Bentuk Memory Alloy wire untuk aktuasi lengan gripper robot: Bagaimana memvariasikan tekanan grip?

Untuk lengan gripper robot yang kami rancang untuk digunakan di lantai pabrik pada komponen yang sangat kecil, kami mengusulkan untuk menggunakan kawat memanfaatkan Shape Memory Alloy (SMA) yang diaktifkan secara elektrik untuk aktuasi.

Perangkat yang dirancang mirip dengan mesin Pick & Place yang digunakan untuk perakitan sirkuit, tetapi bergerak di atas permukaan kerja berukuran gantungan pesawat di atas roda. Ini memanipulasi objek berpori dan berbentuk tidak beraturan antara masing-masing 0,5 cu.cm dan 8 cu.cm - karenanya mekanisme P&P vakum tradisional tidak menarik. Juga, objek individu di jalur perakitan memiliki kekerasan dan bobot yang berbeda-beda.

Kendala desain kami adalah:

• Memastikan getaran dan suara minimal hingga nol
• Menggunakan volume minimal dalam mekanisme (baterai berada di wheelbase, memberikan stabilitas, sehingga beratnya tidak menjadi masalah)
• Variasi baik dari tekanan gripper

Kami percaya SMA memenuhi dua kendala pertama dengan baik, tetapi perlu beberapa panduan untuk mencapai kendala 3, yaitu berbagai tingkat tekanan gripper yang dikendalikan secara elektronik.

Pertanyaan saya:

• Dapatkah PWM arus di atas ambang aktivasi (320 mA untuk 0,005 inci Flexinol HT ) memberikan kekuatan aktuasi variabel yang berulang?
• Apakah kita memerlukan sensor tekanan pada setiap ujung jari dan kontrol loop tertutup untuk genggaman, atau dapatkah genggaman dikalibrasi secara berkala dan mempertahankan gaya yang berulang?
• Apakah ada preseden atau studi yang terdokumentasi dengan baik yang harus kita rujuk?

Lihatlah kertas Karakteristik Teknis Kabel Aktuator Flexinol .

Yang ingin Anda lakukan adalah menyusun struktur yang memanfaatkan kontraksi yang tersedia dari kawat nitinol untuk mencapai stroke dan kekuatan yang diinginkan untuk aplikasi Anda. Makalah ini memberikan beberapa contoh struktur:

Persentase kontraksi nitinol terkait dengan suhunya. Namun, hubungannya tidak linier dan berbeda antara fase pemanasan dan fase pendinginan. Perbedaan-perbedaan ini perlu diperhitungkan.

Dalam artikel kontrol posisi flexinol presisi menggunakan Arduino , penulis menjelaskan cara menggunakan properti nitinol sehingga kawat dapat bertindak sebagai sensor umpan balik itu sendiri:

Flexinol, juga dikenal sebagai Muscle Wire, adalah kawat yang kuat dan ringan yang terbuat dari Nitinol yang dapat dibuat untuk berkontraksi saat menghantarkan listrik. Pada artikel ini saya akan menyajikan pendekatan untuk kontrol presisi efek ini berdasarkan pada pengontrolan tegangan pada rangkaian Flexinol. Selain itu, mengambil keuntungan dari fakta bahwa resistensi Flexinol turun seperti yang diprediksi saat kontrak, mekanisme yang dijelaskan di sini menggunakan kawat itu sendiri sebagai sensor dalam loop kontrol umpan balik. Beberapa keuntungan dari menghilangkan kebutuhan akan sensor terpisah adalah berkurangnya jumlah komponen dan berkurangnya kompleksitas mekanik.

Jadi dengan menggunakan PWM untuk memvariasikan tegangan di kawat dan menggunakan ADC untuk membaca penurunan tegangan, Anda dapat merancang kontrol loop tertutup dari persentase kontraksi kawat nitinol. Kemudian, dengan menggunakan struktur mekanis yang sesuai, Anda dapat menerjemahkan kontraksi itu menjadi goresan dan gaya yang diinginkan untuk aplikasi Anda.

Mengapa Anda tidak harus menggunakan SMA

Pertama, saya harus bertanya-tanya mengapa Anda memilih untuk menggunakan paduan memori bentuk dalam aplikasi robot. Jika Anda melihat salah satu daftar aplikasi untuk SMA, Anda hampir tidak akan pernah melihat aplikasi robot pada daftar.

Sebagian besar aplikasi SMA tidak digerakkan, dan termasuk hal-hal seperti bingkai kacamata dan klub golf.

Beberapa aplikasi memang menggunakan SMA sebagai aktuator, tetapi biasanya hanya sekali atau dua kali. Ini adalah aplikasi seperti stent medis, yang perlu dimasukkan ke dalam arteri kecil, tetapi terbuka begitu masuk.

Alasan tidak ada aplikasi robotik di mana SMA perlu bertindak sebagai aktuator dan mengerahkan kekuatan menyebabkan sesuatu bergerak, adalah bahwa hal itu dapat menyebabkan kelelahan. Menurut Wikipedia :

SMA mudah lelah; mode kegagalan dimana pemuatan siklik menghasilkan inisiasi dan propagasi retakan yang pada akhirnya menghasilkan hilangnya fungsi katastropik akibat fraktur. selain mode kegagalan ini, yang tidak secara eksklusif diamati pada material pintar. SMA juga tunduk pada Kelelahan Fungsional, dimana SMA tidak gagal secara struktural, tetapi, karena kombinasi stres yang diterapkan, dan / atau suhu, kehilangan (sampai taraf tertentu) kemampuannya untuk menjalani transformasi fase reversibel.

Tetapi jika Anda bersikeras

Karena SMA mengalami creep dan fatigue, Anda harus memiliki semacam transduser gaya dan sistem kontrol untuk memastikan Anda menerapkan gaya yang dikenal.

Apa yang saya sarankan Daripada SMA, ada banyak aktuator kecil yang dapat memenuhi kendala Anda tanpa kelemahan besar SMA.

Voice Coils: Ini hanya terdiri dari magnet permanen dan koil. Menyesuaikan aliran arus secara langsung mempengaruhi gaya yang diberikan pada magnet. Tanpa diketahui, ini benar-benar diam, dan lebih hemat daya daripada SMA. Gaya yang diterapkan cukup berulang, selama suhu lingkungan tidak sangat bervariasi. Anda dapat membeli ini sebagai komponen jadi dari Moticont . Atau buka hard drive, lihat ada jari robot yang siap pakai!

Aktuator piezo : Ada berbagai motor yang berbeda berdasarkan keramik piezo. Ini biasanya sangat kecil, tetapi motor mahal. Coba motor Squiggle dari Newscale Tech .

Ada perusahaan bernama Flexsys yang membuat aktuator menggunakan kedua teknologi.