流體電路軟機(jī)器人
關(guān)注創(chuàng)建者：南極熊3D打印 創(chuàng)建時(shí)間：2021-07-19
流體電路軟機(jī)器人的視頻教程
流體機(jī)械之管道清洗機(jī)器人工作模擬
1掌握管道清洗機(jī)器人的工作原理 2掌握管道清洗機(jī)器人二維模型的模擬方法 3掌握流體分析的分析流程及分析要點(diǎn) 4掌握FLuent多相流的設(shè)置方法 5掌握清洗流體在管道中空化現(xiàn)象的模擬方法 6掌握管道清洗機(jī)器人二維模型的模擬方法
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流體電路軟機(jī)器人的實(shí)例教程
導(dǎo)讀：提到機(jī)器人時(shí)，人們通常會(huì)想到許多類似星球大戰(zhàn)等電影中C-3PO之類的形象。但在過(guò)去10年里，軟機(jī)器人的概念出現(xiàn)了。這種機(jī)器人使用空氣或水等流體，以及柔軟、靈活的材料。與傳統(tǒng)硬機(jī)器人不同，軟機(jī)器人具有人機(jī)交互的安全性，還能進(jìn)行改造，例如抓住小巧物體或具有復(fù)雜幾何形狀之類的東西。
美國(guó)馬里蘭大學(xué)和加州大學(xué)伯克利分校、卡內(nèi)基梅隆大學(xué)學(xué)者利用PolyJet這種3D打印方法，在單次打印中制造包含完全集成流體電路的軟機(jī)器人。這種機(jī)器人利用新型3D流體電路元件（例如，流體二極管、“常閉”晶體管和具有幾何可調(diào)壓力增益功能的“常開(kāi)”晶體管）來(lái)響應(yīng)流體傳統(tǒng)電子信號(hào)，包括“直流 (DC)”、“交流(AC)”，還可以通過(guò)預(yù)編程（“可變電流”）進(jìn)行狀態(tài)調(diào)節(jié)。
△PolyJet 3D打印軟機(jī)器人系統(tǒng)，在單次打印中集成流體電路。( A ) 模塊化3D CAD模型和流體電路元件、流體互連、軟致動(dòng)器和結(jié)構(gòu)外殼的類似電子電路符號(hào)。（B）具有完全集成的流體振蕩器電路的統(tǒng)一軟機(jī)器人的CAD模型和相應(yīng)的模擬電路圖。(C ) 使用彈性（黑色）、剛性（白色）和水溶性支撐（黃色）材料多材料PolyJet 3D打印軟機(jī)器人的概念圖。( D ) PolyJet 3D打印過(guò)程的順序延時(shí)圖像。比例尺，5厘米。( E和F) 在去除支撐材料之前和之后(F) 具有集成流體電路 (E) 的統(tǒng)一多材料軟機(jī)器人的制造結(jié)果。比例尺，2厘米。圖片來(lái)源：Ruben Acevedo，馬里蘭大學(xué)帕克分校。
研究團(tuán)隊(duì)使用了Stratasys的PolyJet3D 打印機(jī)Objet500 Connex3，以及SolidWorks軟件建模所有流體回路元件、軟執(zhí)行器、端口和集成軟機(jī)器人系統(tǒng)。
展開(kāi) 【科研摘要】
為了提高機(jī)器人對(duì)周圍環(huán)境和人類的適應(yīng)性，對(duì)軟機(jī)器人進(jìn)行了研究，以實(shí)現(xiàn)更有效，更安全的協(xié)作和交互。為了提高機(jī)器人的適應(yīng)性，已經(jīng)通過(guò)實(shí)現(xiàn)不同的感測(cè)機(jī)制來(lái)積極地開(kāi)發(fā)軟傳感器，例如，檢測(cè)電特性[例如，電阻和電容]或光學(xué)特性[例如，光強(qiáng)度和波長(zhǎng)]?？梢酝ㄟ^(guò)組合不同類型的材料來(lái)制造這些軟傳感器，這些材料包括液體（例如，離子液體和液態(tài)金屬），納米材料（例如，碳納米管）和金或銀納米線]，導(dǎo)電織物以及光學(xué)或光電材料（例如， 光電二極管，發(fā)光二極管（LED）和波導(dǎo)]。它們?cè)跈z測(cè)機(jī)器人的部分或整個(gè)身體的不同類型的物理刺激中起著至關(guān)重要的作用，類似于生物學(xué)中的機(jī)械感受器或本體感受器。
