बढ़ाएं, और पीपीआई = 500 रखें।
  14. यह सुनिश्चित करने के लिए लेजर का तीसरा रन करें कि ऐक्ट्रेस रहो में कोई लीक नहीं है। गति = 50%सेट करें, पावर = 90% बढ़ाएं, और पीपीआई = 500 रखें।

4. एक Luer ताला कनेक्शन के साथ स्टेनलेस स्टील वितरण सुई संबंध

  1. कैंची के साथ गुब्बारा एक्ट्युलेटर इनलेट के अंत में काट ें।
  2. गुब्बारा एक्टूएटर इनलेट के अंदर एक सुई डालें, इसके चारों ओर गोंद लगाएं, और कनेक्शन के चारों ओर पीटीएफई टेप लपेटें।
    नोट: 5 मिन के बाद यह उपयोग करने के लिए तैयार है।

5. सॉफ्ट एक्टुएटर्स का लक्षण वर्णन

  1. पर्याप्त दूरी के साथ एक्टूलेटर के ऊपर एक कैमरा माउंट इतना है कि एक्ट्युलेटर अपने दबाव और दबाव वाले दोनों राज्यों में कैमरे के भीतर पूर्ण दृश्य में है।
  2. एक्ट्युएटर को ओरिएंटेशन में रखें ताकि दबाव पर इसका विक्षेप कैमरे के लिए ऑर्थोगोनल हो।
  3. एक सटीक तरल पदार्थ मशीन के साथ एक्ट्यूएटर के दबाव को बढ़ाएं जब तक कि यह फटने के बिना अपनी पूरी रेंज में विक्षेपित न हो जाए। किसी भी प्लास्टिक विरूपण या रिसाव या अति मुद्रास्फीति के कारण फटने के बिना एक्टूलेटर के अधिकतम विक्षेप के रूप में पूरी सीमा मान लें।
  4. एक्ट्यूएटर दबाव बढ़ाएं जब तक कि यह अपनी पूरी रेंज के ~ 20% तक न पहुंच जाए और दबाव लिखें।
  5. चरण 5.1 से कैमरे का उपयोग करके एक्ट्यूएटर की तस्वीर लें, और फिर छवि में एक्ट्यूएटर की नोक के एक्स-और वाई-निर्देशांक को मापने के लिए एक छवि प्रसंस्करण सॉफ्टवेयर (जैसे, इमेजजे) का उपयोग करें।
  6. एक्ट्युएटर विक्षेप की पूरी श्रृंखला तक पहुंचने तक चरण 5.4 और 5.5 दोहराएं।
  7. एक साजिश रचने सॉफ्टवेयर का उपयोग कर मुद्रास्फीति के दबाव बनाम actuator विक्षेप के एक एक्स-वाई ग्राफ प्लॉट ।

Representative Results

प्रस्तावित विधि को प्रदर्शित करने के लिए, हम एक झुकने वाले एक्टुएटर के निर्माण को दिखाते हैं। इस एक्ट्यूएटर को बनाने के लिए, आयाम 25 सेमी x 25 सेमी के टीपीयू की चार चादरें काट दी गईं, एक साथ खड़ी की गईं, और फिर एक हीट प्रेस(चित्रा 1A)का उपयोग करके चिकना ईढ़ दी गईं। प्रोटोकॉल का पालन करते हुए, हीट प्रेस 200 डिग्री एफ के एक निर्धारित तापमान पर 10 न्यूनतम के लिए आवेदन किया गया था। टुकड़े टुकड़े में चादरें में झुर्रियों लेजर काटने कदम के दौरान संबंध के साथ मुद्दों में परिणाम कर सकते हैं, इसलिए एक पूरी तरह से चिकनी सतह सुनिश्चित करने के प्रजनन योग्य परिणामों के लिए महत्वपूर्ण है । उदाहरण के लिए, चित्रा 1B एक परिणामी लेमिनेशन दिखाता है जिसमें झुर्रियां होती हैं जो वांछित परिणाम नहीं देगी, जबकि चित्रा 1C एक परिणामस्वरूप लेमिनेशन दिखाता है जो वांछित परिणाम ों का उत्पादन करने के लिए पर्याप्त रूप से सपाट है।

वायवीय एक्ट्यूएटर का 2डी डिजाइन ऑटोकैड में खींचा गया था। यह एक्ट्युलेटर बस 8 मिमी x 150 मिमी का आयत खींचकर बनाया गया था। आठ लाइनों का एक रैखिक पैटर्न, प्रत्येक 1.34 मिमी लंबा, 10 मिमी की दूरी के साथ डिजाइन के केंद्र में जोड़ा गया था (चित्रा 2में लाल रंग में हाइलाइट किया गया था)। अंत में, एक्ट्युलेटर (ब्लूइन फिगर 2 में हाइलाइट) का उद्घाटन 4 मिमी x 8 मिमी के खुले-अंत आयत को जोड़कर डिजाइन किया गया था। इस नमूना रैखिक एक्टूलेटर के लिए एक ऑटोकैड फ़ाइल (.dwg) पूरक सामग्रीमें उपलब्ध है।

