ТПУ (термопластичный полиуретан)Обладает выдающимися свойствами, такими как гибкость, эластичность и износостойкость, что делает его широко используемым в ключевых компонентах человекоподобных роботов, таких как внешние кожухи, роботизированные руки и тактильные датчики. Ниже представлены подробные материалы на английском языке, отобранные из авторитетных научных статей и технических отчетов: 1. **Проектирование и разработка антропоморфной роботизированной руки с использованиемМатериал ТПУ** > **Аннотация**: В данной статье представлены подходы к решению сложной задачи создания антропоморфной роботизированной руки. Робототехника в настоящее время является наиболее развивающейся областью, и всегда существовало стремление имитировать человекоподобные действия и поведение. Антропоморфная рука — один из подходов к имитации человекоподобных операций. В данной статье подробно изложена идея разработки антропоморфной руки с 15 степенями свободы и 5 приводами, а также рассмотрены механическая конструкция, система управления, состав и особенности роботизированной руки. Рука имеет антропоморфный внешний вид и может выполнять человекоподобные функции, например, захват и воспроизведение жестов. Результаты показывают, что рука спроектирована как единая деталь и не требует какой-либо сборки, а также демонстрирует отличную грузоподъемность, поскольку изготовлена из гибкого термопластичного полиуретана.материал (ТПУ), а его эластичность также обеспечивает безопасность руки при взаимодействии с людьми. Эта рука может использоваться как в человекоподобном роботе, так и в протезе. Ограниченное количество приводов упрощает управление и делает руку легче. 2. **Модификация поверхности из термопластичного полиуретана для создания мягкого роботизированного захвата с использованием метода четырехмерной печати** > Одним из направлений развития функционального градиентного аддитивного производства является создание четырехмерных (4D) печатных структур для мягкого роботизированного захвата, достигаемое путем сочетания 3D-печати методом послойного наплавления с мягкими гидрогелевыми приводами. В данной работе предлагается концептуальный подход к созданию энергонезависимого мягкого роботизированного захвата, состоящего из модифицированной 3D-печатной подложки из термопластичного полиуретана (ТПУ) и привода на основе желатинового гидрогеля, позволяющего программируемую гигроскопическую деформацию без использования сложных механических конструкций. Использование 20%-ного гидрогеля на основе желатина придает структуре биомиметическую функциональность, свойственную мягким роботам, и обеспечивает интеллектуальную механическую функциональность напечатанного объекта, реагирующую на внешние воздействия, благодаря процессам набухания в жидкой среде. Целенаправленная функционализация поверхности термопластичного полиуретана в аргоново-кислородной среде в течение 90 секунд при мощности 100 Вт и давлении 26,7 Па способствует изменению его микрорельефа, тем самым улучшая адгезию и стабильность набухшего желатина на его поверхности. Реализованная концепция создания 4D-печатных биосовместимых гребенчатых структур для макроскопического подводного захвата мягкими роботами может обеспечить неинвазивный локальный захват, транспортировку мелких объектов и высвобождение биоактивных веществ при набухании в воде. Полученный продукт, следовательно, может использоваться в качестве автономного биомиметического актуатора, системы инкапсуляции или мягкой робототехники. 3. **Характеристика внешних частей 3D-печатной руки человекоподобного робота с различными узорами и толщинами** > С развитием человекоподобной робототехники необходимы более мягкие внешние поверхности для улучшения взаимодействия человека и робота. Ауксетические структуры в метаматериалах являются перспективным способом создания мягких внешних поверхностей. Эти структуры обладают уникальными механическими свойствами. 3D-печать, особенно технология послойного наплавления (FFF), широко используется для создания таких структур. Термопластичный полиуретан (TPU) обычно используется в FFF благодаря своей хорошей эластичности. Целью данного исследования является разработка мягкого внешнего покрытия для человекоподобного робота Alice III с использованием 3D-печати FFF с применением TPU-филамента с твердостью по Шору 95A. > > В исследовании использовался белый TPU-филамент с 3D-принтером для изготовления 3D-печатных рук человекоподобных роботов. Рука робота была разделена на предплечье и плечо. На образцы были нанесены различные узоры (сплошные и вогнутые) и толщины (1, 2 и 4 мм). После печати были проведены испытания