類似于生物學(xué)中的機(jī)械感受器或本體感受器，軟傳感器在檢測(cè)機(jī)器人的部分或整個(gè)身體的不同類型的物理刺激中起著至關(guān)重要的作用。由于在有限的空間中組合多個(gè)傳感機(jī)構(gòu)的限制，當(dāng)前大多數(shù)具有緊湊形狀因數(shù)的軟傳感器一次只能檢測(cè)到一個(gè)變形模式。但是，在不增加其原始形狀系數(shù)的情況下在軟傳感器中實(shí)現(xiàn)多種模式是有益的，因?yàn)榧词箤?duì)機(jī)器人的單個(gè)輸入刺激也可能導(dǎo)致多種變形模式的組合。
【科研摘要】
最近，國(guó)立首爾大學(xué)Yong-Lae Park教授團(tuán)隊(duì)報(bào)告了一種多功能的軟傳感器，該傳感器能夠以緊湊的形式將拉伸，彎曲和壓縮的組合變形模式解耦，以及檢測(cè)單個(gè)變形模式。相關(guān)論文Heterogeneous sensing in a multifunctional soft sensor for human-robot interfaces發(fā)表在《Science Robotics》上。提出的傳感器的關(guān)鍵使能設(shè)計(jì)功能是異類傳感機(jī)制的組合：光學(xué)，微流體和壓阻傳感。通過(guò)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的閾值評(píng)估算法和基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，來(lái)表征變形模式的檢測(cè)和解耦性能。
展開(kāi) 在完整的設(shè)備級(jí)別開(kāi)發(fā)人工偽裝仍然是一項(xiàng)極具挑戰(zhàn)性的任務(wù)，特別是在通過(guò)高分辨率偽裝圖案實(shí)現(xiàn)更先進(jìn)和更自然的偽裝特性的目標(biāo)下。最近，
漢陽(yáng)大學(xué)
Sukjoon Hong
教授
和首爾國(guó)立大學(xué)
Seung Hwan Ko
教授
團(tuán)隊(duì)
的策略是
將熱致變色液晶層與垂直堆疊的、圖案化的銀納米線加熱器集成在多層結(jié)構(gòu)中，以通過(guò)疊加加熱器引起的溫度分布來(lái)克服傳統(tǒng)橫向像素化方案的局限性。
圖
1：能夠生成具有 RGB 著色的多種皮膚圖案的多層 ATACS。a
）
多層 ATACS 的數(shù)字圖像及其帶有垂直堆疊圖案加熱器層的底部圖像。
b
）
多層 ATACS 的配置：TLC 涂覆在黑色墨水層上。Ag NWs 滲透網(wǎng)絡(luò)加熱器堆疊在 cPI 薄膜上，并通過(guò)紫外激光燒蝕工藝進(jìn)行圖案化。
c
）
Ag NW 加熱器通過(guò)焦耳加熱機(jī)制產(chǎn)生熱量。
d
）
其銀的 EDS 圖像橫截面的 SEM 圖像。比例尺為 5
μ
m。
e
）
CIE 1931 ATACS 色度圖及其在 25.5、28 和 36 °C 下的實(shí)際圖像。
f
）
ATACS 的著色性能取決于各種直流電壓。
g
）
具有 7 個(gè)多層高度靈活 ATACS 貼片的變色龍模型。
h
）
在變色龍模型上演示多層 ATACT 補(bǔ)丁。
插圖是一個(gè)真正的變色龍，全彩。
同時(shí)，
該研究利用銀納米線網(wǎng)絡(luò)的溫度依賴性電阻作為主動(dòng)控制系統(tǒng)的過(guò)程變量，解決了熱致變色偽裝方案的弱點(diǎn)
