Для автоматизации задач на современных производствах используются робототехнические комплексы: они ускоряют изготовление, снижают брак и оптимизируют погрузку и сортировку на складах. Кроме того, такие системы могут работать в экстремальных условиях – в космосе, под водой, в контакте с токсичными веществами (в химической промышленности), также их используют в медицине для проведения хирургических операций и реабилитации пациентов с помощью экзоскелетов. Тем не менее, плотность роботизации в России в 19 раз ниже, чем в мире, и страна зависима от импорта. Студенты Пермского Политеха представили готовый прототип робототехнического комплекса, который имеет высокую точность, гибкость в адаптации под разные устройства, прост в управлении, а также снижает энергопотребление вплоть до 30%.
Фото: Lenny Kuhne, Unsplash
Разработка выполнена в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030».
Робототехнический комплекс — это автоматизированный механизм, состоящий из робота-манипулятора, системы управления, датчиков и вспомогательных механизмов. Он предназначен для выполнения сложных задач без постоянного участия человека, заменяя или дополняя ручной труд в промышленности, логистике, медицине и других сферах.
Современная робототехника стремится к созданию энергоэффективных, надежных и адаптивных решений, способных заменить традиционные гидравлические и пневматические системы – они сложны в обслуживании, имеют проблемы с точностью и гибкостью, перепрограммировать их под новые задачи сложно и дорого.
Студенты Пермского Политеха под руководством ученых разработали прототип робототехнического комплекса с системой для снижения нагрузки на подвижные элементы и приводы. Научными руководителями проекта выступили Луиза Коногорова, директор бизнес инкубатора ПНИПУ «Динамика роста», и Даниил Курушин, доцент кафедры «Информационные технологии и автоматизированные системы» ПНИПУ, кандидат технических наук.
В условиях возрастающих требований к грузоподъемности и долговечности робототехнических манипуляторов необходимо минимизировать их энергопотребление и повышать точность. Современные промышленные роботы сталкиваются с проблемой ухудшения динамических характеристик из-за значительных статических и динамических нагрузок, которые вызваны массой звеньев, рабочих органов и транспортируемых объектов. Это приводит к перегрузке приводов, снижению точности позиционирования и преждевременному износу узлов. Разработанная политехниками система компенсации на основе пружин растяжения, которые интегрированы в шестизвенную конструкцию, частично погашает силу тяжести за счет преобразования механической энергии в упругую деформацию. Это минимизирует дефекты каркаса и адаптирует систему к переменным нагрузкам.
— Основу системы компенсации составляют пружины растяжения. При работе они «вбирают» часть энергии, снижая усилие, поступающее на приводы – «моторы» любого механизма, которые заставляют его двигаться, – и минимизируя износ. Система оснащена датчиками и контроллером, которые анализируют нагрузку в реальном времени, обеспечивая плавность движений и точность позиционирования, — рассказывает Никита Назаров, руководитель проекта, студент электротехнического факультета ПНИПУ.
По сравнению с существующими аналогами разработка политехников снижает энергопотребление до 30%, а несложная механическая конструкция упрощает обслуживание и ремонт. Также систему можно адаптировать для различных применений — от промышленных манипуляторов до медицинских экзоскелетов.
— Внедрение комплекса позволит малым и средним предприятиям получить доступ к автоматизации, которая ранее была для них недоступна из-за высокой стоимости. Окупаемость проекта составляет от 1,5 до 3 лет в зависимости от сферы применения. Рост спроса на промышленную робототехнику, который составляет около 15% в год, и глобальный тренд на энергоэффективность делают эту разработку особенно перспективной, — комментирует Луиза Коногорова, директор бизнес инкубатора ПНИПУ «Динамика роста».
Уже готов прототип робототехнического комплекса. На 2025 год запланированы запуск мелкосерийного производства, расширение модельного ряда, разработка собственного ПО.
Робототехнический комплекс студентов Пермского Политеха — это шаг вперед в создании доступных, надежных и адаптивных автоматизированных систем. Его внедрение снизит затраты предприятий и расширит возможности автоматизации в новых сферах.
