Robotgrijper met kunstmatige spieren

Fri Jul 01 2022

07 01

Robotgrijper met kunstmatige spieren

17/05/2022

Door Ad Spijkers

De robotzuiggrijper van de Universität des Saarlandes in Saarbrücken kan werkstukken met complexe vormen vastpakken en zich spontaan aanpassen aan veranderende vormen.


     

Met de nieuwe ontwikkeling kunnen machines in de toekomst flexibeler worden. Het proces heeft het potentieel om in de toekomst robotgrijpers snel aan te passen aan elk onderdeel omdat ze tijdens gebruik snel en eenvoudig opnieuw kunnen worden geprogrammeerd. Zulke aanpasbare grijp- en hanteringssystemen zouden een veel flexibelere productie en fabricage mogelijk maken. Bovendien vereist de ontwikkeling geen zwaar apparaat, elektromotoren of luidruchtige en energetisch ongunstig perslucht. Er is alleen elektriciteit nodig.

Het prototype is het resultaat van verschillende onderzoeksprojecten. Het bevat verschillende nieuwe ontwikkelingen die zijn gecombineerd in een compleet systeem. Enerzijds is er een gelede robotgrijper die in vier vingers en vingertoppen kan bewegen met behulp van kunstmatige spieren.

Kunstmatige spier

Net als een menselijke hand kan de grijper zich aanpassen aan objecten met verschillende vormen en zo uitsparingen of gaten in de deuren van andere automodellen vermijden. De grijper is niet beperkt tot één componentgeometrie. Aan de andere kant heeft het prototype vacuümzuignapjes op de vingertoppen, die vasthouden wat de grijper in zijn vingers heeft.

Voor vingers, vingertoppen en vacuümzuignapjes worden kunstmatige spiervezels gebruikt, bundels fijne draadjes met vormgeheugen. Door deze nikkel-titaniumdraden van stroom te voorzien, worden ze warm en transformeren ze hun roosterstructuur zodat ze samentrekken. Als er geen stroom loopt, koelen ze af en worden ze weer lang. Bundels van meerdere van zulke dunne draden geven door het grotere oppervlak snel warmte af, waardoor ze snel afkoelen en weer lang worden.

Dit is vergelijkbaar met een menselijke spier: het maakt het mogelijk om snel samen te trekken en te ontspannen en dus ook om de vier gespierde grijpvingers snel te bewegen. De draden met vormgeheugen genereren een hoge trekkracht in een kleine ruimte: van alle bekende aandrijfmechanismen hebben ze de hoogste energiedichtheid.

Volledig elektrisch

De grijper kan dingen vasthouden en vrij in de ruimte bewegen. Hij werkt zonder perslucht en zijn daardoor stil en geschikt voor clean rooms. Korte stroompulsen zijn voldoende om snel een krachtig vacuüm te creëren en vrij te geven. Om dit te doen, wikkelen de onderzoekers de draadbundels als een cirkelvormige spier rond een kleine metalen plaat die als een clicker omhoog of omlaag kan springen.

Een stroompuls verkort de draden en zorgt ervoor dat de clicker knapt terwijl deze aan een rubberen membraan trekt. Hij laat het vacuüm los wanneer de grijper op een vlakke ondergrond wordt geplaatst. De grijper heeft geen elektriciteit nodig om het vacuüm vast te houden, zelfs als het een zwaar onderdeel onder een hoek vasthoudt.

Besturing

De grijper beweegt nauwkeurig en snel. Bij het versnellen van de huidige robotarmen is massa een beperkende factor. Het nieuwe proces maakt lichte en wendbare systemen mogelijk. De besturing gebeurt via een halfgeleiderchip. Voor deze technologie zijn geen extra sensoren nodig. De draden leveren zelf alle data, dus sensoreigenschappen worden automatisch geïntegreerd.

De besturingseenheid wijst nauwkeurig de respectievelijke vervorming van de draden toe aan de gemeten waarden van de elektrische weerstand. Hierdoor weet het systeem altijd welke draadbundel zich in welke positie bevindt. Hierdoor kunnen ontwikkelaars nauwkeurige bewegingssequenties programmeren. In tegenstelling tot conventionele systemen is herprogrammering zelfs mogelijk tijdens de montage.

Ook merkt de zuiggrijper of hij de te transporteren goederen stevig vasthoudt of niet: de besturing herkent wanneer het vacuüm niet sterk genoeg is en de grijper moet inhalen. Bij een storing of materiaalmoeheid kan de grijper een waarschuwing geven. Door de sensorfunctie is tegelijkertijd de conditiebewaking geïntegreerd.

De ontwikkelaars hebben een spin-off opgericht, Mateligent (ook in Saarbrücken), die bedoeld is om deze en andere intelligente materiaalsystemen in de industriële praktijk te brengen.

Foto: Oliver Dietze, Universität des Saarlandes