。結(jié)合主動(dòng)控制系統(tǒng)和傳感單元，完整的設(shè)備變色龍模型成功地檢索到局部背景顏色，并將其表面顏色與自然過(guò)渡特征瞬間匹配，成為下一代人工偽裝的有力選擇。
展開(kāi) 摘要
軟機(jī)器人容易因動(dòng)態(tài)環(huán)境中發(fā)生的物理?yè)p壞而過(guò)早失效。為了解決這個(gè)問(wèn)題，
新加坡南洋理工大學(xué)
Pooi See Lee
教授
團(tuán)隊(duì)
報(bào)告了一種具有高韌性、室溫自愈性和強(qiáng)粘附性的彈性體，可以防止軟機(jī)器人損壞和恢復(fù)。通過(guò)使
用脲基
-4[1H]-嘧啶酮 (UPy) 和羧基的分級(jí)氫鍵對(duì)聚氨酯
進(jìn)行功能化，可以獲得高韌性 (74.85 MJ m
-3
)、拉伸強(qiáng)度 (9.44 MPa) 和應(yīng)變 (2340%)。
此外，室溫下溶劑輔助自修復(fù)能夠在 12 小時(shí)內(nèi)保持高韌性 (41.74 MJ m
-3
)、拉伸強(qiáng)度 (5.57 MPa) 和應(yīng)變 (1865%)。該彈性體具有高介電常數(shù) (≈9)
，有利于其用作軟機(jī)器人的自修復(fù)介電彈性體致動(dòng)器
(DEA)。在機(jī)械和電自愈后分別顯示 ≈31.4% 和 ≈19.3% 的高面積應(yīng)變，實(shí)現(xiàn)了性能最佳的自愈 DEA。憑借豐富的氫鍵，無(wú)需額外固化或加熱即可實(shí)現(xiàn)高粘合強(qiáng)度。具有
驅(qū)動(dòng)和粘合特性，實(shí)現(xiàn)了用于組裝堅(jiān)固軟機(jī)器人的“粘貼”策略，允許軟機(jī)器人組件在嚴(yán)重?fù)p壞時(shí)輕松重新組裝或更換
。這項(xiàng)研究突出了具有極端堅(jiān)固性的軟機(jī)器人在不同操作條件下的潛力。
相關(guān)論文以題為
Rugged Soft Robots using Tough, Stretchable, and Self-Healable Adhesive Elastomers
發(fā)表在《
Advanced
Functional
Materials
》上。
主圖
材料特性
圖1
UPy-CPU 的分子結(jié)構(gòu)和材料表征。
a) UPy-CPU 的化學(xué)結(jié)構(gòu)。
展開(kāi) 與這些國(guó)家的勞動(dòng)力成本一對(duì)比，機(jī)器人的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)就微乎其微了，企業(yè)完全可以通過(guò)遷移工廠的形式，來(lái)充分利用這段時(shí)間的廉價(jià)勞動(dòng)力，待機(jī)器人技術(shù)更為成熟、價(jià)格更為低廉之后再進(jìn)行應(yīng)用。
除了在成本上競(jìng)爭(zhēng)不過(guò)發(fā)展中國(guó)家的勞動(dòng)力之外，縫紉機(jī)器人自身技術(shù)發(fā)展的不足，也成為其在當(dāng)下難以被大規(guī)模商用的又一原因。
最明顯的例子就是縫紉機(jī)器人的“怕軟欺硬”，在對(duì)面料的處理上，機(jī)器人雖然能夠輕松縫紉堅(jiān)硬的材質(zhì)，但面對(duì)一些柔軟的面料就很難處理，不管是承擔(dān)衣料運(yùn)輸還是衣片縫制，都存在抓取和精準(zhǔn)輸送等問(wèn)題。
針對(duì)這一世界性難題，在抓取上各國(guó)雖然已經(jīng)推出了諸如面料工藝固化法、真空吸附法、靜電吸附法、機(jī)械微鉗法、仿真人手法等，但面對(duì)精準(zhǔn)輸送依然還在研發(fā)克服階段。因此，只要抓取和輸送過(guò)程中柔軟面料的處理問(wèn)題沒(méi)有解決，縫紉機(jī)器人就很難得到商用普及。
