Форма памяти Проволока из сплава для приведения в действие манипулятора робота: Как изменить давление в рукоятке?

Для роботизированного захватного рычага, который мы разрабатываем для использования на производственных площадках на очень маленьких деталях, мы предлагаем использовать электроприводные жгуты проводов из сплава с памятью формы (SMA) для приведения в действие.

Разрабатываемое устройство сродни машинам Pick & Place, используемым для сборки схемы, но движется по рабочей поверхности размером с самолетную подвеску на колесах. Он манипулирует объектами неправильной формы и пористыми от 0,5 до 8 куб. См каждый - поэтому традиционный вакуумный механизм P & P не подходит. Кроме того, отдельные объекты в сборочной линии имеют различную твердость и вес.

Наши конструктивные ограничения:

• Обеспечение минимальной и нулевой вибрации и звука
• Использование минимального объема внутри механизма (аккумуляторы находятся на колесной базе, обеспечивая устойчивость, поэтому их вес не имеет значения)
• Тонкое изменение давления захвата

Мы считаем, что SMA хорошо отвечает первым двум ограничениям, но нам нужно некоторое руководство по достижению ограничения 3, то есть различных уровней давления захвата, контролируемого электронным способом.

Мои вопросы:

• Может ли ШИМ тока выше порога активации (320 мА для 0,005 дюйма Flexinol HT ) обеспечить переменную, воспроизводимую силу срабатывания?
• Нужны ли нам датчики давления на каждом кончике пальца и замкнутый контур управления для захвата, или захват может периодически калиброваться и поддерживать повторяемую силу?
• Есть ли какой-либо хорошо документированный прецедент или исследование, на которое мы должны ссылаться?

Взгляните на статью « Технические характеристики проводов привода Flexinol» .

То, что вы хотите сделать, - это разработать структуру, которая использует доступное сжатие нитиноловой проволоки для достижения желаемого удара и силы для вашего применения. В статье приведено несколько примеров структур:

Процент сокращения нитинола связан с его температурой. Однако взаимосвязь нелинейна и отличается между фазой нагрева и фазой охлаждения. Эти различия должны быть приняты во внимание.

В статье прецизионный контроль положения флексинола с использованием arduino автор описывает, как использовать свойства нитинола, чтобы провод мог действовать как собственный датчик обратной связи:

Flexinol, также известный как Muscle Wire, является прочным, легким проводом, изготовленным из нитинола, который можно сжимать при проведении электричества. В этой статье я представлю подход к точному управлению этим эффектом, основанный на управлении напряжением в цепи Флексинола. Кроме того, используя тот факт, что сопротивление Flexinol предсказуемо падает при его сжатии, описанный здесь механизм использует сам провод в качестве датчика в контуре управления с обратной связью. Некоторые преимущества устранения необходимости в отдельном датчике - это уменьшение количества деталей и снижение механической сложности.

Таким образом, используя ШИМ для изменения напряжения на проводе и используя АЦП для считывания этого падения напряжения, вы можете разработать замкнутый контур управления процентом сокращения нитинольного провода. Затем, используя соответствующую механическую конструкцию, вы можете перевести это сокращение в желаемый ход и силу, необходимую для вашего приложения.

Почему вы не должны использовать SMA

Во-первых, мне интересно, почему вы решили использовать сплавы с памятью формы в роботизированных приложениях. Если вы посмотрите на любой из списков приложений для SMA, вы почти никогда не увидите роботизированное приложение в списке.

Большинство приложений SMA не приводятся в действие и включают такие вещи, как оправы для очков и клюшки для гольфа.

Некоторые приложения используют SMA в качестве исполнительного механизма, но обычно только один или два раза. Это такие приложения, как медицинские стенты, которые нужно вставить в маленькую артерию, но открыть один раз внутрь.

Причина, по которой нет роботизированных приложений, в которых SMA должна выступать в роли исполнительного механизма и оказывать силу, заставляющую что-либо двигаться, заключается в том, что она подвержена усталости. Согласно Википедии :

SMA подвержен усталости; режим отказа, при котором циклическая нагрузка приводит к возникновению и распространению трещины, что в конечном итоге приводит к катастрофической потере функции из-за разрушения. в дополнение к этому режиму отказа, который не наблюдается исключительно в интеллектуальных материалах. SMA также подвержены функциональной усталости, вследствие чего SMA не разрушается структурно, но из-за сочетания приложенного напряжения и / или температуры теряет (до некоторой степени) свою способность подвергаться обратимому фазовому превращению.

Но если вы настаиваете

Поскольку SMA подвергается ползучести и усталости, вам понадобится какой-то датчик силы и система управления, чтобы убедиться, что вы применяете известную силу.

Что я хотел бы предложить Вместо SMA, есть много небольших приводов, которые могут удовлетворить ваши ограничения без огромных недостатков SMA.

Звуковые Катушки: Они просто состоят из постоянного магнита и катушки. Регулировка потока тока напрямую влияет на силу, приложенную к магниту. В выключенном состоянии они абсолютно бесшумны и более энергоэффективны, чем SMA. Применяемая сила вполне повторяемая, пока температура окружающей среды не сильно меняется. Вы можете купить их как готовые компоненты от Moticont . Или откройте жесткий диск, посмотрите на готовый роботизированный палец!

Пьезо приводы: существует ряд различных двигателей на основе пьезокерамики. Обычно это очень маленькие, но дорогие моторы. Попробуйте моторы Squiggle от Newscale Tech .

Есть компания Flexsys, которая производит приводы с использованием обеих технологий.