Роботизированные захваты, разработанные профессором Стефаном Зелеке и его командой из Саарского университета, могут захватывать и манипулировать объектами сложной геометрии. Система может почти мгновенно адаптироваться к изменениям формы, плавно переключаясь между частями различной формы. Шарнирно-сочлененный захват с электрическим приводом, легкий, быстро разгоняется и даже может определить, достаточно ли надежно он удерживает объект. Сверхтонкие никель-титановые провода, управляющие движением четырех пальцев прототипа, могут быстро создавать и высвобождать мощный вакуум с помощью присосок, расположенных на кончиках пальцев искусственной руки. Инженеры продемонстрируют потенциал своей технологии на Hannover Messe.
В современных автомобильных сборочных линиях промышленные роботы, манипулирующие и позиционирующие тяжелые детали кузова автомобиля, являются неотъемлемой частью процесса сборки автомобиля. Но захватсистемы, которыми оснащены эти роботы-манипуляторы, часто не особенно адаптируются. Проблемы могут часто возникать, когда роботизированному захвату приходится переключаться на работу с объектом другой формы, например, пытаться ухватиться за дверную панель легкового автомобиля после того, как он только что манипулировал дверью универсала. Гибкость не является основной характеристикой этих традиционных систем. Если новая дверь имеет отверстие именно там, где захват хочет удерживать панель, другой робот должен будет вступить во владение, или все усложнится, поскольку исходный робот необходимо будет переоборудовать и перепрограммировать. «В настоящее время концевые эффекторы роботов — технический термин для захватов — могут только монотонно захватывать один и тот же объект снова и снова, особенно когда процесс сборки включает в себя работу с плоскими или слегка изогнутыми деталями.
Благодаря новой разработке его исследовательской группы в Лаборатории интеллектуальных систем материалов Саарского университета и в Центре мехатроники и технологий автоматизации в Саарбрюккене (ZeMA), в будущем эти роботы смогут выполнять значительно более разнообразные операции. Разработанная исследователями технология может улучшить адаптируемость концевых эффекторов, так что их можно будет либо быстро перепрограммировать для размещения новой заготовки без необходимости прерывания операции сборки, либо они смогут выполнять эти перенастройки самостоятельно, используя алгоритмы машинного обучения. «Этот тип адаптируемой системы захвата и манипулятора может помочь сделать производственные и сборочные операции намного более гибкими, особенно если учесть тот факт, что наша система не требует ни тяжелой техники, ни электрических, ни пневматических приводов. Все, что ему нужно, — это источник электроэнергии», — говорит Зелеке.
Команда Seelecke примет участие в выставке Hannover Messe в этом году, где они продемонстрируют прототип, который представляет собой значительный шаг к реализации этой производственной цели. Прототип системы сам по себе является результатом многочисленных исследовательских проектов и докторских диссертаций. В целом система включает в себя ряд оригинальных новых разработок в области робототехники, в том числе шарнирный концевой эффектор, в котором используются искусственные мышцы .чтобы четыре пальца могли двигаться в любом направлении. Так же, как и человеческая рука, робот-манипулятор может приспосабливаться к объектам различной формы и поэтому может избегать, например, отверстий в дверной панели автомобиля другой модели. «Поэтому наша система не ограничивается деталями с одинаковой геометрией», — говорит Пол Моцки, дипломированный инженер, который помогал разрабатывать систему во время своей докторской исследовательской работы. Еще одна особенность прототипа из Саарбрюкена, в которой он работает лучше, чем человеческая рука, заключается в том, что на кончиках пальцев у него есть вакуумные подушечки, а это означает, что все, за что захватывает пальцы, будет удерживаться чрезвычайно надежно.
Искусственные мышечные волокна, контролирующие движения рук, пальцев и присосок , состоят из пучков проводов с памятью формы. «Если мы позволим электрическому току течь через эти никель-титановые провода, сплав станет теплее, а его решетчатая структура изменится таким образом, что длина провода уменьшится. Когда ток по проводу не течет, он остывает и снова удлиняется. Пучки ультратонких проводов обеспечивают большую площадь поверхности, через которую может очень эффективно передаваться тепло, поэтому процесс охлаждения и удлинения происходит очень быстро», — объясняет Моцки. Таким образом, искусственные мышцы могут быстро напрягаться и сгибаться точно так же, как человеческие мышечные волокна, которые Это означает, что четыре мускульных пальца на роботизированном захвате могут очень быстро двигаться и реагировать на изменения. «Несмотря на свой небольшой размер, эти провода могут генерировать значительную растягивающую силу. На самом деле эти провода с памятью формы обладают самой высокой плотностью энергии из всех известных приводных механизмов», — говорит исследователь.
Короткий электрический импульс — это все, что нужно, чтобы создать, а затем высвободить мощный вакуум. Таким образом, рука робота может захватывать предметы и свободно перемещать их во всех направлениях. Системе не нужен сжатый воздух для создания вакуума, она бесшумна и подходит для использования в чистых помещениях. Нет необходимости в подаче дополнительной электроэнергии, когда захват удерживает объект, даже если объект необходимо захватить в течение длительного времени или если его необходимо удерживать под углом. Чтобы сконструировать механизм вакуумного захвата, исследователи размещают пучки этих ультратонких проводов наподобие круговой мышцы вокруг тонкого металлического диска, который может переворачиваться вверх или вниз, как игрушка-лягушка. Металлический диск прикреплен к резиновой мембране, и когда на провода подается электрический импульс, они сжимаются, и диск меняет положение,
Захват реагирует очень быстро и очень точно. «В обычных роботизированных руках масса руки ограничивает величину ускорения, которое может быть достигнуто. Наша технология означает, что мы можем создавать легкие системы с превосходной маневренностью», — объясняет Моцки. Система управляется полупроводниковой микросхемой. Никакие другие датчики не нужны: «Провода с памятью формы эффективно действуют как полностью интегрированные датчики, предоставляя нам все необходимые данные. Блок управленияспособен точно соотносить данные об электрическом сопротивлении со степенью деформации проводов. В любой момент система знает точное положение каждого пучка проводов с памятью формы», — объясняет Моцки. Поэтому инженеры могут запрограммировать систему на выполнение высокоточных движений, и, в отличие от систем, обычно используемых сегодня, прототип система может быть перепрограммирована даже при работающем сборочном рычаге.
Поскольку никель-титановые провода обладают сенсорными свойствами, рука может определить, удерживается ли объект ненадежно. Если он чувствует, что вакуум недостаточно силен, он реагирует, и пальцы крепче сжимают его. Он также может выдавать предупреждения в случае неисправности или усталости материала. «Встроенные функции датчиков означают, что наша система имеет встроенный мониторинг состояния», — говорит Моцки.
