Date post: | 16-Oct-2015 |
Category: |
Documents |
Upload: | gheorghita-melinte |
View: | 14 times |
Download: | 0 times |
of 72
ACTUATORI
Universitatea Tehnica Gh. Asachi Iasi2006 - 2007
ACTUATORI:
CONVENTIONALI HIDRAULICI PNEUMATICI ELECTRICI
NECONVENTIONALI MATERIALE CU MEMORIA FORMEI MUSCHI ARTIFICIALI PNEUMATICI FLUIDE ELECTROREOLOGICE POLIMERI ELECTROREACTIVI MOTOARE PIEZOCERAMICE
1
ACTUATORI
Universitatea Tehnica Gh. Asachi Iasi2006 - 2007
ACTUATORI CONVENTIONALI
ACTUATORI HIDRAULICI Pot fi liniari sau rotativi Sunt mai putin utilizati in actionarea robotilor mobili
Configuratii: Cu simpla actiune (forta controlabila pe o directie si resort pentru revenire,
pe cealalta directie) Cu dubla actiune (figura)
2
ACTUATORI
Universitatea Tehnica Gh. Asachi Iasi2006 - 2007
ACTUATORI CONVENTIONALI
ACTUATORI HIDRAULICIAvantaje: Pot furniza o putere mare Au reactie rapida, datorita compresibilitatii scazute a fluidelor hidraulice
Dezavantaje: Necesita centrala hidraulica, problema mare pentru robotii mobili, ce ar
trebui sa care aceasta centrala, pentru a fi autonomi; actionarea pompei necesita o sursa de energie suplimentara, electrica
Vascozitatea variaza cu temperatura, punand probleme de control Lichidul hidraulic este inflamabil si sub presiune, putand pune in pericol
echipamentul si operatorul uman Etc.
3
ACTUATORI
Universitatea Tehnica Gh. Asachi Iasi2006 - 2007
ACTUATORI CONVENTIONALI
ACTUATORI PNEUMATICI Pot fi liniari sau rotativi Sunt mai frecvent utilizati, in comparatie cu cei hidraulici, dar mult mai
putin, comparativ cu actuatorii electrici Sunt utilizati atunci cand sunt necesare sisteme usoare, mici si cu raport
mare incarcare/masa
Sectiune printr-un actuator pneumatic
4
ACTUATORI
Universitatea Tehnica Gh. Asachi Iasi2006 - 2007
ACTUATORI CONVENTIONALI
ACTUATORI PNEUMATICIAvantaje: Nu necesita cai de retur pentru fluid, ceea ce face ca instalatia sa fie mai
usoara Fluidul nu este inflamabil, cum este cel hidraulic Dezvolta viteze de actionare mari
Dezavantaje: Necesita o sursa de aer sub presiune, problema pentru robotii mobili
autonomi, ce ar trebui sa care un compresor; actionarea acestuia necesita o sursa de energie suplimentara, electrica
Fluidul nu este lubrifiant Fluidul este compresibil, creind probleme de control Etc.
5
ACTUATORI
Universitatea Tehnica Gh. Asachi Iasi2006 - 2007
ACTUATORI CONVENTIONALI
ACTUATORI ELECTRICI Pot fi liniari sau rotativi Sunt cel mai frecvent utilizati, datorita avantajelor ce le prezinta in
comparatie cu actuatorii prezentati anterior
Tipuri: Motoare DC
Cu perii Fara perii
Motoare pas cu pas Motoare AC
6
ACTUATORI
Universitatea Tehnica Gh. Asachi Iasi2006 - 2007
ACTUATORI CONVENTIONALI
ACTUATORI ELECTRICI
Avantaje: Sursa de energie este mult mai usoara si mai comoda pentru un robot mobil
autonom; De asemenea, aceasta ocupa mai putin spatiu Sunt usor de instalat, nu prezinta probleme de scurgeri (ca actuatorii
hidraulici) si sunt relativ silentiosi
Dezavantaje: Principalul dezavantaj il constituie cuplul redus in raport cu dimensiunile si
masa acestora
7
ACTUATORI
Universitatea Tehnica Gh. Asachi Iasi2006 - 2007
ACTUATORI CONVENTIONALI: STUDIU COMPARATIV
Factor Electrical Hydraulic Pneumatic
1. Basic System Solid State Logic, Power Amplifiers, DC or AC Motors, Gear Boxes, Ball Nuts, Coolers
Pump, Sump, Regulators (Pressure, Temp., Flow), Filters, Heat Exchangers, Servo Valves, Motors, Actuators, Accumulators
Compressor, Interstage Coolers, Pressure Controls, Filter, Dryers, Mufflers, Valves, Actuators, Snubbers
2. Working Principle Electricity High Quality Oil Base with Additives, Water Based Solutions, Synthetic Liquids
Air, Nitrogen, Combustion Products
3. Efficiency Over 90% for Large Systems Seldom over 60% Seldom over 30%
4. Susceptability to Contamination
Low: (Electrical Line Noise +/- 10%) Easily Handled RFI Noise Easily Handled by Shielding and Filtration
High: Filters Required Special Handling During Maintenance. Cleaning Procedures Important. Servo Valves Easily Damaged
Intermediate: Less Trouble Than Oil. Particles Drop Out Before Getting To Valves. Moisture & Corrosion A Problem.
