Fabricación de actuadores de la red neumática suave con cámaras oblicuas

Summary

Aquí presentamos un método de fabricación de actuadores suave red neumática con cámaras oblicuas. Los actuadores son capaces de generar doblar y torcer los movimientos, que amplía su aplicación en la robótica suave.

Abstract

Actuadores de la red neumática suave han convertido en uno de los dispositivos de actuación más prometedoras en robótica suave que se beneficia de su deformación de flexión grande y entrada. Sin embargo, su forma de movimiento flexión monótona en un espacio bidimensional (2-D) los mantiene lejos de amplias aplicaciones. Este trabajo presenta un método de fabricación detallada de actuadores suave red neumática con cámaras oblicuas, para explorar sus movimientos en el espacio tridimensional (3D). El diseño de cámaras oblicuas permite actuadores con armonioso junto doblando y torciendo las capacidades, que les da la posibilidad de mover diestramente en manipuladores flexibles, para convertirse en robots inspirados biológicamente y dispositivos médicos. El proceso de fabricación se basa en el método de moldeo, incluida la fabricación de piezas de silicona elastómero preparación, cámara y base montaje de actuador, conexiones de tubería, comprobaciones de fugas y reparación del actuador. El método de fabricación garantiza la fabricación rápida de una serie de actuadores con sólo algunas modificaciones en los moldes. Los resultados muestran la alta calidad de los actuadores y sus prominentes doblar y torcer las capacidades. Los experimentos de la pinza demostrar las ventajas del desarrollo en la adaptación a los objetos de diferentes diámetros y proveer suficiente fricción.

Introduction

Actuadores neumáticos blandos (SPAs) son dispositivos suaves que pueden ser actuados por la entrada simple de presión de aire^1,2. Pueden ser fabricados con diversos materiales, como silicona elastómeros³, telas⁴, memoria de forma polímeros⁵y elastómeros dieléctricos⁶. Los investigadores se han beneficiado de su naturaleza de cumplimiento, diestros movimientos y métodos de fabricación simple⁷, tal que los SPAs se han convertido en uno de los dispositivos más prometedores para aplicaciones de robótica suave^8,9. Balnearios pueden realizar varios movimientos sofisticados, como rastrero¹⁰, rotación¹¹y¹² basado en varios tipos de deformación, incluyendo ampliación, ampliar, flexión y torsión^13, del balanceo ¹⁴. para ser capaz de hacer diferentes tipos de movimientos, SPAs están diseñados en diferentes estructuras, como un cuerpo lineal con canales paralelos¹⁵, una cámara monolítica con refuerzos de fibra de¹⁶, y repitieron de las redes de Sub-cámaras¹⁷. Entre ellos, los SPAs con redes de cámaras sub repetidas, los actuadores de la red neumática suave, se emplean extensamente porque pueden generar grandes deformaciones bajo una presión relativamente baja de la entrada. Sin embargo, en la mayoría de los diseños anteriores, este tipo de actuadores solamente puede generar movimientos de flexión en 2-D, lo cual limita mucho sus aplicaciones.

Un actuador suave red neumática consiste en un conjunto linealmente dispuesto de cámaras conectadas por un canal interno. Cada cámara cúbico contiene un par de paredes opuestas que son más delgadas que el otro par y produce una inflación de dos caras en la dirección perpendicular a las paredes más delgadas. Originalmente, las paredes más delgadas de las cámaras son perpendiculares al eje longitudinal del cuerpo actuador e inflan junto con el eje largo. Estas inflaciones colineales en cámaras y la base no extensible conducen a una flexión pura integral del actuador. Para explorar el movimiento del actuador en espacio 3D, la orientación de las cámaras se afina para que el disolvente laterales ya no son perpendiculares al eje largo del actuador (figura 1A), que permite a la dirección de la inflación de cada cámara offset del eje y no colineales. Las inflaciones paralelo pero no colineales cambian el movimiento del actuador en una flexión y torsión movimiento en el espacio 3D¹⁸. Este movimiento acoplado permite los actuadores más flexibilidad y destreza y hace los actuadores una candidata adecuada para aplicaciones más prácticas, tales como manipuladores flexibles, biológicamente inspirados robots y dispositivos médicos.

Este protocolo muestra el método de fabricación de este tipo de actuadores suave red neumática con cámaras oblicuas. Incluye preparación del elastómero de silicón, fabricación de la cámara y piezas base, montar el actuador, la tubería de conexión, comprobación de fugas y, si es necesario, reparar el servomotor. También puede utilizarse para fabricar actuadores neumático suave normal de la red y otros actuadores suaves que pueden ser producidos con algunas simples modificaciones al método de moldeo. Proporcionamos instrucciones detalladas para fabricar un actuador neumático suave con cámaras oblicua de 30 º. Para diferentes aplicaciones, se pueden fabricar actuadores con ángulos de cámara diferentes según el mismo protocolo. Aparte de eso, los actuadores pueden combinarse para formar un sistema actuador múltiple para las varias demandas.

Protocol

Nota: El Protocolo establece los procedimientos de fabricación de un actuador suave red neumática. Antes del procedimiento de fabricación, un conjunto de moldes y varios conectores de la tubería del accionador, que están diseñados con diseño asistido por ordenador (CAD) software debe ser impreso a 3-D de antemano. Los moldes se muestran en la figura 1B. 1. preparación de elastómero de silicona Pesar 5 g de la parte en elastómer…

Representative Results

Solo actuador:Para verificar el método de fabricación y demostrar la función del actuador, 30°, 45° y 60° actuadores fueron fabricados y probados. Para el montaje del experimento, se empleó una bomba de aire para activar la válvula. La válvula fue conectada al actuador para controlar la presión interna. El actuador solo se fija en su extremo de conexión y colocado verticalmente. Mientras el actuador estaba siendo presurizado, se utilizaron dos cámaras digi…

Discussion

Se presenta un protocolo del método para guiar la fabricación de actuadores de la red neumática suave con cámaras oblicuas. Siguiendo el protocolo, se puede fabricar uno actuador independientemente dentro de las 3 h. Los pasos claves en el protocolo se pueden resumir como sigue. (i) el elastómero de silicona se prepara en proporción y mezcla bien. (ii) el elastómero de silicona se vierte en el molde para la fabricación de la cámara y la base. (iii) las burbujas en la superficie expuesta se perforó y cualquier e…

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