Ứng dụng vật liệu TPU trong robot hình người

TPU (Polyurethane nhiệt dẻo)có những đặc tính nổi bật như tính linh hoạt, độ đàn hồi và khả năng chống mài mòn, khiến nó được sử dụng rộng rãi trong các thành phần quan trọng của robot hình người như vỏ ngoài, tay robot và cảm biến xúc giác. Dưới đây là các tài liệu tiếng Anh chi tiết được chọn lọc từ các bài báo học thuật và báo cáo kỹ thuật có uy tín: 1. **Thiết kế và Phát triển Tay Robot Hình người sử dụngVật liệu TPUTóm tắt: Bài báo này trình bày các phương pháp giải quyết sự phức tạp của một bàn tay robot hình người. Robot học hiện là lĩnh vực phát triển nhất và luôn có ý định mô phỏng các thao tác và hành vi giống con người. Bàn tay hình người là một trong những phương pháp để bắt chước các thao tác giống con người. Trong bài báo này, ý tưởng phát triển một bàn tay hình người với 15 bậc tự do và 5 bộ truyền động đã được trình bày chi tiết, cũng như thiết kế cơ khí, hệ thống điều khiển, cấu tạo và các đặc điểm của bàn tay robot đã được thảo luận. Bàn tay có hình dáng giống người và cũng có thể thực hiện các chức năng giống con người, ví dụ như cầm nắm và thể hiện cử chỉ tay. Kết quả cho thấy bàn tay được thiết kế nguyên khối và không cần bất kỳ loại lắp ráp nào, đồng thời thể hiện khả năng nâng vật nặng tuyệt vời, vì nó được làm bằng polyurethane nhiệt dẻo linh hoạt.Vật liệu (TPU)và độ đàn hồi của nó cũng đảm bảo rằng bàn tay an toàn khi tương tác với con người. Bàn tay này có thể được sử dụng trong robot hình người cũng như bàn tay giả. Số lượng bộ truyền động hạn chế giúp việc điều khiển đơn giản hơn và bàn tay nhẹ hơn. 2. **Sửa đổi bề mặt polyurethane nhiệt dẻo để tạo ra bộ kẹp robot mềm bằng phương pháp in bốn chiều** > Một trong những hướng phát triển của sản xuất bồi đắp gradient chức năng là tạo ra các cấu trúc in bốn chiều (4D) để kẹp robot mềm, đạt được bằng cách kết hợp in 3D mô hình lắng đọng nóng chảy với các bộ truyền động hydrogel mềm. Công trình này đề xuất một cách tiếp cận khái niệm để tạo ra một bộ kẹp robot mềm độc lập năng lượng, bao gồm một chất nền giữ được in 3D đã được sửa đổi làm từ polyurethane nhiệt dẻo (TPU) và một bộ truyền động dựa trên hydrogel gelatin, cho phép biến dạng hút ẩm được lập trình mà không cần sử dụng các cấu trúc cơ khí phức tạp. > > Việc sử dụng hydrogel gốc gelatin 20% mang lại chức năng mô phỏng sinh học robot mềm cho cấu trúc và chịu trách nhiệm cho chức năng cơ học phản ứng thông minh với kích thích của vật thể được in bằng cách phản ứng với quá trình trương nở trong môi trường chất lỏng. Việc chức năng hóa bề mặt có mục tiêu của polyurethane nhiệt dẻo trong môi trường argon-oxy trong 90 giây, ở công suất 100 W và áp suất 26,7 Pa, tạo điều kiện thuận lợi cho những thay đổi trong cấu trúc vi mô của nó, do đó cải thiện độ bám dính và độ ổn định của gelatin trương nở trên bề mặt của nó. > > Khái niệm được hiện thực hóa về việc tạo ra các cấu trúc lược sinh học tương thích được in 4D để kẹp robot mềm dưới nước ở kích thước vĩ mô có thể cung cấp khả năng kẹp cục bộ không xâm lấn, vận chuyển các vật thể nhỏ và giải phóng các chất hoạt tính sinh học khi trương nở trong nước. Do đó, sản phẩm thu được có thể được sử dụng như một bộ truyền động mô phỏng sinh học tự cấp nguồn, một hệ thống đóng gói hoặc robot mềm. 3. **Đặc điểm của các bộ phận bên ngoài cho cánh tay robot hình người được in 3D với các kiểu dáng và độ dày khác nhau** > Với sự phát triển của robot hình người, cần có các bộ phận bên ngoài mềm hơn để tương tác giữa người và robot tốt hơn. Cấu trúc auxetic trong vật liệu meta là một phương pháp đầy hứa hẹn để tạo ra lớp vỏ mềm mại bên ngoài. Những cấu trúc này có các đặc tính cơ học độc đáo. In 3D, đặc biệt là phương pháp chế tạo sợi nóng chảy (FFF), được sử dụng rộng rãi để tạo ra các cấu trúc như vậy. Polyurethane nhiệt dẻo (TPU) thường được sử dụng trong FFF do tính đàn hồi tốt của nó. Nghiên cứu này nhằm mục đích phát triển một lớp vỏ mềm mại bên ngoài cho robot hình người Alice III bằng cách sử dụng in 3D FFF với sợi TPU có độ cứng Shore 95A. > > Nghiên cứu đã sử dụng sợi TPU màu trắng với máy in 3D để chế tạo cánh tay robot hình người bằng phương pháp in 3D. Cánh tay robot được chia thành phần cẳng