Высокоэффективный пневматический магнитный захват для робота-манипулятора представили специалисты кафедры «Интеллектуальные системы в управлении и автоматизации» Московского технического университета связи и информатики (МТУСИ). В отличие от аналогов, разработка компактна и совместима с системами технического зрения.
Роботы-манипуляторы* широко используются в разнообразных сферах для сборки изделий, высокоточного производства сложных деталей и обслуживания оборудования в местах, где не может присутствовать человек. Основная функция этих машин — перемещение предметов. В современном мире механизмы захвата объектов такими манипуляторами должны становиться все более универсальными и эффективными в связи с оснащением роботов системами компьютерного (технического) зрения.
Сейчас применение роботов-манипуляторов для сортировки металлических предметов сталкивается с двумя проблемами. Во-первых, некоторые системы захвата настолько сложны и громоздки, что снижают грузоподъемность роботов. Во-вторых, существующие захватные устройства несовместимы с техническим зрением, так как их использование не рассчитано на погрешность системы во время приближения к изделию.
Ученые МТУСИ разработали и запатентовали технологию, способную решить эти проблемы, — пневматический магнитный захват робота-манипулятора, предназначенный для работы с предметами любой формы из ферромагнитных материалов. Компактный механизм может брать указанные объекты и устанавливать их на нужную поверхность, что позволяет использовать его для загрузки и разгрузки, укладки и раскладки изделий.
Исследователи протестировали захват в Центре робототехники МТУСИ, установив макет механизма на робота Kuka KR4 R600. В результате испытаний подтвердилась высокая удерживающая сила захвата, составившая 5,71041 кг (56 Н) при зазоре до объекта 1 мм. Разработчики также представили две другие версии механизма с удерживающим усилием 15,876 кг (155 Н) и 17,861 кг (175 Н). Возможность масштабирования позволит применять технологию для решения разных задач.
Пневматический магнитный захват включает корпус из неферромагнитного материала, внутри которого размещен поршень с постоянным магнитом из неодимового сплава. Чтобы на поверхности магнита не скапливалась металлическая стружка, вне рабочего процесса он защищается специальной крышкой. Захват прикрепляется к роботу-манипулятору вертикально с помощью пластиковой платформы и четырех болтов. Через отверстия к механизму подключаются вакуумные магистрали, сквозь которые подается сжатый воздух, перемещающий поршень с магнитом.
«Основная часть захвата сделана из алюминия, крепления к роботу смоделированы и изготовлены из PLA-пластика (легкого износостойкого биоразлагаемого полимера полилактида — Примеч. авт.) с помощью технологии 3D-печати», — рассказал корреспонденту «Научной России» участник исследования, старший преподаватель кафедры ИСУиА МТУСИ Никита Вадимович Белов.
Важная черта механизма заключается в том, что захват оснащен подпружиненным демпфером**, позволяющим применять технологию совместно с техническим зрением.
*Манипулятор — кинематическая цепь, состоящая из последовательно или последовательно-параллельно соединенных подвижных звеньев, предназначенных для совершения движений схвата.
**Подпружиненный демпфер — амортизирующая конструкция на основе пружины.
***Люфт («мертвый ход») — перемещение элемента механической системы, не приводящее к нужным изменениям в работе механизма. Иными словами, это часть движения детали, совершаемая «впустую».
«Особенность разработки — возможность учитывать погрешность, неизбежно возникающую в работе систем компьютерного зрения. Подпружиненный демпфер позволяет нивелировать погрешность определения расстояния до объекта по вертикальной оси», — объяснил Н.В. Белов.
При захвате предмета по одной из вакуумных магистралей в систему подается сжатый воздух, в результате чего поршень с магнитом приближается к изделию. Чтобы отсоединить перемещенную деталь от магнита, в работе участвуют сразу две магистрали: одна откачивает воздух, а другая подает его, что в совокупности заставляет поршень «отклеиться» от объекта и принять исходное положение.
«Принцип отсоединения детали достаточно прост. Для захвата воздух подается на верхнюю часть поршня, тем самым опуская магнит к изделию. В случае отсоединения детали воздух, наоборот, подается под поршень и магнит поднимается вверх», — пояснил Н.В. Белов.
Важно отметить, что применение магнита позволяет отказаться от использования электропровода в конструкции захвата, что повышает простоту и надежность механизма. Благодаря своим преимуществам техническое решение ученых МТУСИ позволит расширить применение роботов-манипуляторов в промышленности и сделает их системы захвата более универсальными.
«Крепление захвата рассчитано на малых роботов компании Kuka грузоподъемностью до 6 кг, но его конструкция может быть изменена в зависимости от производителя робота, — сообщил Никита Вадимович Белов. — В данный момент создано несколько образцов захватного механизма, тестируемых в центре робототехники МТУСИ. Дополнительным усовершенствованием разработки может стать ее изготовление из более легких и прочных материалов, <…> которое позволит убрать люфты***».
Новость подготовлена при поддержке Министерства науки и высшего образования РФ
Фото: пресс-служба МТУСИ