5. Weight to Force Ratio Poor:Motor & Gearing Must Be Carried By Each Sub-system. Poorest Weight to Force Ratio
Excellent:Highest Force to Weight Ratio
Fair:Light Weight, But Low Pressures Produce Intermediate Force to Weight Ratio
8
ACTUATORI
Universitatea Tehnica Gh. Asachi Iasi2006 - 2007
ACTUATORI CONVENTIONALI: STUDIU COMPARATIV
6. Safety of Operation Safest System Electrical Shock Hazard & Grounding Must Be Considered
Leakage of Flammable Fluids & Fire Hazards High Velocity Jets of Fluid Can Pierce Skin, Blood PoisoningEye Inflammations Possible
Flying Debris From Ruptures can be Very Dangerous. Explosions Possible When Volatile Oils Are Present (Nitrogen Non-Explos.)
7. Temperature Sensitivity and Heat Removal
Low Temperature Sensitivity in the Operating Range, but Poor Heat Dissipation Relative to Hydraulic
High Temperature Sensitivity Due to Viscosity Changes. Differential Thermal Expansion Can Cause Transient Malfunctions. Excellent Heat Removal at Remote Heat Exchangers
Low Temperature Sensitivity.Differential Thermal Expansion Can Cause Transient Difficulties. Heat Removal is not Normally a Problem Since Systems Vent To Atmosphere
8. Input Power Supply 24 Volts to 460 Volts 50-5000 PSI 5-500 PSI
9. Load Variation Susceptability
Dry Friction On Output Motors Can Cause Small to Intermediate Steady State Errors at Null
Dry Friction On Outputs Can Cause Small Steady State Errors Around Null
Serious Steady State Errors Can Occur Around Null Position Due To Dry Friction On Output Shaft
10. System Stiffness Reasonably Stiff-Stiffness Dependent on Speed Reduction Concepts
The Stiffest, Most Responsive System for Heavy Loads
Very Soft System (Hydraulic is 400 x Stiffer)
9
ACTUATORI
Universitatea Tehnica Gh. Asachi Iasi2006 - 2007
ACTUATORI CONVENTIONALI: MOTOARE PAS CU PAS
Avantaje:
10
ACTUATORI
Universitatea Tehnica Gh. Asachi Iasi2006 - 2007
ACTUATORI CONVENTIONALI: MOTOARE PAS CU PAS
Avantaje: Permit controlul pozitiei unghiulare fara a fi
necesar un traductor de pozitie Au precizie de pozitionare buna, ce depinde de
numarul de pasi pe o rotatie completa Sunt usor de controlat
Dezavantaje: Cuplu si viteze unghiulare reduse Control in bucla deschisa (rotorul poate aluneca,
pierzandu-se controlul asupra pozitiei) Produc zgomot la turatii reduse Etc.
