ソフトロボティクス用アクチュエータのための堅牢なシリコーン注型とセンサー埋め込み手順
本論文では、二成分シリコーン注型を用いたソフト空気圧アクチュエータの堅牢で再現可能かつスケーラブルな製造手順を紹介する。内部空洞の詰まり防止と気密シールの確保、薄膜フレックスセンサーの堅牢な埋め込み手順を含む。有限要素モデリング、PID圧力制御による空気圧実験、自動画像処理によるセンサー校正によりアクチュエータ性能を検証。階段状および正弦波駆動実験で高い再現性と低いヒステリシスを示し、2人の作業者による24回の成功製造で検証された。
ソフトロボットは、リハビリテーションや手術など、環境との適応的で安全な相互作用が必要な用途に適している。しかし、再現可能でスケーラブルな製造の課題が実世界での展開を制限している。様々な製造方法が導入されているが、多くは労働集約的で人為的ミスが発生しやすい。そのため、従来の二成分注型は魅力的な選択肢であり続けている。
本論文では、二成分シリコーン注型を用いたソフト空気圧アクチュエータの堅牢で再現可能かつスケーラブルな製造手順を提示する。提案手法は、内部空洞の詰まりを防ぎ、気密シールを確実にする。さらに、薄膜フレックスセンサーの堅牢な埋め込み手順を提供し、正確で再現可能なデータ取得を可能にする。このセンサー埋め込みは、アクチュエータの曲げ角度をリアルタイムで測定するために重要である。
ソフトアクチュエータの有限要素モデリング（FEM）を実施し、内圧負荷による応力と変形を解析した。PID圧力制御による空気圧駆動実験を行い、自動画像処理を用いて埋め込みフレックスセンサーを曲げ角度測定に校正した。階段状および正弦波プロファイルの駆動実験により、作製したアクチュエータの性能を検証した。階段状入力に対する角度応答実験は再現可能な性能を示し、正弦波入力ではソフトアクチュエータの空気圧駆動に対する粘弾性応答と一致するわずかなヒステリシスが見られた。シミュレーションと実世界の曲げ角度は同等の応答を示し、モデルの妥当性が確認された。
これらの手法は、2人の作業者による24回の成功製造、ベンチマークシミュレーション、実験的試験を通じて検証された再現可能で堅牢な製造手順を提供する。これらのベンチマークは、ソフトロボティクスのより広範な採用を可能にし、異なる研究グループ間での比較や協力を促進するだろう。