Zespół inżynierów z Uniwersytetu Kraju Saary oraz Center for Mechatronics and Automation Technology w Saarbrücken pracuje nad energooszczędnymi systemami zrobotyzowanymi. Uwagę inżynierów zwróciły możliwości materiałów z pamięcią kształtu, które w przeciwieństwie do pneumatyki wymagają energii tylko do aktywacji.
Zastosowano wiązki drutu wykonanego ze stopu niklu i tytanu, wykazujące właściwości pamięci kształtu związane ze zmianą struktury krystalicznej stopu pod wpływem zmiany temperatury, powodowanej przepływem prądu elektrycznego. Tym samym możliwe było opracowanie sztucznych mięśni, w których impulsy elektryczne służą zarówno jako źródło napędu, jak i sygnałów sterujących. Co istotne, przepływ prądu wymagany jest jedynie do aktywacji mechanizmu zamiany kształtu. Kiedy przepływ ustaje, struktura samoczynnie wraca do stanu wyjściowego.
Inżynierowie z doliny Saary wykorzystali tę zasadę działania do budowy chwytaków dla robotów współpracujących (cobotów). W konstrukcji efektorów zastosowali wiązki drutu niklowo-tytanowego o różnych wymiarach. Przykładowo wiązki splecione z dwudziestu drucików o średnicy zaledwie 0.025 mm, charakteryzujące się dużą gęstością energii, co powoduje że mogą wywierać siłę 5 N w cyklach o częstotliwości 200 Hz. Odpowiednia kombinacja średnicy drutu i wielkości splotu pozwala otrzymać sztuczne mięśnie o wartościach siły i częstotliwości, dostosowanej do konkretnych zastosowań. Z kolei monitoring rezystencji w obrębie drutu pozwala na rejestrowanie zmian geometrii chwytaka.
Na tej zasadzie skonstruowano chwytaki szczękowe, umożliwiające precyzyjne manipulowanie przedmiotami, a także przyssawki, w których odkształcenie sztucznych mięśni generuje podciśnienie. Przyssawki zbudowane są w oparciu o pierścień ze splotu niklowo-tytanowych drucików, sparowany z metalowym dyskiem sprężynującym, połączonym z gumową membraną. Aktywacja w wyniku przepływu prądu powoduje skurcz drucików, wklęśnięcie dysku i zassanie membrany, a w konsekwencji generuje podciśnienie. Monitorowanie rezystencji w obrębie drutu pozwala upewnić się, czy odkształcenie jest na tyle silne, by utrzymać podciśnienie wymagane do podniesienia danego przedmiotu. Tym samym rejestracja rezystencji wystarcza do kontroli pracy chwytaków, pozwalając odpowiednio dostosować impulsy elektryczne wymagane do pracy chwytaka z danym detalem.
uni-saarland.de
