Войти
Самоуплотняющаяся присоска - это присоска, которая действует сила всасывания только тогда, когда он находится в физическом контакте с объектом. В отличие от большинства других присосок, она не оказывает никакого всасывающего усилия, когда не соприкасается с предметом. Его захватная способность достигается исключительно за счет пассивных средств без использования датчиков, клапанов или приводов.
Он был разработан таким образом, что при использовании в составе набора присосок присоски, которые не выходят при контакте с объектом остаются герметичными. Имея только присоски, которые находятся в прямом контакте с объектом, чтобы демонстрировать всасывающую силу, исследователи смогли свести к минимуму точки утечки, в которые может проникать воздух, и увеличить давление, которое получает каждая активная чашка, максимизируя силу всасывания. В результате множество самоуплотняющихся присосок может захватывать и захватывать предметы самых разных размеров и форм. Это контрастирует с обычными присосками, которые обычно предназначены для одного конкретного размера и геометрии объекта. Кроме того, были изготовлены присоски различных размеров, от ладони до кончиков пальцев.
Самоуплотняющаяся присоска была впервые разработана в 2010 году при сотрудничестве исследователей из США Армейская исследовательская лаборатория (ARL), Химико-биологический центр Эджвуда на Абердинском полигоне и Университет Мэриленда.
Дизайн самоуплотняющейся присоски изначально был вдохновлен присосками осьминога и его возможность подбирать предметы разного размера, индивидуально приводя в действие присоски в зависимости от размера и физических характеристик предмета.
Внутренняя геометрия самоуплотняющейся присоски была разработана с учетом минимально возможных размеров и имеет минимальную стенку толщина 1,02 мм, диаметр трубки 1,59 мм и минимальное расстояние между деталями 0,13 мм. Присоска состоит из смеси резиновых и пластиковых компонентов, при этом кромка чашки, основание, трубка, пружины и заглушка изготовлены из мягкой резины, а сторона чашки, воротник, петли и фланец - из пластика. В качестве части конструкции можно использовать центральный вакуумный насос для максимального увеличения силы всасывания присоски. Мультиматериальный 3D-принтер был использован для создания прототипа самоуплотняющейся присоски примерно за 20 минут.
Внутри самоуплотняющейся присоски заглушка расположена близко к отверстие трубки так, чтобы она могла засосаться в трубку, закройте отверстие, когда на центральную всасывающую линию подается питание. Пара пружин, соединенных с основанием присоски, помогает поддерживать положение заглушки, восстанавливая уплотнение заглушки при отсутствии сил со стороны объекта. Если чашка соприкасается с объектом, шарнирное действие поднимает пробку от всасывающей трубки. В тот момент, когда губы чашки прижимаются к объекту, силы пассивной реакции от губ чашки передаются на резиновое основание чашки, которое натягивается на воротник и позволяет конструкции сжиматься. Выступая в качестве шарнира для шарниров, воротник заставляет шарниры вращаться, а края шарниров скользят по нижней стороне фланца и поднимают заглушку от отверстия всасывающей трубки. В результате присоска самоуплотняется, когда не соприкасается с предметом, и самооткрывается, губы чашки соприкасаются с предметом.
В 2015 году в конструкцию самозакрывающейся присоски было внесено несколько улучшений. герметизирующая присоска для улучшения захвата. Предыдущая конструкция продемонстрировала следующие недостатки:
Чтобы устранить эти недостатки, исследователи из ARL уменьшил количество компонентов за счет объединения функций нескольких частей, что позволило снизить высоту присоски без сжатия почти на 50% до 0,72 см. Диаметр чашки также уменьшился до 1,07 см. К основанию чашки была добавлена система рычага , которая поворачивает кольцо для подъема пробки. Кроме того, трубка служит пружиной, которая помогает вернуть рычаги и заглушку в закрытое положение. Вокруг чашки был добавлен пластиковый ограничитель, чтобы помочь справиться с чрезмерным растяжением, сдвигом и скручиванием.
Самоуплотняющаяся присоска была подвергнута серии испытаний определить качество его выполнения. Гибкий испытательный стенд с четырьмя присосками размером с монету и пластиковыми ребрами, соединенными с резиновыми трубками, был создан для силового смещения и тестирования.
Испытание усилие-смещение, в котором сравнивались характеристики самоуплотняющейся присоски, идентичная присоска и имеющаяся в продаже присоска обнаружила, что внутренние конструкции самоуплотняющейся чашки позволяют приложить большее усилие для того же смещения по сравнению с другими чашками. Однако в идентичных условиях самоуплотняющаяся манжета обеспечивает максимальное усилие 12,5 Н, в то время как коммерчески доступная манжета обеспечивает максимальное усилие 12,9 Н.
В ходе испытания качества уплотнения измеряется давление, создаваемое каждой самоуплотняющейся крышкой. присоска. Результаты показали, что набор из четырех чашек поддерживал давление 93,8% атмосферного. Испытание также продемонстрировало, что не все чашки были одинаково эффективны при герметизации после контакта с объектом. Однако это могло быть результатом различий в предыдущем использовании чашек.
Во время тестирования захвата объекта, когда проверялась дальность захвата, испытательная установка успешно захватила около 80% попыток захвата. Эти предметы состояли из следующего: пульт от телевизора, бутылка для таблеток, клей-карандаш, очки, вилка, одноразовая бутылка, зубная паста, кофейная кружка, миска, тарелка, книга, мобильный телефон, кусок мыла, бумажные деньги, почта, ключи, шоу, столовый нож, аптечка, кредитная карта, монета, подушка, расческа, одноразовая бутылка, кошелек, журнал, банка газировки, газета, ножницы, наручные часы, кошелек, зажигалка, компакт-диск, телефонная трубка, полная бутылка вина, полное вино стекло, лампочка, замок, волейбольный мяч, брусок. (4) В качестве демонстрации прочности чашек исследователи ARL смогли собрать полную бутылку вина, используя только четыре присоски размером с десять центов.
Самоуплотняющиеся присоски были встроены в роботов, чтобы улучшить их способность пассивного захвата. Благодаря конструкции присосок, центральный источник вакуума можно использовать для эффективного создания всасывающей силы из чашек и уменьшения количества приводов и датчиков для робота.
Исследователи из ARL разработали и разработали три -пальцевый ручной привод с использованием 3D-принтера, чтобы робот мог правильно использовать самоуплотняющиеся присоски. По дну каждого пальца проходят четыре присоски, в центре которых проходит узкий вакуумный канал. Центральный вакуумный насос служит для питания присосок и облегчения захвата. Пальцы также могут обвиться вокруг предмета, чтобы лучше схватить его и освободить любой предмет в его захвате, возвращая выходной сигнал вакуумного насоса и создавая импульс положительного давления.
Рукой с тремя пальцами использовали воздушных систем и продемонстрировал значительный успех в захвате объектов на земле при сохранении полета. По словам исследователей ARL, самоуплотняющиеся присоски могут демонстрировать более высокие показатели успеха под водой из-за дополнительного давления со стороны морских глубин, окружающих и давящих на объект и захват. Однако они отметили, что для подводной среды потребуются другие производственные материалы, которые позволят присоскам хорошо работать в соленой воде, например термопласт.