11
ACTUATORI
Universitatea Tehnica Gh. Asachi Iasi2006 - 2007
ACTUATORI CONVENTIONALI: MOTOARE PAS CU PAS
Tipuri: Unipolare (curentul circula intr-un singur sens in
infasurari) Bipolare (curentul circula in ambele sensuri) Universale
12
ACTUATORI
Universitatea Tehnica Gh. Asachi Iasi2006 - 2007
ACTUATORI CONVENTIONALI: MOTOARE PAS CU PAS
UNIPOLARE Au patru infasurari Se pot folosi doua tipuri de secvente pentru alimentarea
infasurarilor (controlul motorului) Alimentarea succesiva a infasurarilor (cate una) Alimentarea simultana a doua infasurari succesive
In functie de modul de alimentare a infasurarilor, se poate facecontrolul motorului:
Cu un pas intreg (folosind una din cele doua tipuri de alimentare) Cu jumatate de pas (imbinand cele doua tipuri de alimentare)
13
ACTUATORI
Universitatea Tehnica Gh. Asachi Iasi2006 - 2007
ACTUATORI CONVENTIONALI: MOTOARE PAS CU PAS
UNIPOLARE Alimentarea succesiva a unei infasurari (control cu pas intreg)
14
ACTUATORI
Universitatea Tehnica Gh. Asachi Iasi2006 - 2007
ACTUATORI CONVENTIONALI: MOTOARE PAS CU PAS
UNIPOLARE Alimentarea succesiva a unei infasurari (control cu pas intreg)
15
ACTUATORI
Universitatea Tehnica Gh. Asachi Iasi2006 - 2007
ACTUATORI CONVENTIONALI: MOTOARE PAS CU PAS
UNIPOLARE Alimentarea succesiva a unei infasurari (control cu pas intreg)
0010
0100
1000
0001
16
ACTUATORI
Universitatea Tehnica Gh. Asachi Iasi2006 - 2007
ACTUATORI CONVENTIONALI: MOTOARE PAS CU PAS
UNIPOLARE Alimentarea simultana a doua infasurari succesive (control cu
pas intreg)
17
ACTUATORI
Universitatea Tehnica Gh. Asachi Iasi2006 - 2007
ACTUATORI CONVENTIONALI: MOTOARE PAS CU PAS
UNIPOLARE Imbinarea celor doua tipuri de
alimentare a infasurarilor (control cu jumatate de pas)
18
ACTUATORI
Universitatea Tehnica Gh. Asachi Iasi2006 - 2007
ACTUATORI CONVENTIONALI: MOTOARE PAS CU PAS
UNIPOLARE Imbinarea celor doua tipuri de
alimentare a infasurarilor (control cu jumatate de pas)
19
ACTUATORI
Universitatea Tehnica Gh. Asachi Iasi2006 - 2007
ACTUATORI CONVENTIONALI: MOTOARE PAS CU PAS
UNIPOLARE Imbinarea celor doua tipuri de
alimentare a infasurarilor (control cu jumatate de pas)
0100 0011
0010
0110
01001100
1000
1001
20
ACTUATORI
Universitatea Tehnica Gh. Asachi Iasi2006 - 2007
ACTUATORI CONVENTIONALI: MOTOARE PAS CU PAS
UNIPOLARE Alimentarea simultana a doua infasurari succesive (control cu
pas intreg)
21
ACTUATORI
Universitatea Tehnica Gh. Asachi Iasi2006 - 2007
ACTUATORI CONVENTIONALI: MOTOARE PAS CU PAS
UNIPOLAREComparatie a celor doua tipuri de control
Cu pas intreg: Cuplu redus Consum de energie scazut
Cu jumatate de pas Cuplu ridicat Consum de energie dublu
22
NS stator
rotor
electromagneti
ACTUATORI
Universitatea Tehnica Gh. Asachi Iasi2006 - 2007
ACTUATORI CONVENTIONALI: MOTOARE PAS CU PAS
23
NS stator
rotor
S
N
electromagneti
motor pas cu pas cu
reluctanta variabila
Cum afecteaza pozitia rotorului cuplul
motorului?
