Get Adobe Flash player

adaptív megfogó készülék

 

A hajtástechnika új irányzata a mozgások bionikus megvalósítása, amely az élővilág mozgásformáihoz hasonló és egészen új alkalmazásokat tesz lehetővé.
A Fin Ray Effect®* elvén alapuló mechanizmusok érdekessége, hogy a halak testéhez hasonlóan hajlíthatók és kitérnek az erőhatás elől, ugyanakkor az erő irányával szemben rugalmasan deformálódnak. A “Fin Ray” elv alapján újszerű mozgásformákat (Airacuda-hal) és speciális ipari megfogó készülékeket fejlesztettek ki.
A Bionic Handling Assistant, a mesterséges ormány 11 szabadságfokú, három dimenziós mozgása különleges manipulációs feladatokra is alkalmas.

Realization of bionic movements is a new trend of drive engineering. These forms of movements come from the nature and open up entirely new approaches for industrial practice.
The Fin Ray structure automatically curves against the direction of the influencing force. It is a simple principle with which the fish can display the full swinging power of its fins in the water. This structure is called Fin Ray Effect® and is used in the artifical fish Airacuda and in special industrial grippers.
The eleven degrees of freedom of Bionic Handling Assistant allows a wide variety of task-specific 3-D travel paths, which unlike conventional handling systems are not purely linear.

Die Verwirklichung der bionischen Bewegungen meldet sich als die neuste Richtung in der Antriebstechnik. Die von der Natur inspirierten Bewegungen erweitern die Anwendungsmöglichkeiten auf völlig neuen Gebieten. Die Struktur nach Flossenstrahleffekt (Fin Ray Effect® ) verhaltet sich bei seitlicher Druckeinwirkung unerwartet, knickt nicht in Druckrichtung weg, sondern wölbt sich flexibel entgegen der kraftwirkenden Richtung.  Nach dem Prinzip von „Fin Ray“ werden neuartige Bewegungsformen z.B. als Airacuda-Fish realisiert und spezielle industrielle Greifer entwickelt.
Insgesamt verfügt der Bionische Handling Assistent, der künstliche Elefantenrüssel, über elf Freiheitsgrade, die eine Vielzahl aufgabenspezifischer Verfahrwege, die im Gegensatz zu konventionellen Handhabungssystemen nicht linear durchfahren werden, eröffnen.

Mint minden iparágban, az automatizálásban is kiemelten fontos tevékenység a termékfejlesztés. Ez a munka egyrészt a mindenkori piac igényeit követi, másrészt a jelen trendjei alapján igyekszik a „jövőbe látni”. A technológiai kutatások alapján végrehajtott fejlesztések során létrejövő termékek ugyanakkor befolyásolják a szakterület jövőjét is, mivel a piacra kerülő legsikeresebb termékek „divatossá” válhatnak, ezzel pedig a felhasználók igényeit bizonyos irányokba terelhetik. (Erre jó példa a szelepszigetek megjelenése, fejlődése, majd rohamos elterjedése az elektro-pneumatikus vezérléstechnikában.) A termékfejlesztés és a piaci igények tehát folyamatos kölcsönhatásban vannak egymással.

A kutatási-fejlesztési munka egyik fontos feltétele, hogy a felhasználói igények figyelembe vétele mellett is képes legyen elszakadni a megszokott, sematikus irányzatoktól és tervezési módszerektől. Ilyen újszerű fejlesztési irány a hajtástechnika világában a mozgások bionikus megvalósítása, amely szakít az automatizált berendezésekben felhasznált, a hagyományos gépészet alapelemeire épülő „klasszikus” hajtástechnikai elemekkel. Ezzel szemben a bionikus mozgások az élővilág mozgásformáihoz hasonlítanak és azokhoz hasonló működési elv alapján jönnek létre.

A következőkben olyan „állati”, azaz bionikus szerkezeteket mutatunk be, amelyek eleinte talán játékszernek tűnhetnek, de ezek valójában mind különböző tanulmányok egy-egy működési elv megvalósításában és ipari felhasználáshoz való fejlesztésében.

Működési elv a természetből – a „Fin Ray” struktúra

A Fin Ray Effect®* (úszósugár-effektus) működési elvén alapuló mechanizmusok egy nagyon egyszerű szerkezetből származnak. Ez a mechanizmus nem új találmány: a csontoshalak úszóiban már évmilliók óta megtalálható.

Működésének alapja két, az egyik végén hegyesszögben egymáshoz erősített rugalmas anyagú rúd vagy lap. Az alapelemek egyenlő szárú háromszöget alkotnak, úgy, hogy az alapon és azzal párhuzamosan egy vagy több helyen csuklósan csatlakozó közdarabokkal egymáshoz vannak rögzítve (1. ábra).

 

1. ábra. “Fin Ray” struktúra
A szerkezet egyszerűsége ellenére meglepő tulajdonságokat mutat. Ha az alapelemek egyikét az alappontban rögzítjük, míg a másikat elmozdítjuk, a mechanizmus rugalmasan elhajlik a rögzített elem irányába.

Ha mindkét alapelemet rögzítjük és a szerkezetet oldalirányú erővel támadjuk, a teljes struktúra mintegy „ráfordul” a terhelésre, azaz kitér az erőhatás elől, ugyanakkor egyfajta alakzárást hajt végre. Az előbbi tulajdonság a különleges mozgásformák létrehozásánál, az utóbbi különböző megfogó szerkezetek megvalósításánál hasznosítható. A kitérés mértéke mind a szerkezet geometriai jellemzőitől, mind pedig a mechanizmusra ható erőtől függ.

