تصنيع المحركات الناعمة شبكة تعمل بالهواء المضغوط مع الدوائر المائلة
Summary
نقدم هنا طريقة تصنيع المحركات الناعمة شبكة تعمل بالهواء المضغوط مع الدوائر المائلة. المشغلات قادرة على توليد يزوج الانحناء والتواء في الطلبات، الذي يوسع نطاق تطبيقها في الروبوتات الناعمة.
Abstract
مشغلات الشبكة الهوائية لينة أصبحت أحد الأجهزة يشتغل الواعدة أكثر من غيرها في الروبوتات الناعمة الذي يستفيد من تشوه الانحناء كبير وانخفاض المدخلات. ومع ذلك، شكلها حركة الانحناء رتابة في ثنائي الأبعاد (2-d) الفضاء يبقيهم بعيداً عن تطبيقات واسعة. وتعرض هذه الورقة أسلوب تصنيع مفصلة لمشغلات الشبكة الهوائية لينة مع الدوائر المائلة، لاستكشاف تلك الاقتراحات في الفضاء ثلاثي الأبعاد (ثلاثي الأبعاد). يمكن تصميم الدوائر المائلة المشغلات مع الانضباطي إلى جانب الانحناء والتواء القدرات، مما يعطيها إمكانية تحريك براعة في المتلاعبين مرنة، لتصبح الروبوتات مستوحاة من الناحية البيولوجية والأجهزة الطبية. عملية تصنيع يستند إلى أسلوب صب، بما في ذلك سيليكون الاستومر إعداد والدائرة وقاعدة تصنيع أجزاء، الجمعية صمام، وصلات الأنابيب، يتحقق من التسربات، وإصلاح المحرك. طريقة تصنيع يضمن التصنيع السريع من سلسلة من المحركات مع سوى عدد قليل من التعديلات في القوالب. وتظهر نتائج الاختبار عالية الجودة المحركات وبارزة الانحناء والتواء قدرات. تجارب القابض إظهار مزايا التنمية في التكيف مع الكائنات ذات أقطار مختلفة وتوفير الاحتكاك الكافي.
Introduction
المحركات الهوائية الناعمة (المنتجعات) هي لينة من الأجهزة التي يمكن أن تكون دفعتها بمساهمة بسيطة من الضغط الجوي1،2. أنها يمكن أن تكون ملفقة مع مواد متنوعة، مثل اللدائن السيليكون3والأقمشة4، البوليمرات الذاكرة الشكل5واللدائن العازلة للكهرباء6. الباحثون استفادت من طبيعتها الامتثال والالتماسات حاذق و أساليب التصنيع بسيطة7، مثل أن المنتجعات الصحية أصبحت واحدة من الأجهزة الأكثر تبشيرا بالنجاح لتطبيقات الروبوتات ناعمة8،9. المنتجعات الصحية يمكن أن ندرك مختلف الطلبات المتطورة، مثل الزاحف10،11من التناوب، والمتداول12 استناداً إلى أنواع مختلفة من التشوه، بما في ذلك تمديد وتوسيع نطاق والانحناء والتواء13، 14-أن تكون قادرة على تقديم أنواع مختلفة من الطلبات، مصممة المنتجعات هياكل مختلفة، مثل هيئة خطي مع قنوات موازية15، دائرة متجانسة مع16من الألياف-تعزيزات، وشبكات لتكرار 17من الدوائر الفرعية. فيما بينها، هي المنتجعات مع شبكات الدوائر الفرعية المتكررة، المحركات الناعمة شبكة تعمل بالهواء المضغوط، تستخدم على نطاق واسع نظراً لأنها يمكن أن تولد تشوهات كبيرة تحت ضغط إدخال منخفضة نسبيا. بيد في معظم التصاميم السابقة، يمكن توليد هذا النوع من المحركات فقط الطلبات الانحناء في الفضاء ثنائي الأبعاد، مما يحد كثيرا من التطبيقات الخاصة بهم.
صمام لينة شبكة تعمل بالهواء المضغوط يتكون من مجموعة مرتبة خطيا الدوائر متصلة بواسطة قناة داخلية. كل دائرة مكعب يحتوي على زوج من الجدران المتقابلة التي أرق من الزوج الأخرى وينتج تضخم الوجهين باتجاه عمودي على الجدران أرق. أصلاً، أرق جدران الدوائر متعامدة على محور طويل من جسم المحرك وتضخيم جنبا إلى جنب مع المحور الطويل. هذه تضخم تربطها علاقة خطية متداخلة في الدوائر والقاعدة غير القابل للإلحاق، وتؤدي إلى الانحناء نقية لا يتجزأ من صمام. لاستكشاف الحركة للمحرك في الفضاء ثلاثي الأبعاد، يتم ضبطها التوجه للدوائر حتى أن لم تعد الجدران الجانبية أرق عمودي على محور طويل للمحرك (الشكل 1أ)، التي تمكن باتجاه التضخم كل دائرة لإزاحة من المحور وتصبح لا تربطها علاقة خطية متداخلة. تغيير جميع تضخم موازية ولكن عدم تربطها حركة صمام إلى الانحناء يقترن والتواء الحركة في الفضاء ثلاثي الأبعاد18. هذه الحركة إلى جانب تمكن المشغلات مزيد من المرونة والمهارة ويجعل المشغلات مرشح مناسب لتطبيقات أكثر عملية، مثل المتلاعبين مرنة والروبوتات مستوحاة بيولوجيا، والأجهزة الطبية.
