Pamięć kształtu Drut ze stopu do uruchamiania ramienia chwytaka robota: jak zmieniać siłę nacisku?

W przypadku zrobotyzowanego ramienia chwytającego, które projektujemy do użytku w hali produkcyjnej na bardzo małych elementach, proponujemy użycie elektrycznie aktywowanych wiązek przewodów ze stopu pamięci kształtu (SMA) do uruchomienia.

Projektowane urządzenie jest podobne do maszyn Pick & Place używanych do montażu obwodu, ale porusza się po powierzchni roboczej na kołach wielkości wieszaka samolotu. Manipuluje on obiektami o nieregularnych kształtach i porowatych o wielkości od 0,5 cu.cm do 8 cu.cm każdy - stąd tradycyjny próżniowy mechanizm P&P nie przemawia. Ponadto poszczególne obiekty na linii montażowej mają różną twardość i ciężary.

Nasze ograniczenia projektowe to:

• Zapewnienie minimalnych do zera wibracji i dźwięku
• Używanie minimalnej objętości w mechanizmie (akumulatory są w rozstawie osi, zapewniając stabilność, więc ich waga nie stanowi problemu)
• Drobne zmiany nacisku chwytaka

Uważamy, że SMA dobrze spełnia pierwsze dwa ograniczenia, ale potrzebujemy wskazówek dotyczących osiągnięcia ograniczenia 3, tj. Różnych poziomów nacisku chwytaka sterowanych elektronicznie.

Moje pytania:

• Czy PWM prądu powyżej progu aktywacji (320 mA dla 0,005 cala Flexinol HT ) może zapewnić zmienną, powtarzalną siłę zadziałania?
• Czy potrzebowalibyśmy czujników ciśnienia na każdym koniuszku palca i sterowania w zamkniętej pętli do chwytania, czy też można okresowo kalibrować chwytak i utrzymywać powtarzalną siłę?
• Czy jest jakiś dobrze udokumentowany precedens lub badanie, do którego powinniśmy się odwoływać?

Przeczytaj artykuł Charakterystyka techniczna drutów siłowników Flexinol .

To, co chcesz zrobić, to zaprojektować strukturę, która wykorzystuje dostępny skurcz drutu nitinolowego, aby osiągnąć pożądany skok i siłę dla twojego zastosowania. W artykule podano kilka przykładowych struktur:

Procent skurczu nitinolu jest związany z jego temperaturą. Jednak związek jest nieliniowy i różni się między fazą grzewczą a fazą chłodzącą. Różnice te należy wziąć pod uwagę.

W artykule precyzyjna kontrola pozycji fleksinolu za pomocą arduino autor opisuje, jak wykorzystać właściwości nitinolu, aby drut mógł działać jak własny czujnik sprzężenia zwrotnego:

Flexinol, znany również jako przewód mięśniowy, jest mocnym, lekkim drutem wykonanym z nitinolu, który można skurczyć podczas przewodzenia prądu. W tym artykule przedstawię podejście do precyzyjnej kontroli tego efektu w oparciu o kontrolę napięcia w obwodzie Flexinol. Ponadto, wykorzystując fakt, że rezystancja Flexinolu spada przewidywalnie w miarę kurczenia się, opisany tutaj mechanizm wykorzystuje sam drut jako czujnik w pętli sterowania sprzężeniem zwrotnym. Niektóre zalety eliminacji potrzeby stosowania osobnego czujnika to mniejsza liczba części i złożoność mechaniczna.

Tak więc, używając PWM do zmiany napięcia na przewodzie i używając ADC do odczytania spadku napięcia, możesz zaprojektować kontrolę w pętli zamkniętej procentu skurczu drutu nitinolowego. Następnie, stosując odpowiednią strukturę mechaniczną, możesz przełożyć ten skurcz na pożądany skok i siłę potrzebną do zastosowania.

Dlaczego nie powinieneś używać SMA

Po pierwsze, zastanawiam się, dlaczego zdecydowaliście się na wykorzystanie stopów z pamięcią kształtu w zastosowaniach robotycznych. Jeśli spojrzysz na którąkolwiek z list aplikacji dla SMA, prawie nigdy nie zobaczysz na liście aplikacji zrobotyzowanej.

Większość aplikacji SMA nie jest uruchamiana i obejmuje takie rzeczy, jak oprawki do okularów i kije golfowe.

Niektóre aplikacje używają SMA jako siłownika, ale zwykle tylko raz lub dwa razy. Są to zastosowania takie jak stenty medyczne, które należy włożyć do małej tętnicy, ale otworzyć raz w środku.

Powodem, dla którego nie ma robotycznych aplikacji, w których SMA musi działać jako siłownik i wywierać siłę powodującą ruch, jest fakt, że podlega on zmęczeniu. Według Wikipedii :

SMA podlega zmęczeniu; tryb awaryjny, w którym cykliczne ładowanie powoduje inicjację i propagację pęknięcia, co ostatecznie powoduje katastrofalną utratę funkcji przez złamanie. oprócz tego trybu awarii, który nie jest obserwowany wyłącznie w inteligentnych materiałach. SMA podlegają również zmęczeniu funkcjonalnemu, przez co SMA nie ulega strukturalnemu uszkodzeniu, ale z powodu kombinacji zastosowanego naprężenia i / lub temperatury traci (do pewnego stopnia) swoją zdolność do przejścia w odwracalną fazę.

Ale jeśli nalegasz

Ponieważ SMA ulega pełzaniu i zmęczeniu, będziesz musiał mieć przetwornik siły i układ sterowania, aby upewnić się, że przykładasz znaną siłę.

To, co sugerowałbym Zamiast SMA, istnieje wiele małych siłowników, które mogą zaspokoić twoje ograniczenia bez ogromnych wad SMA.

Cewki głosowe: składają się one po prostu z magnesu stałego i cewki. Regulacja przepływu prądu wpływa bezpośrednio na siłę przyłożoną do magnesu. Niezbadane są całkowicie ciche i bardziej energooszczędne niż SMA. Przyłożona siła jest dość powtarzalna, o ile temperatura otoczenia nie zmienia się znacznie. Możesz je kupić jako gotowe elementy od Moticont . Lub otwórz dysk twardy, spójrz, jest gotowy robotyczny palec!

Siłowniki piezo: Istnieje szereg różnych silników opartych na ceramice piezoelektrycznej. Są to zwykle bardzo małe, ale drogie silniki. Wypróbuj silniki Squiggle z Newscale Tech .

Istnieje firma o nazwie Flexsys, która produkuje siłowniki przy użyciu obu technologii.