Airacuda –  a mesterséges hal

A Fin Ray Effect®  egyik első bionikus mechanizmusban való alkalmazását mutatták be a 2006-os Hannoveri Vásáron bemutatott Airacuda fantázianevű úszó tanulmányeszközzel (2. ábra). Ebben a „játékszerben” a működtető szerkezet a természetben betöltött eredeti funkciójához hasonló feladatot lát el: egy mesterséges hal mozgatását valósítja meg, különleges pneumatikus „izmok” segítségével.  Az Airacuda pneumatikus energia-ellátásáról a testébe épített kisméretű, nagy nyomásra feltöltött sűrítettlevegő-tartály gondoskodik. A beépített elektronika által vezérelt mágnesszelepek működtetik a farkúszó lengő-csapkodó mozgását előidéző kontrakciós hengereket. A hal testének hátsó része „Fin Ray” struktúrájú vázra épül. Az összehúzódó pneumatikus hengerek egyenes vonalú mozgását a mechanizmus úgy alakítja át, hogy a törzs hátsó része a halak testéhez hasonló ívbe görbül, a farkúszó pedig a kívánt haladási iránynak és sebességnek megfelelő váltakozó irányú csapkodást végez (3. ábra).

 

2. ábra. Airacuda, a mesterséges hal

 


3. ábra. Az Aircuda “Fin Ray” szerkezete

 

Adaptív megfogó készülék – az „igazi” ipari alkalmazás

Az  előbbiekben bemutatott uszony-struktúra különleges jellemzői a termelő berendezésekben is kihasználhatók. A „Fin Ray” elven kialakított adaptív megfogó készülékek új alkalmazási lehetőségeket kínálnak a handling-technológiával foglalkozó felhasználóknak (4. ábra).

 

4. ábra. Adaptív megfogókészülék

Mindig komoly kihívást jelent az érzékeny felületű, lágy anyagú és nem pontosan definiálható alakú tárgyak automatizált mozgatása. Ilyen munkadarabok jellemzően az élelmiszeriparban fordulnak elő, ahol a mozgatni kívánt termékek nem ipari sorozatgyártásból, hanem a szántóföldről vagy éppen a gyümölcsfáról érkeznek. Ezek a gyümölcsök, zöldségek, virághagymák és más mezőgazdasági termékek méretükben és alakjukban jelentősen eltérhetnek egymástól, még az előzetes osztályozás és előválogatás ellenére is. A hagyományos mechanikus megfogók csak különleges kiegészítőkkel tehetők alkalmassá az ilyen termékek egyenkénti mozgatására.

Kézenfekvő volt a megoldás: a „Fin Ray”-struktúrájú megfogó pofák kitérnek az erőhatások elől, így az érzékeny munkadarabokon nem keletkezik sem felületi, sem benyomódási sérülés. Ugyanakkor a megfogó ujjak a munkadarabbal való érintkezési pont köré „fonódnak”, ezzel alakzáró tartást hoznak létre. A megfogni kívánt terméktől függően két- három- vagy négyujjas megfogó készülékeket is lehet alkalmazni – a megfogás mindenkor lágy és alakzáró lesz, ami jellegében az emberi kéz óvatos, de biztonságos fogási funkciójához hasonló (5. ábra). Ha a szerkezet záró erejét megnöveljük, a munkadarabra ható erők akkor is csak kis mértékben növekednek, míg az alakzárás (a megfogó ujjaknak a termékre való ráhajlása) nagyobb felületen jön létre, ezzel biztosabb körülfogást ad a készülék.

 

5. ábra. Adaptív megfogókészülék alkalmazása

A mesterséges ormány – manipuláció 3D-ben 

A Bionic Handling Assistant egy különleges, három dimenzióban mozgatható önálló manipulátor-egység. A szerkezet alapját három, párhuzamosan elhelyezkedő pneumatikusan működtetett tömlőhenger-sor alkotja. A sorba állított hengerek az eszköz hossza mentén több külön csoportot alkotnak, amelyek mindegyike külön-külön működtethető (6. ábra).

 

6. ábra. A Bionic Handling Assistant szerkezete

Az ormányszerű térbeli mozgás a következőképpen jön létre: ha az egymás mellé épített három tömlőhenger-lánc közül egyet vagy kettőt nyomás alá helyezünk, azok megnyúlnak és a szerkezet a működtetés nélküli tömlőhenger-sor(ok) irányába fordul. Ha mindhárom hengerláncot működtetjük, az azonos lökethossz miatt egyenes vonalú mozgás jön létre. A hosszanti csoportok megfelelő vezérlésével különleges, akár kígyózó térbeli mozgásformák is létrehozhatók (7. ábra).

 

7. ábra. A mesterséges ormány térbeli mozgása

A speciális, 11 szabadságfokú, lágy térbeli mozgás és a nagy munkatér egészen újszerű alkalmazási lehetőségeket kínál. Ezek közül talán az egyik legérdekesebb felhasználási elképzelés a mozgássérült emberek támogatása.

A tervezett berendezés segítségével a mozgássérültek a mindennapi életben vagy akár egy munkaasztalon is manipulálni tudnak olyan tárgyakat, amelyeket karjuk, kezük sérülése miatt egyébként képtelenek lennének elérni és mozgatni.

További alkalmazási lehetőséget kínálnak az olyan különleges manipulátorokat igénylő területek, mint a laboratóriumi technika, egyes kísérleti berendezések, a szórakoztató ipar vagy éppen a terrorelhárítás.

Láthatjuk, hogy a bemutatott eszközök – bár első látásra messze állnak a hagyományos gépipari automatizálástól – nem játékszerek, hanem egy új és izgalmas terület, a bionikus hajtástechnika világába vezető út első lépései.

Radvány Miklós
Festo Kft.