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https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/48112| ORCID: | http://orcid.org/0000-0003-2889-570X |
| Tipo de documento: | Tese |
| Tipo de acceso: | Acesso Aberto |
| Título: | Modelagem, fabricação e validação de perfis geométricos em atuadores pneumáticos macios impressos para aplicação em dispositivos assistivos |
| Título (s) alternativo (s): | Modeling, manufacturing, and validation of geometric profiles in 3D-printed soft pneumatic actuators for application in assistive devices |
| Autor: | Nunes Netto, Severino Peixoto |
| Primer orientador: | Soares, Alcimar Barbosa |
| Primer miembro de la banca: | Nagem, Danilo Alves Pinto |
| Segundo miembro de la banca: | Morya, Edgard |
| Tercer miembro de la banca: | Coutinho, Karilany Dantas |
| Cuarto miembro de la banca: | Vimieiro, Claysson Bruno Santos |
| Resumen: | 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 |
| Palabras clave: | Robótica macia Soft robotics Atuadores pneumáticos Pneumatic actuators PneuNet PneuNet Impressão 3D 3D Printing Modelagem por elementos finitos Finite element modeling |
| Área (s) del CNPq: | CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA BIOMEDICA |
| Tema: | Engenharia médica Robótica Aparelhos ortopédicos Modelos geométricos |
| Idioma: | por |
| País: | Brasil |
| Editora: | Universidade Federal de Uberlândia |
| Programa: | Programa de Pós-graduação em Engenharia Biomédica |
| Cita: | 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 |
| Identificador del documento: | http://doi.org/10.14393/ufu.te.2026.53 |
| URI: | https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/48112 |
| Fecha de defensa: | 20-ene-2026 |
| Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS): | ODS::ODS 3. Saúde e bem-estar - Assegurar uma vida saudável e promover o bem-estar para todos, em todas as idades. |
| Aparece en las colecciones: | TESE - Engenharia Biomédica |
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