tay và phần cánh tay trên. Các kiểu mẫu khác nhau (đặc và lõm) và độ dày khác nhau (1, 2 và 4 mm) đã được áp dụng cho các mẫu. Sau khi in, các thử nghiệm uốn, kéo và nén đã được tiến hành để phân tích các đặc tính cơ học. Kết quả xác nhận rằng cấu trúc lõm dễ dàng uốn cong theo đường cong uốn và yêu cầu ít ứng suất hơn. Trong các thử nghiệm nén, cấu trúc lõm có khả năng chịu tải tốt hơn so với cấu trúc đặc. > > Sau khi phân tích cả ba độ dày, người ta đã xác nhận rằng cấu trúc lõm với độ dày 2 mm có đặc tính tuyệt vời về độ uốn, độ kéo và độ nén. Do đó, kiểu mẫu lõm với độ dày 2 mm phù hợp hơn để chế tạo cánh tay robot hình người in 3D. 4. **Những miếng đệm “da mềm” TPU in 3D này mang lại cho robot khả năng cảm nhận xúc giác nhạy bén với chi phí thấp** > Các nhà nghiên cứu từ Đại học Illinois Urbana-Champaign đã tìm ra một cách tiết kiệm chi phí để mang lại cho robot khả năng cảm nhận xúc giác giống con người: các miếng đệm da mềm in 3D hoạt động như các cảm biến áp suất cơ học. > > Các cảm biến xúc giác robot thường chứa các mảng điện tử rất phức tạp và khá đắt tiền, nhưng chúng tôi đã chứng minh rằng các giải pháp thay thế bền bỉ, chức năng có thể được tạo ra với chi phí rất thấp. Hơn nữa, vì chỉ cần lập trình lại máy in 3D, kỹ thuật tương tự có thể dễ dàng tùy chỉnh cho các hệ thống robot khác nhau. Phần cứng robot có thể tạo ra lực và mô-men xoắn lớn, vì vậy cần phải đảm bảo an toàn nếu muốn tương tác trực tiếp với con người hoặc sử dụng trong môi trường có người. Người ta kỳ vọng rằng lớp da mềm sẽ đóng vai trò quan trọng trong vấn đề này vì nó có thể được sử dụng cho cả việc tuân thủ các quy định an toàn cơ học và cảm nhận xúc giác. > > Cảm biến của nhóm được chế tạo bằng cách sử dụng các miếng đệm được in từ polyurethane nhiệt dẻo (TPU) trên máy in 3D Raise3D E2 có sẵn trên thị trường. Lớp ngoài mềm bao phủ một phần rỗng bên trong, và khi lớp ngoài bị nén, áp suất không khí bên trong sẽ thay đổi tương ứng — cho phép cảm biến áp suất Honeywell ABP DANT 005 được kết nối với bộ vi điều khiển Teensy 4.0 phát hiện rung động, chạm và áp suất tăng dần. Hãy tưởng tượng bạn muốn sử dụng robot có lớp da mềm để hỗ trợ trong môi trường bệnh viện. Chúng sẽ cần được khử trùng thường xuyên, hoặc lớp da sẽ cần được thay thế thường xuyên. Dù bằng cách nào, chi phí cũng rất lớn. Tuy nhiên, in 3D là một quy trình có khả năng mở rộng rất cao, vì vậy các bộ phận có thể thay thế được có thể được sản xuất với chi phí thấp và dễ dàng gắn vào và tháo ra khỏi thân robot. 5. **Sản xuất bồi đắp lưới khí nén TPU làm bộ truyền động robot mềm** > Trong bài báo này, việc sản xuất bồi đắp (AM) polyurethane nhiệt dẻo (TPU) được nghiên cứu trong bối cảnh ứng dụng của nó như các thành phần robot mềm. So với các vật liệu đàn hồi AM khác, TPU thể hiện các đặc tính cơ học vượt trội về độ bền và biến dạng. Bằng phương pháp thiêu kết laser chọn lọc, các bộ truyền động uốn khí nén (lưới khí nén) được in 3D như một nghiên cứu trường hợp robot mềm và được đánh giá thực nghiệm về độ lệch theo áp suất bên trong. Sự rò rỉ do độ kín khí được quan sát như một hàm của độ dày thành tối thiểu của bộ truyền động. > > Để mô tả hành vi của robot mềm, các mô tả vật liệu siêu đàn hồi cần được kết hợp trong các mô hình biến dạng hình học, có thể là - ví dụ - phân tích hoặc số học. Bài báo này nghiên cứu các mô hình khác nhau để mô tả hành vi uốn của bộ truyền động robot mềm. Các thử nghiệm vật liệu cơ học được áp dụng để tham số hóa một mô hình vật liệu siêu đàn hồi để mô tả polyurethane nhiệt dẻo được sản xuất bằng phương pháp bồi đắp. > > Một mô phỏng số dựa trên phương pháp phần tử hữu hạn được tham số hóa để mô tả sự biến dạng của bộ truyền động và được so sánh với một mô hình phân tích được công bố gần đây cho bộ truyền động đó. Cả hai dự đoán của mô hình đều được so sánh với kết quả thực nghiệm của bộ truyền động robot mềm. Trong khi mô hình phân tích đạt được độ lệch lớn hơn, mô phỏng số dự đoán góc uốn với độ lệch trung bình là 9°, mặc dù quá trình tính toán mô phỏng số mất thời gian lâu hơn đáng kể. Trong môi trường sản xuất tự động, robot mềm có thể bổ sung cho sự chuyển đổi của các hệ thống sản xuất cứng nhắc sang sản xuất linh hoạt và thông minh.