TPU (Θερμοπλαστική Πολυουρεθάνη)έχει εξαιρετικές ιδιότητες όπως ευκαμψία, ελαστικότητα και αντοχή στη φθορά, καθιστώντας το ευρέως χρησιμοποιούμενο σε βασικά εξαρτήματα ανθρωποειδών ρομπότ, όπως εξωτερικά καλύμματα, ρομποτικά χέρια και αισθητήρες αφής. Παρακάτω παρατίθενται λεπτομερή αγγλικά υλικά που έχουν ταξινομηθεί από έγκυρες ακαδημαϊκές εργασίες και τεχνικές αναφορές: 1. **Σχεδιασμός και Ανάπτυξη ενός Ανθρωπομορφικού Ρομποτικού Χεριού ΧρησιμοποιώνταςΥλικό TPU** > **Περίληψη**: Η παρούσα εργασία προσεγγίζει την επίλυση της πολυπλοκότητας ενός ανθρωπομορφικού ρομποτικού χεριού. Η ρομποτική είναι πλέον ο πιο προοδευτικός τομέας και πάντα υπήρχε η πρόθεση να μιμηθεί την ανθρώπινη ενεργοποίηση και συμπεριφορά. Ένα ανθρωπομορφικό χέρι είναι μια από τις προσεγγίσεις για την μίμηση ανθρώπινων λειτουργιών. Σε αυτή την εργασία, αναλύεται η ιδέα της ανάπτυξης ενός ανθρωπομορφικού χεριού με 15 βαθμούς ελευθερίας και 5 ενεργοποιητές, καθώς και ο μηχανικός σχεδιασμός, το σύστημα ελέγχου, η σύνθεση και οι ιδιαιτερότητες του ρομποτικού χεριού. Το χέρι έχει ανθρωπομορφική εμφάνιση και μπορεί επίσης να εκτελέσει ανθρώπινες λειτουργίες, για παράδειγμα, λαβή και αναπαράσταση χειρονομιών. Τα αποτελέσματα αποκαλύπτουν ότι το χέρι έχει σχεδιαστεί ως ένα ενιαίο μέρος και δεν χρειάζεται κανενός είδους συναρμολόγηση και παρουσιάζει εξαιρετική ικανότητα ανύψωσης βάρους, καθώς είναι κατασκευασμένο από εύκαμπτη θερμοπλαστική πολυουρεθάνη.(TPU) υλικό, και η ελαστικότητά του διασφαλίζει επίσης ότι το χέρι είναι ασφαλές για αλληλεπίδραση με ανθρώπους. Αυτό το χέρι μπορεί να χρησιμοποιηθεί τόσο σε ένα ανθρωποειδές ρομπότ όσο και σε ένα προσθετικό χέρι. Ο περιορισμένος αριθμός ενεργοποιητών καθιστά τον έλεγχο απλούστερο και το χέρι ελαφρύτερο. 2. **Τροποποίηση μιας θερμοπλαστικής επιφάνειας πολυουρεθάνης για τη δημιουργία μιας μαλακής ρομποτικής λαβής χρησιμοποιώντας μια τετραδιάστατη μέθοδο εκτύπωσης** > Μία από τις οδούς για την ανάπτυξη της λειτουργικής προσθετικής κατασκευής με κλίση είναι η δημιουργία τετραδιάστατων (4D) εκτυπωμένων δομών για μαλακή ρομποτική λαβή, που επιτυγχάνεται συνδυάζοντας την τρισδιάστατη εκτύπωση μοντελοποίησης με εναπόθεση σύντηξης με ενεργοποιητές μαλακής υδρογέλης. Αυτή η εργασία προτείνει μια εννοιολογική προσέγγιση για τη δημιουργία μιας ενεργειακά ανεξάρτητης μαλακής ρομποτικής λαβής, που αποτελείται από ένα τροποποιημένο τρισδιάστατα εκτυπωμένο υπόστρωμα