軟體機器人致動器的穩健硅膠澆注鑄造與傳感器嵌入流程
本文提出了一套基於雙組分硅膠澆注鑄造的軟氣動致動器穩健製造流程，解決了內部腔體堵塞和氣密性問題，並開發了薄膜柔性傳感器的嵌入方法。通過有限元分析、PID壓力控制實驗以及自動圖像處理校準，驗證了致動器性能。階梯波和正弦波驅動實驗表明其具有高重複性和低滯後，且經過兩位操作者24次成功製造驗證，為軟體機器人的規模化應用提供了可靠基礎。
軟體機器人因其適應性和安全性，在康復和手術等需要與環境靈活交互的應用中展現出巨大潛力。然而，可重複和可擴展的製造難題限制了其實用部署。儘管已有多種製造方法，但許多方法勞動密集且易出錯，因此傳統的雙組分澆注鑄造仍是具有吸引力的選項。
本研究提出了一套用於軟氣動致動器的穩健、可重複且可擴展的製造流程，基於雙組分硅膠澆注鑄造。該流程通過優化澆注工藝，有效防止內部腔體在鑄造過程中堵塞，並確保致動器的氣密密封。此外，研究團隊還開發了一種薄膜柔性傳感器的穩健嵌入方法，使傳感器能夠準確且可重複地獲取彎曲角度數據，這對於閉環控制至關重要。
為了評估致動器的性能，研究者運用有限元建模（FEM）分析內部壓力載荷下的應力和變形，並搭建了帶有PID壓力控制的氣動實驗平台。通過自動圖像處理技術，對嵌入式柔性傳感器進行彎曲角度標定。進一步地，階梯波和正弦波驅動實驗表明，致動器在階梯輸入下表現出高度可重複的角度響應，而在正弦輸入中僅出現與軟體材料粘彈性特性相符的微小滯後。仿真結果與實際彎曲角度吻合良好，驗證了模型的準確性。
該製造流程在兩位操作者手中經過24次成功製造驗證，證明其具有高度的重複性和魯棒性。結合基準仿真和實驗測試，這些方法為軟體機器人領域提供了一套可靠的製造標準，有望推動軟體機器人技術的更廣泛應用。此外，該流程的開放性和標準化將促進不同研究團隊之間的成果比較與協作。