A Low-Cost Soft Gripper for Automated Pick-and-Place Systems

Abstract

The study introduces a pioneering low-cost soft gripper designed for the automation industry, specifically targeting sensitive handling requirements in the food and health sectors. Utilizing rubber or elastic composites, the gripper combines improved sensitivity and adaptability to handle delicate materials safely and efficiently, aligning with stringent industry standards. Central to the design is a pneumatic control system that ensures precise manipulation, allowing the gripper to adapt to varying object contours without causing damage. This innovation not only addresses the mechanical aspects of soft robotics but also integrates seamlessly with Industry 4.0 technologies through smart sensors and AI algorithms, enhancing operational intelligence and versatility. By leveraging additive manufacturing techniques, the design also achieves significant cost reductions, facilitating broader adoption. This study's soft gripper represents a critical step forward in the development of robotic systems that can perform complex tasks with high sensitivity and economic efficiency, promising transformative impacts on the automation capabilities of sensitive industrial sectors.

Keywords

• Soft Robotics
• Gripper Design
• Pick-and-Place

Otomatik Tut-ve-Bırak Sistemleri için Düşük Maliyetli Yumuşak Tutucu

Abstract

Bu çalışma, otomasyon endüstrisi için tasarlanan ve özellikle gıda ve sağlık sektörlerindeki hassas işleme gereksinimlerini hedefleyen öncü bir düşük maliyetli yumuşak tutucuyu tanıtmaktadır. Kauçuk veya elastik kompozitler kullanan tutucu, hassas malzemeleri güvenli ve verimli bir şekilde işlemek için gelişmiş hassasiyeti ve uyarlanabilirliği bir araya getirerek sıkı endüstri standartlarına uyum sağlıyor. Tasarımın merkezinde, hassas manipülasyon sağlayan ve tutucunun hasara neden olmadan değişen nesne konturlarına uyum sağlamasına olanak tanıyan bir pnömatik kontrol sistemi bulunmaktadır. Bu yenilik sadece yumuşak robotiğin mekanik yönlerini ele almakla kalmıyor, aynı zamanda akıllı sensörler ve yapay zeka algoritmaları aracılığıyla Endüstri 4.0 teknolojileriyle sorunsuz bir şekilde entegre olarak operasyonel zekayı ve çok yönlülüğü artırıyor. Katmanlı üretim tekniklerinden yararlanan tasarım, maliyetlerde de önemli düşüşler sağlayarak daha geniş çapta benimsenmesini kolaylaştırıyor. Bu çalışmanın yumuşak kavrayıcısı, karmaşık görevleri yüksek hassasiyet ve ekonomik verimlilikle yerine getirebilen robotik sistemlerin geliştirilmesinde kritik bir adımı temsil etmekte ve hassas endüstriyel sektörlerin otomasyon yetenekleri üzerinde dönüştürücü etkiler vaat etmektedir.

Keywords

• Yumuşak Robot
• Tutucu
• Tut-ve-Bırak

References

1. 1. V. Cacucciolo, J. Shintake, D. Floreano, and H. Shea, "Soft robotic grippers," Advanced Materials, vol. 30, no. 29, Art. no. 1707035, 2018, https://doi.org/10.1002/adma.201707035.
2. 2. Wang, Boran, et al. "Design, modelling and simulation of soft grippers using new bimorph pneumatic bending actuators." Cogent Engineering 4.1 (2017): 1285482.
3. 3. J. M. Jin, The Finite Element Method in Electromagnetics, John Wiley & Sons, 2015.
4. 4. Ye, Yuze, et al. "Design of a novel soft pneumatic gripper with variable gripping size and mode." Journal of Intelligent & Robotic Systems 106.1 (2022): 5.
5. 5. S. Kim, C. Laschi, and B. Trimmer, "Soft robotics: a bioinspired evolution in robotics," Trends in Biotechnology, vol. 31, no. 5, pp. 287–294, 2013.
6. 6. C. Laschi, B. Mazzolai, and M. Cianchetti, "Soft robotics: Technologies and systems pushing the boundaries of robot abilities," Science Robotics, vol. 1, no. 1, eaah3690, 2012.
7. 7. Qu, Juntian, et al. "Recent progress in advanced tactile sensing technologies for soft grippers." Advanced Functional Materials 33.41 (2023): 2306249.
8. 8. C. Majidi, "Soft robotics: a perspective—current trends and prospects for the future," Soft Robotics, vol. 1, no. 1, pp. 5–11, 2014.

9. 9. B. Mosadegh, P. Polygerinos, C. Keplinger, S. Wennstedt, R. F. Shepherd, U. Gupta, J. Shim, K. Bertoldi, C. J. Walsh, and G. M. Whitesides, "Pneumatic networks for soft robotics that actuate rapidly," Advanced Functional Materials, vol. 24, no. 15, pp. 2163–2170, 2014.
10. 10. P. Polygerinos, Z. Wang, K. C. Galloway, R. J. Wood, and C. J. Walsh, "Soft robotic glove for combined assistance and at-home rehabilitation," Robotics and Autonomous Systems, vol. 73, pp. 135–143, 2015.
11. 11. Sinatra, Nina R., et al. "Ultragentle manipulation of delicate structures using a soft robotic gripper." Science Robotics 4.33 (2019): eaax5425..
12. 12. D. Rus and M. T. Tolley, "Design, fabrication, and control of soft robots," Nature, vol. 521, no. 7553, pp. 467–475, 2015.
13. 13. R. F. Shepherd, F. Ilievski, W. Choi, S. A. Morin, A. A. Stokes, A. D. Mazzeo, X. Chen, M. Wang, and G. M. Whitesides, "Multigait soft robot," Proceedings of the National Academy of Sciences, vol. 108, no. 51, pp. 20400– 20403, 2011.
14. 14. Manti, Mariangela, et al. "A bioinspired soft robotic gripper for adaptable and effective grasping." Soft Robotics 2.3 (2015): 107-116.
15. 15. Wan, Fang, et al. "A reconfigurable design for omni-adaptive grasp learning." IEEE Robotics and Automation Letters 5.3 (2020): 4210-4217.
16. 16. M. T. Tolley, R. F. Shepherd, B. Mosadegh, K. C. Galloway, M. Wehner, M. Karpelson, R. J. Wood, and G. M. Whitesides, "A resilient, untethered soft robot," Soft Robotics, vol. 1, no. 3, pp. 213–223, 2014.
17. 17. O. C. Zienkiewicz, R. L. Taylor, P. Nithiarasu, and J. Z. Zhu, The Finite Element Method:Its Basis and Fundementals, vol. 3, McGraw-hill, London, 1977.