TPU (termoplastinen polyuretaani)sillä on erinomaisia ominaisuuksia, kuten joustavuus, elastisuus ja kulutuskestävyys, minkä ansiosta sitä käytetään laajalti humanoidirobottien keskeisissä osissa, kuten ulkokuorissa, robottikäsissä ja tuntoantureissa. Alla on yksityiskohtaisia englanninkielisiä materiaaleja, jotka on lajiteltu arvovaltaisista akateemisista julkaisuista ja teknisistä raporteista: 1. **Antropomorfisen robottikäden suunnittelu ja kehittäminen käyttäen…TPU-materiaali** > **Tiivistelmä**：Tässä artikkelissa käsitellään antropomorfisen robottikäden monimutkaisuuden ratkaisemista. Robotiikka on nykyään kehittynein ala, ja ihmisen kaltaisten toimien ja käyttäytymisen jäljittelyä on aina pyritty. Antropomorfinen käsi on yksi lähestymistavoista ihmisen kaltaisten toimintojen jäljittelyyn. Tässä artikkelissa kehitetään ajatusta antropomorfisen käden kehittämisestä, jossa on 15 vapausastetta ja 5 toimilaitetta, sekä käsitellään robottikäden mekaanista suunnittelua, ohjausjärjestelmää, koostumusta ja erityispiirteitä. Kädellä on antropomorfinen ulkonäkö ja se voi myös suorittaa ihmisen kaltaisia toimintoja, kuten tarttumista ja käden eleiden esittämistä. Tulokset osoittavat, että käsi on suunniteltu yhtenä osana eikä se vaadi minkäänlaista kokoonpanoa, ja sillä on erinomainen painonnostokyky, koska se on valmistettu joustavasta termoplastisesta polyuretaanista.(TPU)-materiaali, ja sen elastisuus varmistaa myös, että käsi on turvallinen myös ihmisten kanssa vuorovaikutuksessa. Tätä kättä voidaan käyttää sekä humanoidirobotissa että proteesikädessä. Rajallinen määrä toimilaitteita yksinkertaistaa ohjausta ja tekee kädestä kevyemmän. 2. **Termoplastisen polyuretaanipinnan modifiointi pehmeän robottitarttujan luomiseksi neliulotteisella tulostusmenetelmällä** > Yksi toiminnallisen gradienttivalmistuksen kehittämisen suunnista on neliulotteisten (4D) tulostettujen rakenteiden luominen pehmeää robottitarttumaa varten, joka saavutetaan yhdistämällä fuusioituneen laskeuman mallinnuksen 3D-tulostus pehmeisiin hydrogeelitoimilaitteisiin. Tässä työssä esitetään käsitteellinen lähestymistapa energiariippumattoman pehmeän robottitarttujan luomiseksi, joka koostuu muunnetusta 3D-tulostetusta pidikesubstraatista, joka on valmistettu termoplastisesta polyuretaanista (TPU), ja gelatiinihydrogeeliin perustuvasta toimilaitteesta, mikä mahdollistaa ohjelmoidun hygroskooppisen muodonmuutoksen ilman monimutkaisia mekaanisia rakenteita. > > 20-prosenttisen gelatiinipohjaisen hydrogeelin käyttö antaa rakenteelle pehmeän robottibiomimeettisen toiminnallisuuden ja vastaa tulostetun objektin älykkäästä ärsykkeisiin reagoivasta mekaanisesta toiminnallisuudesta reagoimalla nestemäisten ympäristöjen turvotusprosesseihin. Termoplastisen polyuretaanin kohdennettu pintafunktionalisointi argon-happi-ympäristössä 90 sekunnin ajan 100 W:n teholla ja 26,7 Pa:n paineella helpottaa muutoksia sen mikroreliefissä, mikä parantaa turvonneen gelatiinin tarttumista ja stabiiliutta sen pinnalla. > > Toteutunut konsepti 4D-tulostettujen bioyhteensopivien kamparakenteiden luomiseksi makroskooppiseen vedenalaiseen pehmeään robottitartuntaan voi tarjota ei-invasiivista paikallista tartuntaa, kuljettaa pieniä esineitä ja vapauttaa bioaktiivisia aineita turvotettaessa vedessä. Tuloksena olevaa tuotetta voidaan siksi käyttää omavoimaisena biomimeettisenä toimilaitteena, kapselointijärjestelmänä tai pehmeänä robotiikkana. 3. **Ulkoisten osien karakterisointi 3D-tulostetulle humanoidirobottikäsivarrelle erilaisilla kuvioilla ja paksuuksilla** > Humanoidirobotiikan kehittyessä tarvitaan pehmeämpiä ulkopintoja paremman ihmisen ja robotin vuorovaikutuksen saavuttamiseksi. Aukseettiset rakenteet metamateriaaleissa ovat lupaava tapa luoda pehmeitä ulkopintoja. Näillä rakenteilla on ainutlaatuiset mekaaniset ominaisuudet. 