인간형 로봇에 TPU 소재 적용

TPU(열가소성 폴리우레탄)유연성, 탄성, 내마모성 등 뛰어난 특성을 지녀 외부 커버, 로봇 손, 촉각 센서 등 휴머노이드 로봇의 핵심 부품에 널리 사용됩니다. 아래는 권위 있는 학술 논문 및 기술 보고서에서 발췌한 상세한 영어 자료입니다. 1. **인체모형 로봇 손 설계 및 개발TPU 소재** > **초록**: 본 논문은 의인화된 로봇 손의 복잡성을 해결하는 접근법을 제시합니다. 로봇공학은 현재 가장 발전된 분야이며, 인간과 유사한 작동 및 행동을 모방하려는 시도는 항상 있어 왔습니다. 의인화된 손은 인간과 유사한 동작을 모방하는 접근법 중 하나입니다. 본 논문에서는 15자유도와 5개의 액추에이터를 갖춘 의인화된 손을 개발한다는 아이디어를 구체화하고, 로봇 손의 기계 설계, 제어 시스템, 구성 및 특징을 논의했습니다. 이 손은 의인화된 외관을 가지고 있으며, 쥐기 및 손 동작 표현과 같은 인간과 유사한 기능을 수행할 수 있습니다. 연구 결과, 이 손은 일체형으로 설계되어 어떠한 조립도 필요하지 않으며, 유연한 열가소성 폴리우레탄 소재로 제작되어 뛰어난 중량 리프팅 능력을 보여줍니다.(TPU) 소재, 그리고 그 탄성은 또한 손이 인간과 상호 작용할 때 안전함을 보장합니다.이 손은 인간형 로봇뿐만 아니라 의수에도 사용될 수 있습니다.제한된 수의 액추에이터는 제어를 더 간단하게 만들고 손을 더 가볍게 만듭니다.2. **4차원 인쇄 방법을 사용하여 소프트 로봇 그리퍼를 만들기 위한 열가소성 폴리우레탄 표면의 수정** > 기능성 그래디언트 적층 제조를 개발하는 방법 중 하나는 소프트 로봇 그립을 위한 4차원(4D) 인쇄 구조를 만드는 것입니다.이는 용융 증착 모델링 3D 인쇄와 소프트 하이드로젤 액추에이터를 결합하여 달성됩니다.이 작업은 열가소성 폴리우레탄(TPU)으로 만든 수정된 3D 인쇄 홀더 기판과 젤라틴 하이드로젤 기반 액추에이터로 구성된 에너지 독립형 소프트 로봇 그리퍼를 만드는 개념적 접근 방식을 제안하며, 복잡한 기계적 구조를 사용하지 않고도 프로그래밍된 흡습성 변형을 허용합니다. >> 20% 젤라틴 기반 하이드로젤을 사용하여 구조물에 소프트 로봇 생체모방 기능을 부여하고, 액체 환경에서 팽윤 과정에 반응하여 인쇄물의 지능적인 자극 반응형 기계적 기능을 구현합니다. 아르곤-산소 환경에서 90초 동안 100W의 출력과 26.7Pa의 압력으로 열가소성 폴리우레탄의 표면 기능화를 통해 미세 기복의 변화가 촉진되어 팽윤된 젤라틴의 표면 접착력과 안정성이 향상됩니다. >> 거시적인 수중 소프트 로봇 그립을 위한 4D 프린팅 생체적합성 빗살 구조를 제작한다는 실현된 개념은 비침습적 국소 그립을 제공하고, 작은 물체를 운반하며, 물 속에서 팽윤 시 생리활성 물질을 방출할 수 있습니다. 따라서 결과물은 자가 구동 생체모방 액추에이터, 캡슐화 시스템 또는 소프트 로봇 공학으로 사용될 수 있습니다. 3. **다양한 패턴과 두께를 가진 3D 프린팅 휴머노이드 로봇 팔의 외부 부품 특성 분석** > 휴머노이드 로봇 공학의 발전에 따라 더 나은 인간-로봇 상호작용을 위해 더 부드러운 외부가 필요합니다. 메타 소재의 보조 구조는 부드러운 외부를 만드는 유망한 방법입니다. 이러한 구조는 고유한 기계적 특성을 가지고 있습니다. 3D 프린팅, 특히 용융 필라멘트 제작(FFF)은 이러한 구조를 만드는 데 널리 사용됩니다. 열가소성 폴리우레탄(TPU)은 우수한 탄성으로 인해 FFF에 일반적으로 사용됩니다. 본 연구는 Shore 95A TPU 필라멘트를 사용한 FFF 3D 프린팅을 사용하여 휴머노이드 로봇 Alice III의 부드러운 외부 커버를 개발하는 것을 목표로 합니다. > > 본 연구에서는 3D 프린터에서 흰색 TPU 필라멘트를 사용하여 3DP 휴머노이드 로봇 팔을 제작했습니다. 로봇 팔은 팔뚝과 팔뚝 부분으로 나뉘었습니다. 다양한 패턴(단면 및 재진입)과 두께(1, 2, 4mm)가 샘플에 적용되었습니다. 