συγκράτησης κατασκευασμένο από θερμοπλαστική πολυουρεθάνη (TPU) και έναν ενεργοποιητή που βασίζεται σε υδρογέλη ζελατίνης, επιτρέποντας προγραμματισμένη υγροσκοπική παραμόρφωση χωρίς τη χρήση πολύπλοκων μηχανικών κατασκευών. > > Η χρήση υδρογέλης με βάση τη ζελατίνη 20% προσδίδει στη δομή μαλακή ρομποτική βιομιμητική λειτουργικότητα και είναι υπεύθυνη για την ευφυή μηχανική λειτουργικότητα που ανταποκρίνεται στα ερεθίσματα του τυπωμένου αντικειμένου, ανταποκρινόμενη σε διεργασίες διόγκωσης σε υγρά περιβάλλοντα. Η στοχευμένη επιφανειακή λειτουργικοποίηση θερμοπλαστικής πολυουρεθάνης σε περιβάλλον αργού-οξυγόνου για 90 δευτερόλεπτα, με ισχύ 100 w και πίεση 26,7 pa, διευκολύνει τις αλλαγές στο μικροανάγλυφό της, βελτιώνοντας έτσι την πρόσφυση και τη σταθερότητα της διογκωμένης ζελατίνης στην επιφάνειά της. > > Η υλοποιημένη ιδέα της δημιουργίας 4D εκτυπωμένων βιοσυμβατών δομών χτένας για μακροσκοπική υποβρύχια μαλακή ρομποτική λαβή μπορεί να παρέχει μη επεμβατική τοπική λαβή, να μεταφέρει μικρά αντικείμενα και να απελευθερώνει βιοδραστικές ουσίες κατά τη διόγκωση στο νερό. Το προϊόν που προκύπτει μπορεί επομένως να χρησιμοποιηθεί ως αυτοτροφοδοτούμενος βιομιμητικός ενεργοποιητής, σύστημα ενθυλάκωσης ή μαλακή ρομποτική. 3. **Χαρακτηρισμός εξωτερικών μερών για τρισδιάστατα εκτυπωμένο ανθρωποειδές βραχίονα ρομπότ με διάφορα σχέδια και πάχη** > Με την ανάπτυξη της ανθρωποειδούς ρομποτικής, απαιτούνται μαλακότερα εξωτερικά μέρη για καλύτερη αλληλεπίδραση ανθρώπου-ρομπότ. Οι αυξητικές δομές σε μετα-υλικά αποτελούν έναν πολλά υποσχόμενο τρόπο για τη δημιουργία μαλακών εξωτερικών κατασκευών. Αυτές οι δομές έχουν μοναδικές μηχανικές ιδιότητες. Η τρισδιάστατη εκτύπωση, ειδικά η κατασκευή με συντηγμένα νήματα (FFF), χρησιμοποιείται ευρέως για τη δημιουργία τέτοιων δομών. Η θερμοπλαστική πολυουρεθάνη (TPU) χρησιμοποιείται συνήθως στα FFF λόγω της καλής ελαστικότητάς της. Αυτή η μελέτη στοχεύει στην ανάπτυξη ενός μαλακού εξωτερικού καλύμματος για το ανθρωποειδές ρομπότ Alice III χρησιμοποιώντας τρισδιάστατη εκτύπωση FFF με νήμα Shore 95A TPU. > > Η μελέτη χρησιμοποίησε ένα λευκό νήμα TPU με έναν τρισδιάστατο εκτυπωτή για την κατασκευή 3DP ανθρωποειδών ρομποτικών βραχιόνων. Ο ρομποτικός βραχίονας χωρίστηκε σε μέρη αντιβράχιου και άνω βραχίονα. Διαφορετικά μοτίβα (συμπαγή και επανεισόδου) και πάχη (1, 2 και 4 mm) εφαρμόστηκαν στα δείγματα. Μετά την εκτύπωση, διεξήχθησαν δοκιμές