Sloní chobot a rybí ploutve inspirací pro zelenou výrobu

Co mají společného sloní chobot, rybí ploutve s automatizační technikou? To představila společnost Festo na Hannoverském veletrhu 2010 špičkovými produkty z Bionic Learning Network. S bionickým manipulačním asistentem byla vytvořena průlomová inovace v manipulační technice až do úrovně spolupráce člověk-technika. Také s typem BionicTripod 2.0 a modulárním manipulačním systémem lehké konstrukce představuje Festo inovativní řešení nejrůznějších manipulačních úloh. Může se jednat o průmyslové aplikace nebo o učební systémy. Příroda zná cestu k energeticky efektivní automatizaci budoucnosti. S CyberKite-automatizovaným dračím systémem je prezentován mechatronický systém, který pomocí inteligentní regulační techniky umožňuje zvládání přírodních sil.F esto sází na svůj Bionic Learning Network a Future Concepts jako na platformu pro vypátrání nových produktů, návrhů a myšlenek a posléze pro testování tržního významu v dialogu se zákazníky. Future Concepts zabezpečuje stálý náskok Festa v globální konkurenci a zkouší perspektivní technologie s cílem nabídnout zákazníkům přidanou hodnotu. V rámci těchto aktivit vytváří Festo trendy bezpečné automatizace, inteligentních mechatronických řešení až po nové bionické manipulační a chapadlové technologie, energetickou efektivnost a zelenou výrobu. Bionický manipulační asistent (BMA ) Sloní chobot je flexibilní, přenáší vysoké síly a slouží jako precizní chapadlo. Analýzou jeho struktury, rozborem funkčnosti chobotu a využitím nových výrobních technologií vznikl zcela nový, biomechatronický manipulační systém pro spolupráci člověk-technika. S BMA už není přímý kontakt mezi strojem a člověkem, ať už neúmyslný nebo záměrný, nebezpečný. V případě kolize s člověkem BMA totiž okamžitě ustoupí, a to beze změny celkového požadovaného dynamického chování. Na rozdíl od těžkých průmyslových robotů má BMA jedinečný poměr hmotaužitečné zatížení, vláčné pohyby s více stupni volnosti a efektivní spotřebu zdrojů. BMA poskytuje nové možnosti v manipulačním průmyslu, lékařské technice, rehabilitaci a podpoře handicapovaným, ale i v zemědělství, v domácnostech a v učebních zařízeních. BMA se skládá ze tří základních prvků k prostorovému pohybu, ramene s kulovým kloubem a z chapadel s adaptivními prsty. Základní prvky jsou tvořeny třemi aktuátory, kruhově uspořádanými a zužujícími se pod úhlem 3°. Každý aktuátor je na rozhraní napájen stlačeným vzduchem. Návrat do původní polohy probíhá na základě smyčkové konstrukce aktuátorů, která po vypuštění stlačeného vzduchu působí jako tažná pružina. Systémy pro měření dráhy snímají protažení a slouží pro řízení systému v prostoru. V rameni jsou další tři aktuátory uspořádané okolo kulového kloubu. Jejich činnost způsobuje úhlové přestavení chapadel až o 30°. SMATsenzory detekují dráhy a umožňují precizní vyrovnání. K celkovému řízení jsou využívány VPWP proporcionální ventily dráhy. Prvky jsou flexibilní a zvládají vysoký přenos sil při malé vlastní hmotnosti. Teprve využitím moderní technologie Rapid Manufacturing jsou dány mimořádné výrobní předpoklady. Umožňuje výrobu individuálních, pohyblivých částí systému z polyamidu, které jsou vytvořeny z tenkých vrstev nanášených na základovou desku. Každá vrstva je spojena se spodní vrstvou natavením a je vytvrzena pouze tam, kde to vyžaduje řídicí program. Vize výroby nejrůznějších struktur a stavebních prvků přes noc na základě online objednávky „3Dtiskem“ při nízkých nákladech a v normálních kancelářských prostorách se stále více stává realitou. Technické parametry: délka 0,75 m, max. vyvěšení 1,1 m, hmotnost 1,8 kg, průměr pracovního prostoru 1,2 m. Počet aktuátorů 13, stupně volnosti 11. Manipulační hmotnost 500 g. Provozní tlak 1,5-3 bary. BionicTripod 2.0 Cílem vývoje BionicTripod 2.0 bylo při minimální vlastní hmotnosti obsluhovat maximální pracovní prostor. BionicTripod 2.0 má redukovány pohyblivé hmoty, je účinný ve spotřebě a může tak efektivně třídit a pohybovat se. Bionický princip rybí ocasní ploutve může být využíván mnohonásobně jako trojrozměrná adaptovatelná tzv. 3D FinRay struktura. Ta umožňuje energeticky