TPU նյութի կիրառումը մարդանման ռոբոտներում

TPU (ջերմոպլաստիկ պոլիուրեթան)ունի այնպիսի բացառիկ հատկություններ, ինչպիսիք են ճկունությունը, առաձգականությունը և մաշվածության դիմադրությունը, ինչը լայնորեն կիրառում է այն մարդանման ռոբոտների հիմնական բաղադրիչներում, ինչպիսիք են արտաքին ծածկոցները, ռոբոտացված ձեռքերը և շոշափելի սենսորները: Ստորև ներկայացված են անգլերեն լեզվով մանրամասն նյութեր, որոնք դասակարգված են հեղինակավոր ակադեմիական հոդվածներից և տեխնիկական զեկույցներից. 1. **Մարդակերպ ռոբոտացված ձեռքի նախագծում և մշակում՝ օգտագործելովTPU նյութ** > **Աբստրակտ**：Այստեղ ներկայացված հոդվածը մոտենում է մարդակերպ ռոբոտացված ձեռքի բարդության լուծմանը։ Ռոբոտաշինությունն այժմ ամենաառաջադեմ ոլորտն է, և միշտ էլ եղել է մարդկային գործողությունների և վարքագծի ընդօրինակման մտադրություն։ Մարդակերպ ձեռքը մարդակերպ գործողությունների ընդօրինակման մոտեցումներից մեկն է։ Այս հոդվածում մշակվել է 15 աստիճան ազատության և 5 ակտուատորների ունեցող մարդակերպ ձեռքի մշակման գաղափարը, ինչպես նաև քննարկվել են ռոբոտացված ձեռքի մեխանիկական դիզայնը, կառավարման համակարգը, կազմը և առանձնահատկությունները։ Ձեռքն ունի մարդակերպ տեսք և կարող է կատարել նաև մարդկային գործառույթներ, օրինակ՝ բռնել և ձեռքի ժեստեր ներկայացնել։ Արդյունքները ցույց են տալիս, որ ձեռքը նախագծված է որպես մեկ մաս և չի պահանջում որևէ հավաքում, և այն ցուցաբերում է գերազանց ծանրություն բարձրացնելու ունակություն, քանի որ պատրաստված է ճկուն ջերմապլաստիկ պոլիուրեթանից։(TPU) նյութ, և դրա առաձգականությունը նաև ապահովում է, որ ձեռքը անվտանգ լինի նաև մարդկանց հետ փոխազդեցության համար: Այս ձեռքը կարող է օգտագործվել ինչպես մարդակերպ ռոբոտում, այնպես էլ պրոթեզային ձեռքում: Ակտիվատորների սահմանափակ քանակը կառավարումը դարձնում է ավելի պարզ, իսկ ձեռքը՝ ավելի թեթև: 2. **Ջերմոպլաստիկ պոլիուրեթանային մակերեսի մոդիֆիկացիա՝ փափուկ ռոբոտիկ բռնիչ ստեղծելու համար՝ օգտագործելով չորսչափ տպագրության մեթոդ** > Ֆունկցիոնալ գրադիենտային հավելումային արտադրության զարգացման ուղիներից մեկը փափուկ ռոբոտիկ բռնիչի համար չորսչափ (4D) տպագիր կառուցվածքների ստեղծումն է, որը ձեռք է բերվում միաձուլված նստեցման մոդելավորման 3D տպագրության և փափուկ հիդրոգելային ակտիվատորների համատեղման միջոցով: Այս աշխատանքը առաջարկում է էներգիայից անկախ փափուկ ռոբոտիկ բռնիչ ստեղծելու հայեցակարգային մոտեցում, որը բաղկացած է ջերմապլաստիկ պոլիուրեթանից (TPU) պատրաստված 3D տպագիր պահող հիմքից և ժելատին հիդրոգելի վրա հիմնված ակտիվատորից, որը թույլ է տալիս ծրագրավորված հիգրոսկոպիկ դեֆորմացիա՝ առանց բարդ մեխանիկական կառուցվածքների օգտագործման: > > 20% ժելատինի վրա հիմնված հիդրոգելի օգտագործումը կառուցվածքին հաղորդում է փափուկ ռոբոտային բիոմիմետիկ ֆունկցիոնալություն և պատասխանատու է տպագիր առարկայի ինտելեկտուալ խթանիչ-արձագանքող մեխանիկական ֆունկցիոնալության համար՝ արձագանքելով հեղուկ միջավայրերում այտուցման գործընթացներին: Ջերմապլաստիկ պոլիուրեթանի նպատակային մակերեսային ֆունկցիոնալիզացիան արգոն-թթվածնային միջավայրում 90 վայրկյանում, 100 Վտ հզորությամբ և 26.7 Պա ճնշմամբ, նպաստում է դրա միկրոռելիեֆի փոփոխություններին, այդպիսով բարելավելով