Электроадгезия технология роботизированных систем

Электроадгезия технология роботизированных систем

Электроадгезия (аббревиатура EA) как технология представляет фактически электрически управляемый механизм адгезии. Такого типа механика находит применение в области роботостроения. Посредством технологии достигаются эффекты активной адгезии, крепления, захвата, ползучести, лазания и другие при построении роботов. Технологии EA, по сравнению с другими существующими решениями по адгезии, существенно упрощают построение систем повышенной адаптации.

Электроадгезия – обобщённый взгляд на технологию современности

Современный взгляд на технологию, однако, вовсе не определяет «возрастной» планки на разработку. Согласно имеющимся сведениям, технику электроадгезии учёные освоили ещё вначале 20 века. За открытием стоят такие имена, как Альфред Йонсен и Кнуд Рахбек (Дания).

Технология использовалась для обозначения электростатического притяжения между двумя контактирующими материалами, когда между таковыми существует разность электрических потенциалов. Традиционный эффект Йонсена-Рахбека описывает силу притяжения, испытываемую между проводником и полупроводником, когда два материала находятся в контакте с последующим приложением электрического напряжения.

DBOT-W100

Электроадгезия технология роботизированных систем - структурная схема
Электроадгезия — поперечное сечение типичной системы для проводящих материалов: А — источник напряжения; B — блок управления; 1 — прокладка; 2 — подложечный материал; 3 — электрод; 4 — диэлектрик; 5 — потенциалы; 6 — силовые линии ЕА

Эффект Йонсена-Рахбека оказался эффективным для систем электростатического зажима, применяемых в сфере полупроводниковой промышленности. Однако технологии EA расширяют область применения электрически контролируемой адгезии для многих других материалов и приложений. В частности, достигается:

  • фиксация объектов,
  • роботизированное ползание и лазание,
  • механические и электрические соединения,
  • усаживание,
  • закрепление и т.д.

Отдельно следует отметить роботизированные концевые эффекторы и захваты, применяемые для решения задач погрузочно-разгрузочных работ.

Компонентный состав для обычного применения на практике

Обычно в системе электроадгезии используются четыре компонента:

  1. Прокладка.
  2. Источник питания высоким напряжением.
  3. Управляющий блок.
  4. Подложечный материал.

Прокладка системы электроадгезии содержит пары плоских встречно-штыревых электродов, покрытых тонким диэлектриком. На электроды подключен источник высокого напряжения. Отсюда подаётся постоянный или переменный ток однополярного, биполярного, многополярного возбуждения.

HOBOT 298

Электроадгезия технология роботизированных систем - структура диэлектрика
Электроадгезионная защита изоляционных материалов. Символом «+» отмечено
положительное напряжение, тогда как символом «-» отмечено отрицательное напряжение или потенциал «земли»

Диэлектрический материал не просто исполняет важную роль адгезивного действия, но также действует подобно механическому опорному элементу электродов. Этот элемент помогает предотвратить нейтрализацию заряда и пробой диэлектрика. Допускается использовать два или более диэлектрических материала в зависимости от используемых методов изготовления.

Блок управления подключен к источнику высокого напряжения, поддерживающего динамическое управление энергией, подаваемой в систему EA. В момент подачи на электроды высокого напряжения, между электродной подушкой и материалом подложки индуцируются силы электроадгезии. Деактивация адгезии достигается отключением источника питания.

Электроадгезия — преимущественные стороны технологии

Технологии электроадгезии изучаются и применяются в мире на всём протяжении последнего столетия. Обусловлено такое внимание тем, что АЕ, по сравнению с другими методами адгезии, например:

  • магнитными,
  • пневматическими,
  • биоинспирированными механизмами адгезии,

демонстрирует ряд ключевых преимуществ. К таковым относят следующие преимущества:

  • повышенная адаптация за счёт возможностей приклеивания или подъёма практически любого материала, от алюминиевых плёнок и наждачных бумаг, до бетонов и стеклянных пластин;
  • возможности применения в пыльных средах, в условиях низких давлений, в космосе;
  • упрощённые системы, учитывая применение механически лёгких материалов и конструкций;
  • несложные электрические компоненты управления;
  • низкое энергопотребление EA, несмотря на подвод относительно высокого напряжения;
  • работа с хрупкими, ценными предметами бесконтактной подвеской или мягкими подушками-захватами.