κάμψης, εφελκυσμού και συμπίεσης για την ανάλυση των μηχανικών ιδιοτήτων. Τα αποτελέσματα επιβεβαίωσαν ότι η επανεισόδου δομή ήταν εύκολα κάμψιμη προς την καμπύλη κάμψης και απαιτούσε λιγότερη τάση. Στις δοκιμές συμπίεσης, η επανεισόδου δομή ήταν σε θέση να αντέξει το φορτίο σε σύγκριση με τη συμπαγή δομή. > > Μετά την ανάλυση και των τριών πάχους, επιβεβαιώθηκε ότι η δομή επανεισόδου με πάχος 2 mm είχε εξαιρετικά χαρακτηριστικά όσον αφορά τις ιδιότητες κάμψης, εφελκυσμού και συμπίεσης. Επομένως, το μοτίβο επανεισόδου με πάχος 2 mm είναι πιο κατάλληλο για την κατασκευή ενός τρισδιάστατα εκτυπωμένου ανθρωποειδούς ρομποτικού βραχίονα. 4. **Αυτά τα τρισδιάστατα εκτυπωμένα μαξιλαράκια TPU "μαλακού δέρματος" δίνουν στα ρομπότ μια οικονομική και εξαιρετικά ευαίσθητη αίσθηση αφής** > Ερευνητές από το Πανεπιστήμιο του Ιλινόις, Urbana - Champaign, έχουν βρει έναν οικονομικό τρόπο για να δώσουν στα ρομπότ μια ανθρώπινη αίσθηση αφής: τρισδιάστατα εκτυπωμένα μαλακά μαξιλαράκια δέρματος που λειτουργούν και ως μηχανικοί αισθητήρες πίεσης. > > Οι αισθητήρες αφής ρομποτικοί αισθητήρες συνήθως περιέχουν πολύ περίπλοκες συστοιχίες ηλεκτρονικών και είναι αρκετά ακριβοί, αλλά έχουμε δείξει ότι λειτουργικές, ανθεκτικές εναλλακτικές λύσεις μπορούν να κατασκευαστούν πολύ φθηνά. Επιπλέον, δεδομένου ότι πρόκειται απλώς για επαναπρογραμματισμό ενός τρισδιάστατου εκτυπωτή, η ίδια τεχνική μπορεί εύκολα να προσαρμοστεί σε διαφορετικά ρομποτικά συστήματα. Το ρομποτικό υλικό μπορεί να περιλαμβάνει μεγάλες δυνάμεις και ροπές, επομένως πρέπει να είναι αρκετά ασφαλές εάν πρόκειται είτε να αλληλεπιδρά άμεσα με ανθρώπους είτε να χρησιμοποιείται σε ανθρώπινα περιβάλλοντα. Αναμένεται ότι το μαλακό δέρμα θα παίξει σημαντικό ρόλο από αυτή την άποψη, καθώς μπορεί να χρησιμοποιηθεί τόσο για συμμόρφωση με τους κανόνες μηχανικής ασφάλειας όσο και για αίσθηση αφής. > > Ο αισθητήρας της ομάδας κατασκευάζεται με τη χρήση μαξιλαριών τυπωμένων από θερμοπλαστική ουρεθάνη (TPU) σε έναν έτοιμο τρισδιάστατο εκτυπωτή Raise3D E2. Το μαλακό εξωτερικό στρώμα καλύπτει ένα κοίλο τμήμα πλήρωσης και καθώς το εξωτερικό στρώμα συμπιέζεται, η πίεση του αέρα στο εσωτερικό αλλάζει ανάλογα - επιτρέποντας σε έναν αισθητήρα πίεσης Honeywell ABP DANT 005 συνδεδεμένο σε έναν μικροελεγκτή Teensy 4.0 να ανιχνεύει κραδασμούς, αφή και αυξανόμενη πίεση. Φανταστείτε ότι θέλετε να χρησιμοποιήσετε ρομπότ με μαλακό δέρμα για να βοηθήσετε σε ένα