智能化成未來(lái)重要趨勢(shì)
當(dāng)然，機(jī)器人作為新的生產(chǎn)方式，其未來(lái)的價(jià)值始終擺在那里，靠著對(duì)人工的代替，不久的將來(lái)可能會(huì)出現(xiàn)縫紉機(jī)器人制作大眾消費(fèi)品，人工勞動(dòng)力只生產(chǎn)高檔奢侈品的局面。
而要讓這個(gè)畫面變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，機(jī)器人還需要朝著智能化的發(fā)展趨勢(shì)不斷前進(jìn)。在現(xiàn)有基礎(chǔ)上，縫紉機(jī)器人需要綜合運(yùn)用人工智能、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等多種技術(shù)，推動(dòng)自身的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、云端化和智能化發(fā)展。
不僅僅只是體現(xiàn)自身生產(chǎn)設(shè)備的自動(dòng)化，還要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)流的自動(dòng)化，通過(guò)與物聯(lián)網(wǎng)相連組成模塊化的系統(tǒng)，將生產(chǎn)、追溯、信息交互和傳輸統(tǒng)統(tǒng)納入，以實(shí)現(xiàn)物與物、人與物之間實(shí)時(shí)的信息交換和通訊，以達(dá)到智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的生產(chǎn)目的。
同時(shí)，還要賦予縫紉機(jī)器人機(jī)器學(xué)習(xí)能力，讓其能夠在人工智能的加持下，通過(guò)實(shí)踐學(xué)習(xí)來(lái)滿足不同生產(chǎn)需求，并通過(guò)智能化水平的提高增強(qiáng)與人的交互能力，從單純的生產(chǎn)機(jī)器變成與人協(xié)作、助人生產(chǎn)的好幫手。
展開(kāi) 
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流體電路軟機(jī)器人的最新內(nèi)容
在傳統(tǒng)分類中，軟機(jī)器人以機(jī)械柔順性為主要區(qū)別因素，與由剛性材料制成的傳統(tǒng)機(jī)器人不同。功能性軟材料的最新進(jìn)展促進(jìn)了新型軟機(jī)器人的出現(xiàn)，
該機(jī)器人能夠響應(yīng)外部刺激（如熱、光、溶劑或電場(chǎng)或磁場(chǎng)）進(jìn)行無(wú)系繩驅(qū)動(dòng)。
在各類刺激響應(yīng)材料中，磁性軟材料在設(shè)計(jì)和制造方面取得了顯著進(jìn)展，導(dǎo)致磁性軟機(jī)器人的發(fā)展具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)和許多重要應(yīng)用的潛力。然而，
在完整的設(shè)備級(jí)別開(kāi)發(fā)人工偽裝仍然是一項(xiàng)極具挑戰(zhàn)性的任務(wù)，特別是在通過(guò)高分辨率偽裝圖案實(shí)現(xiàn)更先進(jìn)和更自然的偽裝特性的目標(biāo)下。最近，
漢陽(yáng)大學(xué)
Sukjoon Hong
教授
和首爾國(guó)立大學(xué)
Seung Hwan Ko
教授
團(tuán)隊(duì)
的策略是
將熱致變色液晶層與垂直堆疊的、圖案化的銀納米線加熱器集成在多層結(jié)構(gòu)中，以通過(guò)疊加加熱器引起的溫度分布來(lái)克服傳統(tǒng)橫向像素化方案的局限性
