Manufactura de un robot peristáltico de silicona por cera perdida
Un robot blando neumático es una pieza de elastómero con cavidades internas, y el problema de fabricarlo es cómo dejar ese vacío con la forma exacta. Este proyecto resolvió la manufactura del robot peristáltico diseñado previamente en el laboratorio con un proceso de cera perdida, midió su repetibilidad y construyó el sistema neumático para accionarlo. La primera prueba mostró que el robot se infla en el orden previsto pero se desinfla en el orden contrario, y el trabajo identifica la causa.
Contexto
El diseño es una cadena de cinco cavidades esféricas conectadas por orificios, alimentada por un solo extremo. Para que avance, las cavidades deben inflarse en secuencia desde la entrada de aire y desinflarse en la misma secuencia, de modo que la última en vaciarse sirva de ancla.
Secuencia de inflado y desinflado que debe seguir el robot
Proceso
El material es Ecoflex 00-30, una silicona de platino muy blanda. El proceso tiene dos etapas.
Corazón de parafina. Se funde parafina y se vierte en un molde mecanizado que tiene la forma de las cavidades y de los canales. Un alma de alambre le da rigidez al inserto y permite ubicarlo.
Fabricación del inserto de parafina que define las cavidades
Cuerpo de silicona. El corazón se centra dentro de un segundo molde, se mezcla y se desgasifica la silicona, se vierte y se cura. Después se calienta la pieza para fundir y extraer la parafina, se conecta la manguera y se sellan los agujeros.
Vaciado de la silicona alrededor del corazón, curado y extracción de la parafina
Control dimensional
Se midieron los espesores de pared y los diámetros externos, de cavidad y de orificio en varios robots, y con esos datos se asignó una calidad de tolerancia al proceso. El resultado se ubica entre IT13 e IT15. El proceso es repetible, pero burdo. Las fuentes principales de variación son el rectificado manual del corazón de parafina y el acabado superficial de los moldes.
Accionamiento
El sistema neumático consta de una fuente de aire regulada y una válvula comandada por un Arduino a través de un relé. Un programa en MATLAB define los tiempos de llenado y de vaciado.
Sistemas de accionamiento y de alimentación neumática acoplados al robot
Resultados
Secuencia real de inflado (1 a 4) y desinflado (5 a 8)
La prueba mostró dos diferencias respecto al comportamiento esperado:
- La primera cavidad no es la primera en inflarse. La pared que la separa del exterior, por donde entra la manguera, es 1 mm más gruesa que las paredes entre cavidades, lo que la hace más rígida.
Las diferencias de espesor en la primera cavidad alteran la secuencia de inflado
- El desinflado ocurre en orden inverso. Las cavidades más lejanas se vacían primero, y el avance neto resulta despreciable. Al expandirse las cavidades se dilatan también los orificios que las conectan, de modo que la resistencia al flujo cambia durante el ciclo. El modelo de diseño suponía orificios de diámetro constante.
La solución propuesta es separar más las cavidades, de manera que el conducto entre ellas sea más largo y la deformación no alcance su parte central. Una simulación por elementos finitos a 10 kPa indica que la deformación se concentra en la entrada del conducto y que el factor de seguridad es 3,6.
Deformación de una cavidad y su conducto: la deformación no se propaga a lo largo del conducto
El documento entrega los planos de los nuevos moldes.
Lo que falta
El rediseño no se fabricó ni se probó en este proyecto. La caracterización dimensional se hizo sobre pocas piezas. El trabajo tampoco mide la curva de presión contra volumen de las cavidades, que es el dato que permitiría corregir el modelo.
Relación con Robiolab
Es el segundo proyecto de la serie de robots peristálticos y el que confronta el modelo con la pieza real. Deja dos resultados que el grupo siguió usando: un proceso de cera perdida para cavidades cerradas en silicona, y la constatación de que en un robot blando las tolerancias de fabricación son parte del controlador, porque un milímetro de pared cambia la secuencia de movimiento. El proyecto siguiente abordó el control con este mismo robot.