FESTO + Uczelnie: Manipulator w kształcie ludzkiej dłoni /Politechnika Białostocka/

Politechnika Białostocka Wydział Mechaniczny, Katedra Automatyki i Robotyki
Dr inż. Zbigniew Kulesza, Szymon Urynowicz, Krzysztof Tomaszycki, Lucjan Rudziak

Ludzka dłoń jest zbudowana z dwudziestu siedmiu odrębnych kości, elastycznie ze sobą połączonych ścięgnami, mięśniami oraz wiązaniami chrzęstnymi. Wyposażona w szereg receptorów: temperatury, pozycji, ucisku czy bólu, dzięki specjalnej strukturze połączeń, jest w stanie przenosić zdumiewająco duże siły i ma możliwości ruchu w prawie każdym kierunku. Możemy chwytać przedmioty w określony sposób i umieszczać je z wysoką precyzją w oznaczonych miejscach. Tak skonstruowana przez naturę jest niedoścignionym wzorcem, nie tylko chwytowym, ale również użytkowym.

Przedstawiony na targach AUTOMATICON, dzięki życzliwości firmy FESTO, prototyp manipulatora w kształcie ludzkiej dłoni, powstał na Wydziale Mechanicznym Politechniki Białostockiej w ramach działalności Koła Naukowego Automatyzacji Procesów Przemysłowych (KNAPP).

Przy budowie manipulatora pracowali studenci, Szymon Urynowicz, Krzysztof Tomaszycki i Lucjan Rudziak, którzy przygotowali projekt manipulatora do wykonania metodą szybkiego prototypowania na drukarce 3D, dopasowali i zmontowali poszczególne elementy części mechanicznej oraz wykonali wszystkie mięśnie pneumatyczne.

Swój udział w powstaniu manipulatora miał także Michał Chmielewski, który opracował trójwymiarowy model manipulatora w programie SolidWorks, Karol Bieńczyk pracujący na wykorzystaniem czujników hallotronowych do pomiaru kąta obrotu oraz Tomasz Skrzypek odpowiedzialny za konstrukcję i badania sztucznych mięśni pneumatycznych. Całością prac kierował dr inż. Zbigniew Kulesza, opiekun KNAPP, który wspierał swoich studentów doświadczeniem i wiedzą, ale także w czasie licznych kryzysów potrafił zmotywować do dalszej pracy. Okazało się bowiem, że budowa sztucznego zamiennika ręki jest przedsięwzięciem bardzo trudnym i czasochłonnym.

Manipulator ma 25 stopni swobody i składa się z czterech palców, kciuka, śródręcza i nadgarstka. Każdy palec zbudowany jest z trzech członów (paliczków) i czterech par obrotowych (przegubów). Kciuk zbudowany jest z trzech członów (dwóch paliczków i śródręcza) połączonych pięcioma parami obrotowymi. Możliwości ruchowe manipulatora są zatem bardzo zbliżone do możliwości ludzkiej dłoni.

Ze względu na dość krótki okres, w którym był budowany manipulator (tylko 3 miesiące) nie udało się wdrożyć wszystkich założeń projektowych. Tak jest np. z hallotronowymi czujnikami kąta obrotu. Drugim parametrem, który będzie mierzony, jest ciśnienie w sztucznych mięśniach pneumatycznych. Obecnie są już zakupione wszystkie czujniki i trwają prace nad ich zamontowaniem i uruchomieniem na manipulatorze. W ten sposób manipulator zostanie wyposażony w 25 czujników kąta obrotu umieszczonych w każdym przegubie i 50 czujników ciśnienia znajdujących się w każdym mięśniu pneumatycznym.

Warto przyjrzeć się bliżej elementom napędowym sztucznej dłoni. Bardzo dużo osób doszukuje się w nich, słynnych, pneumatycznych mięśni FESTO. Nie jest to jednak wyrób tej firmy, lecz wynik pomysłowości i, jak się okazało, mozolnej pracy Szymona Urynowicza i Krzysztofa Tomaszyckiego. Poświęcając na to prawie miesiąc, studenci z ogólnie dostępnych materiałów zrobili bardzo dobrze działające napędy pneumatyczne. Przy ciśnieniu roboczym wynoszącym około 400 kPa, wykonane mięśnie skracają się o około 25% powodując tym samym ruchy poszczególnych członów sztucznej dłoni. Do ustawiania ciśnienia podawanego do mięśni wykorzystano 100 zaworów pneumatycznych firmy FESTO. Całość sterowana jest za pomocą sterownika PLC firmy GE Fanuc, który na potrzeby sterowania i wizualizacji zaprogramował Lucjan Rudziak.

Jak widać na zamieszczonych zdjęciach, nasz prototyp cieszył się ogromnym zainteresowaniem zarówno ze strony młodych, zapewne przyszłych automatyków, jak też osób związanych zawodowo z automatyką i robotyką.

Manipulator jest w dalszym ciągu rozwijany, szczególnie jego część mechaniczna, pomiarowa i sterująca – tak, aby można było w niedalekiej przyszłości zastąpić ludzką rękę jej sztucznym odpowiednikiem.

Politechnika Białostocka
http://www.pb.edu.pl

Koło Naukowe Automatyzacji Procesów Przemysłowych na Wydziale Mechanicznym Politechniki Białostockiej
http://knapp.pb.edu.pl

Grafika:
1 – Jeden z wielu rysunków projektowych trójwymiarowego modelu manipulatora
2,3 – Oblężone stoisko Festo
4 – Lucjan Rudziak demonstruje możliwości ruchowe sztucznej dłoni
5 – Sztuczne mięśnie pneumatyczne

Źródło: KNAPP http://knapp.pb.edu.pl