ACTUATORI
Reluctanta = marimea egala cu raportul dintre tensiunea magnetica de-a lungul unui circuit si fluxul magnetic ce strabate circuitul
Universitatea Tehnica Gh. Asachi Iasi2006 - 2007
ACTUATORI CONVENTIONALI: MOTOARE PAS CU PAS
24
NS stator
rotor
S
N
unghi
cuplu
ACTUATORI
electromagneti
motor pas cu pas cu
reluctanta variabila
Universitatea Tehnica Gh. Asachi Iasi2006 - 2007
ACTUATORI CONVENTIONALI: MOTOARE PAS CU PAS
25
NS stator
rotor
S
N
ACTUATORI
electromagneti
motor pas cu pas cu
reluctanta variabila
unghi
cuplu
Universitatea Tehnica Gh. Asachi Iasi2006 - 2007
ACTUATORI CONVENTIONALI: MOTOARE PAS CU PAS
26
NS stator
rotor
S
N
SN
urmatorul dinte
ACTUATORI
electromagneti
motor pas cu pas cu
reluctanta variabila
Universitatea Tehnica Gh. Asachi Iasi2006 - 2007
ACTUATORI CONVENTIONALI: MOTOARE PAS CU PAS
27
NS stator
rotor
S
N
SN
Se poate face controlul direct al pozitiei (fara a fi nevoie de traductor)
Cuplul este mai mare cand rotorul este stationar
Precizie redusa
imprimantecalculatoareutilaje de prelucrare
can we increase our
l ti ?
urmatorul dinte
ACTUATORI
electromagneti
motor pas cu pas cu
reluctanta variabila
Universitatea Tehnica Gh. Asachi Iasi2006 - 2007
ACTUATORI CONVENTIONALI: MOTOARE PAS CU PAS
28
Control pe jumatate de pas
S
S
N
N unghi
Creste cuplul, scade viteza
ACTUATORI
cuplu
Universitatea Tehnica Gh. Asachi Iasi2006 - 2007
ACTUATORI CONVENTIONALI: MOTOARE PAS CU PAS
29
SS
N
N unghi
cuplu
Mai multi dintiCreste preciziaControl pe jumatate de pas
Creste cuplul, scade viteza
ACTUATORI
Universitatea Tehnica Gh. Asachi Iasi2006 - 2007
ACTUATORI CONVENTIONALI: MOTOARE PAS CU PAS
30
S = 6, R = 4Motor pas cu pas cu reluctanta variabila (rotorul nu este magnetizat)
ACTUATORI
Universitatea Tehnica Gh. Asachi Iasi2006 - 2007
ACTUATORI CONVENTIONALI: MOTOARE PAS CU PAS
31
S = 6, R = 4
S = 4, R = 6
Motor pas cu pas cu reluctanta variabila (rotorul nu este magnetizat)
Motor pas cu pas cu reluctanta variabila (rotorul este magnetizat)
ACTUATORI
Universitatea Tehnica Gh. Asachi Iasi2006 - 2007
ACTUATORI CONVENTIONALI: MOTOARE PAS CU PAS
32
Motor complet
StatorJumatate de rotor
MOTOARE PAS CU PAS SFERICE
Universitatea Tehnica Gh. Asachi Iasi2006 - 2007
ACTUATORI CONVENTIONALI: MOTOARE PAS CU PAS SFERICE
33
34
ACTUATORI
Universitatea Tehnica Gh. Asachi Iasi2006 - 2007
ACTUATORI CONVENTIONALI: MOTOARE DC standard
Sunt actuatorii cei mai des utilizati in locomotia robotilor mobili Motoarele DC standard sunt curate, linistite in functionare si pot dezvolta forta
suficienta Sunt mult mai usor de controlat decat actuatorii pneumatici sau hidraulici
Pentru controlul pozitiei unghiulare a axului de iesire, este necesar un traductor de pozitie (encoder)
Primul pas in conceperea sistemului mecanic al robotului mobil il constituie alegerea corespunzatoare a motorului; Solutia cea mai buna este de a utiliza un moto-reductor cu encoder inglobat
Avantajul utilizarii unui actuator ce inglobeaza motorul, reductorul si encoderul il constituie gabaritul mai mic, comparativ cu solutia ce ar utiliza separat cele trei componente
35
ACTUATORI
Universitatea Tehnica Gh. Asachi Iasi2006 - 2007
ACTUATORI CONVENTIONALI: MOTOARE DC
Sunt alimentate la curent continuu Se poate schimba sensul de rotatie schimband polaritatea alimentarii Turatia poate fi reglata modificand tensiunea de alimentare
36
ACTUATORI
Universitatea Tehnica Gh. Asachi Iasi2006 - 2007
Turatie
Tensiune alimentare
