Yumuşak Robot PAUL Nasıl Tasarlandı ve İnşa Edildi

ile EScholar: Electronic Academic Papers for Scholars4 dk. read2025/02/14

Çok uzun; Okumak

PAUL, üç bağımsız olarak çalıştırılan silikon segmente sahip modüler pnömatik yumuşak bir robottur. Tasarım, hafif esnekliğe, gömülü pnömatik tüplere ve kolay montaja öncelik verir. TinSil 8015, toksisitesine ve büzülme sorunlarına rağmen dayanıklılık için seçildi. 3D yazdırılmış PLA konektörleri, modülerliği artırarak hızlı segment değişimine olanak tanır.

featured image - Yumuşak Robot PAUL Nasıl Tasarlandı ve İnşa Edildi

Yazarlar:

(1) Jorge Francisco Garcia-Samartın, Otomasyon ve Robotik Merkezi (UPM-CSIC), Madrid Politeknik Üniversitesi — Bilimsel Araştırma Yüksek Kurulu, Jose Gutierrez Abascal 2, 28006 Madrid, İspanya (jorge.gsamartin@upm.es);

(2) Adrian Rieker, Otomasyon ve Robotik Merkezi (UPM-CSIC), Madrid Politeknik Üniversitesi — Bilimsel Araştırma Yüksek Kurulu, Jose Gutierrez Abascal 2, 28006 Madrid, İspanya;

(3) Antonio Barrientos, Otomasyon ve Robotik Merkezi (UPM-CSIC), Madrid Politeknik Üniversitesi — Bilimsel Araştırma Yüksek Kurulu, Jose Gutierrez Abascal 2, 28006 Madrid, İspanya.

Bağlantılar Tablosu

Özet ve 1 Giriş

2 İlgili Çalışma

2.1 Pnömatik Aktüasyon

2.2 Pnömatik Kollar

2.3 Yumuşak Robotların Kontrolü

3 PAUL: Tasarım ve Üretim

3.1 Robot Tasarımı

3.2 Malzeme Seçimi

3.3 Üretim

3.4 Performans Bankası

4 Veri Toplama ve Açık Döngü Kontrolü

4.1 Donanım Kurulumu

4.2 Görüntü Yakalama Sistemi

4.3 Veri Seti Oluşturma: Tablo Tabanlı Modeller

4.4 Açık Döngü Kontrolü

5 Sonuç

5.1 Son PAUL versiyonu

5.2 Çalışma Alanı Analizi

5.3 Tablo Tabanlı Modellerin Performansı

5.4 Bükme Deneyleri

5.5 Ağırlık Taşıma Deneyleri

6 Sonuçlar

Finansman Bilgileri

A. Yapılan Deneyler ve Referanslar

3.3 Üretim

Üretim sürecinin ilk adımı, kalıba yerleştirildiğinde, bitmiş parçada mesaneler olacak deliklerin oluşturulmasında kullanılan balmumu çekirdeklerinin elde edilmesidir. Bunlar daha önceden yapılmış dişi kalıplara parafin mumu dökülerek yapılır (Şekil 5a).

Yarım saat sonra mum katılaşır ve çekirdekler çıkarılıp kalıba yerleştirilebilir (Şekil 5b). Kalıp, birbirine vidalanan ve daha sonraki kürleme sırasında sızıntıyı önlemek için sıcak silikon boncukla kapatılan dört adet 3 boyutlu yazdırılmış parçadan (iki taraf, bir alt kapak ve çekirdeklerin dayandığı bir üst tutma yeri) oluşur (Şekil 5c).

Tablo 2. Test edilen farklı silikonların parametreleri.

Şekil 5. PAUL üretim sürecinin tamamı. (a) Mesane imalatı. (b) Kalıp montajı. (c) Silikonu dökmeye hazır, üç mesanenin yerleştirildiği kalıp. (d) Silikonun kürlenmesi. (e) Fazla parçaların çıkarılması. (f) Mumun fırında eritilmesi. (g) Parçanın kaynar suda yıkanması. (h) Kalıbın tabanının kapatılması. (i) Tüplerin yerleştirilmesi. Kaynak: yazarlar.

