Využití pružných materiálů v robotice

Abstract

Disertační práce se věnuje experimentálnímu výzkumu využití pružných materiálů v konstrukci robotických systémů, se zvláštním zaměřením na technologie 3D tisku a odlévání. Úvodní část práce je věnována základním typům elastomerů a jejich chemickým a mechanickým vlastnostem. Následuje popis výrobních technologií používaných pro zpracování pružných materiálů. Od tradičních metod, jako je vstřikování, odlévání a lisování, po modernější přístupy jako 3D tisk. Další části práce jsou věnovány jednotlivým výzkumným cílům. Zejména tvorbě metodik pro zpracování flexibilních materiálů technologiemi 3D tisku a odlévání, analýze možností kombinace tuhých a pružných materiálů a vývoji funkčních komponent využitelných v robotických aplikacích. Experimentální část je strukturována podle použitých technologií. Nejprve je popsána metodika tisku z materiálu TPU, zahrnující optimalizaci parametrů, geometrické zásady návrhu a mechanické zkoušky výtisků. Následuje návrh a ověření postupu odlévání silikonových dílů do tištěných forem, včetně řešení problémů s tím souvisejících. Dále jsou v práci popsány dva příklady konstrukčních prvků, kombinující pevné a pružné materiály. Bezvzduchová lamelová pneumatika s pasivním tlumením rázů pro mobilní robotickou platformu a silikonová vložka trysky s měnitelným výstupním průměrem pro robotický 3D tisk plastů. Práce celkově přináší řadu poznatků a metodické postupy, které umožňují efektivnější využití pružných materiálů nejen v robotice.

The dissertation focuses on experimental research into the use of flexible materials in the construction of robotic systems, with a particular emphasis on 3D printing and casting technologies. The introductory section of the thesis is devoted to the basic types of elastomers and their chemical and mechanical properties. This is followed by a description of the manufacturing technologies used for processing flexible materials. From traditional methods such as injection molding, casting, and pressing to more modern approaches such as 3D printing. The remaining sections of the thesis are devoted to individual research objectives. In particular, the creation of methodologies for processing flexible materials using 3D printing and casting technologies, the analysis of possibilities for combining rigid and flexible materials, and the development of functional components that can be used in robotic applications. The experimental section is structured according to the technologies used. First, the methodology of printing from TPU material is described, including parameter optimization, geometric design principles, and mechanical testing of prints. This is followed by the design and verification of the process of casting silicone parts into printed molds, including solutions to related problems. Furthermore, the thesis describes two examples of structural elements combining rigid and flexible materials. An airless lamellar tire with passive shock absorption for a mobile robotic platform and a silicone nozzle insert with a variable outlet diameter for robotic 3D printing of plastics. Overall, the thesis provides a number of insights and methodological procedures that enable more efficient use of flexible materials, not only in robotics.