섬세한 조직 조작을위한 사용자 정의 소프트 로봇 공압 그리퍼 장치의로드 기반의 제조
Summary
This protocol describes a rod-based approach, combining 3D-printing and soft lithography techniques for fabricating the soft gripper devices. This approach eliminates the need for an external air source by incorporating a chamber component and reduces the chance of occlusion during the sealing process, particularly for miniaturized pneumatic channels.
Abstract
Soft compliant gripping is essential in delicate surgical manipulation for minimizing the risk of tissue grip damage caused by high stress concentrations at the point of contact. It can be achieved by complementing traditional rigid grippers with soft robotic pneumatic gripper devices. This manuscript describes a rod-based approach that combined both 3D-printing and a modified soft lithography technique to fabricate the soft pneumatic gripper. In brief, the pneumatic featureless mold with chamber component is 3D-printed and the rods were used to create the pneumatic channels that connect to the chamber. This protocol eliminates the risk of channels occluding during the sealing process and the need for external air source or related control circuit. The soft gripper consists of a chamber filled with air, and one or more gripper arms with a pneumatic channel in each arm connected to the chamber. The pneumatic channel is positioned close to the outer wall to create different stiffness in the gripper arm. Upon compression of the chamber which generates pressure on the pneumatic channel, the gripper arm will bend inward to form a close grip posture because the outer wall area is more compliant. The soft gripper can be inserted into a 3D-printed handling tool with two different control modes for chamber compression: manual gripper mode with a movable piston, and robotic gripper mode with a linear actuator. The double-arm gripper with two actuatable arms was able to pick up objects of sizes up to 2 mm and yet generate lower compressive forces as compared to elastomer-coated and non-coated rigid grippers. The feasibility of having other designs, such as single-arm or hook gripper, was also demonstrated, which further highlighted the customizability of the soft gripper device, and it’s potential to be used in delicate surgical manipulation to reduce the risk of tissue grip damage.
Introduction
소프트 로봇은 로봇 사회 내에서 큰 연구 관심을 촉발하고 그들은 같은 구조화되지 않은 환경 (1)과 (2)를 파지의 파동 운동으로 다른 기능 작업에 사용되어왔다. 이들은 주로 연질 탄성 재료로 구성하며, 기억 합금 (SMA)를 형성하는 전기 활성 고분자 (EAP) 또는 압축 된 유체 (3)와 같은 다른 재료의 사용을 통해 서로 다른 작동 기술에 의해 제어된다. 정전기력 활성 균주를 제조하여 작동을 생성하도록 유도하는 차동 전압에 기초 EAPS 기능. SMAS의 특이한 형상 기억 효과는 온도 변화에 따라 상 변환 중에 구동력 발생에 기초하여 원하는 액츄 에이션을 생성하기 위해 배치된다. 마지막으로, 압축 된 유체 작동 기술은 소프트 액츄에이터의 강성의 차이를 유도 할 수있는 간단한 설계 전략을 용이하게, 더 호환 영역은 팽창 것가압시. 소프트 로봇은 특히 민감한 개체가 포함 된 응용 프로그램에, 전통적인 하드 로봇의 응용 범위를 확장 할 수 있도록 설계되었습니다. 특히, 본 논문에서, 우리는 섬세한 수술 조작을위한 소프트 로봇 그리퍼 개발에 우리의 독특한 접근 방식을 제시한다.
외과 파지는 간, 부인과, 비뇨기과, 신경 복구 수술 -4,5- 많은 수술 절차에 관련된 중요한 측면이다. 그것은 전형적으로 촉진 할 목적으로 집게 복강경 매개 부재로서 강성 강철 조직 파지 툴에 의해 수행되는 종래 그립 핑 도구 (6)의 접촉 지점에서 연조직 고 응력 집중 영역이 발생할 수 금속제로 관찰, 절제, 문합 절차 등 그러나, 세심한주의가 요구된다. 조직 손상의 정도에 따라, 통증 등의 다양한 합병증, 병적 반흔 조직 f를ormation, 심지어 영구적 인 장애는 발생할 수 있습니다. 이전 연구는 말초 신경 수술의 합병증은 3 % (7)라고 보도했다. 따라서, 안전 준수 그립을 제공 할 수있는 소프트 그립의 개념은 섬세한 수술 조작을위한 유망한 후보가 될 수 있습니다.
