Название:Разработка и совершенствование двигателей для робототехнических и мехатронных систем на основе интеллектуальных монокристаллических материалов с эффектами памяти формы и сверхупругости
Грантодатель:Гранты РНФ
Область знаний:09 - Инженерные науки
Научная дисциплина:09-107 - Мехатроника и робототехника
Ключевые слова:интеллектуальные материалы, эффект памяти формы, монокристаллы, двигатели и приводы, роботы
Тип:исследовательский
Руководитель(и):Николаев,ВИ
Подразделения:
Код проекта:16-19-00129; 19-19-11020

Исследование направлено на разработку принципов построения и управления двигателями и приводами для робототехнических и мехатронных систем. В данном случае речь идет о нетрадиционных двигателях с рекордным соотношением развиваемого усилия к собственной массе. В основе принципа действия двигателя лежит эффект памяти формы и сверхупругости. Кристаллы, обладающие эффектом памяти формы (ЭПФ) наиболее яркие представители так называемых интеллектуальных материалов, которые способны обеспечить выполнение заданной программы (функции) по перемещению робота и обеспечению необходимой механической силы, например, для захватного устройства. Программа управления роботом основывается на комплексе термомеханических свойств, которые закладываются на стадии получения и технологической обработки кристаллов.

Коллектив авторов объединяет технологов- исследователей кристаллов и специалистов занимающихся разработкой реальных робототехнических устройств для широкого спектра применений. Совместные работы уже привели к созданию прототипов роботов на основе кристаллов с ЭПФ, приоритет этих исследований признан научной общественностью. Ключевой особенностью предлагаемого исследования является то, что оно нацелено на разработку принципов управления двигателями на ЭПФ, поскольку ранее устройства обеспечивали перемещение только между двумя положениями, условно, из точки А в Б. Наши разработки и исследования кристаллов максимально приблизили нас к возможности полного управления перемещением и силой. Второй аспект исследования увеличение быстродействия робототехнических систем на кристаллах с ЭПФ. Обнаруженный коллективом эффект высокоскоростного восстановления деформации памяти формы существенно расширяет динамический диапазон работы роботов на материалах с ЭПФ, становится возможным импульсный (ударный) режим работы. Разработка принципов работы робототехнических систем на основе взрывного ЭПФ носит абсолютно инновационный характер и имеет особенно хорошие перспективы в приложении к мини- и микро-роботам. Немаловажной особенностью двигателей на кристаллах с ЭПФ является диапазон рабочих температур, который существенно шире чем для традиционных двигателей, кристаллы используемые в данной работе способны обеспечивать свои функциональные свойства от криогенных температур до 600 K.

Ожидаемые результаты

Предполагается, что в результате исследования будет создан новый тип управляемого двигателя на кристаллах с эффектом памяти формы для робототехнических и мехатронных систем, построены макеты двигателей и роботов-манипуляторов. Исследование имеет как научное, так и техническое значение, с одной стороны устанавливается возможность технических применений недавно обнаруженного явления высокоскоростного восстановления деформации памяти формы в кристаллах, отрабатывается методика управления и программирования возврата деформации памяти формы, с другой стороны выполняется разработка робототехнических устройств с рекордными характеристиками по отношению сила/масса.

Работа изначально ориентирована на возможность решения практических задач, то есть создания мехатронных модулей, мини- и микророботов на кристаллах с ЭПФ для работы в том числе и в экстремальных условиях, что, конечно, востребовано.

Полные аналоги разрабатываемых устройств авторам неизвестны, работы носят пионерский характер. Мировая научная общественность знакома с проводимыми нами исследованиями, доклады регулярно делаются на международных конференциях по всему миру (Австрия, США /многократно/, Индия, Испания, Бельгия, Белоруссия ). Предлагаемый нами подход - вариант решения обозначенной конкретной задачи «Разработка эффективных способов передвижения робототехнических систем и способов воздействия их на внешние объекты» в ключевой проблеме «Совершенствование и разработка новых типов двигателей и манипуляторов для робототехнических систем» в рамках указанного приоритета.