այտուցված ժելատինի կպչունությունը և կայունությունը դրա մակերեսին: > > 4D տպագիր կենսահամատեղելի սանր կառուցվածքներ ստեղծելու իրականացված հայեցակարգը մակրոսկոպիկ ստորջրյա փափուկ ռոբոտային բռնելու համար կարող է ապահովել ոչ ինվազիվ տեղային բռնում, տեղափոխել փոքր առարկաներ և ջրում այտուցվելիս արտանետել կենսաակտիվ նյութեր: Հետևաբար, արդյունքում ստացված արտադրանքը կարող է օգտագործվել որպես ինքնաշխատ բիոմիմետիկ ակտիվատոր, պարկուճացման համակարգ կամ փափուկ ռոբոտաշինություն: 3. **Տարբեր նախշերով և հաստություններով 3D տպագիր մարդանման ռոբոտային ձեռքի արտաքին մասերի բնութագրում** > Մարդանման ռոբոտաշինության զարգացման հետ մեկտեղ, մարդ-ռոբոտ ավելի լավ փոխազդեցության համար անհրաժեշտ են ավելի փափուկ արտաքին մասեր: Մետա-նյութերում օքսետիկ կառուցվածքները խոստումնալից միջոց են փափուկ արտաքին մակերեսներ ստեղծելու համար: Այս կառուցվածքներն ունեն եզակի մեխանիկական հատկություններ: 3D տպագրությունը, մասնավորապես՝ միաձուլված թելիկների պատրաստումը (FFF), լայնորեն օգտագործվում է նման կառուցվածքներ ստեղծելու համար: Ջերմապլաստիկ պոլիուրեթանը (TPU) լայնորեն օգտագործվում է FFF-ում՝ իր լավ առաձգականության շնորհիվ: Այս ուսումնասիրության նպատակն է մշակել Alice III մարդանման ռոբոտի համար փափուկ արտաքին ծածկույթ՝ օգտագործելով FFF 3D տպագրություն Shore 95A TPU թելիկով: > > Ուսումնասիրության մեջ օգտագործվել է սպիտակ TPU թելիկ՝ 3D տպիչով՝ 3DP մարդանման ռոբոտի ձեռքեր արտադրելու համար: Ռոբոտի ձեռքը բաժանվել է նախաբազկի և վերին թևի մասերի: Նմուշների վրա կիրառվել են տարբեր նախշեր (պինդ և հետադարձ մուտք) և հաստություններ (1, 2 և 4 մմ): Տպագրությունից հետո մեխանիկական հատկությունները վերլուծելու համար անցկացվել են ծռման, ձգման և սեղմման թեստեր: Արդյունքները հաստատել են, որ հետադարձ մուտքի կառուցվածքը հեշտությամբ ծռվում է ծռման կորի ուղղությամբ և պահանջում է ավելի քիչ լարվածություն: Սեղմման փորձարկումներում հետադարձ մուտքի կառուցվածքը կարողացել է դիմակայել բեռին՝ համեմատած պինդ կառուցվածքի հետ: > > Բոլոր երեք հաստությունները վերլուծելուց հետո հաստատվեց, որ 2 մմ հաստությամբ վերստին մուտք գործող կառուցվածքն ունի գերազանց բնութագրեր՝ ծռման, ձգման և սեղմման հատկությունների առումով։ Հետևաբար, 2 մմ հաստությամբ վերստին մուտք գործող նախշը ավելի հարմար է 3D տպագիր մարդանման ռոբոտի ձեռքի արտադրության համար։ 4. **Այս 3D տպագիր TPU «փափուկ մաշկով» բարձիկները ռոբոտներին տալիս են ցածր գնով, բարձր զգայունությամբ շոշափելիքի զգացողություն** > Իլինոյսի Ուրբանա-Շամպեյն համալսարանի հետազոտողները մշակել են ցածր գնով միջոց՝ ռոբոտներին մարդանման շոշափելիքի զգացողություն տալու համար. 3D տպագիր փափուկ մաշկով բարձիկներ, որոնք նաև մեխանիկական ճնշման սենսորների դեր են կատարում։ > > Շոշափելի ռոբոտացված սենսորները սովորաբար պարունակում են էլեկտրոնիկայի շատ բարդ զանգվածներ և բավականին թանկ են, բայց մենք ցույց տվեցինք, որ ֆունկցիոնալ, դիմացկուն այլընտրանքներ կարող են ստեղծվել շատ էժան։ Ավելին, քանի որ խոսքը պարզապես 3D տպիչի վերածրագրավորման մասին է, նույն տեխնիկան կարող է հեշտությամբ հարմարեցվել տարբեր ռոբոտացված համակարգերի։ Ռոբոտային սարքավորումները կարող են ներառել մեծ ուժեր և