Исследователи создали 3D-печатный роботизированный захват без использования электроники

Большинство мягких роботизированных захватов имеют пневматический привод и изготавливаются с помощью большого количества ручных операций. Кроме того, для выполнения даже простых функций в них необходимо добавлять сложные компоненты управления (например, электронные насосы и микроконтроллеры).

Настольная FFF 3D-печать представляет собой доступную альтернативу, требующую меньше ручного труда и позволяющую создавать более сложные конструкции. Однако из-за ограничений по материалам и технологическому процессу напечатанные мягкие захваты часто имеют высокую жесткость и содержат большое количество утечек, что ограничивает их применение.

Исследователи из Калифорнийского университета в Сан-Диего представили подход к разработке и изготовлению мягких герметичных пневматических робототехнических устройств с использованием технологии FFF для одновременной печати исполнительных механизмов со встроенными компонентами жидкостного управления.

Для демонстриции своего подхода они напечатали актуаторы на порядок более мягкие, чем те, которые ранее изготавливались с использованием FFF, и способные изгибаться, образуя полную окружность. Также они напечатали пневматические клапаны, которые управляют воздушным потоком высокого давления с помощью низкого управляющего давления. Объединив исполнительные механизмы и клапаны, они продемонстрировали монолитно напечатанный автономный захват без электроники. При подключении к постоянному источнику давления воздуха захват автономно обнаруживал и захватывал объект, а при обнаружении силы, обусловленной весом объекта, действующей перпендикулярно захвату, отпускал его.

"Мы спроектировали функции таким образом, чтобы серия клапанов позволяла захвату как захватывать при контакте, так и отпускать в нужный момент, - говорит Ичен Чжай, постдокторант лаборатории биоинспирированной робототехники и дизайна Калифорнийского университета в Сан-Диего и ведущий автор статьи, опубликованной в номере журнала Science Robotics от 21 июня. - Впервые такой захват может и захватывать, и отпускать. Для этого достаточно повернуть захват в горизонтальное положение. Это приводит к изменению потока воздуха в клапанах, в результате чего два пальца захвата разжимаются".

Такая логика работы позволяет роботу запоминать, когда он захватил предмет и удерживает его. Когда он обнаруживает, что вес предмета давит в сторону при вращении до горизонтального положения, он отпускает предмет.

В рамках своей работы команда разработала новый метод 3D-печати, при котором сопло принтера проходит непрерывную траекторию по всему паттерну каждого напечатанного слоя.

"Это все равно что рисовать картину, не отрывая карандаша от страницы", - сказал Майкл Т. Толли, старший автор статьи и доцент Инженерной школы Джейкобса при Университете Сан-Диего.

Этот метод снижает вероятность появления утечек и дефектов в напечатанном изделии, которые часто возникают при печати мягкими материалами.

Новый метод также позволяет печатать тонкие стенки толщиной до 0,5 миллиметра. Тонкие стенки и сложные изогнутые формы позволяют увеличить диапазон деформации, что в целом приводит к созданию более мягкой структуры. В основе метода лежит эйлерова траектория, которая в теории графов представляет собой путь в графе, касающийся каждого ребра графа один и только один раз.