여기서는 3D 인쇄 및 사용자 정의 소프트 공압 로봇 그리퍼를 제조하기 위해,로드 기반 접근 방식을 채택 변성 소프트 리소그래피 기술의 조합을 제안한다. 압축 된 유체 작동에 따라 소프트 로봇의 전통적인 제조 기술은 채널 8을 밀봉하는 그것과 밀봉 공정에 인쇄 된 공기 채널을 시청할 수있는 금형을 필요로한다. 그러나, 채널의 폐색 쉽게 밀봉 공정에서 일어날 수있는 작은 채널을 필요 공압 소형화 소프트 로봇 가능하지 않다. 전통적인 기술은으로 코팅 된 밀봉 층을 접합하여 수행 할 수있는 공압 채널의 밀봉을 필요로한다. 따라서, 라접합 층은 작은 채널로 유출하고 그 채널을 폐색 수 있으므로 초기에 역할을 엘라스토머 재료의 YER. 이 구조의 중간에 공기 채널을 배치하고, 종래 기술을 이용하여 챔버 구성 요소에 연결하는 것도 가능하지 않다. 제안 된 방법은 공기로 채워진 챔버 사용하여로드에 연결된 소형 공기 채널의 생성을 허용하고 작은 채널의 밀봉을 필요로하지 않습니다. 또한 공기 채널에 접속 된 챔버는 압축 유체 작동 외부 공기 공급원을 필요로하지 않는 공기 공급원 역할을한다. 이는 수동함으로써 사용자에게 그들이 그리퍼를 통해인가되는 힘의 양을 조절하는 옵션을 제공하고, 파지 요소를 작동 챔버의 압축을 용이하게하여 로봇의 제어 모드를 모두 허용한다. 이 접근법은 매우 최적화하고 그러한 단일 또는 MU와 그리퍼 소프트 그리퍼 디자인의 다양한 형태를 제조하기 위해 사용될 수있다작동 가능 팔을 ltiple.
Protocol
Representative Results
Discussion
우리는 성공적으로 엘라스토머 코팅 집게 팁과 집게보다 파지 개체에 훨씬 낮은 압축 힘을 발휘 개체의 준수 그립 허용 소프트 로봇 공압 그리퍼 장치가 작용하는 것을 증명하고있다. 겸자 말초 신경 보수 동안 신경 조작에 필수적인 도구 11,12 수술을한다. 그러나, 그 금속 구조체 과도한 파지력 및 주변 조직에 대한 우발적 손상에 의한 신경 손상을 방지하기 위해 의사의 사용에 세심한주…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
이 연구는 R-397-000-204-133 (싱가포르 젊은 연구자 상 국립 대학)에 의해 지원되었다.
Materials
| Weighing Scale | Severin | KW3667 | (Step: Preparation of elastomers) |
| Ecoflex Supersoft 0030 Elastomer | Smooth-On | EF0030 | (Step: Preparation of elastomers) |
| Planetary Centrifugal Mixer and Containers | THINKY USA Inc. | ARE-310 | (Step: Preparation of elastomers) |
| Solidworks CAD | Dassault Systèmes | Solidworks Research Subscription | (Step: Soft single/double-actuatable arm pneumatic grippers) |
| Objet 3D Printer | Stratasys | 260 Connex2 | (Step: Soft single/double-actuatable arm pneumatic grippers) |
| Titanium Wire Rods | Titan Engineering | N/A | (Step: Soft single/double-actuatable arm pneumatic grippers) |
| Natural Convection Oven with Timer | Thermo Fisher Scientific | BIN#ED53 | (Step: Soft single/double-actuatable arm pneumatic grippers) |
| Linear Actuator | Firgelli Technologies | L12 | (Step: Insertion of soft robotic pneumatic gripper device into handling tool) |
| Jumper Wire | sgbotic | CAB-01146 | (Step: Evaluations and grip compressive test) |
| Force Sensing Resistor | Interlink Electronics | FSR402 | (Step: Evaluations and grip compressive test) |
Riferimenti
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