Как спроектирован и построен мягкий робот PAUL

Таблица ссылок

Аннотация и 1 Введение

2 Связанные работы

2.1 Пневматический привод

2.2 Пневматическое оружие

2.3 Управление мягкими роботами

3 ПОЛ: Проектирование и производство

3.1 Конструкция робота

3.2 Выбор материала

3.3 Производство

3.4 Банк производительности

4 Сбор данных и управление по разомкнутому контуру

4.1 Настройка оборудования

4.2 Система захвата изображения

4.3 Генерация набора данных: табличные модели

4.4 Управление по разомкнутому контуру

5 результатов

5.1 Финальная версия PAUL

5.2 Анализ рабочего пространства

5.3 Эффективность табличных моделей

5.4 Эксперименты по изгибу

5.5 Эксперименты по переноске тяжестей

6 Выводов

Информация о финансировании

А. Проведенные эксперименты и ссылки

3.3 Производство

Первым шагом в процессе производства является получение восковых стержней, которые после установки в форму используются для создания отверстий для того, что в готовом сегменте будет баллонами. Их изготавливают путем заливки парафина в заранее изготовленные матрицы (рис. 5а).

Через полчаса воск затвердеет, и стержни можно будет вынуть и вставить в форму (рисунок 5б). Форма состоит из четырех частей, напечатанных на 3D-принтере (две стороны, нижняя крышка и верхняя рукоятка, на которой располагаются сердечники), которые скрепляются вместе, а затем герметизируются горячим силиконовым герметиком для предотвращения утечки во время последующего отверждения (рисунок 5c).

Таблица 2. Параметры различных протестированных силиконов.

Рисунок 5. Полный процесс производства PAUL. (а) Изготовление мочевого пузыря. (б) Сборка пресс-формы. (c) Форма собрана с тремя установленными баллонами, готовая к заливке силикона. (d) Отверждение силикона. (e) Удаление лишних деталей. (е) Расплавление воска в печи. (ж) Окунуть сегмент в кипящую воду. (h) Герметизация дна формы. (i) Размещение трубок. Источник: авторы.

Затем силикон можно заливать в форму, которую необходимо заполнить доверху, чтобы предотвратить вышеупомянутую усадку. В частности, для TinSil8015 требуется массовое соотношение жидкости и катализатора 10:1. Для размеров сегмента требуется около 175 г общей смеси.

Процесс отверждения длится 24 часа при температуре окружающей среды (рисунок 5d), после чего его можно извлечь из формы. Для удаления силиконовых заусенцев может потребоваться использование скальпеля (рис. 5e).

После того, как сегмент построен, сердечники, которые использовались для создания камер, удаляются. Древесину можно удалить, потянув за край, но для удаления воска к сегменту необходимо применить тепло. Так, его сначала помещают в духовку при температуре 110 ◦C (рисунок 5f), а затем погружают в кипящую водяную баню на 15 минут, что обеспечивает удаление остаточных следов воска (рисунок 5g).

Поскольку самцы уже прошли, необходимо закрыть нижнюю часть сегмента. Для этого на пластину Figure 5h наливают слой силикона, приклеивают к сегменту и оставляют застывать на 24 часа. Наконец, к сегменту присоединяют пневматические трубки, склеивая их цианоакрилатом и усиливая герметичность с помощью пластиковых фланцев (рисунок 5i).

Конечный результат — функциональный сегмент — показан на рисунке 6. Экспериментально установлено, что его вес составляет 161 г, а его высота, согласно проекту, составляет 100 мм, а внешний диаметр — 45 мм.

Рисунок 6. Финальный сегмент. Источник: авторы.

3.4 Банк производительности

В роботе функция пневматического стенда заключается в управлении потоком сжатого воздуха от компрессора в соответствии с управляющими сигналами. В частности, скамья PAUL состоит из 6 пар клапанов 2/2 (модель SMC VDW20BZ1D) и клапанов 3/2 (модель SMC Y100), расположенных последовательно, что обеспечивает до 12 степеней свободы. Оба показаны на рисунке 7. Физические характеристики клапанов 2/2 ограничивали общее давление в сборке до 4 бар, но для снижения риска утечки сегмента оно было снижено с помощью регулятора расхода до 2 бар. На рисунке 8 представлена схема пневматической цепи.

Рисунок 7. Клапаны стенда привода PAUL (а) 2/2 Клапаны. (б) Клапаны 3/2. Источник: авторы.

Клапаны управляются сигналами напряжения 24 В. За управление ими отвечает MOSFET (модель IRF540). Первоначально рассматривалось использование реле, но из-за высокого потребляемого ими тока их применение было нецелесообразным. В качестве контроллера стенда был выбран Arduino Due. Блок питания ПК, способный выдавать ток силой до 8,5 А, обеспечивает питание устройства, окончательная компоновка которого показана на рисунке 9.

Рисунок 8. Схема пневматической цепи. Источник: авторы.

Рисунок 9. Окончательная компоновка пневматического стенда. Источник: авторы.