3D-tulostusta, erityisesti fuusiofilamenttimenetelmää (FFF), käytetään laajalti tällaisten rakenteiden luomiseen. Termoplastista polyuretaania (TPU) käytetään yleisesti FFF-materiaaleissa sen hyvän elastisuuden vuoksi. Tämän tutkimuksen tavoitteena on kehittää pehmeä ulkokuori humanoidirobotille Alice III käyttämällä FFF 3D -tulostusta Shore 95A TPU -filamenttia. > > Tutkimuksessa käytettiin valkoista TPU-filamenttia ja 3D-tulostinta 3DP-humanoidirobottikäsivarsien valmistukseen. Robottikäsivarsi jaettiin kyynärvarteen ja olkavarteen. Näytteisiin lisättiin erilaisia kuvioita (umpinainen ja uudelleenrakennettu) ja paksuuksia (1, 2 ja 4 mm). Tulostuksen jälkeen suoritettiin taivutus-, veto- ja puristuskokeita mekaanisten ominaisuuksien analysoimiseksi. Tulokset vahvistivat, että uudelleenrakenne taivutettiin helposti taivutuskäyrää kohti ja vaati vähemmän rasitusta. Puristuskokeissa uudelleenrakenne kesti kuormituksen verrattuna umpirakenteeseen. > > Kaikkien kolmen paksuuden analysoinnin jälkeen vahvistettiin, että 2 mm paksuisella uudelleenrakennelmalla oli erinomaiset ominaisuudet taivutus-, veto- ja puristusominaisuuksien suhteen. Siksi 2 mm:n paksuinen uudelleentulokuvio sopii paremmin 3D-tulostetun humanoidirobottikäsivarren valmistukseen. 4. **Nämä 3D-tulostetut TPU-pehmeäpintaiset tyynyt antavat roboteille edullisen ja erittäin herkän tuntoaistin** > Illinoisin yliopiston Urbana – Champaignin tutkijat ovat keksineet edullisen tavan antaa roboteille ihmisen kaltainen tuntoaisti: 3D-tulostetut pehmeäpintaiset tyynyt, jotka toimivat myös mekaanisina paineantureina. > > Taktiiliset robottianturit sisältävät yleensä erittäin monimutkaisia elektroniikkaryhmiä ja ovat melko kalliita, mutta olemme osoittaneet, että toimivia ja kestäviä vaihtoehtoja voidaan valmistaa erittäin edullisesti. Lisäksi, koska kyse on vain 3D-tulostimen uudelleenohjelmoinnista, samaa tekniikkaa voidaan helposti mukauttaa erilaisiin robottijärjestelmiin. Robottilaitteisto voi sisältää suuria voimia ja vääntömomentteja, joten sen on oltava melko turvallinen, jos se on joko suoraan vuorovaikutuksessa ihmisten kanssa tai sitä käytetään ihmisympäristöissä. Pehmeän ihon odotetaan olevan tässä suhteessa tärkeässä roolissa, koska sitä voidaan käyttää sekä mekaanisen turvallisuuden vaatimustenmukaisuuden että tuntoaistin varmistamiseen. > > Tiimin anturi on valmistettu käyttämällä termoplastisesta uretaanista (TPU) painettuja tyynyjä valmiilla Raise3D E2 3D -tulostimella. Pehmeä ulkokerros peittää onton täyttöosan, ja ulkokerroksen puristuessa sisällä oleva ilmanpaine muuttuu vastaavasti – jolloin Teensy 4.0 -mikrokontrolleriin kytketty Honeywell ABP DANT 005 -paineanturi havaitsee tärinää, kosketusta ja kasvavaa painetta. Kuvittele, että haluat käyttää pehmeäkuorisia robotteja apuna sairaalaympäristössä. Ne olisi desinfioitava säännöllisesti tai iho olisi vaihdettava säännöllisesti. Joka tapauksessa kustannukset ovat valtavat. 3D-tulostus on kuitenkin erittäin skaalautuva prosessi, joten vaihdettavia osia voidaan valmistaa edullisesti ja napsauttaa helposti robotin runkoon ja siitä irti. 5. **TPU Pneu -verkkojen additiivinen valmistus pehmeinä robottitoimilaitteina** > Tässä artikkelissa tutkitaan termoplastisen polyuretaanin (TPU) additiivista valmistusta (AM) sen sovellusten kontekstissa pehmeinä robottikomponentteina. Verrattuna muihin elastisiin AM-materiaaleihin, TPU:lla on paremmat mekaaniset ominaisuudet lujuuden ja venymän suhteen. Selektiivisellä lasersintrauksella pneumaattiset taivutustoimilaitteet (pneu -verkot) tulostetaan 3D-tulosteena pehmeän robotin tapaustutkimuksena ja arvioidaan kokeellisesti taipuman suhteen sisäisen paineen vaikutuksesta. Ilmatiiviydestä johtuvaa vuotoa havaitaan toimilaitteiden vähimmäisseinämän paksuuden funktiona. > > Pehmeän robotiikan käyttäytymisen kuvaamiseksi hyperelastiset materiaalikuvaukset on sisällytettävä geometrisiin muodonmuutosmalleihin, jotka voivat olla esimerkiksi analyyttisiä tai numeerisia. Tässä artikkelissa tutkitaan erilaisia malleja pehmeän robottitoimilaitteen taivutuskäyttäytymisen kuvaamiseksi. Mekaanisia materiaalikokeita käytetään hyperelastisen materiaalimallin parametroimiseen additiivisesti valmistetun termoplastisen polyuretaanin kuvaamiseksi. > > Äärellisten elementtien menetelmään perustuva numeerinen simulaatio parametroidaan kuvaamaan toimilaitteen muodonmuutosta ja verrataan äskettäin julkaistuun analyyttiseen malliin tällaiselle toimilaitteelle. Molempien mallien ennusteita verrataan pehmeän robottitoimilaitteen kokeellisiin tuloksiin. Analyyttisellä mallilla saavutetaan suurempia poikkeamia, kun taas numeerinen simulaatio ennustaa taivutuskulman keskimäärin 9°:n poikkeamilla, vaikka numeeriset simulaatiot laskevat huomattavasti kauemmin. Automatisoidussa tuotantoympäristössä pehmeä robotiikka voi täydentää jäykkien tuotantojärjestelmien muutosta kohti ketterää ja älykästä valmistusta.
Julkaisuaika: 25.11.2025