Desarrollo de un actuador deformable de múltiples movimientos con estructura interna de 5 canales

Abstract

RESUMEN: Los actuadores deformables son parte fundamental para el desarrollo de robots deformables. Asimismo, la flexión y la expansión han sido algunos de los movimientos más estudiados en los actuadores deformables por su variedad de aplicaciones. Este trabajo de investigación presenta el diseño, simulación, construcción y caracterización de un novedoso actuador deformable de múltiples movimientos de expansión - múltiple flexión. Su innovador diseño incorpora anillos deformables en el exterior y un canal central que mejoran el desempeño del actuador en términos de movilidad. Asimismo, estos elementos están integrados en el diseño, lo que facilita el modelado y evita que se usen otros materiales post-construcción. Por otra parte, se muestra un estudio detallado de los movimientos de expansión y flexión en distintas direcciones, a través del análisis de elemento finito. Además, se presentan los moldes y un proceso de manufactura robusto y repetible, utilizando la técnica de vaciado. Asimismo, se muestra la caracterización de los movimientos deexpansión y múltipleflexión del actuador de formable para obtener la secuaciones que describen ambos movimientos, a través de funciones polinomiales. Adicionalmente, se implementó el actuador al caso de estudio de un orientador láser para demostrar una de las varias aplicaciones en las que se puede implementar gracias a su amplio rango de movilidad. Asimismo, se presenta un anexo donde se implementa el actuador desarrollado en este trabajo como resultado de una estancia de investigación en la Leibniz Universität Honnover, Alemania. En este manipulador deformable se demuestra la versatilidad del actuador y el amplio rango de movilidad. ABSTRACT: The soft actuators are a fundamental part for the development of soft robots. Likewise, thebendingandexpandinghavebeensomeofthemoststudiedmovements in soft actuators for their applications variety. This research work presents the design, modeling, construction and characterization of a novel soft actuator with multiple motions expanding - multiple bending. Its innovative design incorporates soft rings on the outside and a central channel that improve the mobility performance of the actuator. Also, these elements are integrated into the design, which facilitates modeling and avoid other post-construction materials. In addition, the molds and a robust and repeatable manufacturing process are presented, using the casting technique. On the other hand, the paper shown the soft actuator’s characterization of expanding and multiple bending movement to obtain the equations that describe both motions, through polynomial functions. Additionally, thesoftactuatorwasimplementedtoacaseofstudyofalaserorientator to demonstrate one of several applications in which the actuator can be implemented by its wide mobility range. An annex is also presented where the actuator developed in this work is implemented as a result of a research stay at the Leibniz Universität Honnover, Germany. This soft manipulator demonstrates the actuator’s versatility and wide mobility range.