Hvordan PAUL, en blød robot, er designet og bygget

Tabel over links

Abstrakt og 1 introduktion

2 relaterede værker

2.1 Pneumatisk aktivering

2.2 Pneumatiske arme

2.3 Kontrol af bløde robotter

3 PAUL: Design og fremstilling

3.1 Robotdesign

3.2 Materialevalg

3.3 Fremstilling

3.4 Performance Bank

4 Dataopsamling og åben sløjfekontrol

4.1 Hardwareopsætning

4.2 Vision Capture System

4.3 Datasætgenerering: Tabelbaserede modeller

4.4 Open-loop kontrol

5 resultater

5.1 Endelig PAUL-version

5.2 Arbejdsrumsanalyse

5.3 Ydeevne for de tabelbaserede modeller

5.4 Bøjningseksperimenter

5.5 Vægtbærende eksperimenter

6 Konklusioner

Finansieringsoplysninger

A. Udførte eksperimenter og referencer

3.3 Fremstilling

Det første trin i fremstillingsprocessen er at skaffe vokskernerne, som, når de sættes ind i formen, bruges til at skabe hullerne til det, der i det færdige segment bliver blærerne. Disse fremstilles ved at hælde paraffinvoks i tidligere fremstillede hunforme (Figur 5a).

Efter en halv time er voksen størknet, og kernerne kan fjernes og indsættes i formen (Figur 5b). Formen består af fire 3D-printede dele (to sider, en bundhætte og et topgreb, som kernerne hviler på), som skrues sammen og derefter forsegles med en varm silikoneperle for at forhindre lækage under efterfølgende hærdning (Figur 5c).

Silikonen kan herefter hældes i formen, som skal fyldes til tops for at modvirke førnævnte svind. Især kræver TinSil8015 et masseforhold på 10:1 væske til katalysator. Til segmentets dimensioner kræves ca. 175 g total blanding.

Hærdningsprocessen varer 24 timer ved omgivelsestemperatur (Figur 5d), hvorefter den kan tages ud af formen. Det kan være nødvendigt at bruge en skalpel til at fjerne silikonegraterne (Figur 5e).

Når segmentet er bygget, fjernes de kerner, der er blevet brugt til at skabe blærerne. Mens træet kan fjernes ved at trække, er det nødvendigt at påføre varme på segmentet for at fjerne voksen. Således placeres den først i en ovn ved 110 ◦C (Figur 5f) og derefter nedsænket i et kogende vandbad i 15 minutter, hvilket sikrer eliminering af de resterende voksspor (Figur 5g).

Da hannerne er igennem, er det nødvendigt at lukke den nederste del af segmentet. For at gøre dette hældes et lag silikone på pladen i figur 5h, limes på segmentet og efterlades til at hærde i 24 timer. Til sidst forbindes de pneumatiske rør til segmentet, klæber dem med cyanoacrylat og styrker tætheden ved brug af plastikflanger (Figur 5i).

Det endelige resultat, et funktionelt segment, er afbildet i figur 6. Eksperimentelt har det vist sig, at dets vægt er 161 g, og at det som designet har en højde på 100 mm og en udvendig diameter på 45 mm.

3.4 Performance Bank

Inden i robotten er funktionen af den pneumatiske bænk at styre strømmen af komprimeret luft fra kompressoren i henhold til styresignalerne. Konkret består PAUL bænken af 6 par 2/2 ventiler (SMC VDW20BZ1D model) og 3/2 ventiler (SMC Y100 model) placeret i serie, som derfor vil tillade op til 12 frihedsgrader. Begge er vist i figur 7. De fysiske karakteristika for 2/2-ventilerne begrænsede det samlede tryk af samlingen til 4 bar, men for at reducere risikoen for segmentlækage blev det reduceret med en flowregulator til 2 bar. Figur 8 viser et skematisk billede af det pneumatiske kredsløb.

Ventilerne betjenes via 24 V spændingssignaler. En MOSFET (model IRF540) er den switch, der har ansvaret for at administrere dem. I første omgang overvejede man brugen af relæer, men den høje strøm, de ville forbruge, gjorde deres brug umulig. En Arduino Due blev valgt som bænk-controller. En pc-strømforsyning, der er i stand til at levere op til 8,5 A, er ansvarlig for at forsyne enheden med strøm, hvis endelige layout er illustreret i figur 9.