A modular actuator construction consisting of smaller articulating units in series was designed to construct soft pneumatic actuators. These units are constructed to have a preferential bending direction using Mold Star 15 and Smooth-Sil 950 silicone. By changing the orientation of each unit, a different deformed actuator shape can be achieved. A design tool was developed where a genetic algorithm was coupled with a nonlinear finite element solver. This design tool optimizes the design using the genetic information available in the initial population over multiple generations and presents a candidate design that best resembles a desired profile specified as the objective function. A two-dimensional reduced order model was developed that reduces the time for each function evaluation from ≈20 min for a three-dimensional (3D) numerical analysis to ≈45 s. The design tool was tasked to solve design targets ranging from sine and cosine functions of various amplitudes to final actuator tip positions. In each case, the inflated actuator resembled the desired profile. Selected physical actuators were cast and tested. 3D scanning was used to capture the inflated shape and compared it to the numerical solution. A quantitative comparison showed a maximum average deviation of <2.5% of the uninflated actuator length between the physical and numerical models. The proposed design tool proved successful in designing shape matching actuators with close agreement to physical models.

中文翻译：

---

在模块化软气动执行器中嵌入特定平面行为的生成设计程序

由串联的较小铰接单元组成的模块化执行器结构旨在构建软气动执行器。这些单元采用 Mold Star 15 和 Smooth-Sil 950 硅胶制成，具有优先弯曲方向。通过改变每个单元的方向，可以实现不同的变形致动器形状。开发了一种设计工具，其中遗传算法与非线性有限元求解器相结合。该设计工具使用多代初始种群中可用的遗传信息优化设计，并提供与指定为目标函数的所需配置文件最相似的候选设计。开发了一个二维降阶模型，将每个函数评估的时间从 3D (3D) 数值分析的 ≈20 分钟减少到 45 秒。该设计工具的任务是解决从各种幅度的正弦和余弦函数到最终致动器尖端位置的设计目标。在每种情况下，充气致动器都类似于所需的轮廓。对选定的物理执行器进行铸造和测试。3D 扫描用于捕捉膨胀的形状并将其与数值解进行比较。定量比较显示物理模型和数值模型之间的最大平均偏差小于未充气执行器长度的 2.5%。所提出的设计工具在设计与物理模型非常一致的形状匹配致动器方面证明是成功的。该设计工具的任务是解决从各种幅度的正弦和余弦函数到最终致动器尖端位置的设计目标。在每种情况下，充气致动器都类似于所需的轮廓。对选定的物理执行器进行铸造和测试。3D 扫描用于捕捉膨胀的形状并将其与数值解进行比较。定量比较显示物理模型和数值模型之间的最大平均偏差小于未充气执行器长度的 2.5%。所提出的设计工具在设计与物理模型非常一致的形状匹配致动器方面证明是成功的。该设计工具的任务是解决从各种幅度的正弦和余弦函数到最终致动器尖端位置的设计目标。在每种情况下，充气致动器都类似于所需的轮廓。对选定的物理执行器进行铸造和测试。3D 扫描用于捕捉膨胀的形状并将其与数值解进行比较。定量比较显示物理模型和数值模型之间的最大平均偏差小于未充气执行器长度的 2.5%。所提出的设计工具在设计与物理模型非常一致的形状匹配致动器方面证明是成功的。3D 扫描用于捕捉膨胀的形状并将其与数值解进行比较。定量比较显示物理模型和数值模型之间的最大平均偏差小于未充气执行器长度的 2.5%。所提出的设计工具在设计与物理模型非常一致的形状匹配致动器方面证明是成功的。3D 扫描用于捕捉膨胀的形状并将其与数值解进行比较。定量比较显示物理模型和数值模型之间的最大平均偏差小于未充气执行器长度的 2.5%。所提出的设计工具在设计与物理模型非常一致的形状匹配致动器方面证明是成功的。