Turatie
Cuplu
ACTUATORI CONVENTIONALI: MOTOARE DC
Cuplul motorului este proportional cu valoarea curentului si a constantei de cuplu a motorului
Este foarte importanta alegerea motorului, care sa asigure puterea necesara aplicatiei ( puterea la iesirea din motor; viteza unghiulara la axul de iesire,
cuplul cerut de aplicatie)
im mK i =
m
o aP = aoP
37
ACTUATORI
Universitatea Tehnica Gh. Asachi Iasi2006 - 2007
ACTUATORI CONVENTIONALI: MOTOARE DC
38
ACTUATORI
Universitatea Tehnica Gh. Asachi Iasi2006 - 2007
ACTUATORI CONVENTIONALI: MOTOARE DC
39
N
S
N S
stator
rotor
magneti permanenti
Comutator pe axul motorului
V+
-
perii
ACTUATORI
Universitatea Tehnica Gh. Asachi Iasi2006 - 2007
ACTUATORI CONVENTIONALI: MOTOARE DC
40
N
S
N S
stator
rotor
V+
-
N SS N
V+
-Comutator pe axul motorului
perii
ACTUATORI
Universitatea Tehnica Gh. Asachi Iasi2006 - 2007
magneti permanenti
ACTUATORI CONVENTIONALI: MOTOARE DC
41
N
S
N S
stator
rotor
V+
-
N SS N N SN S
V+
-V
+
-
Rotor cu mai multi dinti (mai linistit)
Comutator pe axul motorului
perii
MOTOARE DC
Universitatea Tehnica Gh. Asachi Iasi2006 - 2007
magneti permanenti
ACTUATORI CONVENTIONALI: MOTOARE DC
42
N
S
N S
stator
rotor
DC motorMotor pas cu pas
N
Selectro-magneti stator
rotor
Control al pozitiei Cuplu de stationare ridicat Durabilitate mare (nu are perii)
Tensiunea utilizata este prop. cu turatia Cuplu mai mare la turatii ridicate Este mai popular, deci mai ieftin Mai linistit la viteze reduse
ACTUATORI
Universitatea Tehnica Gh. Asachi Iasi2006 - 2007
ACTUATORI CONVENTIONALI: MOTOARE DC
43
ACTUATORI
Universitatea Tehnica Gh. Asachi Iasi2006 - 2007
ACTUATORI CONVENTIONALI: MOTOARE DC
Puntea H de actionare a unui motor DC
44
ACTUATORI
Universitatea Tehnica Gh. Asachi Iasi2006 - 2007
ACTUATORI CONVENTIONALI: MOTOARE DC
Actionare in sens orar
45
ACTUATORI
Universitatea Tehnica Gh. Asachi Iasi2006 - 2007
ACTUATORI CONVENTIONALI: MOTOARE DC
Actionare in sens trigonometric
46
ACTUATORI
Universitatea Tehnica Gh. Asachi Iasi2006 - 2007
ACTUATORI CONVENTIONALI: MOTOARE DC
Scurtcircuit
47
ACTUATORI
Universitatea Tehnica Gh. Asachi Iasi2006 - 2007
ACTUATORI CONVENTIONALI: MOTOARE DC
Modul de reglare a vitezei (PWM Pulse Width Modulation)
48
ACTUATORI
Universitatea Tehnica Gh. Asachi Iasi2006 - 2007
ACTUATORI CONVENTIONALI: SERVO
Un servo nu trebuie confundat cu un servomotor, care este un motor DC de inalta calitate, ce poate fi folosit in aplicatii ce necesita un control in bucla inchisa a miscarii; Un asemenea motor trebuie sa permita modificarea rapida a vitezei, vitezei si acceleratiei, ceea ce inseamna variatia rapida si in limite mari a cuplului.
Un servo este un motor DC cu electronica inglobata, care sa permita un control al pozitiei in bucla deschisa; Acesta este, in general, utilizat in aplicatii de tip hoby.
49
ACTUATORI
Universitatea Tehnica Gh. Asachi Iasi2006 - 2007
ACTUATORI CONVENTIONALI: SERVO
Principalul avantaj al acestui tip de actuator il constituie faptul ca acesta are integrate n aceai carcas, pe lng motorul electric, un modul electronic i un modul mecanic
50
ACTUATORI
Universitatea Tehnica Gh. Asachi Iasi2006 - 2007
ACTUATORI CONVENTIONALI: SERVO
Cablul de alimentare-comanda al unui servo are trei fire: doua pentru alimentare cu tensiune, iar al treilea pentru transmiterea semnalului PWM, ce permite controlul (in bucla deschisa) a pozitiei unghiulare a axului de iesire; Acest semnal nu permite controlul vitezei.