هذا البروتوكول يوضح طريقة تصنيع هذا النوع من المشغلات شبكة هوائي لينة مع الدوائر المائلة. وهو يشمل إعداد الاستومر السيليكون، اختﻻق بالدائرة وأجزاء قاعدة، صمام تجميع وربط الأنابيب، والتحقق من وجود تسرب و، إذا لزم الأمر، لإصلاح صمام. يمكن استخدامه أيضا لتلفيق المحركات العادية الناعمة شبكة تعمل بالهواء المضغوط والمحركات الناعمة الأخرى التي يمكن أن تنتج مع إدخال بعض التعديلات البسيطة على طريقة صب. نحن توفير خطوات تفصيلية اختﻻق صمام هوائي لينة مع دوائر مائلة 30°. لتطبيقات مختلفة، يمكن ملفقة المشغلات مع زوايا الدائرة المختلفة وفقا للبروتوكول نفسه. وعلاوة على ذلك، يمكن الجمع بين المحركات لتشكيل نظام صمام متعدد لمختلف الطلبات.
Protocol
Representative Results
Discussion
تقدم هذه الورقة بروتوكول أسلوب توجيه تصنيع المحركات الناعمة شبكة تعمل بالهواء المضغوط مع الدوائر المائلة. وبعد على البروتوكول، يمكن ملفقة صمام واحد بشكل مستقل ضمن ح 3. يمكن تلخيص الخطوات الأساسية في البروتوكول على النحو التالي. (ط) سيليكون الاستومر أعدت في نسبة والمختلطة بشكل جيد. (ثانيا) س…
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
أيد هذا العمل مؤسسة العلوم الطبيعية الوطنية الصينية تحت 51622506 منحة، والعلوم والتكنولوجيا لجنة بلدية شانغهاي تحت 16JC1401000 منحة.
Materials
| 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 |
Referenzen
- Rus, D., Tolley, M. T. Design, fabrication and control of soft robots. Nature. 521 (7553), 467-475 (2015).
- Ilievski, F., Mazzeo, A. D., Shepherd, R. F., Chen, X., Whitesides, G. M. Soft robotics for chemists. Angewandte Chemie International Edition. 50 (8), 1890-1895 (2011).
- Shepherd, R. F., et al. Multigait soft robot. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 108 (51), 20400-20403 (2011).
- Yap, H. K., et al. A fully fabric-based bidirectional soft robotic glove for assistance and rehabilitation of hand impaired patients. IEEE Robotics and Automation Letters. 2 (3), 1383-1390 (2017).
- Yang, Y., Chen, Y., Li, Y., Chen, M. Z. Q., Wei, Y. Bioinspired Robotic Fingers Based on Pneumatic Actuator and 3D Printing of Smart Material. Soft Robotics. 4 (2), 147-162 (2017).
- Gu, G. Y., Zhu, J., Zhu, L. M., Zhu, X. A survey on dielectric elastomer actuators for soft robots. Bioinspiration & Biomimetics. 12 (1), 011003 (2017).
- Holland, D. P., et al. The soft robotics toolkit: Strategies for overcoming obstacles to the wide dissemination of soft-robotic hardware. IEEE Robotics & Automation Magazine. 24 (1), 57-64 (2017).
- Galloway, K. C., et al. Soft Robotic Grippers for Biological Sampling on Deep Reefs. Soft Robotics. 3 (1), 23-33 (2016).
- Polygerinos, P., Wang, Z., Galloway, K. C., Wood, R. J., Walsh, C. J. Soft robotic glove for combined assistance and at-home rehabilitation. Robotics and Autonomous Systems. 73, 135-143 (2015).
- Tolley, M. T., et al. A Resilient, Untethered Soft Robot. Soft Robotics. 1 (3), 213-223 (2014).
- Ainla, A., Verma, M. S., Yang, D., Whitesides, G. M. Soft, Rotating Pneumatic Actuator. Soft Robotics. 4 (3), 297-304 (2017).
- Koizumi, Y., Shibata, M., Hirai, S. Rolling tensegrity driven by pneumatic soft actuators. 2012 IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA). , (2012).
- Connolly, F., Polygerinos, P., Walsh, C. J., Bertoldi, K. Mechanical Programming of Soft Actuators by Varying Fiber Angle. Soft Robotics. 2 (1), 26-32 (2015).
- Connolly, F., Walsh, C. J., Bertoldi, K. Automatic design of fiber-reinforced soft actuators for trajectory matching. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 114 (1), 51-56 (2017).
- Martinez, R. V., et al. Robotic tentacles with three-dimensional mobility based on flexible elastomers. Advanced Materials. 25 (2), 205-212 (2013).
- Polygerinos, P., et al. Modeling of Soft Fiber-Reinforced Bending Actuators. IEEE Transactions on Robotics. 31 (3), 778-789 (2015).
- Mosadegh, B., et al. Pneumatic Networks for Soft Robotics that Actuate Rapidly. Advanced Functional Materials. 24 (15), 2163-2170 (2014).
- Wang, T., Ge, L., Gu, G. Programmable design of soft pneu-net actuators with oblique chambers can generate coupled bending and twisting motions. Sensors and Actuators A: Physical. 271, 131-138 (2018).
- Marchese, A. D., Katzschmann, R. K., Rus, D. A Recipe for Soft Fluidic Elastomer Robots. Soft Robotics. 2 (1), 7-25 (2015).