պտտող մոմենտներ, ուստի դրանք պետք է բավականին անվտանգ լինեն, եթե դրանք ուղղակիորեն փոխազդելու են մարդկանց հետ կամ օգտագործվելու են մարդկային միջավայրում: Ակնկալվում է, որ փափուկ մաշկը կարևոր դեր կխաղա այս առումով, քանի որ այն կարող է օգտագործվել ինչպես մեխանիկական անվտանգության համապատասխանության, այնպես էլ շոշափելի զգայունության համար: > > Թիմի սենսորը պատրաստված է ջերմապլաստիկ ուրեթանից (TPU) տպված բարձիկներից՝ պատրաստի Raise3D E2 3D տպիչի վրա: Փափուկ արտաքին շերտը ծածկում է խոռոչ լցոնման հատվածը, և երբ արտաքին շերտը սեղմվում է, ներսում օդի ճնշումը համապատասխանաբար փոխվում է՝ թույլ տալով Honeywell ABP DANT 005 ճնշման սենսորին, որը միացված է Teensy 4.0 միկրոկառավարիչին, հայտնաբերել թրթռումը, հպումը և աճող ճնշումը: Պատկերացրեք, որ դուք ցանկանում եք օգտագործել փափուկ մաշկով ռոբոտներ՝ հիվանդանոցային պայմաններում օգնելու համար: Դրանք պետք է պարբերաբար ախտահանվեն, կամ մաշկը պետք է պարբերաբար փոխարինվի: Ամեն դեպքում, կա հսկայական ծախս: Այնուամենայնիվ, 3D տպագրությունը շատ մասշտաբային գործընթաց է, ուստի փոխարինելի մասերը կարող են էժան պատրաստվել և հեշտությամբ ամրացվել ու հանվել ռոբոտի մարմնից։ 5. **TPU Pneu – ցանցերի հավելյալ արտադրություն որպես փափուկ ռոբոտային ակտուատորներ** > Այս աշխատանքում ուսումնասիրվում է ջերմապլաստիկ պոլիուրեթանի (TPU) հավելյալ արտադրությունը (AM)՝ որպես փափուկ ռոբոտային բաղադրիչների կիրառման համատեքստում։ Համեմատած այլ առաձգական AM նյութերի հետ, TPU-ն ցուցաբերում է գերազանց մեխանիկական հատկություններ՝ ամրության և լարվածության առումով։ Ընտրողական լազերային սինտերացման միջոցով պնևմատիկ ծռող ակտուատորները (pneu – ցանցեր) 3D տպագրվում են որպես փափուկ ռոբոտային դեպքի ուսումնասիրություն և փորձարարականորեն գնահատվում են ներքին ճնշման նկատմամբ շեղման առումով։ Օդի հերմետիկության պատճառով արտահոսքը դիտվում է որպես ակտուատորների նվազագույն պատի հաստության ֆունկցիա։ > > Փափուկ ռոբոտաշինության վարքագիծը նկարագրելու համար հիպերառաձգական նյութերի նկարագրությունները պետք է ներառվեն երկրաչափական դեֆորմացիայի մոդելներում, որոնք կարող են լինել, օրինակ, վերլուծական կամ թվային։ Այս աշխատանքում ուսումնասիրվում են տարբեր մոդելներ՝ փափուկ ռոբոտային ակտուատորի ծռման վարքագիծը նկարագրելու համար։ Մեխանիկական նյութերի փորձարկումները կիրառվում են հիպերառաձգական նյութական մոդելի պարամետրացման համար՝ հավելումով արտադրված ջերմապլաստիկ պոլիուրեթանը նկարագրելու համար։ > > Վերջավոր տարրերի մեթոդի վրա հիմնված թվային մոդելավորումը պարամետրացվում է՝ ակտուատորի դեֆորմացիան նկարագրելու և նման ակտուատորի համար վերջերս հրապարակված վերլուծական մոդելի հետ համեմատելու համար։ Մոդելի երկու կանխատեսումներն էլ համեմատվում են փափուկ ռոբոտացված ակտուատորի փորձարարական արդյունքների հետ։ Մինչդեռ վերլուծական մոդելը ստանում է ավելի մեծ շեղումներ, թվային մոդելավորումը կանխատեսում է ծռման անկյունը՝ միջինում 9° շեղումներով, չնայած թվային մոդելավորումների հաշվարկը զգալիորեն ավելի երկար է տևում։ Ավտոմատացված արտադրական միջավայրում փափուկ ռոբոտաշինությունը կարող է լրացնել կոշտ արտադրական համակարգերի վերափոխումը դեպի ճկուն և խելացի արտադրություն։