Semnalul PWM are o frecventa de 50 Hz (perioada de 20 ms). Marimea impulsului este, de regula, cuprinsa intre 1 si 2 ms; Marimea impulsului dicteaza
pozitia unghiulara a axului de iesire
51
ACTUATORI
Universitatea Tehnica Gh. Asachi Iasi2006 - 2007
ACTUATORI NECONVENTIONALI
MATERIALE CU MEMORIA FORMEI (SHAPE MEMORY ALLOYS - SMA)
MUSCHI ARTIFICIALI
FLUIDE MAGNETOREOLOGICE
POLIMERI ELECTROACTIVI
MOTOARE PIEZOELECTRICE
52
ACTUATORI
Universitatea Tehnica Gh. Asachi Iasi2006 - 2007
ACTUATORI NECONVENTIONALI:
SMA (ALIAJE CU MEMORIA FORMEI) Dintre toate aliajele cu memoria formei, aliajul Ni-Ti s-a dovedit a fi cel mai flexibil si aplicabil in
inginerie, prezentand o serie de caracteristici ca: ductibilitate, o buna revenire la forma initiala, excelenta rezistenta la coroziune, temperaturi de transformare stabile, biocompatibilitate ridicata si abilitatea de a fi incalzit electric
Utilizarea aliajelor cu memoria formei in robotica reprezita o alternativa interesanta la metodele de actionare conventionale
Avantajele utilizarii acestora constau in: reducerea drastica a greutatii si complexitatii robotilor, respectiv raport forta/greutate extrem de ridicat; Pentru incalzire este necesar un simplu circuit electric, actuatorul fiind compact si simplu; Un sistem de actionare cu astfel de aliaje consta doar din elementul respectiv si sistemul de incalzire/racire; Racirea poate fi naturala; In comparatie cu celelalte tipuri de actionare, care produc zgomot, actionarea folosind SMA este foarte silentioasa
Dezavantaje: au randament scazut, acesta nedepasind valoarea de 10%; Sunt relativ lente, viteza de transformare structurala depinzand de diametrul firelor, sistemul de incalzire/racire, etc.; In functie de mediul in care lucreaza, disiparea de caldura poate constitui o problema; Deformatia maxima a acestora este limitata la 8.5% din lungime; Amplificarea deformatiilor, folosind solutii mecanice, conduce la scaderea si mai mare a randamentului; Controlul acestor actuatori este dificil, fenomenul SME fiind neliniar
53
ACTUATORI
Universitatea Tehnica Gh. Asachi Iasi2006 - 2007
ACTUATORI NECONVENTIONALI:
SMA (ALIAJE CU MEMORIA FORMEI) Efectul de memorie a formei a fost descoperit in anul 1932, de catre fizicianul suedez Arne Olander, in
timp ce lucra cu aliajul Au-Cd Acest aliaj poate fi deformat plastic, la rece, iar atunci cand este incalzit revine la forma initiala (Shape
Memory Effect SME) Aliajele ce au aceasta caracteristica se numesc aliaje cu memoria formei (Shape Memory Alloy SMA) In anul 1958, cercetatorii Chang si Read au demonstrat ca, prin deformarea lor, aceste aliaje pot efectua
lucru mecanic In 1961, un grup de cercetatori americani (US Naval Ordnance Laboratory), condus de William Beuhler,
a descoperit ca si aliajul Ni-Ti prezinta aceasta proprietate, aliaj care prezinta avantajul ca este mai ieftin, se lucreaza mai usor cu el si este mai putin periculos (din punct de vedere al sanatatii cercetatorilor)
Cercetatorii si producatorii de materiale au inceput sa recunoasca posibilitatea utilizarii acestor materiale in aplicatii ingineresti; in 1970 au aparut primele produse comerciale de acest gen
54
ACTUATORI
Universitatea Tehnica Gh. Asachi Iasi2006 - 2007
ACTUATORI NECONVENTIONALI:
SMA (ALIAJE CU MEMORIA FORMEI) Raportul putere/greutate pentru diverse
tipuri de actuatori
55
ACTUATORI
