Modellierung und Prototypenentwicklung eines unteraktuierten Greifers, der Gelenk-Compliance und Modularität nutzt

In dieser Studie präsentieren wir eine effiziente mathematische Darstellung von weichen robotischen Fingern basierend auf der Schraubentheorie. Anschließend zeigen wir, wie das Modell und seine Hauptmerkmale in der Entwurfsphase genutzt werden können, und präsentieren eine Anwendung für einen unteraktuierten, senkungsgetriebenen Greifer mit modularer Struktur, bei der die Werte der Gelenksteifigkeit definiert sind, um die gewünschte äquivalente Steifigkeit und die Beweglichkeit der Kinematik an den Fingerspitzen zu erreichen. Eine Verteilung der Steifigkeit durch die flexiblen Teile des Greifers ist entscheidend, um sein Gesamtverhalten zu charakterisieren: Das eingeführte mathematische Modell ermöglicht es dem Greifer-Designer zu analysieren, wie eine spezifische Eigenschaft, z.B. eine gewünschte Trajektorie der Fingerspitzen, eine gewünschte Gesamtsteifigkeit, eine Verteilung der Kontaktkräfte usw., von der Steifigkeit seiner passiven Gelenke beeinflusst wird, und umgekehrt die Werte der Gelenksteifigkeit zu bewerten, um gewünschte Eigenschaften zu erzielen. Gelenke mit unterschiedlichen Steifigkeitswerten können durch Regulierung der Parameter des 3D-Drucks und der Materialeigenschaften im Herstellungsprozess erhalten werden. Es ist möglich, modulare Greifer mit der gleichen mechanischen Struktur, aber unterschiedlichen Verhaltensweisen zu entwerfen, d.h. unterschiedliche Trajektorien der Fingerspitzen, äquivalente Fingerdickeneigenschaften usw. Greifermodule können leicht montiert und demontiert werden, während die gleiche Basis erhalten bleibt, um sie an verschiedene Aufgaben anzupassen. Das präsentierte Modell und die Entwurfskriterien sind ein erster Schritt in Richtung weicher Greifer, die für ein spezifisches Problem optimiert werden können.