Herstellung von weichen pneumatische Netzwerk Aktoren mit schrägen Kammern
Summary
Hier präsentieren wir ein Herstellungsverfahren von weichen pneumatische Netzwerk Aktoren mit schrägen Kammern. Die Aktuatoren sind geeignet zur Erzeugung gekoppelten biegen und verdrehen Bewegungen, die erweitert ihre Anwendung in der weiche Robotik.
Abstract
Weiche pneumatische Netzwerk Aktoren sind eines der vielversprechendsten Betätigung Geräte in der weiche Robotik welche Vorteile aus ihrer großen Biegung Verformung und low-Input geworden. Jedoch hält sie ihre monotonen Biegung Bewegung Form im zweidimensionalen (2D) Raum vom breite Anwendungen. Dieses Papier stellt eine detaillierte Herstellungsverfahren weichen pneumatische Netzwerk Antriebe mit schrägen Kammern, um ihre Bewegungen im dreidimensionalen (3D) Raum zu erkunden. Das Design der schrägen Kammern ermöglicht Stellantriebe mit einstellbaren biegen und verdrehen Fähigkeiten, verleiht ihnen die Möglichkeit, in flexiblen Manipulatoren geschickt bewegen, biologisch inspirierte Roboter und Medizinprodukte werden gekoppelt. Die Fertigung basiert auf die Formteil-Methode, einschließlich Silikon Elastomer Vorbereitung, Kammer und Basis Teile Fertigung, Aktor Montage, Schlauchverbindungen, Kontrollen auf Dichtheit und Antrieb Reparatur. Das Herstellungsverfahren garantiert die schnelle Herstellung einer Reihe von Aktoren mit wenigen Modifikationen in den Formen. Die Testergebnisse zeigen die hohe Qualität der Antriebe und deren prominente biegen und verdrehen Fähigkeiten. Versuche des Greifers zeigen die Vorteile der Entwicklung bei der Anpassung an Objekten mit unterschiedlichen Durchmessern und Bereitstellung ausreichend Reibung.
Introduction
Weiche pneumatische Antriebe (BSG) sind weiche Geräte, die durch die einfache Eingabe von Luft Druck1,2betätigt werden können. Sie können mit verschiedenen Materialien wie Silikon Elastomere3, Stoffe4, Formgedächtnis-Polymere5und Dielektrische Elastomere6hergestellt werden. Forscher profitierten von ihrer Natur von Compliance, geschickten Bewegungen und einfache Herstellung Methoden7, so dass Spa eines der vielversprechendsten Geräte für weiche Robotik-Anwendungen8,9geworden sind. Thermen realisieren verschiedene anspruchsvolle Bewegungen, wie10, Drehung11, kriechend und Rollen12 basierend auf verschiedenen Arten der Verformung, einschließlich der Verlängerung, Erweiterung, biegen und verdrehen13, 14. um verschiedene Arten von Bewegungen machen zu können, sollen in verschiedenen Strukturen, z. B. eine lineare Körper mit parallelen Kanälen15, einer monolithischen Kammer mit Glasfaser-Verstärkung16, Thermen und Netzwerke von wiederholt teilkammern17. Unter ihnen sind die Thermen mit Netzen von wiederholten teilkammern, weiche pneumatische Netzwerk Aktoren, weit verbreitet eingesetzt, da sie große Verformungen unter einer relativ niedrigen Eingangsdruck erzeugen können. Jedoch kann die meisten früheren Entwürfe, diese Art von Aktoren nur Verbiegende Bewegungen in 2-D-Raum, generieren ihre Anwendungen erheblich einschränkt.
Eine weiche pneumatische Netzwerk Antrieb besteht aus einer linear angeordnete Gruppe von Kammern, die durch einen internen Kanal verbunden. Jeder Kubikmeter Kammer enthält ein paar der gegenüberliegenden Wänden, die dünner als die anderen beiden sind und produziert eine zweiseitige Inflation in der Richtung senkrecht zu den dünneren Wänden. Ursprünglich die dünnere Wände der Kammern sind senkrecht zur Längsachse des Körpers Antrieb und zusammen mit der langen Achse aufblasen. Diese kollinearen Inflationen in Kammern und der nicht erweiterbare Basis führen zu ein integraler reine Biegung des Antriebs. Um den Aktor Bewegung im 3D-Raum zu erkunden, ist die Ausrichtung der Kammern abgestimmt, so dass die dünneren Seitenwände nicht mehr senkrecht zur Längsachse des Antriebs (Abb. 1A), sind die Inflation Richtung jeder Kammer ermöglicht zum Ausgleich von der Achse und werden nicht kollinear. Alle parallelen, aber nicht kollinear Inflationen verwandeln sich die Bewegung des Antriebs in einer gekoppelten Biege- und Drehbewegung im 3D-Raum18. Diese gekoppelte Bewegung ermöglicht die Antriebe mehr Flexibilität und Geschicklichkeit und Aktoren einen geeigneten Kandidat für praktische Anwendungen, z. B. flexible Manipulatoren, biologisch inspirierte Roboter und medizinische Geräte.
Dieses Protokoll zeigt die Herstellung dieser Art von weichen pneumatische Netzwerk Aktoren mit schrägen Kammern. Freuen Sie sich auf Vorbereitung der Silikon-Elastomer, Herstellung von Kammer und Unterteile, Montage des Antriebs, den Schlauch anschließen, auf Dichtheit prüfen und ggf. Reparatur des Antriebs. Es kann auch zur fertigen normalen weichen pneumatische Netzwerk Aktoren und andere weiche Aktoren, die mit einigen einfachen Änderungen an Spritzguss-Verfahren hergestellt werden können. Wir bieten detaillierte Schritte, um eine weiche Pneumatikantrieb mit 30° schräge Kammern zu fabrizieren. Für unterschiedliche Anwendungen können Stellantriebe mit verschiedenen Kammer Winkel nach dem gleichen Protokoll hergestellt werden. Darüber hinaus können die Antriebe zu einem Multi-Antrieb System für verschiedene Anforderungen kombiniert werden.
Protocol
Representative Results
Discussion
Der Beitrag stellt ein Protokoll über Methode zur Herstellung von weichen pneumatische Netzwerk Aktoren mit schrägen Kammern führen. Im Anschluss an das Protokoll kann ein Aktor selbstständig innerhalb von 3 h hergestellt werden. Die wichtigsten Schritte im Protokoll können wie folgt zusammengefasst werden. (i) das Silikon-Elastomer ist im Verhältnis vorbereitet und gut gemischt. (Ii) das Silikon-Elastomer ist in die Form für die Herstellung von der Kammer und dem base Teil gegossen. (Iii) die Luftblasen auf die f…
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Diese Arbeit wurde von der National Natural Science Foundation of China unter Grant 51622506 und die Wissenschaft und Technologie Kommission der Shanghai Municipality unter Grant 16JC1401000 unterstützt.
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 |
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