Universitatea Tehnica Gh. Asachi Iasi2006 - 2007
ACTUATORI NECONVENTIONALI:
SMA (ALIAJE CU MEMORIA FORMEI) Proprietatea acestor aliaje se bazeaza pe modificarile structurale ce au loc, intre fazele austenita-
martensita Curbele de histerezis depind de compozitia aliajului si de procedeul de obtinere a acestuia
56
ACTUATORI
Universitatea Tehnica Gh. Asachi Iasi2006 - 2007
ACTUATORI NECONVENTIONALI:
SMA (ALIAJE CU MEMORIA FORMEI) Exemplu de aplicatie la un robot pasitor
Schema structurala a robotului SPIDY
57
ACTUATORI
Universitatea Tehnica Gh. Asachi Iasi2006 - 2007
ACTUATORI NECONVENTIONALI:
SMA (ALIAJE CU MEMORIA FORMEI) Exemplu de aplicatie la un robot pasitor
Schema structurala a piciorului si solutia constructiva
58
ACTUATORI
Universitatea Tehnica Gh. Asachi Iasi2006 - 2007
ACTUATORI NECONVENTIONALI:
SMA (ALIAJE CU MEMORIA FORMEI) Exemplu de aplicatie la un robot pasitor
Fiecare picior este acionat de dou fire SMA, cte unul pentru fiecare grad de mobilitate, i dou fire elastice. Un fir SMA rotete elementul 1 (n articulaia ) ntr-un sens (indicat de litera a), iar un fir elastic l rotete n sens invers, indicat de litera a (atunci cnd firul SMA nu mai este alimentat electric). Acelai lucru se ntmpl i pentru cupla cinematic . Datorit valorii mici a diametrului firului SMA, durata ciclului de lucru al acestuia este n jur de 1 [sec].
Toate cele ase picioare sunt montate direct pe placa circuitului electronic de comand, aceasta reprezentnd de fapt corpul robotului.
Unghiurile de rotaie ale elementelor depind att de structura piciorului, ct i de valoarile deformaiilor firelor SMA. Aceasta nseamn c pentru o structur data a piciorului, valoarea unghiului de rotaie depinde direct de lungimea firului SMA. Pentru creterea lungimilor firelor folosite (n scopul creterii curselor unghiulare), astfel nct s se pstreze dimensiuni mici de ansamblu pentru robot, au fost integrate nite fulii mici n structura piciorului.
59
ACTUATORI
Universitatea Tehnica Gh. Asachi Iasi2006 - 2007
ACTUATORI NECONVENTIONALI:
SMA (ALIAJE CU MEMORIA FORMEI) Exemplu de aplicatie la un robot pasitor
Dac vom considera cupla cinematic , valoarea cursei unghiulare va fi:
unde: este deformaia (contracia) firului SMA, ce acioneaz elementul 1; este raza fuliei din acea articulaie.
Din caracteristicile acestor materiale cunoatem c:
Din experiment, s-a gasit c:
RL=
LR
( )100
83 L
L =
1004
LL =
60
ACTUATORI
Universitatea Tehnica Gh. Asachi Iasi2006 - 2007
ACTUATORI NECONVENTIONALI:
SMA (ALIAJE CU MEMORIA FORMEI) Exemplu de aplicatie la un robot pasitor
n scopul creterii valorii lui , se poate folosi o alt structur pentru picior. Pentru aceast variant putem scrie:
Pentru calcularea lui trebuie s inem seama de
cele dou situaii posibile: Dac firul nu este alimentat electric (este un fir pasiv)
Daca firul este alimentat (este activ)
2
2RL=
2L
2L
( )
2
sin2 232RRL
1
1RL=
2L
( )100
42
sin2 2232LRRL +
61
ACTUATORI
Universitatea Tehnica Gh. Asachi Iasi2006 - 2007
ACTUATORI NECONVENTIONALI:
SMA (ALIAJE CU MEMORIA FORMEI) Exemplu de aplicatie la un robot pasitor
n cel de al doilea caz, pentru lungimi si egale cu cele de la primul caz, valoarea cursei unghiulare
va fi mai mare , Dar i consumul energetic va fi mai ridicat. Pot fi optimizate aceste valori astfel nct s se obin un compromis pentru cursa unghiular i consumul energetic.
