Fabricação de atuadores de rede pneumática macio com câmaras oblíquas
Summary
Aqui nós apresentamos um método de fabricação de atuadores de rede pneumática macio com câmaras oblíquas. Os atuadores são capazes de gerar acoplado flexão e torção de movimentos, que amplia sua aplicação em robótica macia.
Abstract
Atuadores de rede pneumática macio se tornaram uma dos dispositivos de atuação mais promissoras em robótica macio que beneficia os grandes deformações de flexão e baixa entrada. No entanto, sua forma de movimento de flexão monótono em um espaço bidimensional (2D) os mantém longe de amplas aplicações. Este trabalho apresenta um método de fabricação detalhada dos atuadores de rede pneumática macio com câmaras oblíquas, para explorar seus movimentos no espaço tridimensional (3D). O design das câmaras oblíquas permite atuadores com ajustável acoplado a flexão e torção de recursos, que lhes dá a possibilidade de mover destreza em manipuladores flexíveis, tornar-se biologicamente inspirados de robôs e dispositivos médicos. O processo de fabricação baseia-se o método de moldagem, incluindo o conjunto do atuador, conexões de tubulação, fabricação de peças do silicone elastômero preparação, câmara e base, verifica se há vazamentos e reparo do atuador. O método de fabricação garante a fabricação rápida de uma série de atuadores com apenas algumas modificações nos moldes. Os resultados dos testes mostram a alta qualidade dos atuadores proeminente de flexão e torção capacidades. Experimentos do pegador de demonstram as vantagens do desenvolvimento em adaptar-se a objetos com diferentes diâmetros e fornecendo suficiente fricção.
Introduction
Actuadores pneumáticos macios (SPAs) são dispositivos macios que podem ser accionados pela simples entrada de ar pressão1,2. Eles podem ser fabricados com materiais diversos, tais como o de elastômeros de silicone3, tecidos4, memória de forma polímeros5e elastômeros dieléctrica6. Pesquisadores beneficiaram-se de sua natureza, de conformidade, movimentos hábeis e métodos de fabricação simples7, tal que os SPAs tornaram-se um dos dispositivos mais promissoras para aplicações de robótica macio8,9. Termas podem realizar vários movimentos sofisticados, tais como rastejando10, rotação11e12 , com base em vários tipos de deformação, inclusive estendendo-se, expandindo, flexão e torção13, de rolamento 14. para ser capaz de fazer diferentes tipos de movimentos, SPAs são projetados em estruturas diferentes, como um corpo linear com canais paralelos15, uma câmara monolítica com reforços de fibra16, e redes de repetida câmaras de sub17. Entre eles, os SPAs com redes de câmaras sub repetidas, os atuadores de rede pneumática macio, são amplamente empregados porque elas podem gerar grandes deformações sob uma pressão de entrada relativamente baixa. No entanto, na maioria dos projetos anteriores, este tipo de atuadores só pode gerar movimentos de dobrando no espaço 2-D, que limita muito suas aplicações.
Um atuador macio rede pneumática consiste num grupo arranjado linearmente das câmaras ligadas por um canal interno. Cada câmara cúbica contém um par de paredes opostas que são mais finos do que o outro par e produz uma inflação de dois lados na direção perpendicular às paredes mais finas. Originalmente, as paredes mais finas das câmaras são perpendiculares ao eixo longitudinal do corpo do atuador e inflam juntamente com eixo longo. Estas insuflações colineares em câmaras e a base não-extensível originar uma flexão pura integrante do atuador. Para explorar o movimento do atuador no espaço 3D, a orientação das câmaras é ajustada para que as paredes laterais do diluente não são mais perpendiculares ao eixo longo do atuador (Figura 1A), que permite a direção de inflação de cada câmara para o deslocamento do eixo e tornar-se não colineares. Todos as paralelas mas não-colineares insuflações mudarem o movimento do atuador em um acoplado flexão e torção de movimento no espaço 3-d.18. Este movimento acoplado permite que os atuadores mais flexibilidade e destreza e faz os atuadores um candidato adequado para aplicações mais práticas, tais como manipuladores flexíveis, robôs biologicamente inspirados e dispositivos médicos.
Este protocolo mostra o método de fabricação deste tipo de atuadores de rede pneumática macio com câmaras oblíquas. Ele inclui preparando o elastômero de silicone, fabricando a câmara e base peças, montagem do atuador, a tubagem de ligação, verificação de vazamentos e, se necessário, reparar o atuador. Ele também pode ser usado para fabricar atuadores de rede pneumática macio normal e outros atuadores macios que podem ser produzidos com algumas modificações simples para o método de moldagem. Nós fornecemos as etapas detalhadas para fabricar um atuador pneumático macio com câmaras oblíquo de 30°. Para diferentes aplicações, atuadores com ângulos de câmara diferentes podem ser fabricados de acordo com o mesmo protocolo. Além disso, os atuadores podem ser combinados para formar um sistema multi atuador para diversas demandas.
Protocol
Representative Results
Discussion
O artigo apresenta um protocolo de método para orientar a fabricação de atuadores de rede pneumática macio com câmaras oblíquas. Seguindo o protocolo, um atuador pode ser fabricado independentemente dentro de 3 h. Os principais passos no protocolo podem ser resumidos como segue. (i) o elastómero de silicone é preparado na proporção e bem misturado. (ii) o elastómero de silicone é derramado no molde para a fabricação das partes a câmara e a base. (iii) as bolhas na superfície exposta são furadas e qualque…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Este trabalho foi apoiado pela nacional Fundação ciência Natural da China sob Grant 51622506 e a ciência e tecnologia Comissão de Xangai município Grant 16JC1401000.
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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