Fil en alliage à mémoire de forme pour l'actionnement du bras de préhension du robot: Comment faire varier la pression de préhension?

Pour un bras de préhension robotisé que nous concevons pour une utilisation en usine sur de très petits composants, nous proposons d'utiliser des faisceaux de fils en alliage à mémoire de forme (SMA) activés électriquement pour l'actionnement.

L'appareil en cours de conception s'apparente aux machines Pick & Place utilisées pour l'assemblage des circuits, mais se déplace sur une surface de travail de taille d'un hangar d'aéronef sur roues. Il manipule des objets de forme irrégulière et poreux entre 0,5 cu.cm et 8 cu.cm chacun - d'où le mécanisme traditionnel de P&P sous vide ne fait pas appel. De plus, les objets individuels de la chaîne de montage ont une dureté et un poids variables.

Nos contraintes de conception sont:

• Assurer une vibration et un son minimes à nuls
• Utilisation d'un volume minimal dans le mécanisme (les piles sont à l'empattement, ce qui assure la stabilité, donc leur poids n'est pas un problème)
• Variation fine de la pression de la pince

Nous pensons que le SMA répond bien aux deux premières contraintes, mais avons besoin de quelques conseils pour atteindre la contrainte 3, c'est-à-dire différents niveaux de pression de la pince commandés électroniquement.

Mes questions:

• Le PWM d'un courant supérieur au seuil d'activation (320 mA pour Flexinol HT de 0,005 pouce ) peut-il fournir une force d'actionnement variable et répétable?
• Aurions-nous besoin de capteurs de pression à chaque bout des doigts et d'une commande en boucle fermée pour l'adhérence, ou la pince peut-elle être calibrée périodiquement et maintenir une force reproductible?
• Y a-t-il un précédent ou une étude bien documenté auquel nous devrions nous référer?

Jetez un œil aux caractéristiques techniques du papier des fils d'actionneur Flexinol .

Ce que vous voudrez faire, c'est concevoir une structure qui exploite la contraction disponible du fil de nitinol pour obtenir la course et la force souhaitées pour votre application. L'article donne quelques exemples de structures:

Le pourcentage de contraction du nitinol est lié à sa température. Cependant, la relation est non linéaire et diffère entre la phase de chauffage et la phase de refroidissement. Ces différences devront être prises en compte.

Dans l'article Contrôle précis de la position du flexinol en utilisant Arduino, l'auteur décrit comment utiliser les propriétés du nitinol pour que le fil puisse agir comme son propre capteur de rétroaction:

Le Flexinol, également connu sous le nom de Muscle Wire, est un fil solide et léger fabriqué à partir de Nitinol qui peut se contracter lors de la conduite de l'électricité. Dans cet article, je présenterai une approche de contrôle de précision de cet effet basée sur le contrôle de la tension dans le circuit Flexinol. De plus, profitant du fait que la résistance du Flexinol diminue de manière prévisible au fur et à mesure qu'il se contracte, le mécanisme décrit ici utilise le fil lui-même comme capteur dans une boucle de commande de rétroaction. Certains avantages d'éliminer le besoin d'un capteur séparé sont le nombre de pièces réduit et la complexité mécanique réduite.

Ainsi, en utilisant PWM pour faire varier la tension à travers le fil et en utilisant un ADC pour lire cette chute de tension, vous pouvez concevoir un contrôle en boucle fermée du pourcentage de contraction du fil de nitinol. Ensuite, en utilisant une structure mécanique appropriée, vous pouvez traduire cette contraction en course et force désirées nécessaires pour votre application.

Pourquoi vous ne devriez pas utiliser SMA

Tout d'abord, je me demande pourquoi vous avez choisi d'utiliser des alliages à mémoire de forme dans une application robotique. Si vous regardez l'une des listes d'applications pour les SMA, vous ne verrez presque jamais une application robotique sur la liste.

La plupart des applications SMA ne sont pas actionnées et incluent des éléments tels que des montures de lunettes et des clubs de golf.

Certaines applications utilisent le SMA comme actionneur, mais généralement une ou deux fois seulement. Ce sont des applications comme les stents médicaux, qui doivent être insérés dans une petite artère, mais s'ouvrent une fois à l'intérieur.

La raison pour laquelle il n'y a pas d'applications robotiques où le SMA doit agir comme un actionneur et exercer une force pour faire bouger quelque chose, c'est qu'il est sujet à la fatigue. Selon Wikipedia :

Le SMA est sujet à la fatigue; un mode de défaillance par lequel une charge cyclique entraîne l'initiation et la propagation d'une fissure qui entraîne finalement une perte de fonction catastrophique par fracture. en plus de ce mode de défaillance, qui n'est pas exclusivement observé dans les matériaux intelligents. Les SMA sont également soumis à une fatigue fonctionnelle, par laquelle le SMA ne tombe pas en panne structurellement, mais, en raison d'une combinaison de contraintes appliquées et / ou de température, perd (dans une certaine mesure) sa capacité à subir une transformation de phase réversible.

Mais si vous insistez

Parce que le SMA subit le fluage et la fatigue, vous devrez disposer d'une sorte de transducteur de force et d'un système de contrôle pour vous assurer que vous appliquez une force connue.

Ce que je suggérerais Plutôt que des SMA, il existe de nombreux petits actionneurs qui peuvent satisfaire vos contraintes sans les énormes inconvénients du SMA.

Bobines vocales: elles se composent simplement d'un aimant permanent et d'une bobine. Le réglage du flux de courant affecte directement la force appliquée à l'aimant. Sans équipement, ils sont totalement silencieux et plus éconergétiques que les SMA. La force appliquée est assez répétable, tant que la température ambiante ne varie pas énormément. Vous pouvez les acheter en tant que composants prêts à l'emploi chez Moticont . Ou ouvrez un disque dur, regardez, il y a un doigt robotique prêt à l'emploi!

Actionneurs piézo: Il existe une gamme de moteurs différents basés sur la céramique piézo. Ce sont généralement des moteurs très petits mais chers. Essayez les moteurs Squiggle de Newscale Tech .

Il y a une entreprise appelée Flexsys qui fabrique des actionneurs en utilisant les deux technologies.