Abstrakt

Przeprowadzone badania naukowe rozpoczęto od szczegółowej analizy układu mechatronicznego dłoni robotycznych, powstałych na przestrzeni ostatnich 40 lat, w celu dokładnego rozpoznania ich głównych wymogów konstrukcyjnych i ograniczeń systemowych. Z uwagi na brak dostępnych narzędzi do symulacji omawianych siłowników, w rozprawie opracowano uniwersalne narzędzie – program do analizy numerycznej. U jego podstawy założono wykorzystanie programu Abaqus, funkcjonującego na bazie metody elementów skończonych MES, który następnie rozbudowano o własne skrypty implementujące siły elektrostatyczne na powierzchni rozpatrywanego modelu mięśnia. Tak przygotowany program umożliwił przeprowadzenie badań licznych modeli o różnych konfiguracjach geometrycznych. Uzyskane wyniki rozszerzają literaturę przedmiotu o zbiór charakterystyk napięciowo-mechanicznych i analizę rozkładu sił na elektrodach sztucznego mięśnia. Szczególną uwagę poświęcono zjawisku gwałtownego podciągnięcia siłownika po przekroczeniu pewnego napięcia/odkształcenia granicznego, charakterystycznego dla technologii mechanizmów elektrostatycznych. Wyniki obliczeń stanowią pierwszą znaną, a zarazem kompleksową i wyczerpującą analizę zagadnienia. Kolejnym podjętym w rozprawie wyzwaniem była budowa autorskich prototypów siłowników elektrostatycznych, która dzięki obszernym badaniom własnym metod łączenia polimerów i technologii elektrod, została zwieńczona sukcesem. Na podstawie przeprowadzonych testów zdecydowano wykorzystać selektywne napylanie próżniowe w celu nanoszenia przewodzących prąd powłok na powierzchnię izolatora. Łączenie poszczególnych warstw realizowano z użyciem zgrzewania laserowego, którego technologia została dokładnie przebadana i zaadaptowana do celów rozprawy. Tak powstałe jednostki napędowe poddane zostały obszernym testom mechanicznym, uwzględniającym ich charakterystyki mechaniczne i żywotność, jak również niezbędnym testom elektrycznym. W tym ostatnim przypadku, poza pomiarem rzeczywistych wartości rezystancji i pojemności elektrycznej wyznaczono charakterystyki napięciowe dla różnych geometrii sztucznych mięśni, sprawdzono zjawisko histerezy poszczególnych modeli oraz zweryfikowano odpowiedź siłowników na sygnały sterujące o różnych amplitudach i kształtach. Zebrane wyniki porównano do rezultatów otrzymanych z symulacji numerycznych oraz zestawiono z siłownikami innych zespołów badawczych, a także odniesiono je do zakresu funkcjonalności ludzkiej dłoni.

Autor (1)