predavanje Šitum: pneumatski mišići u bioničkim i robotskim

Prof.dr.sc. Željko Šitum

Zavod za robotiku i automatizaciju proizvodnih sustava

Laboratorij za automatiku i robotiku

PNEUMATSKI MIŠIĆI U BIONIČKIM I ROBOTSKIM SUSTAVIMA

zeljko.situm@fsb.hr

PNEUMATSKI AKTUATORI

Pneumatski mišići u bioničkim i robotskim sustavima

Uvod Tehničke izvedbe Moguće koristi Primjena Inovativni doprinos

Aktuatori omogućuju pretvorbu energije u različite oblike gibanja čime se ostvaruje

interakcija sustava s njegovom okolinom.

Pomoću aktuatora se npr. kod robota ostvaruju sile i momenti koji omogućuju pokretanje

zglobova, a time i gibanje elemenata robota.

PNEUMATSKI POGONI

Prednosti

visoka brzina rada

jednostavan prijenos snage

jednostavno održavanje

raspoloživost medija

sigurnost od zapaljenja

čist radni okoliš

Nedostaci

složeniji za upravljanje

nelinearne karakteristike pogona

ograničen iznos pokretane mase

UMJETNI PNEUMATSKI MIŠIĆI (engl. Pneumatic Artificial Muscles, Fluidic muscles, Air

muscles) imaju prirodnu elastičnost što ih čini pogodnim za primjenu u bioničkim sustavima,

tj. biološki inspiriranim izvedbama tehničkih sustava.

BIONIKA

Pneumatski mišići u bioničkim i robotskim sustavima

Uvod Tehničke izvedbe Moguće koristi Primjena Inovativni doprinos

Evolucijski razvoj je prirodne sustave načinio visokooptimiranim i učinkovitim

McKibben-ov pneumatski mišić

ROMAC (RObotic Muscle ACtuator)Pneumatski mišić tvrtke Festo

Pneumatski mišić ‘Rubbertuator’ tvrtke Bridgestone

Yarlott-ov pneumatski mišić

Kukolj-ov pneumatski mišić

Mišić s uzdužnom armaturom (Pleated muscle)

Uvod Tehničke izvedbe Moguće koristi Primjena Inovativni doprinos

Pneumatski mišić tvrtke Shadow

Pneumatski mišići u bioničkim i robotskim sustavima

PNEUMATSKI MIŠIĆ KAO AKTUATOR

Izvedbe umjetnih pneumatskih mišića

Osnovna građa pneumatskih mišića

Uvod Tehničke izvedbe Moguće koristi Primjena Inovativni doprinos

Antagonistički par mišića

Pneumatski mišići u bioničkim i robotskim sustavima

PNEUMATSKI MIŠIĆ KAO AKTUATOR

Modeliranje umjetnih pneumatskih mišića

Uvod Tehničke izvedbe Moguće koristi Primjena Inovativni doprinos

0

0

02

02

220

)(sin

1,

)(tan

3

14

L

LL

ba

bapD

F

Sila povlačenja (kontrakcije) mišića

Zakretni moment

RFF 21

Pneumatski mišići u bioničkim i robotskim sustavima

PNEUMATSKI MIŠIĆ KAO AKTUATOR

Sličnosti u načinu djelovanja mišića čovjeka i umjetnih pneumatskih mišića

Par spregnutih, suprotno djelujućih pneumatskih mišića zakreću rotacijski zglob manipulatora na sličan način kao što se odvija zakretanje ljudske podlaktice oko lakta skupljanjem i izduživanjem mišića bicepsa i tricepsa.

Rotacija podlaktice ljudske ruke oko lakta

Uvod Tehničke izvedbe Moguće koristi Primjena Inovativni doprinos

Pneumatski mišići u bioničkim i robotskim sustavima

PNEUMATSKI MIŠIĆ KAO AKTUATOR

Industrijska automatizacija

Uvod Tehničke izvedbe Moguće koristi Primjena Inovativni doprinos

Pneumatski mišići u bioničkim i robotskim sustavima

PNEUMATSKI MIŠIĆ KAO AKTUATOR

Primjena umjetnih pneumatskih mišića

Uvod Tehničke izvedbe Moguće koristi Primjena Inovativni doprinos

Pneumatski mišići u bioničkim i robotskim sustavima

PNEUMATSKI MIŠIĆ KAO AKTUATOR

Primjena umjetnih pneumatskih mišića

Bio-robotika

ZAR (Zwei-Arm_Roboter) - TU Berlin – BROMMI (elephant’s trunk) University of Zurich

Shadow Robot Company - LondonRobot ‘Lucy’ - Brussel Festo - Bionic Learning Network

University of Washington

TU Delft

Fizioterapija

Uvod Tehničke izvedbe Moguće koristi Primjena Inovativni doprinos

Pneumatski mišići u bioničkim i robotskim sustavima

PNEUMATSKI MIŠIĆ KAO AKTUATOR

Primjena umjetnih pneumatskih mišića

Mehanički sustav za pokretanje ljudske ruke (‘Soft-Actuated’ Exoskeleton)

Uvod Tehničke izvedbe Moguće koristi Primjena Inovativni doprinos

Pneumatski mišići u bioničkim i robotskim sustavima

Diplomski rad ( Srečko Herceg, FSB, 2009.)

