Der 3D-gedruckte Greifer benötigt zum Betrieb keine Elektronik

Mitarbeiter für Pulver- und Schüttgüter | 01. August 2023

Ein Team von Robotikern der Jacobs School of Engineering der University of California-San Diego (USCSD) arbeitete mit Forschern der BASF Corp. zusammen, um den ersten 3D-gedruckten Greifer zu entwickeln.

Greifer werden hauptsächlich in einer Pick-and-Place-Umgebung bei der Produktverpackung in der Lebensmittel-, Kosmetik-, Pharmaindustrie und anderen Branchen eingesetzt.

Dieser weiche Robotergreifer wird in einem Druck 3D-gedruckt und funktioniert ohne Elektronik.

Die Forscher wollten einen weichen Greifer entwerfen, der direkt nach dem 3D-Drucker einsatzbereit ist und über integrierte Schwerkraft- und Berührungssensoren verfügt. Der Greifer kann Gegenstände aufnehmen, halten und loslassen.

„Wir haben Funktionen so konzipiert, dass eine Reihe von Ventilen es dem Greifer ermöglichen, bei Kontakt sowohl zu greifen als auch zum richtigen Zeitpunkt loszulassen“, sagte Yichen Zhai, Postdoktorand im Bioinspired Robotics and Design Lab am USCSD und Hauptautor des Buches Artikel, veröffentlicht in Science Robotics. Der Artikel „Desktop Fabrication of Monolithic Soft Robotic Devices with Embedded Fluidic Control Circuits“ wurde am 21. Juni 2023 veröffentlicht.

„Es ist das erste Mal, dass ein solcher Greifer sowohl greifen als auch loslassen kann. Sie müssen lediglich den Greifer horizontal drehen. Dies löst eine Änderung des Luftstroms in den Ventilen aus, wodurch die beiden Finger des Greifers freigegeben werden“, fügte Zhai hinzu.

Diese Fluidlogik ermöglicht es dem Roboter, sich zu merken, wann er ein Objekt ergriffen hat und sich daran festhält. Wenn es das Gewicht des Objekts erkennt, das beim Drehen in die Horizontale zur Seite drückt, gibt es das Objekt frei.

Schon seit einiger Zeit gibt es weiche Greifer, die es Robotern ermöglichen, sicher mit Menschen und empfindlichen Gegenständen zu interagieren.

Dieser Greifer kann an einem Roboterarm für industrielle Fertigungsanwendungen, die Lebensmittelproduktion und die Handhabung von Obst und Gemüse montiert werden. Für Forschungs- und Erkundungsaufgaben kann es auch auf einen Roboter montiert werden.

Da keine Elektronik erforderlich ist, kann der Greifer unabhängig von der Stromquelle funktionieren und eine Flasche Hochdruckgas als einzige Stromquelle nutzen.

Wenn der Greifer an eine konstante Luftdruckversorgung angeschlossen ist, erkennt und ergreift er selbstständig ein Objekt und gibt das Objekt frei, wenn er eine Kraft erkennt, die auf das Gewicht des Objekts zurückzuführen ist, das senkrecht zum Greifer wirkt.

Typische 3D-gedruckte Softroboter mit Desktop-Fused-Filament-Fabrication (FFF) weisen oft einen gewissen Grad an Steifheit auf; wenn sie aus dem Drucker austreten, weisen sie eine große Anzahl von Lecks auf; und erfordern nach dem Drucken einen erheblichen Verarbeitungs- und Montageaufwand, um verwendbar zu sein. Dies schränkt auch ihre Einsatzmöglichkeiten ein.

Das Team überwand diese Hindernisse, indem es eine neue 3D-Druckmethode entwickelte, bei der die Druckerdüse einen kontinuierlichen Pfad durch das gesamte Muster jeder gedruckten Schicht zeichnet.

„Es ist, als würde man ein Bild zeichnen, ohne jemals den Bleistift von der Seite zu nehmen“, sagte Michael T. Tolley, außerordentlicher Professor an der UC San Diego Jacobs School of Engineering.

Diese Methode verringert die Wahrscheinlichkeit von Undichtigkeiten und Defekten im Druckstück, die beim Drucken mit weichen Materialien sehr häufig auftreten.

Das neue Verfahren ermöglicht auch den Druck dünner Wände bis zu einer Dicke von 0,5 mm. Die dünneren Wände und komplexen, geschwungenen Formen ermöglichen einen größeren Verformungsbereich, was insgesamt zu einer weicheren Struktur führt.

Die Forscher stützten die Methode auf den Eulerschen Pfad, der in der Graphentheorie eine Spur in einem Graphen ist, die jede Kante dieses Graphen nur einmal berührt.

„Wenn wir diese Regeln befolgten, konnten wir durchgängig funktionierende pneumatische Softroboter mit eingebetteten Steuerschaltkreisen drucken“, sagte Tolley.

Zu den Forschern des USCSD gehören Yichen Zhain, Jioayao Yan, Benjamin Shih und Michael T. Tolley. Und diejenigen von BASF sind Albert De Boer, Martin Faber, Joshua Speros und Rohini Gupta.

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