Manipulator równoległy trójramienny o zamkniętym łańcuchu kinematycznym typu Delta, o trzech stopniach swobody

Zespół:

Istota wynalazku

Wynalazek jest przeznaczony do programowalnego wykonywania czynności manipulacyjnych, zwłaszcza w automatyzacji produkcji, przy elastycznym montażu, selekcji i dynamicznej segregacji.

W manipulatorze zastosowano sztuczne pneumatyczne napędy mięśniowe, zwane muskułami, których zasada działania jest podobna do mięśni ludzkiej ręki, gdzie jeden mięsień (biceps) służy do zginania ramienia, a drugi (triceps) do jego prostowania.

Muskuły pneumatyczne cechują się łagodnym startem i łagodnym zatrzymaniem, ponadto posiadają dużą odporność na przeciążenia. Zastosowany układ sterowania muskułami za pomocą nowatorskich i szybkich piezoelektrycznych proporcjonalnych zaworów zapewnia auto-kompensację, czyli samoczynne wytłumienie błędów, w przypadku wystąpienia zewnętrznych zakłóceń i przeciążeń chwytaka manipulatora, tym samym zapobiegając uszkodzeniu urządzenia.
Układ kinematyczny manipulatora zawiera trzy identyczne ramiona składające się z elementów połączonych przegubowo jednym końcem z podstawą oraz z platformą roboczą, na której może być montowany chwytak. Ramiona napędowe z jednej strony zakończone są dźwigniami dwuramiennymi, wyposażonymi w przeguby obrotowe, w których zamocowane są zakończenia sztucznych mięśni, zaś z drugiej strony połączone są z elementami biernymi manipulatora. Zakończenia mięśni umocowane
są do kolumnowej podstawy. Struktura kinematyczna manipulatora cechuje się tym, iż platforma robocza z chwytakiem może przemieszczać się równolegle względem podstawy, oraz cechuje się wysoką sztywnością konstrukcji. Mechanizmy manipulatora są rozmieszczone na planie trójkąta równobocznego. Do sterowania manipulatorem zastosowano system do szybkiego prototypowania i symulacji (stosowany w komputerach klasy PC) wraz z kartami pomiarowymi w celu szybkiego testowania projektowanych algorytmów regulacji. Manipulator został wyposażony w czujniki i sensory położenia pozwalające na kontrolę pozycji chwytaka.

Korzyści z zastosowania wynalazku

Zastosowane w manipulatorze napędy mięśniowe pozwalają w znacznym stopniu zmniejszyć zapotrzebowanie na sprężone powietrze i na energię elektryczną. Wynalazek można stosować do pracy z przedmiotami o nieznanych i nieregularnych kształtach. Ewentualne kolizje manipulatora z przenoszonymi przedmiotami zostaną wytłumione przez elastyczne napędy pneumatyczne, dzięki czemu nie dojdzie do uszkodzenia manipulatora. Wynalazek wyróżnia się niepowtarzalnymi cechami użytkowymi takimi jak: niskie zużycie sprężonego powietrza, małe zapotrzebowanie na energię elektryczną, odporność na zakłócenia zewnętrzne. Może pracować praktycznie w każdych warunkach środowiskowych, dopuszcza możliwość przeciążania bez konieczności stosowania wyrafinowanych układów zabezpieczających. Unikalne cechy napędów oraz ich niska cena skutecznie wpływają zarówno na cechy użytkowe manipulatora, jak i obniżenie kosztów jego budowy. Wynalazek z powodzeniem może być wykorzystany w rehabilitacji osób z niedowładem kończyn.

Potencjał komercjalizacyjny

W Kielcach znajduje się największy Polski producent zaworów i napędów pneumatycznych - firma Centrum Produkcyjne Pneumatyki „PREMA” S.A. Została podjęta współpraca naukowo-badawcza pomiędzy Politechniką Świętokrzyską w Kielcach a wyżej wymienioną firmą w celu opracowania nowatorskich rozwiązań beztłoczyskowych siłowników pneumatycznych. Ponadto w Kielcach znajduje się Ośrodek Badawczo-Rozwojowy Elementów i Układów Pneumatyki, którego podstawowym zadaniem jest tworzenie podstaw i rozwój polskiej pneumatyki oraz projektowanie i systematyczne doskonalenie elementów urządzeń pneumatycznych krajowej produkcji.

Od roku 2007 autorzy patentu ściśle współpracują z OBREiUP w Kielcach.

W ramach prac badawczych został skonstruowany prototyp wynalazku, który został doceniony na VI Międzynarodowej Warszawskiej Wystawie Wynalazków IWIS 2012 - otrzymując srebrny medal oraz nagrodę specjalną Koreańskiej Akademii Wynalazczości (KIA).