受到仿生學(xué)的啟發(fā)，團(tuán)隊(duì)以烏龜為模本制造了3種具有不同集成流體電路的軟機(jī)器人，并對(duì)它們的操作性能進(jìn)行研究。
摘要
軟機(jī)器人容易因動(dòng)態(tài)環(huán)境中發(fā)生的物理?yè)p壞而過(guò)早失效。為了解決這個(gè)問(wèn)題，
新加坡南洋理工大學(xué)
Pooi See Lee
教授
團(tuán)隊(duì)
報(bào)告了一種具有高韌性、室溫自愈性和強(qiáng)粘附性的彈性體，可以防止軟機(jī)器人損壞和恢復(fù)。通過(guò)使
用脲基
-4[1H]-嘧啶酮 (UPy) 和羧基的分級(jí)氫鍵對(duì)聚氨酯
進(jìn)行功能化，可以獲得高韌性 (74.85 MJ m
-3
)、拉伸強(qiáng)度
【科研摘要】
由于其機(jī)械順應(yīng)性和損傷恢復(fù)能力，已經(jīng)深入探索了用于軟機(jī)器人應(yīng)用的本質(zhì)自修復(fù)可拉伸聚合物。然而，它們?cè)诂F(xiàn)實(shí)世界機(jī)器人應(yīng)用中的普遍使用目前受到各種限制的阻礙，例如機(jī)械強(qiáng)度低、愈合時(shí)間長(zhǎng)和外部能量輸入要求。
最近，
新加坡國(guó)立大學(xué)
Ghim Wei Ho
教授
團(tuán)隊(duì)
介紹了一種具有豐富
可逆鍵
的分層
動(dòng)態(tài)聚合物
【科研摘要】
對(duì)于生物相關(guān)應(yīng)用中的軟機(jī)器人，傳感器和控制器，非常需要生物相容性和可生物降解材料制成的拉伸和扭轉(zhuǎn)人造肌肉。
扭曲的纖維可用于制備拉伸和扭曲的人造肌肉，而始終需要扭曲束縛，以避免釋放插入的扭曲，這增加了設(shè)備設(shè)計(jì)的復(fù)雜性。此外，還沒(méi)有實(shí)現(xiàn)對(duì)扭曲的纖維人造肌肉的可逆性的調(diào)節(jié)。最近，
南開(kāi)大學(xué)
劉遵峰教授
團(tuán)隊(duì)
通過(guò)二硫鍵交聯(lián)用來(lái)制備新型的無(wú)捻的毛發(fā)纖維中無(wú)束縛的吸濕性拉伸和扭轉(zhuǎn)纖維人造肌肉
【科研摘要】
為了提高機(jī)器人對(duì)周圍環(huán)境和人類的適應(yīng)性，對(duì)軟機(jī)器人進(jìn)行了研究，以實(shí)現(xiàn)更有效，更安全的協(xié)作和交互。為了提高機(jī)器人的適應(yīng)性，已經(jīng)通過(guò)實(shí)現(xiàn)不同的感測(cè)機(jī)制來(lái)積極地開(kāi)發(fā)軟傳感器，例如，檢測(cè)電特性[例如，電阻和電容]或光學(xué)特性[例如，光強(qiáng)度和波長(zhǎng)]?？梢酝ㄟ^(guò)組合不同類型的材料來(lái)制造這些軟傳感器，這些材料包括液體（例如，離子液體和液態(tài)金屬），納米材料（例如，碳納米管）和金或銀納米線
近年來(lái)，人力成本的提升給服裝縫紉行業(yè)帶來(lái)了沖擊，為解決用工需求與用工成本的矛盾，縫紉機(jī)器人的出現(xiàn)帶來(lái)了新的生產(chǎn)方式。
從養(yǎng)蠶栽棉到紡紗織布，從穿針引線到縫衣置服，我國(guó)的服裝制造業(yè)不僅歷史悠久，且在不斷發(fā)展與革新。以最終的縫紉環(huán)節(jié)來(lái)說(shuō)，在古代已有女紅刺繡、手工針縫出現(xiàn)；近代以來(lái)，縫紉機(jī)的應(yīng)用極大地解放了手工縫制的生產(chǎn)力；如今進(jìn)入智能化新時(shí)代，縫紉方式更是在半自動(dòng)的基礎(chǔ)上獲得了進(jìn)一步的提升
