ロボットグリッパーアーム作動用の形状記憶合金ワイヤー：グリップ圧力を変更するには？

ロボットグリッパーアームについては、工場のフロアで非常に小さなコンポーネントを使用するように設計しています。作動には、電気的に作動する形状記憶合金（SMA）ワイヤーハーネスを使用することをお勧めします。

設計中のデバイスは、回路の組み立てに使用されるピック＆プレースマシンに似ていますが、車輪で航空機のハンガーサイズの作業面上を移動します。それは、それぞれ0.5 cu.cmから8 cu.cmの間の不規則な形状の多孔性オブジェクトを操作します-したがって、従来の真空P＆Pメカニズムは魅力的ではありません。また、組み立てラインの個々のオブジェクトには、さまざまな硬度と重量があります。

設計上の制約は次のとおりです。

• 振動と音を最小限からゼロに保証
• メカニズム内で最小の体積を使用する（バッテリーはホイールベースにあり、安定性を提供するため、重量は問題にならない）
• グリッパー圧力の細かい変化

SMAは最初の2つの制約を十分に満たしていると考えていますが、制約3、つまり電子的に制御されるグリッパーのさまざまなレベルの圧力を達成するためのガイダンスが必要です。

私の質問：

• 起動しきい値（0.005インチのFlexinol HTで 320 mA）を超える電流のPWMは、可変で反復可能な作動力を提供できますか？
• 各指先に圧力センサーとグリップ用の閉ループ制御が必要ですか、それともグリッパーを定期的に校正して繰り返し可能な力を維持できるでしょうか？
• 私たちが参照する必要がある十分に文書化された前例または研究はありますか？

フレキノールアクチュエータワイヤーの技術的特性に関する論文をご覧ください。

あなたがやりたいことは、ニチノールワイヤーの利用可能な収縮を利用して、アプリケーションに必要なストロークと力を実現する構造を考案することです。このペーパーでは、いくつかの構造例を示しています。

ニチノールの収縮の割合は、その温度に関連しています。ただし、この関係は非線形であり、加熱段階と冷却段階では異なります。これらの違いを考慮する必要があります。

arduinoを使用した高精度フレキシノール位置制御の記事で、著者はニチノールの特性を使用して、ワイヤーが独自のフィードバックセンサーとして機能できるようにする方法について説明しています。

筋肉ワイヤーとしても知られているフレキシノールは、電気を伝導するときに収縮させることができるニチノール製の強くて軽いワイヤーです。この記事では、フレキシノール回路の電圧の制御に基づいて、この効果を正確に制御する方法を紹介します。さらに、フレキシノールの抵抗が収縮するにつれて予測可能に低下するという事実を利用して、ここで説明するメカニズムは、フィードバック制御ループのセンサーとしてワイヤー自体を使用します。個別のセンサーの必要性を排除することのいくつかの利点は、部品点数の削減と機械的複雑さの削減です。

したがって、PWMを使用してワイヤの両端の電圧を変化させ、ADCを使用してその電圧降下を読み取ることにより、ニチノールワイヤの収縮率の閉ループ制御を設計できます。次に、適切な機械構造を使用して、その収縮をアプリケーションに必要な望ましいストロークと力に変換できます。

SMAを使用すべきでない理由

まず、なぜロボットアプリケーションで形状記憶合金を使用することを選択したのか不思議です。SMAのアプリケーションリストのいずれかを見ると、リストにロボットアプリケーションが表示されることはほとんどありません。

ほとんどのSMAアプリケーションは非作動型であり、メガネフレームやゴルフクラブなどが含まれます。

一部のアプリケーションはSMAをアクチュエータとして使用しますが、通常は1回または2回のみです。これらは、医療用ステントのようなアプリケーションであり、動脈に小さく挿入する必要がありますが、内側に一度開く必要があります。

SMAがアクチュエータとして動作し、力を加えて何かを動かさなければならないロボットアプリケーションがない理由は、疲労の影響を受けるためです。ウィキペディアによると：

SMAは疲労します。周期的な荷重が亀裂の開始と伝播を引き起こし、最終的には破壊による壊滅的な機能の損失をもたらす故障モード。この故障モードに加えて、スマート材料でのみ発生するわけではありません。SMAは機能的疲労の影響も受けます。これにより、SMAは構造的に故障しませんが、加えられた応力や温度の組み合わせにより、可逆相変態を起こす能力が（ある程度）失われます。

しかし、あなたが主張した場合

SMAは、クリープと疲労を起こしているので、あなたがします持っているあなたが知られている力を付与しているようにする力変換器と制御システムのいくつかの種類を持っています。

私は何を示唆している のSMAよりもむしろを、SMAの巨大な欠点がない、あなたの制約を満たすことができる多くの小さなアクチュエータがあります。

ボイスコイル：これらは単に永久磁石とコイルで構成されています。電流の流れを調整すると、磁石にかかる力に直接影響します。ギアレスで、これらは完全に静かで、SMAよりも電力効率が優れています。適用される力は、周囲温度が大きく変化しない限り、非常に再現性があります。これらはMoticontから既製のコンポーネントとして購入できます。またはハードドライブを開いて、既製のロボットフィンガーがあることを確認してください！

ピエゾアクチュエータ：ピエゾセラミックをベースにしたさまざまなモーターがあります。これらは通常非常に小さいですが、高価なモーターです。Newscale Techの Squiggleモーターを試してください。

両方のテクノロジーを使用してアクチュエーターを製造するFlexsysという会社があります。