Nachgiebiger Greifer mit drei Fingern basierend auf Topologie Optimierung
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Nachgiebige Mechanismen sind monolithische mechanische Gebilde, die Bewegungen und Kräfte durch Auslenkung ihrer flexiblen Teile übertragen können.
Unter dieser Prämisse ist es möglich, die Funktionalität eines menschlichen Fingers mit solchen nachgiebigen monolithischen Mechanismen nachzubilden.
Motivation
Ein nachgiebiger Dreifingergreifer könnte in verschiedenen Bereichen eingesetzt werden, zum Beispiel in der Medizin und der Automatisierungstechnik, für eine Vielzahl von Aufgaben wie Montage, Transport und Probenentnahme, Präzisionsmanipulation und andere. Weil das Design monolithisch ist, kann es miniaturisiert und in kleinen Maßstäben betätigt werden, ohne an Präzision zu verlieren. Darüber hinaus kann der Mechanismus bei der Montage von Kleinteilen, der Probenentnahme, der Automatisierung von Prozessen, die das Greifen empfindlicher Objekte beinhalten, sowie bei Pick-and-Place- und anderen Aufgaben, die hohe Präzision erfordern, eingesetzt werden.
Ziel
Ziel ist es, den Entwurf, den funktionierenden Prototyp und die Steuerung eines nachgiebigen Drei-Finger-Greifers zu präsentieren, der über vollständig nachgiebige Finger verfügt, die großen Verformungen unterliegen. Jeder Finger hat zwei Freiheitsgrade: Streckung und Beugung sowie Abduktion und Adduktion.
Vorgehen
Um das Design eines Greifers mit drei nachgiebigen Fingern zu erreichen, wird zunächst das Design jedes Fingers durch Topologie Optimierung und Hill Climbing Mutationsalgorithmus entwickelt. Anschließend werden die Bewegung und die Durchbiegung jedes Fingers mit Prototypen getestet, die mit 3D Rapid Prototyping hergestellt wurden. Sobald das Design der Finger fertig ist, wird ein komplettes Design der Konfiguration des Greifers entwickelt, einschließlich des Designs eines nachgiebigen Mechanismus, der den Freiheitsgrad der Abduktion und Adduktion ermöglicht. Der letzte Schritt wird darin bestehen, den Mechanismus entsprechend der Betätigungsmethode zu modellieren und eine aktive Steuerung zu erreichen.
Bei der Entwicklung und den Tests der Prototypen wurde iterativ vorgegangen, so wurden zunächst einzelne Finger, später ein Zwei-Finger-Greifer und abschließend ein Drei-Finger-Greifer entwickelt und als Prototyp für verschiedene Einsatzszenarien gefertigt.