Manipulator pokretan umjetnim pneumatskim mišićima

Industrijska automatizacija

PNEUMATSKI MIŠIĆ KAO AKTUATOR

Manipulator pokretan umjetnim pneumatskim mišićima

Diplomski rad ( Ivan Sršen, FSB, 2006.)

Pneumatski mišići u bioničkim i robotskim sustavima

Uvod Tehničke izvedbe Moguće koristi Primjena Inovativni doprinos

Diplomski rad ( Srečko Herceg, FSB, 2009.)

Industrijska automatizacija

PNEUMATSKI MIŠIĆ KAO AKTUATOR

1 - Mjerni sustav kuta zakreta, 2 - Proporcionalni razvodnik, 3 - Elektroničko sučelje, 4 - Kuglica na gredi, 5 - Akvizicijska kartica,6 - Računalo, 7 - Pneumatski mišić

Završni rad ( Petar Trslić, FSB, 2013. )

Pneumatski mišići u bioničkim i robotskim sustavima

Uvod Tehničke izvedbe Moguće koristi Primjena Inovativni doprinos

Mehatronički sustavi

Sustav kuglice na gredi pokretan pneumatskim mišićima

PNEUMATSKI MIŠIĆ KAO AKTUATOR

Završni rad ( Petar Trslić, FSB, 2013. )

Pneumatski mišići u bioničkim i robotskim sustavima

Uvod Tehničke izvedbe Moguće koristi Primjena Inovativni doprinos

Mehatronički sustavi

Sustav kuglice na gredi pokretan pneumatskim mišićima

PNEUMATSKI MIŠIĆ KAO AKTUATOR

Mjerni sustav kuta zakreta

Mjerni sustav položaja kuglice

Euler-Lagrange-ova jednadžba

iiii

Tq

P

q

K

q

K

dt

d

0

2

1

1

21

P

IK

cossin

2

1)2(

2

1

2

1

2

1

2

22

22222222

rgmxgmP

xr

JxrxrxmJvmK

0sin

sincos2

22

22

gmxmrmxmxr

J

TrgmxgmxxmxrmIxmrm

Kinetička i potencijalna energija sustava

Nelinearni matematički model sustava

0)(

)(

2

2

gmrmxmr

J

TrgmxgmxrmIrm

Linearizirani matematički model sustava

aFFT )( BA

Moment zakreta grede

Donacija tvrtke Festo Hrvatska

Projektni tim:Dominik SremićHrvoje BrezakValentino ŠtahanJakov TopićJuraj BenićKlemen Govedić

Mentor:Prof.dr.sc. Željko Šitum

Uvod Tehničke izvedbe Moguće koristi Primjena Inovativni doprinos

Pneumatski mišići u bioničkim i robotskim sustavima

Mobilni roboti

Hodajući četveronožni robot pokretan umjetnim pneumatskim mišićima

PNEUMATSKI MIŠIĆ KAO AKTUATOR

Uvod Tehničke izvedbe Moguće koristi Primjena Inovativni doprinos

Pneumatski mišići u bioničkim i robotskim sustavima

Mobilni roboti

Hodajući četveronožni robot pokretan umjetnim pneumatskim mišićima

PNEUMATSKI MIŠIĆ KAO AKTUATOR

Four-Legged Walking Robot Actuated by Pneumatic

Artificial Muscles( WRAPAM )

Prvi koraci

Uvod Tehničke izvedbe Moguće koristi Primjena Inovativni doprinos

Pneumatski mišići u bioničkim i robotskim sustavima

Mobilni roboti

Hodajući četveronožni robot pokretan umjetnim pneumatskim mišićima

PNEUMATSKI MIŠIĆ KAO AKTUATOR

Završni rad (Denis Trivić, FSB, 2014.)

Pneumatski mišići u bioničkim i robotskim sustavima

Fizioterapija

Aktivna ortoza za stopalo pokretana pneumatskim mišićem

Uvod Tehničke izvedbe Moguće koristi Primjena Inovativni doprinos

PNEUMATSKI MIŠIĆ KAO AKTUATOR

Pneumatski mišići u bioničkim i robotskim sustavima

Fizioterapija

Aktivna ortoza za stopalo pokretana pneumatskim mišićem

Uvod Tehničke izvedbe Moguće koristi Primjena Inovativni doprinos

PNEUMATSKI MIŠIĆ KAO AKTUATOR

Hvala na pozornosti! zeljko.situm@fsb.hr

Pneumatski mišići u bioničkim i robotskim sustavima