Úchopový systém využívající elektroadhezi

Jan FESSL

Bakalářská práce

Electroadhesion gripper system

Anotace:

Práce nabízí komplexní pohled na úchopový systém využívající elektroadhezi a její další aplikace v oblasti soudobé techniky. V první části je rozebrána fyzikální podstata elektroadheze. Zahrnuty jsou základní podmínky pro vznik a dále je také popsáno provedení fólie, která je prostředkem pro použití elektroadheze (elektroadhezivní fólie). Na základě těchto poznatků je vytvořen matematický model elektroadhezivní fólie a je provedena numerická simulace. Zkoumanými parametry jsou závislosti velikosti elektroadhezivní síly na přiloženém napětí, poměru šířky elektrod ku šířce izolační mezery, výšce izolační vrstvy fólie, materiálových konstantách a okolních podmínkách. Z výsledků simulace jsou vyvozeny důležité závěry, které jsou kritické pro návrh elektroadhezivní fólie jako návrh elektrod a volba materiálů. V návaznosti na simulaci jsou vyvinuty dva výrobní postupy pro výrobu elektroadhezivní fólie, kdy výsledkem první metody je flexibilní elektroadhezivní fólie a výsledkem druhé metody fólie elastická. Flexibilní fólie je vyrobena technologií Aerosol Jet Printing. Jako izolační materiál je použit Kapton. Elektrody jsou ze stříbrných částic a další izolační vrstva je ze silikonu. U elastická fólie je základním materiálem silikon. Elektrody jsou tvořeny směsí uhlíkových částic se silikonem a udržují si elektrickou vodivost i při značném relativním prodloužení. Izolační materiál je čirý silikon. V práci jsou tyto dvě metody porovnány z hlediska náročnosti výroby a kvality finálního produktu. V závěru je ověřen matematický model pomocí experimentu prováděném na vyrobeném prototypu. Jsou zde také rozebrány možné aplikace elektroadheze v oblasti mikrorobotů, vesmírného průmyslu a logistiky.

Abstract:

The work offers complex view on electroadhesion gripping system and other applications of electroadhesion in current technology. The first part contains the fundamental physical principle of electroadhesion, including basic conditions that must be met to create electroadhesion. It also covers the structure of electroadhesion foil, the instrument for electroadhesion. Based on this knowledge a mathematical model of electroadhesion is created and numerical analyzed. The investigated parameters are dependence of electroadhesion force on applied voltage, on ratio of electrode width and insulation gap, on height of the insulation layer, also on materials constant and surrounding environment. The results serve to improve the design and are critical for materials selection. From the results of simulation two manufacturing processes were developed. The first method results in flexible foil and the second one results in stretchable foil. Flexible foil is made by Aerosol Jet Printing technology. Insulation material is Kapton foil. Electrodes are pattern using silver powder and next insulation layer consists of pure silicon. Stretchable foil uses silicon as primary material. Electrodes are made by mixing carbon powder with silicon and remains electrically conductive even under large relative elongation. Insulation layer consists of pure silicon. Methods are also compared in demands on manufacturing and quality of the final product. In the end the mathematical model is verified by experiment using one prototype that was manufactured. Case study on electroadhesion usage is done with focuses on microrobots, space industry and logistics.

Klíčová slova

Elektroadheze, numerická analýza, uhlíkový prášek, silikon, aerosol jet printing, elastická fólie, elektromagnetické aktuátory, vesmírný průmysl

Jazyk práce: čeština

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 7. 6. 2017

Zveřejnit od: 31. 12. 2999

Obhajoba závěrečné práce

• Vedoucí: Ing. František Mach, Ph.D.

ZÁPADOČESKÁ UNIVERZITA V PLZNI

Fakulta elektrotechnická

Bakalářský studijní program / obor:
Aplikovaná elektrotechnika / Aplikovaná elektrotechnika