Elektromagnetische aandrijving maakt robots sneller

Onderzoekers van de TU Eindhoven werken aan een vervanger voor tandwielen, de elektromagnetische aandrijving, die robots in verschillende sectoren nauwkeuriger en efficiënter moet laten werken.

Hoe gaan robots de wereld veranderen? Een veelgestelde en nog onbeantwoorde vraag. We hebben immers geen glazen bol. Wat we wel weten is dat digitalisering en automatisering de wereld de afgelopen decennia enorm hebben veranderd. Op de Technische Universiteit Eindhoven (TU/e) wordt onderzoek gedaan naar de mogelijkheden van slimme machines in de industrie en het dagelijks leven. Wetenschappers duiken in de technologie en studententeams gaan aan de slag met concrete oplossingen voor maatschappelijke problemen. In deze reeks lees je over de nieuwste robots, hun achtergrond en hun toekomstbeeld. Vandaag de laatste aflevering: elektromagnetische aandrijving.

Een groot, lomp koekblik dat grotendeels bestaat uit tandwielen om te bewegen. Dat is het oude beeld van een robot. Inmiddels zijn we die fase allang voorbij. Wetenschappers ontwikkelen nu heel precieze operatierobots, slimme inpakapparatuur voor fabrieken en autonoom werkende satellieten voor in de ruimte. Robots werken onder bijzondere omstandigheden die voor mensen vaak onmogelijk zijn. Dan komen we er niet met de ouderwetse tandwielen. Voor deze nieuwe robots is de meest vooruitstrevende technologie nodig. Onderzoekers van de faculteit Electrical Engineering aan de TU/Eindhoven bedenken nauwkeuriger en efficiëntere vervangers voor tandwielen: de elektromagnetische aandrijving, een van de meest belangrijke elektromechanische onderdelen van robots.

Neem een armprothese. Als de gewrichten bestaan uit enorme systemen van aaneengeschakelde tandwielen, dan beweegt de arm niet zoals je zou willen. “De tandwielen bewegen te zwaar en te traag. Zo belemmeren ze de uiteindelijke bewegingsvrijheid”, zegt Dave Krop, assistent professor bij de onderzoeksgroep Electromechanics and Power Electronics. “Bovendien is er veel onderhoud nodig omdat er door de beweging wrijving ontstaat tussen de tandwielen.”

Onzichtbare kracht

Daarom kijken de onderzoekers nu naar een aandrijving op basis van elektromagnetische velden. “Het is eigenlijk een onzichtbare kracht”, zegt Krop. “De onderdelen, bijvoorbeeld de schouderkom en de arm, raken elkaar fysiek niet aan, maar staan wel met elkaar in verbinding via het magnetische veld. Zo kan de arm soepeler, sneller en nauwkeuriger bewegen dan met tandwielen.” De elektromagnetische aandrijving zorgt er ook voor dat de arm in alle mogelijke richtingen kan bewegen. Dat is met tandwielen een stuk lastiger.

Draadloos bewegen

Ieder bewegend onderdeel van een machine of een robot maakt gebruikt van een bepaalde aandrijving, ook wel actuator genoemd. Maar hoe werkt zo’n elektromagnetische aandrijving dan precies? “Zo’n aandrijving is eigenlijk een hele kleine, speciale motor”, zegt Elena Lomonova, hoogleraar en hoofd van de onderzoeksgroep Electromechanics and Power Electronics. “Een verbrandingsmotor werkt op brandstof en deze aandrijving werkt op elektromagnetische velden die geactiveerd worden door elektriciteit.” Krop: “We laten stroom door het apparaat gaan. Die stroom is altijd vergezeld door een magnetisch veld. Dus door de stroom te controleren, ontstaat er interactie tussen de magnetische velden.” Dat zorgt uiteindelijk voor de gewenste beweging. Hiervoor zijn geen kabels nodig. “Dat geeft de robot meer bewegingsvrijheid”, stelt Krop.

Om de gewenste bewegingen te kunnen maken, is er een controlesysteem nodig. “Een magnetisch systeem is van nature onstabiel. We moeten dit met een controlesysteem continu corrigeren zodat het systeem stabiel wordt en in balans blijft”, zegt Krop. Hij vergelijkt het met het balanceren van een bal op het topje van je vinger. In theorie moet dus lukken dat alles perfect in balans is. In de praktijk heb je al snel een kleine verstoring waardoor de bal eraf valt. “Het controlesysteem zorgt ervoor dat alle kleine afwijkingen direct gecorrigeerd worden”, zegt hij. In een actuator wordt de rol van de vinger vervuld door het elektromagnetisch veld.

Lees het hele artikel op Innovation Origins

Lees ook:

• Alternatief voor tandwielaandrijving ontwikkeld
• Kogelomloopspindels voor elektrische persen
• Agri-robot voor een duurzame landbouwtoekomst