Daha sonra silikon, kalıbın içine dökülebilir ve yukarıda belirtilen çekmeyi önlemek için kalıbın ağzına kadar doldurulması gerekir. Özellikle TinSil8015'in 10:1 oranında sıvı/katalizör kütle oranına ihtiyacı vardır. Segmentin boyutları için toplam 175 gr kadar karışıma ihtiyaç duyulmaktadır.

Kürlenme işlemi ortam sıcaklığında 24 saat sürer (Şekil 5d), bu sürenin ardından kalıptan çıkarılabilir. Silikon çapakları çıkarmak için neşter kullanılması gerekebilir (Şekil 5e).

Segment oluşturulduktan sonra mesaneleri oluşturmak için kullanılan çekirdekler çıkarılır. Ahşap çekilerek çıkartılabildiği gibi, mumun çıkması için parçaya ısı uygulanması gerekmektedir. Bu nedenle önce 110 ◦C’lik fırına yerleştirilir (Şekil 5f) ve ardından 15 dakika kaynar su banyosuna daldırılır, bu sayede mum kalıntılarının giderilmesi sağlanır (Şekil 5g).

Erkekler bittiği için segmentin alt kısmının kapatılması gerekmektedir. Bunun için Şekil 5h plakasının üzerine bir kat silikon dökülerek segment üzerine yapıştırılır ve 24 saat kürlenmeye bırakılır. Son olarak pnömatik borular siyanoakrilat ile yapıştırılarak segmente birleştirilir ve plastik flanşlar kullanılarak sızdırmazlıkları güçlendirilir (Şekil 5i).

Sonuç olarak fonksiyonel bir segment Şekil 6'da gösterilmiştir. Deneysel olarak ağırlığının 161 g olduğu ve tasarlandığı haliyle yüksekliğinin 100 mm, dış çapının ise 45 mm olduğu bulunmuştur.

Şekil 6. Son segment. Kaynak: yazarlar.

3.4 Performans Bankası

Robot içerisinde pnömatik tezgahın görevi, kontrol sinyallerine göre kompresörden gelen basınçlı havanın akışını kontrol etmektir. PAUL tezgahı, seri olarak yerleştirilmiş 6 çift 2/2 valf (SMC VDW20BZ1D modeli) ve 3/2 valften (SMC Y100 modeli) oluşmaktadır ve bu sayede 12 serbestlik derecesine kadar izin verilmektedir. Her ikisi de Şekil 7'de gösterilmiştir. 2/2 vanaların fiziksel özellikleri, tertibatın toplam basıncını 4 bar ile sınırlamıştır, ancak segment kaçağı riskini azaltmak için bir akış regülatörü ile 2 bara düşürülmüştür. Şekil 8'de pnömatik devrenin şeması gösterilmektedir.

Şekil 7. PAUL aktüasyon tezgahının vanaları (a) 2/2 Vana. (b) 3/2 Vanalar. Kaynak: yazarlar.

Vanalar 24 V gerilim sinyalleri ile çalıştırılmaktadır. Bunları yönetmekten sorumlu anahtar ise bir MOSFET (model IRF540)'tir. Başlangıçta röle kullanımı düşünüldü ancak bunların çekeceği yüksek akım nedeniyle kullanımı olanaksız hale geldi. Tezgah kontrolcüsü olarak Arduino Due seçildi. Şekil 9'da son düzeni gösterilen üniteye, 8,5 A'ya kadar akım verebilen bir PC güç kaynağı güç sağlamaktadır.

Şekil 8. Pnömatik devrenin şeması. Kaynak: yazarlar.

Şekil 9. Pnömatik tezgahın son hali. Kaynak: yazarlar.