طراحی، مدلسازی و ساخت دستکش توانبخشی بادی با استفاده از پرینتر سه بعدی

امروزه با پیشرفت علم رباتیک و فضای تعامل انسان و ربات، رویکردی با عنوان ربات نرم ارائه شده است که اصول کلاسیک طراحی و کنترل ربات را با مواد نرم و انعطاف پذیر ترکیب کرده است. در این مقاله یک روش نوین برای طراحی و مدلسازی یک عملگر بادی برای استفاده در دستکش توانبخشی بر پایه رباتیک نرم پیشنهاد شده و برای تجزیه و تحلیل ساختار آن و پاسخ عملگر در فشار‌‌های مختلف از مدلسازی روش اجزای محدود استفاده شده است. در این تحقیق، تمرکز بر روش چاپ سه بعدی مستقیم برای ساخت یک عملگر نرم از جنس مواد پلی اورتان ترموپلاستیک است. یکی از چالش های مهم در مدلسازی اجزای محدود، انتخاب مدل رفتاری مناسب در مواد الاستومر است که بتواند وضعیت آن را در کرنش های مختلف شبیه سازی نماید. در مواد الاستومر به دلیل غیر خطی بودن رابطه بین تنش و کرنش، به جای قانون هوک از مدل های رفتاری هایپرالاستیک استفاده می شود. در این مقاله، براساس نتایج آزمایش کشش تک محوره ماده کالیبره شده و مورد ارزیابی قرار گرفته است. در شبیه ‌سازی با ترکیب پارامترهای مختلف طراحی در ساختار اولیه، عملگر از نظر قابلیت خمشی بهبود یافته و تنش و کرنش در مواد کاهش یافته است. علاوه بر این، در حالت تجربی نشان داده می شود که مسیر حرکت عملگر در طول دامنه حرکت انگشت ها می باشد و دستکش توانبخشی می ‌تواند به انگشتان آسیب دیده کمک کند.

design and manufacture of pneumatic rehabilitation gloves based on soft robotics

abstract: today, with the advancement of robotics science and the human-robot interaction space, an approach called soft robot has been presented, which combines the principles and controls of classic robot design with soft and flexible materials. in this article, a new method for designing and modeling a pneumatic actuator for use in rehabilitation gloves based on soft robotics is proposed, and finite element modeling (fem) is used to analyze its structure and the response of the actuator under different pressures and choosing a suitable behavior model for elastomer materials that can simulate its status under different strains. as well as, the focus is on the direct 3d printing method to make a soft actuator from thermoplastic polyurethane materials. in elastomer materials, due to the non-linearity of the relationship between stress and strain, hyper elastic behavior models are used instead of hooke's law. in this article, based on the uniaxial tensile test results, the material has been calibrated and evaluated. in the simulation by combining different design parameters in the primary structure, the actuator has been improved in terms of bending capability and the stress and strain in the material has been reduced. further, the range of motion (rom) of the robotic soft glove, which allows finger flexion with assistance.