Отмеченные преимущества влекут за собой стабильный рост внимания к электроадгезионным технологиям. Однако идеальной электроадгезия не является, так как имеет определённые ограничения. Например, требует относительно высокого напряжения (кВ). Давление адгезии относительно низкое и нестабильное.

Супер герметик пластырСупер очистка обувиРаспределитель герметика

Электроадгезия – явление контактной физики

Технология ЕА — многопрофильная, сложная, динамическая технология склеивания. Отмечаются 33 известных переменных, влияющих на силы электроадгезии, формируемые между подушкой и материалом подложки. Эти влияющие факторы включают факторы:

  • окружающей среды,
  • параметров электрода,
  • диэлектрических параметров,
  • параметров подложки,
  • источника питания.

Следует подчеркнуть: электроадгезия это явление контактной физики, при котором в условиях проектирования, производства и тестирования контактных площадок. Необходимо также учитывать текстуру диэлектрической поверхности и удельное сопротивление, текстуру и удельное сопротивление поверхности подложки, а также контактное или межфазное сопротивление.

SEMBO CITY

Электроадгезия технология роботизированных систем - силовые линии
Электроадгезия и методы измерения силы сцепления / давления. Верхний вид: измерение нормальной силы; Нижний вид — измерение касательной силы. A — датчик; B — держатель; 1 — прокладка; 2 — подложечный материал

Крупномасштабные текстурированные поверхности, особенно под микрорельеф, получают посредством традиционных высокоточных производственных решений. Для эффективного применения технологии в робототехнике, требуется глубокое понимание того, по какому принципу работает электроадгезия. Соответственно, требуются знания конструирования, изготовления, тестирования.

Всеобъемлющий обзор технологий EA, используемых в робототехнике, крайне желателен для предоставления потенциальных идей. Принцип работы, теоретическое, имитационное и эмпирическое моделирование также актуальный материал для изучения.

Принцип работы электроадгезии как таковой

По факту подведения высокого напряжения, как правило, величиной 1 — 6 кВ, к разнесённым электродам внутри площадки EA, между электродами образуется сильное электрическое поле. При условии вхождения заряженной площадки в контакт с проводящей поверхностью, на поверхности проводника образуются зеркальные заряды, формируется сила притяжения.

В качестве альтернативы, когда прокладка находится в контакте с изолирующей поверхностью, внутри изоляционных материалов возникает ориентационная и межфазная электрическая поляризация. Такое состояние приводит к притяжению между проксимальными зарядами внутри индуцированных диполей и прокладки.

Накопление заряда (следовательно, накопление чистой силы EA) занимает конечное время, которое зависит от материалов и формы приложенного потенциала. Когда высокое напряжение снимается, сила сцепления уменьшается. Этот распад также занимает ограниченное время, обычно в пределах секунд, но может длиться до нескольких часов в зависимости от типа изолирующего материала и материала подложки.

Временная составляющая нарастания и распада существенно влияет на цикл адгезии / деактивации электроадгезии. Поэтому логично определять реакцию электроадгезии, как процесс от начала приложения высокого напряжения, до достижения максимальной силы сцепления, когда накопление индуцированных зарядов насыщается.

Остаточная электроадгезия определяется как процесс от момента отключения высокого напряжения, до полного рассеивания остаточных или захваченных зарядов диэлектриков. Эта динамическая особенность в основном вызвана зависящей от времени поляризацией и деполяризацией диэлектриков, покрывающих электроды и молекулы на приклеиваемых поверхностях (для непроводящих объектов).

При проектировании, производстве, описании и применении технологий EA необходимо уделять пристальное внимание динамической характеристике. Динамическая природа электроадгезии не только представляет практическую проблему, но также открывает интересную исследовательскую тему. Это требует рентабельных и надёжных решений для ускорения процессов электроадгезии и деактивации ЕА.


При помощи информации: Bristol