Projeto otimizado por topologia, fabricação e avaliação de um gripper suave multimaterial

Neste artigo, uma abordagem sistêmica para projetar e fabricar um gripper suave multimaterial é proposta. Impulsionado por pressão pneumática, o material macio dentro do gripper atua como um atuador integrado e o material relativamente duro fornece suporte para seu corpo suave. Devido a um grande espaço de design, é difícil projetar uma estrutura multimaterial por abordagens intuitivas ou biomiméticas. Aqui, esse problema de design estrutural é abordado por meio de otimização topológica, onde cada dedo do gripper é modelado como um mecanismo flexível para alcançar sua máxima deflexão de dobramento. Considerando o processo de fabricação, a estrutura do material suave é preservada inalterada durante o processo de otimização. Em seguida, o material duro otimizado é fabricado através da impressão 3D e o material suave é criado por moldagem. Experimentos de caracterização mostram que cada dedo do gripper pode sofrer uma deformação de dobramento de 32° e exercer uma força de agarrar de 0,54N sob uma pressão de atuação de 0,05MPa. Além disso, o gripper suave multimaterial pode suportar mais de 1000 ciclos de trabalho e agarrar uma variedade de objetos, desde pequenos parafusos regulares até grandes e delicados óculos de sol. A abordagem proposta de design e fabricação é extensível livremente para robôs suaves formando o modelo de otimização correspondente, e serve como uma porta de entrada para robôs suaves multimateriais de alto desempenho.