efektivní lehký konstrukční systém. Oproti tradičnímu Tripod uspořádání je BionicTripod 2.0 otočný o 90° a může být proto označován jako horizontální Tripod. Integrované adaptivní chapadlo tzv. FinGripper stejně jako kulový kloub analogický s funkcí lidského zápěstí, umožňuje maximální flexibilitu pro uchopování objektů v nejrůznějších polohách a výškových úrovních a jejich ovládání. Adaptivní a přizpůsobitelné FinGripper je rozhraní mezi objektem a aktuatorikou. Skládá se z pneumatických aktuátorů ve tvaru skládaných měchů a tří uchopovacích prstů, které jsou provedeny jako adaptivní struktura s FinRay efektem. S tím spojená flexibilita a poddajnost je předurčuje pro úkoly z oblasti interakce člověk-stroj, např. v zemědělství při třídění ovoce a zeleniny různého vzrůstu nebo v průmyslu pro třídění technických materiálů. Také jako „třetí ruka“, která podává šroubový klíč nebo montovanou součást. BionicTripod 2.0 je ideálním pomocníkem při montážních pracích všeho druhu. Sestává ze 6 pyramidově uspořádaných tyčí (prutů) ze skleněných vláken, navzájem flexibilně a kloubově propojených, které se dají vytažením a zatažením v každém směru vychýlit až o 90°do maximálního pracovního prostoru. Precizní aktivování a vychylování zajišťují elektrické lineární pohony EGC stejně jako elektrické pohony EMMS. Celé zařízení je řízeno robotickým řídicím softwarem CMXR. V paži jsou okolo kulového kloubu uspořádány tři aktuátory, aby bylo možno docílit tři další stupně volnosti a vychýlení až o 30°. Technické údaje Max. výchylka v ose X: 1400 mm, v ose Y: 1400 mm a v ose Z: 270 mm. Max. manipulační hmotnost 2500 g. Velikost paže: průměr 120 mm, délka 95 mm, hmotnost 400 g, max. vychýlení 30°, aktuátory 3 skládané měchy. Velikost FinGripper: průměr 160 mm, délka 150 mm, síla aktoru 40 A, provozní tlak 3 bary. Modulární manipulační stavebnice lehké konstrukce (MMSLK ) Produktový program Festo umožňuje v kombinaci s MMSLK stavbu Tripod systému až po 6osou kinematiku. Školy mohou kinematiky variabilně sestavovat podle svého rozpočtu a podle praktických průmyslových součástek. Konstrukce kinematiky ze vzpěr má vlastní hmotnost 4 kg, užitné zatížení 800 g, 6 stupňů volnosti a je vhodným učebním systémem. Díky své jednoduché a nenákladné stavbě se hodí pro Pick & Place – aplikace, pro automatizaci laboratorních procesů nebo jako „třetí ruka“ v servisní robotice. Nízká vlastní hmotnost umožňuje využití bez ochranných klecí. Systém je proměnný jako chameleon. Od jednoosé až po 6osou kinematiku se dají přestavovat všechny varianty s nízkými náklady nebo také dodatečně vybavovat. Z toho vyplývá mnoho možných konfigurací. Modularita se týká také chapadel. Dvou a tříprstová chapadla, paralelní a úhlová chapadla stejně jako přísavné jednotky a Bernoulliho chapadla jsou ve skladu nástrojů. Adaptivní chapadlové prsty jsou konstruovány na bázi FinRay Effect a umožňují práci s volně tvarovanými produkty. Využití servomotorů s precizními převodovkami nabízí přesné polohování. Díky decentrálním řídicím jednotkám v kloubech jsou všechny napájeny pouze nízkým napětím a aktivovány robotickým řízením CMXR přes sběrnicový systém (CAN). Technické údaje Šestiosá kinematika: užitečné zatížení 600 g, vlastní hmotnost 4200 g, pracovní prostor max. 600 mm, stupně volnosti: 6. Tripood: užitečné zatížení max. 1,2 kg, vlastní hmotnost 1,5 kg, pracovní prostor průměr 300 mm, stupně volnosti: 3. Řízení CMXR, Robotic- Controller, opakovací přesnost ± 1/10 mm, rychlost 1,5 m/s. CyberKite – automatizovaný dračí systém Zvládání přírodních sil je odjakživa výzvou pro člověka. Festo vyvíjí systém draků s kybernetickým řídicím systémem. Vítr je nevypočitatelným faktorem. Úkolem je řiditelné draky s aerodynamickým tlakem křídel udržovat permanentně ve vzduchu, bez ohledu na to odkud vane vítr, nebo je-li bezvětří. Cyber- Kite představuje biomechatronický projekt, který může až 24 m2 velké vztlakové křídlo autonomně a energeticky soběstačně řídit a regulovat. Automatická regulace udává letovou dráhu a určuje způsob letu přizpůsobený větrným podmínkám. Technické údaje CyberKite 24 m2: rozpětí 8,62 m, délka 4,14 m, objem 9,8 m3, hmotnost 4,2 kg. /an/