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ORCID:  http://orcid.org/0000-0003-2889-570X
Document type: Tese
Access type: Acesso Aberto
Title: Modelagem, fabricação e validação de perfis geométricos em atuadores pneumáticos macios impressos para aplicação em dispositivos assistivos
Alternate title (s): Modeling, manufacturing, and validation of geometric profiles in 3D-printed soft pneumatic actuators for application in assistive devices
Author: Nunes Netto, Severino Peixoto
First Advisor: Soares, Alcimar Barbosa
First member of the Committee: Nagem, Danilo Alves Pinto
Second member of the Committee: Morya, Edgard
Third member of the Committee: Coutinho, Karilany Dantas
Fourth member of the Committee: Vimieiro, Claysson Bruno Santos
Summary: A robótica macia tem se destacado em reabilitação e assistência por favorecer con- formidade, segurança no contato e adaptação à anatomia humana. Esta tese propõe o desenvolvimento de atuadores Pneumatic Network (PneuNet) impressos em TPU 95A por deposição de material fundido (FDM) e avalia sua aplicação em dispositi- vos assistivos, integrando modelagem hiperelástica, simulação em elementos finitos e validação experimental. Foram investigadas seis geometrias, combinando três perfis laterais de câmara (triangular, circular e retangular) e dois perfis longitudinais (reto e côncavo). As geometrias foram inicialmente triadas por simulação com o modelo de Ogden e, após a seleção do melhor desempenho, o atuador escolhido foi reavaliado para TPU 95A com o modelo de Yeoh, estimando flexão e stress sob pressurização interna. A geometria de paredes planas e perfil retangular selecionada foi então fa- bricada e validada experimentalmente quanto à deformação e à força na extremidade, por análise de vídeo e medições com célula de carga. As simulações reproduziram adequadamente as tendências experimentais, com erros médios de 3,8% para deslo- camento linear e 13% para deflexão, além de forças de extremidade da ordem de 2,12 N para 200 kPa, mesmo com a maior rigidez do TPU 95A. Conclui-se que a simulação por elementos finitos pode apoiar a prototipagem e que atuadores PneuNet em TPU 95A são viáveis para futuros dispositivos assistivos e órteses ativas de baixo custo.
Abstract: Soft robotics has increasingly been adopted for rehabilitation and assistive devices due to its compliance, safe physical interaction, and adaptability to human anatomy. This thesis proposes the development of Pneumatic Network (PneuNet) actuators fa- bricated in TPU 95A by fused deposition modeling (FDM) and evaluates their applicabi- lity to assistive devices by integrating hyperelastic modeling, finite element simulations, and experimental validation. Six geometries were investigated by combining three late- ral chamber profiles (triangular, circular, and rectangular) with two longitudinal profiles (straight and concave). The geometries were first screened via numerical simulations using an Ogden hyperelastic model, and after selecting the best-performing design (flat walls and rectangular profile), the chosen actuator was re-evaluated for TPU 95A using the Yeoh model to estimate bending response and stress under internal pressurization. The selected geometry was then manufactured and experimentally validated in terms of deformation and tip force using video-based analysis and load-cell measurements. The simulations reproduced the experimental trends, with mean errors of 3.8% for li- near displacement and 13% for bending angle, and tip forces on the order of 2.12 N at 200 kPa, despite the higher stiffness of TPU 95A. These results indicate that finite element modeling can support prototyping and that TPU 95A PneuNet actuators are feasible candidates for future low-cost assistive devices and active orthoses
Keywords: Robótica macia
Soft robotics
Atuadores pneumáticos
Pneumatic actuators
PneuNet
PneuNet
Impressão 3D
3D Printing
Modelagem por elementos finitos
Finite element modeling
Area (s) of CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA BIOMEDICA
Subject: Engenharia médica
Robótica
Aparelhos ortopédicos
Modelos geométricos
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
Program: Programa de Pós-graduação em Engenharia Biomédica
Quote: NUNES NETTO, Severino Peixoto. Modelagem, fabricação e validação de perfis geométricos em atuadores pneumáticos macios impressos para aplicação em dispositivos assistivos. 2026. 161 f. Tese (Doutorado em Engenharia Biomédica) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2026. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.te.2026.53
Document identifier: http://doi.org/10.14393/ufu.te.2026.53
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/48112
Date of defense: 20-Jan-2026
Sustainable Development Goals SDGs: ODS::ODS 3. Saúde e bem-estar - Assegurar uma vida saudável e promover o bem-estar para todos, em todas as idades.
Appears in Collections:TESE - Engenharia Biomédica

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