В Санкт-Петербургском политехническом университете Петра Великого спроектировали пневматическую систему с искусственным мышечным приводом. Она может применяться при изготовлении промышленных манипуляторов. Работа выполнена в рамках программы академического лидерства «Приоритет-2030» Минобрнауки. Результаты исследования описаны в научном журнале Machines.

Модель агрегата на базе пневматических мышц, по словам специалистов, имеет большое преимущество над своими «коллегами» по цеху, например, обычным пневматическим цилиндром, который в наше время применяется повсеместно. Пневмомускул обладает более плавной регулировкой скорости, то есть он может мягко и без особых рывков поднимать и опускать предметы, а созданная учеными схема управления позволяет уравновесить груз в любой точке.

«При подаче сжатого воздуха пневмомускул увеличивается в диаметре, сокращается в длину и перемещает выходное звено манипулятора на заданную высоту. Самые распространенные в промышленности пневмомускулы изготавливают из резины и армируют кордом, нити которого состоят из жестких арамидных волокон. За счет возникновения радиальных сил в узлах сетки пневмомускул будет развивать достаточно большое осевое усилие до 6000 ньютонов», — объяснила ассистент Высшей школы энергетического машиностроения Института энергетики СПбПУ Любовь Коткас.

При сравнении с конкурентами манипулятор на пневмомускуле может быть намного мощнее при относительно малом весе. Серьезным преимуществом с точки зрения экономики разработчики называют относительно низкую цену привода. Важнейшими факторами также являются его безопасность и долговечность. Пневмомускул имеет высокий ресурс работы — до 5 миллионов циклов, поэтому не требует постоянных ремонтных работ. К тому же он, в отличие от пневмоцилиндра, не требует и дополнительной смазки — в нем отсутствуют трущиеся поверхности.

«Нашей целью было усовершенствование пневматических манипуляторов и расширение сфер их применения за счет упрощения системы управления. В первый год была разработана математическая модель, во второй — разработаны пневматические схемы привода управления манипулятором, проведены численные исследования режимов работы — штатный и аварийный, затем, в третий год, был поставлен эксперимент на лабораторном стенде для проверки полученной математической модели», — поделилась Любовь Коткас.

Разработанная модель грузоподъемного устройства на базе пневматических мышц подойдет для применения практически везде: при погрузке древесины в лесу, разборе завалов в ходе спасательных операций, распределении товаров на складе и даже в роботах. Особенно полезными, отмечают ученые, они могут быть в условиях повышенной пожаробезопасности, а также в загрязненных, влажных, взрывоопасных и радиационных средах.

По словам сотрудников Политеха, следующий этап работы — создание опытного образца промышленного манипулятора. Сейчас идут переговоры с рядом потенциальных промышленных партнеров. Далее разработчики продолжат серию экспериментов для исследования свойств пневмомускула и повышения точности математической модели. Работа по проектированию пневматической системы с искусственным мышечным приводом выполнена в рамках программы академического лидерства «Приоритет-2030» Министерства науки и высшего образования РФ. Ученые подали заявку на получение финансирования проекта в фонде РНФ по направлению фундаментальных исследований малыми научными группами.