ΜΕΛΕΤΗ, ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΚΑΙ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΣΕ ΤΡΙΣΔΙΑΣΤΑΤΟ ΕΚΤΥΠΩΤΗ ΜΟΝΟΛΙΘΙΚΗΣ ΑΡΠΑΓΗΣ

Abstract

Η παρούσα διπλωματική εργασία αφορά τη μελέτη, τον σχεδιασμό και την κατασκευή μίας ρομποτικής αρπάγης μέσω τεχνολογίας 3D εκτύπωσης, με έμφαση στην απλότητα και την καινοτομία. Ο στόχος είναι η ανάπτυξη μίας μονολιθικής αρπάγης, κατασκευασμένης από ένα ενιαίο κομμάτι, που να μη διαθέτει παραδοσιακά κινούμενα μέρη στις αρθρώσεις της. Η αρπάγη σχεδιάστηκε έτσι ώστε τα άκρα της να είναι από εύκαμπτα, ελαστικά υλικά, εξασφαλίζοντας σταθερή συγκράτηση των αντικειμένων χωρίς τον κίνδυνο πρόκλησης ζημιών, καθιστώντας την κατάλληλη για ευαίσθητες εφαρμογές, όπως η διαχείριση ευπαθών προϊόντων. Στην εργασία παρουσιάζεται η θεωρία των μαλακών επενεργητών τύπου Pneu-Nets, μια τεχνολογία που αναπτύχθηκε αρχικά στο Πανεπιστήμιο του Harvard, και των μονολιθικών μηχανισμών Flexures, οι οποίοι επιτρέπουν την κίνηση μέσω του λυγισμού των υλικών. Μέσω αυτών των τεχνολογιών, επιδιώκεται η μείωση της πολυπλοκότητας και του κόστους κατασκευής, ενώ παράλληλα αυξάνεται η αξιοπιστία και η διάρκεια ζωής της αρπάγης. Το έργο περιλαμβάνει τον αναλυτικό σχεδιασμό της αρπάγης χρησιμοποιώντας λογισμικά υπολογιστικής σχεδίασης και προσομοιώσεων (Fusion 360), καθώς και την κατασκευή της με τη μέθοδο της 3D εκτύπωσης. Τα πειραματικά αποτελέσματα που παρουσιάζονται, σε συνδυασμό με τις υπολογιστικές αναλύσεις, επιβεβαιώνουν τη λειτουργικότητα και την αντοχή της αρπάγης σε διαφορετικές συνθήκες χρήσης. Η εργασία ολοκληρώνεται με προτάσεις βελτίωσης του σχεδιασμού και των υλικών κατασκευής, ώστε να διευρυνθεί η δυνατότητα χρήσης της αρπάγης σε διάφορους βιομηχανικούς κλάδους, όπως η ιατρική, η αεροδιαστημική και η βιομηχανία τροφίμων. Αυτή η προσέγγιση έχει ως σκοπό την ανάπτυξη πιο αποτελεσματικών και οικονομικά βιώσιμων ρομποτικών συστημάτων για ποικίλες εφαρμογές. 4 ABSTRACT This thesis presents the study, design, and fabrication of an innovative robotic gripper using 3D printing technology, emphasizing simplicity and innovation. The main objective is to develop a monolithic gripper constructed as a single piece, eliminating traditional moving parts at its joints. The gripper is designed with flexible, elastic materials at its tips, ensuring a secure grasp on objects without causing damage, making it particularly suitable for sensitive applications, such as handling fragile products. The study delves into the theory of Pneu-Nets soft actuators, initially developed at Harvard University, and monolithic mechanisms based on Flexures, which allow movement through material bending. These technologies aim to reduce manufacturing complexity and costs while enhancing the gripper's reliability and lifespan. The project includes the detailed design of the gripper using computational design and simulation software (Fusion 360) and its fabrication through 3D printing. Experimental results, combined with computational analyses, confirm the gripper's functionality and durability under various operating conditions. The thesis concludes with suggestions for improving the design and materials to broaden the gripper's application across different industrial sectors, including healthcare, aerospace, and food industries. This approach aims to develop more efficient and economically sustainable robotic systems for a wide range of applications.