로봇 그리퍼 암 작동을위한 형상 기억 합금 와이어 : 그립 압력을 변경하는 방법?

로봇 그리퍼 암의 경우 초소형 부품의 공장 바닥 용으로 설계되었으며, 작동을 위해 전기적으로 활성화 된 SMA (Shape Memory Alloy) 와이어 하니스를 사용할 것을 제안합니다.

설계되는 장치는 회로 조립에 사용되는 픽앤 플레이스 기계와 유사하지만 바퀴 달린 항공기 걸이 크기의 작업 표면 위로 움직입니다. 불규칙한 모양의 다공성 물체를 각각 0.5 cu.cm에서 8 cu.cm 사이에서 조작하므로 기존의 진공 P & P 메커니즘은 적합하지 않습니다. 또한 조립 라인의 개별 물체는 다양한 경도와 무게를 갖습니다.

우리의 디자인 제약은 다음과 같습니다.

• 진동과 소음을 최소화하거나 최소로 유지
• 메커니즘 내에서 최소 볼륨 사용 (배터리는 휠베이스에 있으며 안정성을 제공하므로 무게는 중요하지 않습니다)
• 그리퍼 압력의 미세한 변화

우리는 SMA가 처음 두 가지 제약 조건을 잘 충족한다고 생각하지만 제약 조건 3, 즉 전자적으로 제어되는 그리퍼의 다른 압력 수준에 대한 지침이 필요합니다.

내 질문 :

• 활성화 임계 값 ( 0.005 인치 Flexinol HT의 경우 320mA ) 을 초과하는 전류의 PWM이 가변적이고 반복 가능한 작동력을 제공 할 수 있습니까?
• 각 핑거 팁에 압력 센서와 그립을위한 폐쇄 루프 컨트롤이 필요합니까? 그리퍼를 주기적으로 교정하고 반복적 인 힘을 유지할 수 있습니까?
• 우리가 언급해야 할 잘 문서화 된 전례 나 연구가 있습니까?

Flexinol Actuator Wires의 기술적 특성을 살펴보십시오 .

니티놀 와이어의 사용 가능한 수축을 활용하여 원하는 스트로크와 응용 분야에 맞는 힘을 얻는 구조를 고안해야합니다. 이 논문은 몇 가지 예제 구조를 제공합니다.

니티놀 수축률은 온도와 관련이 있습니다. 그러나 관계는 비선형이며 가열 단계와 냉각 단계 사이에서 다릅니다. 이러한 차이점을 고려해야합니다.

arduino를 사용한 정밀 flexinol 위치 제어 기사 에서 저자는 와이어가 자체 피드백 센서로 작동 할 수 있도록 니티놀의 특성을 사용하는 방법을 설명합니다.

Muscle Wire라고도하는 Flexinol은 전기를 전도 할 때 수축 될 수있는 니티놀로 만든 강력하고 가벼운 와이어입니다. 이 기사에서는 Flexinol 회로의 전압 제어를 기반으로이 효과를 정밀하게 제어하는 ​​방법을 설명합니다. 또한, Flexinol의 저항이 수축함에 따라 예측할 수 있다는 사실을 이용하여, 여기에 설명 된 메커니즘은 피드백 제어 루프에서 센서 자체로 와이어 자체를 사용합니다. 별도의 센서가 필요하지 않은 일부 장점은 부품 수를 줄이고 기계적 복잡성을 줄입니다.

따라서 PWM을 사용하여 전선의 전압을 변화시키고 ADC를 사용하여 전압 강하를 읽으면 니티놀 전선의 수축률에 대한 폐 루프 제어를 설계 할 수 있습니다. 그런 다음 적절한 기계적 구조를 사용하여 해당 수축을 원하는 스트로크와 응용 분야에 필요한 힘으로 변환 할 수 있습니다.

SMA를 사용하지 않아야하는 이유

먼저, 로봇 ​​응용 분야에서 형상 기억 합금을 사용하기로 선택한 이유가 궁금합니다. SMA에 대한 응용 프로그램 목록을 보면 목록에 로봇 응용 프로그램이 거의 표시되지 않습니다.

대부분의 SMA 애플리케이션은 작동되지 않으며 안경테 및 골프 클럽과 같은 것을 포함합니다.

일부 어플리케이션은 SMA를 액추에이터로 사용하지만 일반적으로 한두 번만 사용합니다. 이것은 의료용 스텐트와 같은 응용 분야로, 동맥에 삽입해야하지만 내부에 한 번 열어야합니다.

SMA가 액츄에이터 역할을하고 무언가를 움직이게하는 힘을 가하는 로봇 어플리케이션이없는 이유는 피로에 노출되기 때문입니다. Wikipedia 에 따르면 :

SMA는 피로의 대상이됩니다. 주기적 하중으로 인해 균열이 시작되고 전파되어 결국 파단으로 인한 기능 손실이 초래되는 고장 모드. 이 실패 모드 외에도 스마트 재료에서는 독점적으로 관찰되지 않습니다. SMA는 또한 기능 피로 (Functional Fatigue)의 영향을 받기 때문에 SMA는 구조적으로 실패하지 않지만, 가해진 응력 및 / 또는 온도의 조합으로 인해 가역적 인 위상 변환을 수행하는 능력이 어느 정도 손실됩니다.

하지만 고집한다면

SMA는 크리프 및 피로를 거쳐 때문에, 당신은 것 가지고 당신이 알고있는 힘을 적용했는지 확인하기 위해 힘 센서 및 제어 시스템의 일종을 가지고.

내가 제안하는 것 SMA 대신 SMA의 큰 단점없이 제약 조건을 충족시킬 수있는 작은 액추에이터가 많이 있습니다.

보이스 코일 : 이들은 단순히 영구 자석과 코일로 구성됩니다. 전류의 흐름을 조정하면 자석에 가해지는 힘에 직접 영향을줍니다. 기어가없는이 장치는 SMA보다 완전히 조용하고 전력 효율적입니다. 주변 온도가 엄청나게 변하지 않는 한, 적용된 힘은 상당히 반복 가능합니다. Moticont 에서 기성품으로 구입할 수 있습니다 . 또는 하드 드라이브를 열고 준비된 로봇 손가락이 있는지 확인하십시오!

피에조 액추에이터 : 피에조 세라믹을 기반으로하는 다양한 모터가 있습니다. 이들은 일반적으로 매우 작지만 비싼 모터입니다. Newscale Tech 의 Squiggle 모터를 사용해보십시오 .

Flexsys 라는 회사가 두 기술을 모두 사용하여 액추에이터를 만듭니다.