Beta
324463

INFLUENCE OF ACTUATOR MORPHOLOGY ON GRASPING PERFORMANCE OF SOFT ROBOTIC GRIPPERS IN AGRICULTURE: SIMULATION STUDY

Article

Last updated: 24 Dec 2024

Subjects

-

Tags

Mechanical engineering

Abstract

Soft pneumatic actuators (SPAs) with tailored actuator morphology are extensively employed in precise agriculture for cultivating sensitive crops. This study investigates the impact of varying the geometrical parameters of the elastomer finger, specifically the rib pitch (Pr) and finger width (wf), on the SPA bending variables, including deflection angle (Ø) and deflection along the X- and Y-axis. Sample SPAs were fabricated to validate Yeoh's 3rd-order model. All designed molds used to cure the soft elastic finger (elastomer) were created on a 3D printer. Finite element analysis (FEA) was conducted by ANSYS to analyze the impact of each geometrical parameter individually and continuously varied along the longitudinal axis. The FEA results indicate a variation in the deflection angle from 13.01° to 108.50°. Furthermore, the deflection along the X-axis ranges from 0.85 mm to -213.54 mm, while the Y-axis varies from 32.55 mm to 148.45 mm. The study demonstrates that the geometrical parameters of the elastomer finger significantly influence SPA bending variables, with the rib pitch (Pr) exerting a greater impact on the deflection angle than the finger width (wf). The deflection on the X-axis exceeds that on the Y-axis. The findings of this study can inform the design of SPAs with tailored actuator morphology and bending properties for precise agriculture applications.   تُستخدم المشغلات الهوائية اللينة (SPAs) المزودة بتشكيل مشغل مخصص على نطاق واسع في الزراعة الدقيقة، لزراعة المحاصيل الحساسة. تبحث هذه الدراسة في تأثير تغيير المعاملات الهندسية لإصبع المطاط الصناعي، وتحديداً خطوة الضلع (Pr) وعرض الإصبع (wf) ، على متغيرات الانحناء SPA ، بما في ذلك زاوية الانحراف (Ø) والانحراف على طول X- و Y- محور. تم تصنيع عينة SPAs للتحقق من نموذج Yeoh من الدرجة الثالثة. تم إنشاء جميع القوالب المصممة المستخدمة لصب الإصبع المرن الناعم (المطاط الصناعي) باستخدام طابعة ثلاثية الأبعاد. تم إجراء تحليل العناصر المحدودة (FEA) لتحليل تأثير كل معامل هندسي على حدة ومتنوعة باستمرار على طول المحور الطولي. تشير نتائج FEA إلى اختلاف في زاوية الانحراف من 13.01 درجة إلى 108.50 درجة. علاوة على ذلك، يتراوح الانحراف على طول المحور X من 0.85 مم إلى -213.54 مم، بينما يتراوح المحور Y من 32.55 مم إلى 148.45 مم. توضح الدراسة أن المعاملات الهندسية للإصبع المطاطي تؤثر بشكل كبير على متغيرات الانحناء SPA، حيث يكون لخطوة الضلع (Pr) تأثير أكبر على زاوية الانحراف من عرض الإصبع (wf). يتجاوز الانحراف على المحور "س X" ذلك على المحور "ص Y". يمكن لنتائج هذه الدراسة أن تفيد في تصميم SPAs مع مورفولوجيا المشغل المصممة خصيصًا وخصائص الانحناء للتطبيقات الزراعية الدقيقة.

DOI

10.21608/auej.2023.219521.1385

Keywords

Soft robotics, Precise agriculture, Hyper-elastic material, Sensitive crops, and soft gripper actuator (SPA). الروبوتات اللينة ، الزراعة الدقيقة، المواد فائقة المرونة، المحاصيل الحساسة، ومشغل القابض الناعم (SPA)

Authors

First Name

Mahmoud

Last Name

Elsamanty

MiddleName

-

Affiliation

Mechanical Engineering Department, Faculty of Engineering at Shubra, Benha University, Egypt. / Mechatronics and Robotics Department, School of Innovative Design, E-JUST, Egypt.

Email

-

City

-

Orcid

-

First Name

Nourhan

Last Name

Hafez

MiddleName

-

Affiliation

Mechanical Engineering Department, Faculty of Engineering at Shubra, Benha University, Egypt.

Email

-

City

-

Orcid

-

First Name

Saber

Last Name

Abd Rabbo

MiddleName

-

Affiliation

Mechanical Engineering Department, Faculty of Engineering at Shubra, Benha University, Egypt.

Email

-

City

-

Orcid

-

First Name

Mohamed

Last Name

Sokar

MiddleName

I.

Affiliation

Mechanical Engineering Department, Faculty of Engineering at Shubra, Benha University, Egypt.

Email

mohamed.sokar@feng.bu.edu.eg

City

Cairo

Orcid

0000-0002-3916-7698

Volume

18

Article Issue

69

Related Issue

44187

Issue Date

2023-10-01

Receive Date

2023-06-22

Publish Date

2023-10-01

Page Start

973

Page End

985

Print ISSN

1687-8418

Online ISSN

3009-7622

Link

https://jaes.journals.ekb.eg/article_324463.html

Detail API

https://jaes.journals.ekb.eg/service?article_code=324463

Order

324,463

Type

Original Article

Type Code

706

Publication Type

Journal

Publication Title

Journal of Al-Azhar University Engineering Sector

Publication Link

https://jaes.journals.ekb.eg/

MainTitle

INFLUENCE OF ACTUATOR MORPHOLOGY ON GRASPING PERFORMANCE OF SOFT ROBOTIC GRIPPERS IN AGRICULTURE: SIMULATION STUDY

Details

Type

Article

Created At

24 Dec 2024