3D プリントされたグリッパーは動作するために電子機器を必要としません

粉末バルク固体スタッフ | 2023 年 8 月 1 日

カリフォルニア大学サンディエゴ校 (USCSD) ジェイコブス工学部のロボット工学チームは、BASF 社の研究者と協力して、最初の 3D プリント グリッパーを作成しました。

グリッパーは主に、食品、化粧品、医薬品、その他の業界の製品包装段階のピックアンドプレイス環境で使用されます。

このソフト ロボット グリッパーは 1 回のプリントで 3D プリントされ、電子機器を使わずに動作します。

研究者らは、重力センサーとタッチセンサーを内蔵し、3D プリンターからすぐに使用できるソフトグリッパーを設計したいと考えていました。 グリッパーは物体を持ち上げ、保持し、解放することができます。

「一連のバルブにより、グリッパーが接触時にグリップし、適切なタイミングでリリースできるように機能を設計しました」と、USCSD のバイオインスパイアード・ロボティクスおよびデザイン研究室の博士研究員であり、この論文の筆頭著者でもある Yichen Zhai 氏は述べています。論文、Science Roboticsに掲載されました。 論文「組み込み流体制御回路を備えたモノリシックソフトロボットデバイスのデスクトップ製造」は、2023 年 6 月 21 日に公開されました。

「このようなグリッパーがグリップとリリースの両方を行うことができるのは初めてです。 グリッパーを水平に回転させるだけです。 これにより、バルブ内の空気の流れが変化し、グリッパーの 2 本の指が解放されます」と Zhai 氏は付け加えました。

この流体ロジックにより、ロボットは物体をつかみ、それを保持しているときを記憶することができます。 水平方向に回転しながら横に押される物体の重さを感知すると、物体を放します。

ソフトグリッパーは、ロボットが人間や繊細な物体と安全にやり取りできるようにするために、しばらく前から使われてきました。

このグリッパーは、工業製造用途、食品生産、果物や野菜の取り扱い用のロボット アームに取り付けることができます。 研究や探査作業のためにロボットに取り付けることもできます。

電源に関しては、電子機器を必要としないため、グリッパーは高圧ガスのボトルを唯一の電源として使用し、切り離されて機能することができます。

一定の空気圧供給源に接続すると、グリッパーは自律的に物体を検出して掴み、グリッパーに垂直に作用する物体の重量による力を検出すると物体を解放します。

一般的なデスクトップ溶融フィラメント製造 (FFF) 3D プリントのソフト ロボットは、ある程度の剛性を備えていることがよくあります。 プリンターから外したときに大量の漏れが含まれています。 使用するには、印刷後にかなりの量の加工と組み立てが必要です。 これにより、アプリケーションも制限されます。

研究チームは、プリンターのノズルが印刷される各層のパターン全体を通る連続パスをトレースする新しい 3D 印刷方法を開発することで、これらの障害を克服しました。

「それは、鉛筆をページから一度も離さずに絵を描くようなものです」とカリフォルニア大学サンディエゴ・ジェイコブス工学部の准教授マイケル・T・トーリー氏は言う。

この方法により、柔らかい素材で印刷する場合によくある印刷物の漏れや欠陥の可能性が軽減されます。

この新しい方法では、厚さ 0.5 mm までの薄壁の印刷も可能です。 より薄い壁と複雑な湾曲した形状により、より広い範囲の変形が可能になり、全体の構造がより柔らかくなります。

研究者らは、オイラー パスに基づいた方法を確立しました。オイラー パスは、グラフ理論において、グラフのすべての端に一度だけ触れるグラフ内の軌跡のことです。

「これらのルールに従った場合、制御回路が組み込まれた機能的な空気圧ソフト ロボットを一貫して印刷することができました」とトーリー氏は述べています。

USCSD の研究者には、Yichen Zhain、Jioayao Yan、Benjamin Shih、Michael T. Tolley が含まれます。 そしてBASFに所属しているのはアルバート・デ・ブール氏、マーティン・フェイバー氏、ジョシュア・スペロス氏、ロヒニ・グプタ氏である。

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