Jak zaprojektowano i zbudowano PAULa, miękkiego robota

Tabela linków

Streszczenie i 1 Wstęp

2 Powiązane prace

2.1 Siłownik pneumatyczny

2.2 Ramiona pneumatyczne

2.3 Sterowanie robotami miękkimi

3 PAUL: Projektowanie i produkcja

3.1 Projektowanie robotów

3.2 Wybór materiałów

3.3 Produkcja

3.4 Bank wydajności

4 Zbieranie danych i sterowanie w pętli otwartej

4.1 Konfiguracja sprzętu

4.2 System przechwytywania wizji

4.3 Generowanie zbioru danych: modele oparte na tabelach

4.4 Sterowanie w pętli otwartej

5 wyników

5.1 Ostateczna wersja PAUL

5.2 Analiza obszaru roboczego

5.3 Wydajność modeli opartych na tabelach

5.4 Eksperymenty z zginaniem

5.5 Eksperymenty z przenoszeniem ciężarów

6 Wnioski

Informacje o finansowaniu

A. Przeprowadzone eksperymenty i odniesienia

3.3 Produkcja

Pierwszym etapem procesu produkcyjnego jest uzyskanie rdzeni woskowych, które po włożeniu do formy służą do wykonania otworów, w których po gotowym segmencie znajdą się pęcherze. Powstają one poprzez wlanie parafiny do uprzednio przygotowanych form żeńskich (rys. 5a).

Po pół godzinie wosk stwardnieje, a rdzenie można wyjąć i umieścić w formie (rysunek 5b). Forma składa się z czterech części wydrukowanych w technologii 3D (dwóch boków, dolnej nasadki i górnego uchwytu, na którym spoczywają rdzenie), które są skręcane ze sobą, a następnie uszczelniane gorącym silikonowym koralikiem, aby zapobiec wyciekaniu podczas późniejszego utwardzania (rysunek 5c).

Następnie można wlać silikon do formy, którą należy wypełnić po brzegi, aby zapobiec wspomnianemu kurczeniu się. W szczególności TinSil8015 wymaga stosunku masowego cieczy do katalizatora wynoszącego 10:1. Do wykonania segmentu potrzeba łącznie ok. 175 g mieszanki.

Proces utwardzania trwa 24 godziny w temperaturze pokojowej (rys. 5d), po czym można wyjąć tworzywo z formy. Do usunięcia silikonowych zadziorów może być konieczne użycie skalpela (rysunek 5e).

Po zbudowaniu segmentu rdzenie użyte do stworzenia pęcherzy są usuwane. Chociaż drewno można usunąć poprzez wyciągnięcie, w celu usunięcia wosku konieczne jest poddanie segmentu działaniu ciepła. Dlatego najpierw umieszcza się go w piecu nagrzanym do 110 °C (rysunek 5f), a następnie zanurza we wrzącej kąpieli wodnej na 15 minut, co pozwala na usunięcie resztek wosku (rysunek 5g).

Ponieważ samce przeszły, konieczne jest zamknięcie dolnej części segmentu. W tym celu na płytkę w kształcie figury 5h wylewa się warstwę silikonu, przykleja do segmentu i pozostawia do utwardzenia na 24 godziny. Następnie przewody pneumatyczne łączy się z segmentem, przyklejając je cyjanoakrylem i wzmacniając szczelność za pomocą kołnierzy z tworzywa sztucznego (rys. 5i).

Końcowy wynik, czyli segment funkcjonalny, przedstawiono na rysunku 6. Eksperymentalnie ustalono, że jego waga wynosi 161 g, a po zaprojektowaniu ma on wysokość 100 mm i średnicę zewnętrzną 45 mm.

3.4 Bank wydajności

W robocie funkcją stołu pneumatycznego jest sterowanie przepływem sprężonego powietrza ze sprężarki zgodnie z sygnałami sterującymi. Konkretnie, stanowisko PAUL składa się z 6 par zaworów 2/2 (model SMC VDW20BZ1D) i zaworów 3/2 (model SMC Y100) umieszczonych szeregowo, co pozwala na uzyskanie do 12 stopni swobody. Oba pokazano na rysunku 7. Charakterystyka fizyczna zaworów 2/2 ograniczała całkowite ciśnienie zespołu do 4 barów, ale aby zmniejszyć ryzyko nieszczelności segmentu, zmniejszono je za pomocą regulatora przepływu do 2 barów. Rysunek 8 przedstawia schemat układu pneumatycznego.

Zawory są sterowane za pomocą sygnałów napięciowych 24 V. Za ich zarządzanie odpowiada przełącznik MOSFET (model IRF540). Początkowo rozważano zastosowanie przekaźników, ale ze względu na duży pobór prądu ich użycie okazało się niewykonalne. Jako kontroler laboratoryjny wybrano Arduino Due. Za zasilanie jednostki odpowiada zasilacz komputerowy o natężeniu do 8,5 A, którego ostateczny układ przedstawiono na rysunku 9.