इसके बाद टीपीयू के लेमिनेटेड फोर लेयर स्टैक को लेजर कटिंग मशीन(फिगर 3ए)में रखा गया और लेजर कटिंग मशीन के सॉफ्टवेयर का इस्तेमाल करते हुए 2डी डिजाइन का आयात किया गया । लेजर कटर पर फोकस टूल ने लेमिनेटेड टीपीयू शीट्स पर 2डी ड्राइंग की स्थिति के फिट का सत्यापन किया। पहले रन के लिए, लेजर कट गति = 60%, बिजली = 80%, और पीपीआई = 500 पर सेट किया गया था। एक बार जब यह पूरा हो गया, पॉलीयूरेथेन शीट की स्थिति को बदले बिना, नई सेटिंग्स के साथ एक दूसरा रन गति = 55%, बिजली = 85%, और पीपीआई = 500 पर शुरू किया गया था। इसी प्रक्रिया को तीसरी बार गति = 50%, बिजली = 90%, और पीपीआई = 500 पर तीसरी बार नई सेटिंग्स के साथ दोहराया गया था। गति को कम करना और शक्ति बढ़ाना लंबे समय तक गर्मी स्रोत के लिए वायवीय एक्टुएटर को उजागर करता है और इसे पिघलने और बांड करने की अनुमति देता है ताकि एक रिसाव मुक्त गुब्बारा सुनिश्चित किया जा सके जो टीपीयू शीट के बाकी हिस्सों से आसानी से अलग हो सकता है(चित्रा 3B)। यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि लेजर कटर हमेशा एक साथ टीपीयू को काटता और वेल्डिंग करता है; कटिंग और वेल्डिंग अलग-अलग चरणों में नहीं की जाती है या अलग-अलग सेटिंग्स द्वारा हासिल नहीं की जाती है।

एक एयर सप्लाई यूनिट में ऐक्ट्रेसर को कपल करने के लिए ऐक्टिवेटर के खुलने पर कैंची से काटा गया और लेजर-कट ऐक्ट्रेसर की दूसरी और तीसरी परतों के बीच स्टेनलेस स्टील की सुई(फिगर 4बी)डाली गई । एक रिसाव मुक्त प्रणाली बनाए रखने के लिए, सुई के बाहर गोंद में पहले से ही कवर किया गया था(चित्रा 4C)। फिर एक्ट्युएटर और स्टेनलेस स्टील की सुई के इंटरफेस को पीटीएफई टेप(चित्रा 4D)के साथ कसकर लपेटा गया।

अंत में, एक डिजिटल द्रव मशीन का उपयोग करके, वायवीय एक्ट्यूएटर(चित्रा 5A)को उस क्षेत्र में एक विक्षेप का निरीक्षण करने के लिए 5 साई के दबाव में फुलाया गया था जहां लाइनों की सरणी डिजाइन की गई थी(चित्रा 5B)।

Figure 1
चित्रा 1: गर्मी दबाने चादरें । (A)टीपीयू शीट्स के साथ हीट प्रेस की छवि को टुकड़े टुकड़े में किया जाएगा । (ख)अत्यधिक झुर्रियों के साथ खराब टुकड़े टुकड़े की चादरों की उदाहरण छवि । (ग)एक चिकनी सतह के साथ सफलतापूर्वक टुकड़े टुकड़े टुकड़े की चादरों की मिसाल छवि । कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Figure 2
चित्रा 2: एक्ट्यूएटर डिजाइन। एक सीएडी ड्राइंग की छवि जिसका उपयोग एक झुकने वाले एक्टुएटर बनाने के लिए किया जाता है। नीचे डिजाइन ऐक्ट्यूएटर की रूपरेखा दिखाता है, मध्य डिजाइन एक झुकने की सुविधा के रूप में जोड़ा एक पंक्ति से पता चलता है, और शीर्ष डिजाइन एक पूर्ण एक्ट्यूएटर से पता चलता है । लाल बॉक्स उन विशेषताओं पर प्रकाश डालता है जो एक्टूलेटर के झुकने वाले क्षेत्र बनाते हैं। ब्लू बॉक्स दबाव के लिए एक सुई को जोड़ने के लिए क्षेत्र पर प्रकाश डाला गया । कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Figure 3
चित्रा 3: लेजर कटर। (ए)लेजर कटर में टुकड़े टुकड़े चादरों की छवि। (B,C) लेजर कटिंग के बाद हटाए जाने वाले ऐक्ट्युटर की छवि। (ग)एक्ट्युलेटर की छवि। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Figure 4
चित्रा 4: सुई कनेक्शन। एक कुंद सुई(ए)को एक गुब्बारा एक्टुएटर से जोड़ने के लिए कदम ों को दर्शाने वाली छवियां गोंद(बी)का उपयोग करके चिपकने वाली। सुई एक्ट्युलेटर के संकीर्ण अंत में डाली जाती है, जिसे कैंची(सी)का उपयोग करके खोला जाता है और पीटीएफई टेप(डी)के साथ सील कर दिया जाता है। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Figure 5
चित्रा 5: झुकने एक्टूलेटर। (क)एक अदबाव अवस्था में ऐक्ट्र की छवि। (ख)दबाव वाली अवस्था में ऐक्टर की छवि। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

पूरक सामग्री।   कृपया इस फ़ाइल को डाउनलोड करने के लिए यहां क्लिक करें।

Discussion

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।

Disclosures

लेखकों के पास खुलासा करने के लिए कुछ नहीं है ।

Acknowledgments

हम इस काम के वित्तपोषण के लिए हृदय इमेजिंग के डालियो संस्थान का शुक्रिया अदा करते हैं ।

Materials

Name Company Catalog Number Comments
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-15x15-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

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References

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