Сплавы с памятью формы (SMA) представляют собой класс материалов, которые могут возвращаться к ранее определенной форме при нагревании после деформации при более низкой температуре. Эти уникальные свойства открыли широкий спектр применений, особенно в области робототехники. В качестве поставщикаРоботизированные суставыЯ воочию убедился в многочисленных преимуществах использования сплавов с памятью формы в соединениях роботов. В этом сообщении блога я подробно рассмотрю эти преимущества.
1. Компактный дизайн и высокое соотношение мощности и веса.
Одним из наиболее значительных преимуществ использования SMA в соединениях роботов является возможность достижения компактной конструкции с высоким соотношением мощности и веса. Традиционные приводы, такие как электродвигатели и гидравлические цилиндры, часто требуют большого пространства и могут быть довольно тяжелыми. Напротив, SMA могут генерировать относительно большую силу в небольшом объеме.
SMA работают на основе фазового превращения между мартенситной и аустенитной фазами. При нагревании проволока SMA сжимается, создавая тянущую силу. Это сокращение можно использовать для управления движением суставов робота. Поскольку элементы SMA могут быть выполнены в виде тонких проволок или небольших полосок, их можно легко интегрировать в конструкцию сустава, уменьшая общий размер и вес робота. Это особенно полезно для приложений, где пространство ограничено, например, в небольших роботах или роботах, предназначенных для использования в ограниченном пространстве.
Например, в микророботе, используемом для медицинской эндоскопии, компактность суставов, приводимых в действие SMA, позволяет роботу перемещаться по узким и извилистым проходам в человеческом теле. Высокое соотношение мощности и веса также означает, что робот может выполнять свои задачи с меньшими затратами энергии, поскольку ему не приходится перемещать большое количество лишнего веса.
2. Бесшумная работа
Еще одним преимуществом роботизированных соединений на основе SMA является их бесшумная работа. Электродвигатели и гидравлические системы часто издают шум во время работы, что во многих случаях может быть существенным недостатком. Например, в роботе-наблюдителе шум может выдать его местоположение, что снижает его эффективность.
SMA, с другой стороны, работают бесшумно. Процесс фазового преобразования, вызывающий изменение формы, является плавным и тихим процессом. В нем нет движущихся частей, таких как шестерни или поршни, которые могут создавать шум. Это делает шарниры роботов с приводом SMA идеальными для применений, где снижение шума имеет решающее значение, например, в роботах для домашнего обслуживания, роботах-гидах в музеях или роботах-военных разведчиках.
3. Гибкость и адаптируемость
Сплавы с памятью формы обеспечивают высокую степень гибкости и адаптируемости при проектировании суставов роботов. В отличие от традиционных приводов, которые имеют фиксированный диапазон перемещения и выходной силы, SMA можно настроить для достижения различных уровней деформации и силы в зависимости от требований применения.
Величину деформации и силу, создаваемую элементом SMA, можно контролировать, регулируя температуру. Используя различные методы нагрева, такие как электрический или лазерный нагрев, можно точно регулировать температуру SMA. Это позволяет точно настроить движение сустава, позволяя роботу выполнять сложные задачи с высокой точностью.
Кроме того, SMA могут иметь различную форму, например, в виде проволоки, листов или пружин. Такая универсальность форм-фактора позволяет создавать творческие и инновационные конструкции суставов. Например, винтовую пружину SMA можно использовать для создания вращающегося соединения с плавным и непрерывным диапазоном движений. Возможность адаптировать SMA к различным конструкциям суставов позволяет создавать роботов с уникальными и оптимизированными кинематическими структурами.
4. Способность самообнаружения
Некоторые сплавы с памятью формы обладают способностью самочувствия, которую можно использовать в суставах роботов. Электрическое сопротивление SMA изменяется по мере фазового преобразования. Контролируя это изменение сопротивления, можно получить информацию о деформации и напряжении в элементе SMA.
Эту функцию самоопределения можно использовать для управления обратной связью в суставах робота. Вместо использования внешних датчиков, которые усложняют и увеличивают стоимость системы, в качестве датчика может выступать сам SMA. Например, в роботизированной руке самочувствящиеся суставы SMA могут предоставлять в режиме реального времени информацию о положении и силе, действующей на руку. Эту информацию можно использовать для регулировки движения манипулятора, обеспечивая точную и стабильную работу.
5. Устойчивость к суровым условиям
Сплавы с памятью формы известны своей устойчивостью к суровым условиям окружающей среды. Они могут противостоять высоким температурам, агрессивным химическим веществам и радиации лучше, чем многие традиционные материалы, используемые в соединениях роботов.
В промышленности роботы часто работают в суровых условиях, где они подвергаются воздействию высоких температур, химикатов и пыли. Например, на литейном или химическом заводе традиционные приводы могут выйти из строя из-за экстремальных условий. Однако SMA могут сохранять свои механические свойства и функциональность в таких средах. Их устойчивость к коррозии также делает их пригодными для использования в подводных роботах или роботах, используемых в морских целях.
6. Снижение требований к техническому обслуживанию.
Соединения роботов, в которых используются сплавы с памятью формы, обычно требуют меньшего технического обслуживания по сравнению с соединениями, в которых используются традиционные приводы. Электродвигатели требуют регулярной смазки подшипников и, возможно, потребуется замена изношенных щеток. Гидравлические системы необходимо проверять на предмет утечек и периодически заменять гидравлическую жидкость.
С другой стороны, SMA не имеют движущихся частей, требующих смазки, а также нет уплотнений или шлангов, которые могут протекать. Единственный компонент, который может потребовать внимания, — это система нагрева, используемая для активации SMA. Поскольку SMA сам по себе является относительно простым и прочным материалом, общее техническое обслуживание роботизированных соединений с SMA намного проще и реже. Это сокращает время простоя робота и снижает долгосрочные эксплуатационные расходы.
Приложения в различных типах роботов
Преимущества использования SMA в соединениях роботов делают их пригодными для широкого спектра типов роботов.
В гуманоидных роботах компактная конструкция и высокое соотношение мощности и веса суставов, приводимых в действие SMA, могут помочь более точно имитировать естественные движения человеческих суставов. Бесшумная работа также делает робота более приемлемым в социальной среде.
ДляБаза роботовВ приложениях гибкость и адаптируемость соединений SMA можно использовать для создания стабильной и регулируемой основы. База может быть спроектирована так, чтобы адаптироваться к различным типам местности и нагрузкам, улучшая общую устойчивость и производительность робота.
ВПоворотное креплениеВ приложениях способность SMA к самоопределению может использоваться для точного управления вращением и позиционированием крепления. Это полезно в таких приложениях, как крепления камер или датчиков, где требуется точная ориентация.
Контакт для закупок
Если вы заинтересованы во включении роботизированных соединений на основе сплава с памятью формы в ваши конструкции роботов, я рекомендую вам связаться с нами для обсуждения закупок. Наша команда экспертов может предоставить вам подробную информацию о наших продуктах, включая их характеристики, характеристики и возможности настройки. Мы стремимся обеспечить высокое качествоРоботизированные суставыкоторые отвечают вашим конкретным требованиям.
Ссылки
- Оцука К. и Уэйман К.М. (1998). Материалы с памятью формы. Издательство Кембриджского университета.
- Лю, X., и Лагудас, округ Колумбия (2008). Термомеханическое моделирование сплавов с памятью формы: многоосное поведение и применение. Спрингер.
- Икута К. и Хироватари Ю. (1990). Разработка микропривода из сплава с памятью формы и его применение в микророботах. Транзакции IEEE по робототехнике и автоматизации, 6 (3), 356–362.