프린팅 후, 굽힘, 인장, 압축 시험을 수행하여 기계적 특성을 분석했습니다. 그 결과, 재진입 구조는 굽힘 곡선 방향으로 쉽게 굽혀지고 응력이 적게 소요됨을 확인했습니다. 압축 시험에서는 재진입 구조가 솔리드 구조에 비해 하중을 잘 견뎌냈습니다. 세 가지 두께를 모두 분석한 결과, 두께 2mm의 재진입 구조가 굽힘, 인장, 압축 특성 측면에서 우수한 특성을 갖는 것으로 확인되었습니다. 따라서 두께 2mm의 재진입 패턴이 3D 프린팅 휴머노이드 로봇 팔 제작에 더 적합합니다. 4. **3D 프린팅 TPU "소프트 스킨" 패드, 로봇에 저렴하면서도 고감도 촉각 부여** > 일리노이 대학교 어바나-샴페인 캠퍼스 연구진은 로봇에 사람과 같은 촉각을 부여하는 저비용 방법을 개발했습니다. 바로 3D 프린팅 소프트 스킨 패드로, 기계식 압력 센서 역할도 겸합니다. > > 촉각 로봇 센서는 일반적으로 매우 복잡한 전자 장치로 구성되어 있고 가격이 상당히 비싸지만, 저희는 기능적이고 내구성 있는 대안을 매우 저렴하게 제작할 수 있음을 보여주었습니다. 더욱이, 3D 프린터를 재프로그래밍하기만 하면 되므로 동일한 기술을 다양한 로봇 시스템에 쉽게 적용할 수 있습니다. 로봇 하드웨어는 큰 힘과 토크를 수반할 수 있으므로, 사람과 직접 상호 작용하거나 인간 환경에서 사용되려면 매우 안전하게 제작되어야 합니다. 소프트 스킨은 기계적 안전 규정 준수와 촉각 감지 모두에 사용될 수 있기 때문에 이러한 측면에서 중요한 역할을 할 것으로 예상됩니다. >> 팀의 센서는 기성품 Raise3D E2 3D 프린터를 사용하여 열가소성 우레탄(TPU)으로 인쇄된 패드를 사용하여 제작되었습니다. 부드러운 외층은 속이 빈 충전 부분을 덮고 있으며, 외층이 압축됨에 따라 내부의 공기압이 그에 따라 변합니다. 이를 통해 Teensy 4.0 마이크로컨트롤러에 연결된 Honeywell ABP DANT 005 압력 센서가 진동, 접촉 및 압력 증가를 감지할 수 있습니다. 부드러운 피부를 가진 로봇을 병원 환경에서 사용한다고 가정해 보겠습니다. 로봇은 정기적으로 살균하거나 피부를 정기적으로 교체해야 합니다. 어느 쪽이든 막대한 비용이 발생합니다. 그러나 3D 프린팅은 확장성이 매우 뛰어나 교체 가능한 부품을 저렴하게 제작하고 로봇 본체에 쉽게 부착 및 분리할 수 있습니다. 5. **소프트 로봇 액추에이터로서의 TPU Pneu-Net의 적층 제조** > 본 논문에서는 소프트 로봇 구성 요소로서의 열가소성 폴리우레탄(TPU)의 적층 제조(AM)를 연구합니다. 다른 탄성 AM 소재와 비교했을 때, TPU는 강도와 변형률 측면에서 우수한 기계적 특성을 보입니다. 선택적 레이저 소결을 통해 공압 굽힘 액추에이터(pneu-nets)를 소프트 로봇 사례 연구로 3D 프린팅하고 내부 압력에 따른 처짐을 실험적으로 평가했습니다. 기밀성으로 인한 누출은 액추에이터의 최소 벽 두께에 따른 함수로 관찰되었습니다. 소프트 로봇의 거동을 설명하기 위해서는 초탄성 재료에 대한 설명이 기하학적 변형 모델에 통합되어야 하며, 이는 예를 들어 해석적 또는 수치적일 수 있습니다. 본 논문에서는 소프트 로봇 액추에이터의 굽힘 거동을 설명하는 다양한 모델을 연구합니다. 기계적 재료 시험을 적용하여 적층 제조된 열가소성 폴리우레탄을 설명하기 위해 초탄성 재료 모델을 매개변수화했습니다. 유한 요소법에 기반한 수치 시뮬레이션을 매개변수화하여 액추에이터의 변형을 설명하고, 최근 발표된 해당 액추에이터에 대한 해석 모델과 비교했습니다. 두 모델 예측을 소프트 로봇 액추에이터의 실험 결과와 비교했습니다. 분석 모델에서는 더 큰 편차가 도출되는 반면, 수치 시뮬레이션에서는 평균 9°의 편차로 굽힘 각도를 예측합니다. 다만 수치 시뮬레이션 계산에는 훨씬 더 오랜 시간이 소요됩니다. 자동화된 생산 환경에서 소프트 로봇은 경직된 생산 시스템을 민첩하고 스마트한 제조로 전환하는 과정을 보완할 수 있습니다.