TPU (Thermoplastisches Polyurethan)Es besitzt herausragende Eigenschaften wie Flexibilität, Elastizität und Verschleißfestigkeit und wird daher häufig für Schlüsselkomponenten humanoider Roboter wie Außengehäuse, Roboterhände und taktile Sensoren eingesetzt. Im Folgenden finden Sie detaillierte englischsprachige Materialien aus maßgeblichen wissenschaftlichen Artikeln und technischen Berichten: 1. **Design und Entwicklung einer anthropomorphen Roboterhand**TPU-Material** > **Zusammenfassung**: Der vorliegende Beitrag befasst sich mit der Lösung der komplexen Herausforderungen einer anthropomorphen Roboterhand. Die Robotik ist derzeit eines der fortschrittlichsten Forschungsgebiete, und es besteht seit jeher das Ziel, menschenähnliche Handlungen und Verhaltensweisen nachzuahmen. Eine anthropomorphe Hand ist ein Ansatz, um menschenähnliche Operationen zu imitieren. In diesem Beitrag wird die Idee der Entwicklung einer anthropomorphen Hand mit 15 Freiheitsgraden und 5 Aktuatoren detailliert erläutert. Zudem werden das mechanische Design, das Steuerungssystem, die Zusammensetzung und die Besonderheiten der Roboterhand diskutiert. Die Hand besitzt ein anthropomorphes Aussehen und kann menschenähnliche Funktionen ausführen, beispielsweise Greifen und die Darstellung von Handgesten. Die Ergebnisse zeigen, dass die Hand als einteilige Konstruktion gefertigt ist und keine Montage erfordert. Dank der Verwendung von flexiblem thermoplastischem Polyurethan weist sie eine ausgezeichnete Tragfähigkeit auf.(TPU)-MaterialDie Elastizität der Hand gewährleistet zudem die Sicherheit bei der Interaktion mit Menschen. Sie kann sowohl in humanoiden Robotern als auch in Prothesen eingesetzt werden. Die geringe Anzahl an Aktuatoren vereinfacht die Steuerung und reduziert das Gewicht der Hand. 2. **Modifizierung einer thermoplastischen Polyurethan-Oberfläche zur Herstellung eines weichen Roboter-Greifers mittels 4D-Druckverfahren** > Ein vielversprechender Ansatz für die Entwicklung funktionaler additiver Fertigungsverfahren ist die Herstellung von vierdimensional (4D) gedruckten Strukturen für weiche Roboter-Greifer. Dies wird durch die Kombination von Fused Deposition Modeling (FDM) 3D-Druck mit weichen Hydrogel-Aktuatoren erreicht. Diese Arbeit stellt einen konzeptionellen Ansatz zur Entwicklung eines energieunabhängigen weichen Roboter-Greifers vor. Dieser besteht aus einem modifizierten, 3D-gedruckten Trägersubstrat aus thermoplastischem Polyurethan (TPU) und einem Aktor auf Basis eines Gelatine-Hydrogels. Dadurch wird eine programmierte hygroskopische Verformung ohne komplexe mechanische Konstruktionen ermöglicht. Die Verwendung eines 20%igen Gelatine-basierten Hydrogels verleiht der Struktur biomimetische Funktionalität für Softrobotik und ist verantwortlich für die intelligente, stimuli-responsive mechanische Funktionalität des gedruckten Objekts durch Reaktion auf Quellprozesse in flüssiger Umgebung. Die gezielte Oberflächenfunktionalisierung von thermoplastischem Polyurethan in einer Argon-Sauerstoff-Atmosphäre für 90 s bei einer Leistung von 100 W und einem Druck von 26,7 Pa ermöglicht Veränderungen in dessen Mikrorelief und verbessert so die Haftung und Stabilität der gequollenen Gelatine auf der Oberfläche. Das realisierte Konzept der Herstellung von 4D-gedruckten, biokompatiblen Kammstrukturen für makroskopisches Unterwasser-Greifen durch Softrobotik ermöglicht nicht-invasives lokales Greifen, den Transport kleiner Objekte und die Freisetzung bioaktiver Substanzen beim Quellen in Wasser. Das resultierende Produkt kann daher als energieautarker biomimetischer Aktor, als Verkapselungssystem oder in der Softrobotik eingesetzt werden. 3. **Charakterisierung von Außenteilen für 3D-gedruckte humanoide Roboterarme mit verschiedenen Mustern und Dicken** > Mit der Entwicklung humanoider Robotik werden weichere Außenteile für eine bessere Mensch-Roboter-Interaktion benötigt. Auxetische Strukturen in Metamaterialien sind ein vielversprechender Ansatz zur Herstellung weicher Außenteile. Diese Strukturen weisen einzigartige mechanische Eigenschaften auf. Der 3D-Druck, insbesondere das Fused Filament Fabrication (FFF), wird häufig zur Herstellung solcher Strukturen eingesetzt. Thermoplastisches Polyurethan (TPU) wird aufgrund seiner guten Elastizität häufig im FFF-Verfahren verwendet. Ziel dieser Studie ist die Entwicklung einer weichen Außenhülle für den humanoiden Roboter Alice III mittels FFF-3D-Druck mit einem TPU-Filament mit einer Shore-Härte von 95A. > > In der Studie wurde ein weißes TPU-Filament mit einem 3D-Drucker verwendet, um 3D-gedruckte humanoide Roboterarme herzustellen. Der Roboterarm wurde in Unterarm- und Oberarmteile unterteilt. Verschiedene