Although research studies in pneumatic soft robots develop rapidly, most pneumatic actuators are still controlled by rigid valves and conventional electronics. The existence of these rigid, electronic components sacrifices the compliance and adaptability of soft robots.} Current electronics-free valve designs based on soft materials are facing challenges in behaviour consistency, design flexibility, and fabrication complexity. Taking advantages of soft material 3D printing, this paper presents a new design of a bi-stable pneumatic valve, which utilises two soft, pneumatically-driven, and symmetrically-oriented conical shells with structural bistability to stabilise and regulate the airflow. The critical pressure required to operate the valve can be adjusted by changing the design features of the soft bi-stable structure. Multi-material printing simplifies the valve fabrication, enhances the flexibility in design feature optimisations, and improves the system repeatability. In this work, both a theoretical model and physical experiments are introduced to examine the relationships between the critical operating pressure and the key design features. Results with valve characteristic tuning via material stiffness changing show better effectiveness compared to the change of geometry design features (demonstrated largest tunable critical pressure range from 15.3 to 65.2 kPa and fastest response time $\leq$ 1.8 s.


翻译:虽然对气动软机器人的研究发展迅速,但大多数气动动器仍由硬阀门和常规电子设备控制。这些硬性电子部件的存在牺牲软机器人的遵守和适应性。}目前以软材料为基础的无电子阀门设计在行为一致性、设计灵活性和制造复杂性方面面临着挑战。利用软材料3D印刷的优势,本文件展示了双表气动阀的新设计,它使用两种软的、充气驱动的和对称的、有结构平衡的螺旋壳,以稳定并调节空气流。通过改变软双表结构的设计特征,可以调整阀门操作所需的关键压力。多材料印刷简化了阀门制造,提高了设计特征优化的灵活性,并改进了系统的可重复性。在这项工作中,引入了一种理论模型和物理实验,以检查关键操作压力和关键设计特征之间的关系。通过材料坚硬性调整阀门特征的结果,从最坚硬的双表结构结构结构结构结构变化为15美元和最慢的18KAS要求设计特性(经调整后,从最大压力范围为15美元),显示效力,从最短的18KAS要求设计特性变化。

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