νοσοκομειακό περιβάλλον. Θα πρέπει να απολυμαίνονται τακτικά ή το δέρμα θα πρέπει να αντικαθίσταται τακτικά. Σε κάθε περίπτωση, υπάρχει ένα τεράστιο κόστος. Ωστόσο, η τρισδιάστατη εκτύπωση είναι μια πολύ επεκτάσιμη διαδικασία, επομένως τα εναλλάξιμα εξαρτήματα μπορούν να κατασκευαστούν οικονομικά και να τοποθετηθούν και να αφαιρεθούν εύκολα από το σώμα του ρομπότ. 5. **Προσθετική Κατασκευή Δικτύων TPU ως Μαλακών Ρομποτικών Ενεργοποιητών** > Σε αυτή την εργασία, διερευνάται η προσθετική κατασκευή (AM) θερμοπλαστικής πολυουρεθάνης (TPU) στο πλαίσιο της εφαρμογής της ως μαλακών ρομποτικών εξαρτημάτων. Σε σύγκριση με άλλα ελαστικά υλικά AM, η TPU αποκαλύπτει ανώτερες μηχανικές ιδιότητες όσον αφορά την αντοχή και την παραμόρφωση. Με επιλεκτική σύντηξη με λέιζερ, οι πνευματικοί ενεργοποιητές κάμψης (pneu-nets) εκτυπώνονται τρισδιάστατα ως μελέτη περίπτωσης μαλακής ρομποτικής και αξιολογούνται πειραματικά σε σχέση με την παραμόρφωση έναντι της εσωτερικής πίεσης. Η διαρροή λόγω αεροστεγανότητας παρατηρείται ως συνάρτηση του ελάχιστου πάχους τοιχώματος των ενεργοποιητών. > > Για να περιγραφεί η συμπεριφορά της μαλακής ρομποτικής, οι περιγραφές των υπερελαστικών υλικών πρέπει να ενσωματωθούν σε γεωμετρικά μοντέλα παραμόρφωσης, τα οποία μπορεί να είναι — για παράδειγμα — αναλυτικά ή αριθμητικά. Αυτή η εργασία μελετά διαφορετικά μοντέλα για να περιγράψει τη συμπεριφορά κάμψης ενός μαλακού ρομποτικού ενεργοποιητή. Εφαρμόζονται μηχανικές δοκιμές υλικών για την παραμετροποίηση ενός υπερελαστικού μοντέλου υλικού για την περιγραφή της προσθετικά κατασκευασμένης θερμοπλαστικής πολυουρεθάνης. > > Μια αριθμητική προσομοίωση βασισμένη στη μέθοδο πεπερασμένων στοιχείων παραμετροποιείται για να περιγράψει την παραμόρφωση του ενεργοποιητή και συγκρίνεται με ένα πρόσφατα δημοσιευμένο αναλυτικό μοντέλο για έναν τέτοιο ενεργοποιητή. Και οι δύο προβλέψεις του μοντέλου συγκρίνονται με τα πειραματικά αποτελέσματα του μαλακού ρομποτικού ενεργοποιητή. Ενώ επιτυγχάνονται μεγαλύτερες αποκλίσεις από το αναλυτικό μοντέλο, η αριθμητική προσομοίωση προβλέπει τη γωνία κάμψης με μέσες αποκλίσεις 9°, αν και οι αριθμητικές προσομοιώσεις απαιτούν σημαντικά περισσότερο χρόνο για τον υπολογισμό. Σε ένα αυτοματοποιημένο περιβάλλον παραγωγής, η μαλακή ρομποτική μπορεί να συμπληρώσει τον μετασχηματισμό των άκαμπτων συστημάτων παραγωγής προς μια ευέλικτη και έξυπνη κατασκευή.
Ώρα δημοσίευσης: 25 Νοεμβρίου 2025