Muster (massiv und reentant) und Dicken (1, 2 und 4 mm) wurden auf die Proben angewendet. Nach dem Druck wurden Biege-, Zug- und Druckversuche durchgeführt, um die mechanischen Eigenschaften zu analysieren. Die Ergebnisse bestätigten, dass die re-entrant Struktur leicht in Richtung der Biegekurve biegbar war und weniger Spannung benötigte. In Druckversuchen hielt die re-entrant Struktur der Belastung im Vergleich zur massiven Struktur besser stand. > > Nach der Analyse aller drei Dicken wurde bestätigt, dass die re-entrant Struktur mit einer Dicke von 2 mm hervorragende Eigenschaften hinsichtlich Biege-, Zug- und Druckfestigkeit aufwies. Daher eignet sich das re-entrant Muster mit einer Dicke von 2 mm besser für die Herstellung eines 3D-gedruckten humanoiden Roboterarms. 4. **Diese 3D-gedruckten TPU-„Soft-Haut“-Pads verleihen Robotern einen kostengünstigen, hochsensiblen Tastsinn** > Forscher der University of Illinois Urbana-Champaign haben eine kostengünstige Methode entwickelt, um Robotern einen menschenähnlichen Tastsinn zu verleihen: 3D-gedruckte Soft-Haut-Pads, die gleichzeitig als mechanische Drucksensoren dienen. Taktile Robotersensoren enthalten üblicherweise sehr komplexe Elektronikbaugruppen und sind recht teuer. Wir haben jedoch gezeigt, dass funktionale und langlebige Alternativen sehr kostengünstig hergestellt werden können. Da es sich lediglich um die Umprogrammierung eines 3D-Druckers handelt, lässt sich dieselbe Technik problemlos an verschiedene Robotersysteme anpassen. Roboterhardware kann großen Kräften und Drehmomenten ausgesetzt sein und muss daher besonders sicher sein, wenn sie direkt mit Menschen interagiert oder in deren Umgebung eingesetzt wird. Weiche Oberflächen spielen hierbei voraussichtlich eine wichtige Rolle, da sie sowohl für die mechanische Sicherheit als auch für die taktile Sensorik genutzt werden können. Der Sensor des Teams besteht aus Pads, die aus thermoplastischem Urethan (TPU) auf einem handelsüblichen Raise3D E2 3D-Drucker gedruckt werden. Die weiche Außenschicht umschließt einen Hohlraum. Durch die Kompression der Außenschicht ändert sich der Luftdruck im Inneren entsprechend. Dadurch kann ein Honeywell ABP DANT 005 Drucksensor, der mit einem Teensy 4.0 Mikrocontroller verbunden ist, Vibrationen, Berührungen und zunehmenden Druck erfassen. Stellen Sie sich vor, Sie möchten Roboter mit weicher Haut in einem Krankenhaus einsetzen. Diese müssten regelmäßig desinfiziert oder ihre Haut regelmäßig ausgetauscht werden. Beides verursacht enorme Kosten. Der 3D-Druck ist jedoch ein sehr skalierbares Verfahren, sodass austauschbare Teile kostengünstig hergestellt und einfach am Roboterkörper angebracht und wieder abgenommen werden können. 5. **Additive Fertigung von TPU-Pneumatiknetzen als Aktuatoren für weiche Roboter** > In dieser Arbeit wird die additive Fertigung (AM) von thermoplastischem Polyurethan (TPU) im Hinblick auf seine Anwendung als Komponente für weiche Roboter untersucht. Im Vergleich zu anderen elastischen AM-Materialien weist TPU überlegene mechanische Eigenschaften hinsichtlich Festigkeit und Dehnung auf. Mittels selektivem Lasersintern werden pneumatische Biegeaktuatoren (Pneumatiknetze) als Fallbeispiel für weiche Roboter im 3D-Druckverfahren hergestellt und experimentell hinsichtlich ihrer Durchbiegung unter Innendruck untersucht. Die Leckage aufgrund von Luftdichtheit wird in Abhängigkeit von der minimalen Wandstärke der Aktuatoren beobachtet. Um das Verhalten von Softrobotern zu beschreiben, müssen hyperelastische Materialbeschreibungen in geometrische Verformungsmodelle integriert werden, die beispielsweise analytisch oder numerisch sein können. Diese Arbeit untersucht verschiedene Modelle zur Beschreibung des Biegeverhaltens eines Softroboter-Aktuators. Mechanische Materialprüfungen werden angewendet, um ein hyperelastisches Materialmodell für additiv gefertigtes thermoplastisches Polyurethan zu parametrisieren. Eine numerische Simulation auf Basis der Finite-Elemente-Methode wird parametrisiert, um die Verformung des Aktuators zu beschreiben, und mit einem kürzlich veröffentlichten analytischen Modell für einen solchen Aktuator verglichen. Die Vorhersagen beider Modelle werden mit den experimentellen Ergebnissen des Softroboter-Aktuators verglichen. Während das analytische Modell größere Abweichungen aufweist, sagt die numerische Simulation den Biegewinkel mit durchschnittlichen Abweichungen von 9° voraus, obwohl die numerischen Simulationen deutlich mehr Rechenzeit benötigen. In einer automatisierten Produktionsumgebung kann Softrobotik die Transformation starrer Produktionssysteme hin zu agiler und intelligenter Fertigung unterstützen.
Veröffentlichungsdatum: 25. November 2025