на изгиб, растяжение и сжатие для анализа механических свойств. Результаты подтвердили, что вогнутая структура легко изгибается по кривой изгиба и требует меньшего напряжения. В испытаниях на сжатие вогнутая структура смогла выдержать нагрузку по сравнению с цельной структурой. > > После анализа всех трех толщин было подтверждено, что вогнутая структура толщиной 2 мм обладает превосходными характеристиками с точки зрения изгиба, растяжения и сжатия. Следовательно, вогнутая структура толщиной 2 мм больше подходит для изготовления 3D-печатной человекоподобной роботизированной руки. 4. **Эти 3D-печатные подушечки из ТПУ, имитирующие «мягкую кожу», обеспечивают роботам недорогое и высокочувствительное осязание** > Исследователи из Университета Иллинойса в Урбане-Шампейне разработали недорогой способ наделить роботов человекоподобным осязанием: 3D-печатные подушечки, имитирующие мягкую кожу, которые также служат датчиками механического давления. > > Тактильные роботизированные датчики обычно содержат очень сложные массивы электроники и довольно дороги, но мы показали, что функциональные и долговечные альтернативы можно изготовить очень дешево. Более того, поскольку это всего лишь вопрос перепрограммирования 3D-принтера, ту же технику можно легко адаптировать к различным роботизированным системам. Роботизированное оборудование может создавать большие силы и крутящие моменты, поэтому оно должно быть достаточно безопасным, если оно будет напрямую взаимодействовать с людьми или использоваться в человеческой среде. Ожидается, что мягкая кожа будет играть важную роль в этом отношении, поскольку ее можно использовать как для обеспечения механической безопасности, так и для тактильного восприятия. > > Датчик, разработанный командой, изготовлен с использованием накладок, напечатанных из термопластичного полиуретана (ТПУ) на стандартном 3D-принтере Raise3D E2. Мягкий внешний слой покрывает полую секцию заполнения, и по мере сжатия внешнего слоя давление воздуха внутри соответственно изменяется — это позволяет датчику давления Honeywell ABP DANT 005, подключенному к микроконтроллеру Teensy 4.0, обнаруживать вибрацию, прикосновение и повышение давления. Представьте, что вы хотите использовать роботов с мягкой кожей для помощи в больнице. Их нужно будет регулярно дезинфицировать, или кожу нужно будет регулярно заменять. В любом случае, это сопряжено с огромными затратами. Однако 3D-печать — это очень масштабируемый процесс, поэтому взаимозаменяемые детали можно недорого изготавливать и легко устанавливать и снимать с корпуса робота. 5. **Аддитивное производство полиуретановых сеток из ТПУ в качестве мягких роботизированных приводов** > В данной статье исследуется аддитивное производство (АМ) термопластичного полиуретана (ТПУ) в контексте его применения в качестве мягких роботизированных компонентов. По сравнению с другими эластичными материалами, полученными методом АМ, ТПУ демонстрирует превосходные механические свойства с точки зрения прочности и деформации. С помощью селективного лазерного спекания методом 3D-печати создаются пневматические изгибающие актуаторы (пневмосети) в качестве примера применения в мягкой робототехнике, которые экспериментально оцениваются по зависимости деформации от внутреннего давления. Наблюдается утечка воздуха из-за герметичности в зависимости от минимальной толщины стенки актуаторов. > > Для описания поведения мягкой робототехники необходимо включить гиперупругие описания материалов в геометрические модели деформации, которые могут быть, например, аналитическими или численными. В данной статье изучаются различные модели для описания изгибного поведения мягкого роботизированного актуатора. Механические испытания материалов применяются для параметризации гиперупругой модели материала, описывающей термопластичный полиуретан, изготовленный методом аддитивного производства. > > Численное моделирование на основе метода конечных элементов параметризуется для описания деформации актуатора и сравнивается с недавно опубликованной аналитической моделью для такого актуатора. Предсказания обеих моделей сравниваются с экспериментальными результатами мягкого роботизированного актуатора. Хотя аналитическая модель показывает большие отклонения, численное моделирование предсказывает угол изгиба со средним отклонением в 9°, хотя вычислительные затраты на численное моделирование значительно увеличиваются. В условиях автоматизированного производства мягкая робототехника может дополнить трансформацию жестких производственных систем в сторону гибкого и интеллектуального производства.
Дата публикации: 25 ноября 2025 г.