Innowacyjne zastosowanie cieczy inteligentnych w chwytakach robotów przemysłowych

Projekt międzynarodowy w ramach współpracy Polsko-Tajwańskiej (III Konkurs), realizowany przez Konsorcjum międzynarodowe w składzie:

  • Uniwersytet Technologiczno-Humanistyczny im. Kazimierza Pułaskiego w Radomiu
  • National Tsing Hua University
  • Instytut Nowych Syntez Chemicznych w Puławach

Celem projektu było opracowanie innowacyjnej konstrukcji oraz nowego sposobu sterowana uchwytu (chwytaka) robota przemysłowego ze zmysłem dotyku. Zadaniem chwytaka powinno być  wywieranie kontrolowanego nacisku o zadanych, zmiennych w czasie wartościach. Chwytak zbudowany został w sposób modułowy składał się z silnika elektrycznego, na osi którego zamocowano część napędzająca sprzęgła wiskotycznego z cieczą elektroloreologiczną (ER). Część napędzana sprzęgła połączona została z ułożyskowaną obrotowo dźwignią, której zadaniem jest wywieranie nacisku na element wykonawczy chwytaka. Na końcu dźwigi umieszczono czujnik umożliwiający ciągły pomiar siły nacisku. Ponadto chwytak wyposażony został  w dodatkowe czujniki przeznaczone do sterowania. Sprzęgło wiskotyczne zostało zaprojektowane w dwóch wersjach, jako tarczowe i jako cylindryczne. Po analizie konstrukcji wspartej obliczeniami numerycznymi jedna z tych wersji została wytypowana do wykonania. Kontrola nacisku realizowano równocześnie na 2 sposoby. Pierwszy, mniej dokładny poległą na zmianie prędkości kątowej silnika elektrycznego, a drugi precyzyjny na zmianie parametrów prądu elektrycznego w wytwarzającego pole elektryczne w sprzęgle z cieczą ER. Rozpatrzono zarówno sterowanie analogowe jak i cyfrowe. W algorytmach sterowania uwzględniono fakt iż ciepło wydzielające się podczas pracy sprzęgieł spowodowało zmiany właściwości reologicznych cieczy roboczej, co mogło istotnie wpływać na moment przenoszony przez sprzęgło i tym samym na siłę nacisku.

Zbudowany prototyp chwytaka został przebadany eksperymentalnie, w celu określenia osiągów i zakresu działania, a następnie poddany ocenie pod kątem poprawności sterowania. Rezultatem walidacji było opracowanie wytycznych do konstruowania urządzeń tego typu.