Fabrikasjon av myke pneumatiske nettverk aktuatorer med skrå Chambers
Summary
Her presenterer vi en fabrikasjon metode for myk pneumatiske nettverk aktuatorer skrå kamre. Aktuatorer er generere kombinert bøying og kronglete bevegelser, som utvider sin søknad i myk robotikk.
Abstract
Myk pneumatiske nettverk aktuatorer har blitt en av de mest lovende actuation enhetene i myk robotikk som fordeler fra deres store bending deformasjon og lav input. Men holder ensformig bøying bevegelse skjemaet i todimensjonale (2D) plass dem fra bred programmer. Dette papiret gir en detaljert fabrikasjon metode for myk pneumatiske nettverk aktuatorer skrå chambers, å utforske deres bevegelser tredimensjonal (3D). Utformingen av skrå kamre kan aktuatorer med tunable kombinert bøying og kronglete evner, noe som gir dem muligheten til å flytte dexterously i fleksible manipulators, bli biologisk inspirert roboter og medisinsk utstyr. Fabrikasjon prosessen er basert på metoden molding inkludert silikon elastomer forberedelse, kammer og base deler fabrikasjon, aktuator montering, rør forbindelser, sjekker for lekkasjer, og aktuatoren reparasjon. Metoden fabrikasjon garanterer rask produksjon av en rekke aktuatorer med bare noen få endringer i formene. Testresultatene viser den høye kvaliteten på aktuatorer og fremtredende bøying og kronglete evner. Eksperimenter av gripper demonstrere fordelene av utviklingen i tilpasning til objekter med forskjellige diametere og gi tilstrekkelig friksjon.
Introduction
Myk pneumatiske aktuatorer (Spa) er myk enheter som kan bli trukket ut av enkle input av luft trykket1,2. De kan være laget med ulike materialer som silikon elastomerer3, tekstiler4, formen minne polymerer5og dielektrisk elastomerer6. Forskere har dratt nytte av deres natur samsvar, fingernem bevegelser og enkel fabrikasjon metoder7, slik at Spa har blitt en av de mest lovende enhetene for myk robotics søknadene8,9. Spa kan realisere ulike sofistikert bevegelser, som snikende10, rotasjon11, og rulle12 basert på ulike typer deformasjon, inkludert utvide, utvide, bøying og kronglete13, 14. for å kunne utføre forskjellige bevegelser, Spa er designet i forskjellige strukturer, for eksempel en lineær kropp med parallelle kanaler15, en monolittisk kammer med fiber-forsterkninger16, og nettverk av gjentatt sub chambers17. Blant dem, er boblebad med nettverk av gjentatte sub chambers, myk pneumatiske nettverk aktuatorer, viden ansatt fordi de kan generere store deformasjoner under en relativt lav input press. Men i de fleste av de tidligere designene, kan denne typen aktuatorer bare generere bøying bevegelser i 2D-plass, som sterkt begrenser programmene sine.
En myk pneumatiske nettverk aktuator består av et lineært arrangert gruppe av kamre forbundet med en intern kanal. Hver kubikk inneholder et par motsatte vegger som er tynnere enn andre paret og produserer en tosidig inflasjon i retning vinkelrett tynnere vegger. Opprinnelig tynnere vegger av kamre er vinkelrett på den lange aksen av aktuatoren kroppen og blåse sammen med den lange aksen. Disse kollineare inflations i kammer og ikke utvidbar base føre til en integrert ren bøye av aktuatoren. For å utforske aktuators bevegelse i 3-D løpet, er retningen av kamre innstilt slik at tynnere-vegger ikke er vinkelrett på den lange aksen av aktuatoren (figur 1A), som gjør at inflasjonen retning av hvert kammer forskjøvet fra aksen og blitt ikke kollineare. Alle de parallelle men ikke-kollineare inflations endre bevegelsen av aktuatoren til en kombinert bøying og kronglete bevegelse i 3-D løpet18. Dette kombinert bevegelse kan aktuatorer mer fleksibilitet og god fingerfølsomhet og gjør aktuatorer en passende kandidat for mer praktiske anvendelser, som fleksibel manipulators, biologisk inspirert roboter og medisinsk utstyr.
Denne protokollen viser fabrikasjon metoden for denne typen myk pneumatiske nettverk aktuatorer med skrå kamre. Det inkluderer forbereder silikon-elastomer, fabrikasjon kammer og base deler, montering aktuator, koble slangen, se etter lekkasjer og, om nødvendig reparerer aktuator. Det kan også brukes til å fabrikkere vanlig myk pneumatiske nettverk aktuatorer og andre myke aktuatorer som kan produseres med noen enkle endringer til metoden molding. Vi gir detaljert fremgangsmåte for å dikte opp en myk pneumatiske bryter med 30° skrå kamre. For forskjellige programmer kan aktuatorer med forskjellige kammer vinkler fremstille etter samme protokoll. Bortsett fra det, kan aktuatorer kombineres for å danne et multi aktuator system for ulike krav.
Protocol
Representative Results
Discussion
Avisen presenterer en metode protokoll for å veilede fabrikasjon av myke pneumatiske nettverk aktuatorer med skrå kamre. Etter protokollen, kan en aktuator fremstille uavhengig innen 3 timer. De viktigste trinnene i protokollen kan oppsummeres som følger. (i) silikon-elastomer er utarbeidet i forhold og blandet godt. (ii) silikon-elastomer helles i mold for fabrikasjon av delen kammer og base. (iii) bobler på utsatte overflaten er gjennomboret og eventuelle overskytende silikon-elastomer på utsatte overflaten skrape…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dette arbeidet ble støttet av National Natural Science Foundation i Kina under Grant 51622506 og vitenskap og teknologi kommisjonen i Shanghai kommune under 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 |
Riferimenti
- 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).
