Hình dạng Bộ nhớ Dây hợp kim cho bộ phận điều khiển cánh tay robot: Làm thế nào để thay đổi áp lực kẹp?

Đối với cánh tay kẹp robot, chúng tôi đang thiết kế để sử dụng sàn nhà máy trên các bộ phận rất nhỏ, chúng tôi đề xuất sử dụng dây nịt dây Shape Memory Alloy (SMA) được kích hoạt bằng điện để truyền động.

Thiết bị đang được thiết kế gần giống với các máy Pick & Place được sử dụng để lắp ráp mạch, nhưng di chuyển trên bề mặt làm việc có kích thước bằng máy bay trên bánh xe. Nó thao tác với các vật thể có hình dạng và xốp không đều trong khoảng 0,5 cu.cm và 8 cu.cm - do đó cơ chế P & P chân không truyền thống không hấp dẫn. Ngoài ra, các đối tượng riêng lẻ trong dây chuyền lắp ráp có độ cứng và trọng lượng khác nhau.

Hạn chế thiết kế của chúng tôi là:

• Đảm bảo độ rung và âm thanh tối thiểu đến không
• Sử dụng âm lượng tối thiểu trong cơ chế (pin nằm ở trục cơ sở, mang lại sự ổn định, vì vậy trọng lượng của chúng không phải là vấn đề đáng lo ngại)
• Sự thay đổi tốt của áp lực kẹp

Chúng tôi tin rằng SMA đáp ứng tốt hai ràng buộc đầu tiên, nhưng cần một số hướng dẫn để đạt được ràng buộc 3, tức là các mức áp suất khác nhau của kẹp được điều khiển bằng điện tử.

Những câu hỏi của tôi:

• Có thể PWM của dòng điện vượt quá ngưỡng kích hoạt (320 mA cho 0,005 inch Flexinol HT ) có thể cung cấp lực tác động lặp lại, có thể lặp lại không?
• Chúng ta sẽ cần các cảm biến áp suất trên mỗi đầu ngón tay và một điều khiển vòng kín để nắm, hoặc liệu dụng cụ kẹp có thể được hiệu chuẩn định kỳ và duy trì lực lặp lại?
• Có bất kỳ tiền lệ hoặc nghiên cứu tài liệu tốt mà chúng ta nên đề cập đến?

Có một cái nhìn về các đặc tính kỹ thuật của dây của Thiết bị truyền động Flexinol .

Những gì bạn sẽ muốn làm là tạo ra một cấu trúc tận dụng sự co lại có sẵn của dây nitinol để đạt được đột quỵ và lực mong muốn cho ứng dụng của bạn. Bài viết đưa ra một vài cấu trúc ví dụ:

Tỷ lệ co bóp của nitinol liên quan đến nhiệt độ của nó. Tuy nhiên, mối quan hệ là phi tuyến tính và khác nhau giữa giai đoạn làm nóng và giai đoạn làm mát. Những khác biệt này sẽ cần phải được tính đến.

Trong bài viết điều khiển vị trí flexinol chính xác bằng arduino , tác giả mô tả cách sử dụng các thuộc tính của nitinol để dây có thể hoạt động như cảm biến phản hồi của chính nó:

Flexinol, còn được gọi là Dây cơ, là một loại dây mạnh, nhẹ được làm từ Nitinol có thể được chế tạo để co lại khi dẫn điện. Trong bài viết này, tôi sẽ trình bày một cách tiếp cận để kiểm soát chính xác hiệu ứng này dựa trên việc kiểm soát điện áp trong mạch Flexinol. Ngoài ra, lợi dụng thực tế là điện trở của Flexinol giảm có thể dự đoán được khi nó co lại, cơ chế được mô tả ở đây sử dụng chính dây như một cảm biến trong vòng điều khiển phản hồi. Một số ưu điểm của việc loại bỏ sự cần thiết của một cảm biến riêng biệt là giảm số lượng bộ phận và giảm độ phức tạp cơ học.

Vì vậy, bằng cách sử dụng PWM để thay đổi điện áp trên dây và sử dụng ADC để đọc mức giảm điện áp đó, bạn có thể thiết kế điều khiển vòng kín cho tỷ lệ phần trăm của dây nitinol. Sau đó, bằng cách sử dụng một cấu trúc cơ học phù hợp, bạn có thể chuyển sự co lại đó thành hành trình mong muốn và lực cần thiết cho ứng dụng của bạn.

Tại sao bạn không nên sử dụng SMA

Đầu tiên, tôi phải tự hỏi tại sao bạn lại chọn sử dụng hợp kim bộ nhớ hình dạng trong một ứng dụng robot. Nếu bạn xem bất kỳ danh sách ứng dụng nào cho SMA, bạn sẽ hầu như không bao giờ thấy ứng dụng robot trong danh sách.

Hầu hết các ứng dụng SMA không được kích hoạt và bao gồm những thứ như khung kính và gậy đánh gôn.

Một số ứng dụng sử dụng SMA làm bộ truyền động, nhưng thường chỉ một hoặc hai lần. Đây là những ứng dụng như stent y tế, cần được đưa vào một động mạch nhỏ, nhưng mở ra một lần bên trong.

Lý do không có các ứng dụng robot trong đó SMA cần phải hoạt động như một cơ cấu chấp hành và tác động một lực khiến một thứ gì đó di chuyển, đó là do nó bị mỏi. Theo Wikipedia :

SMA có thể bị mệt mỏi; một chế độ thất bại trong đó tải theo chu kỳ dẫn đến sự khởi đầu và lan truyền của vết nứt mà cuối cùng dẫn đến mất chức năng thảm khốc do gãy xương. Ngoài chế độ thất bại này, điều không chỉ được quan sát trong các vật liệu thông minh. SMA cũng chịu sự mệt mỏi về chức năng, theo đó SMA không bị hỏng về mặt cấu trúc, nhưng do sự kết hợp của ứng suất và / hoặc nhiệt độ, làm mất (ở một mức độ nào đó) khả năng của nó để trải qua quá trình biến đổi pha đảo ngược.

Nhưng nếu bạn khăng khăng

Vì SMA trải qua sự leo trèo và mệt mỏi, bạn sẽ phải có một loại bộ chuyển đổi lực và hệ thống điều khiển để đảm bảo bạn đang áp dụng một lực đã biết.

Những gì tôi muốn đề xuất Thay vì SMAs, có nhiều bộ truyền động nhỏ có thể đáp ứng các ràng buộc của bạn mà không có nhược điểm lớn của SMA.

Cuộn dây: Chúng đơn giản chỉ bao gồm một nam châm vĩnh cửu và một cuộn dây. Điều chỉnh dòng điện ảnh hưởng trực tiếp đến lực tác dụng lên nam châm. Mặc dù vậy, những điều này hoàn toàn im lặng và hiệu quả về năng lượng hơn SMAs. Các lực được áp dụng là khá lặp lại, miễn là nhiệt độ môi trường không thay đổi lớn. Bạn có thể mua những thứ này như những linh kiện đã sẵn sàng từ Moticont . Hoặc mở một ổ cứng, xem có một ngón tay robot đã sẵn sàng!

Thiết bị truyền động Piezo: Có một loạt các động cơ khác nhau dựa trên gốm Piezo. Đây thường là những động cơ rất nhỏ, nhưng đắt tiền. Hãy thử các động cơ Squiggle từ Newscale Tech .

Có một công ty tên là Flexsys , người chế tạo bộ truyền động bằng cả hai công nghệ.