Underactuated vacuum grippers

Robotic grippers are vital components in industrial automation, often employing either single-degree-of-freedom parallel grippers or suction cups. While innovative dexterous grippers hold promise for substantially improving capabilities, they often fall short in industrial settings due to limitations in reliability, speed, and cost-effectiveness. This dissertation presents a novel gripper concept that combines an underactuated structure with vacuum grasping. In this design, each phalanx of a typical underactuated gripper is equipped with a suction cup. Two distinct designs were investigated. The first, known as the 'selective compliant vacuum gripper,' enables the gripper's pose to be fixed, relying exclusively on vacuum forces to secure objects. The second design, referred to as the 'underactuated vacuum gripper,' functions similarly to a standard underactuated gripper, with the added feature of incorporating suction cups on each phalanx to enhance grasping stability. Several existing solutions share similarities with the proposed grippers, including underactuated grippers featuring a suction cup on the palm, soft octopus-inspired grippers, and gecko-inspired grippers. However, the proposed grippers stand out for their focus on industrial applications, specifically targeting a medium to high payload capacity ranging between 5-10 kg. The introduction thoroughly delineates the distinctions between these proposed grippers and their existing counterparts. To evaluate the performance of the proposed grippers, two analytical models were developed. Additionally, two distinct prototypes were constructed to validate these models. An additional prototype of the underactuated vacuum gripper was fabricated, featuring custom-made suction cups to provide greater flexibility in managing vacuum forces.

I gripper robotici hanno un ruoto cruciale nell’industria, questi sono principalmente basati su gripper paralleli ad un singolo grado di libertà e ventose. Mentre nuovi gripper destri hanno il potenziale di aumentare notevolmente le loro capacità, questi non sono diffusi come gripper industriali per mancanza di affidabilità, velocità ed economicità. Questa tesi introduce un concetto di gripper che integra strutture sotto attuate con presa a vuoto. In questo design, ogni palange di un tipico dito sotto attuato è equipaggiato con una ventosa. Due distinti design sono investigati. Il primo chiamato “the selective vacuum gripper” ha la capacità di bloccare la posa del gripper affidandosi unicamente alle forze di vuoto per mantenere l’oggetto. Il secondo design, chiamato “underactuated vacuum gripper” funziona come un dito sottoattuato standard, con l’aggiunta di incorporare ventose per ogni falange per aumentare la stabilità della presa. Diverse soluzioni esistenti hanno similarità con i gripper proposti, fra questi gripper sottoattuati con una ventosa nel palmo, gripper soft ispirati al polpo, e gripper geco-ispirati. Comunque, i gripper proposti risaltano per la loro concentrazione su applicazioni industriali, questi sono ideali per applicazioni con medio-alto carico dai 5-10 kg. Nell’introduzione sono delineati i tratti distintivi fra questi gripper proposti e le esistenti controparti. Per valutare le performance di questi gripper proposti, due modelli analitici sono stati sviluppati. Inoltre, due prototipi sono stati costruiti per validare i modelli. Un ulteriore prototipo di “underactauted vacuum gripper” è stato fabbricato con ventose fatte artigianalmente al fine di ottenere una maggiore flessibilità di gestione delle forze di vuoto.