2L1L
62
ACTUATORI
Universitatea Tehnica Gh. Asachi Iasi2006 - 2007
ACTUATORI NECONVENTIONALI:
SMA (ALIAJE CU MEMORIA FORMEI) Exemplu de aplicatie la un robot pasitor
Solutie constructiva robot
63
ACTUATORI
Universitatea Tehnica Gh. Asachi Iasi2006 - 2007
ACTUATORI NECONVENTIONALI:
SMA (ALIAJE CU MEMORIA FORMEI) Exemplu de aplicatie la un robot pasitor
Solutie constructiva robot
64
ACTUATORI
Universitatea Tehnica Gh. Asachi Iasi2006 - 2007
ACTUATORI NECONVENTIONALI:
SMA (ALIAJE CU MEMORIA FORMEI) Schema de control a deformatiei firului
65
ACTUATORI
Universitatea Tehnica Gh. Asachi Iasi2006 - 2007
ACTUATORI NECONVENTIONALI:
SMA (ALIAJE CU MEMORIA FORMEI) Exemplu de aplicatie la un alt robot pasitor
Robotul Lobster (Northeastern University) Deoarece acesta se deplaseaza in mediu subacvatic, racirea firelor se SMA este realizata natural,
de apa marii
66
ACTUATORI
Universitatea Tehnica Gh. Asachi Iasi2006 - 2007
ACTUATORI NECONVENTIONALI:
SMA (ALIAJE CU MEMORIA FORMEI) Exemplu de aplicatie la o mana mecanica
University of Alberta
67
ACTUATORI
Universitatea Tehnica Gh. Asachi Iasi2006 - 2007
ACTUATORI NECONVENTIONALI:
MUSCHI ARTIFICIALI Muschiul artificial McKibben consta dintr-un tub de
cauciuc imbracat intr-o camasa dintr-o fibra de nylon Sub actiunea aerului sub presiune, fibra de nylon nu
permite decat cresterea in diametru a tubului, care se va scurta, lucrand ca si un actuator pneumatic liniar
68
ACTUATORI
Universitatea Tehnica Gh. Asachi Iasi2006 - 2007
ACTUATORI NECONVENTIONALI:
MUSCHI ARTIFICIALI Incepand din 1960, s-au facut diverse cercetari pentru
imbunatatirea muschilor artificiali McKibben
(Brooks, 1977) a dezvoltat un muschi artificial pentru actionarea bratelor bustului unui robot umanoid Cog
(Pratt and Williamson 1995) au dezvoltat muschi artificiali pentru actionarea unui robot pasitor biped
69
ACTUATORI
Universitatea Tehnica Gh. Asachi Iasi2006 - 2007
ACTUATORI NECONVENTIONALI:
FLUIDE ELECTROREOLOGICE (ERF) Aceste fluide au proprietatea de a-si schimba proprietatile reologice (vascozitatea), in prezenta unui
camp electric Primul cercetator care a explicat acest efect a fost William M. Winslow, in anul 1940; de aceea se mai
numeste si efect Winslow Controlul proprietatilor reologice ale acestor fluide ofera promisiuni pentru posibilitati de actionare si
control al miscarii Proprietatile asemanatoare solidelor, in prezenta campului electric, pot fi folosite pentru transmiterea
de forte peste o anumita limita, gasindu-si un numar mare de aplicatii Sistemele construite, folosind ERF, pot fi: absorbere, amortizoare active, cuplaje, sisteme de
prehensiune adaptive, sau pompe cu debit variabil; o aplicatie in inginerie este controlul vibratiilor Utilizarea fluidelor reologice in robotica si sisteme de control la distanta a fost foarte limitata, dar
fortele relativ mari pe care le pot dezvolta, dimensiunile mici si greutatea redusa sunt avantaje care fac aceste fluide candidate pentru a fi utilizate ca actuatori in acest domeniu
Dezavantaje: tensiuni electrice necesare mari, pentru a dezvolta forte; Forta dezvoltata este un raspuns la o forta de intrare, a operatorului uman sau a mediului aceasta inseamna ca fluidele reologice nu pot fi utilizate pentru a dezvolta forte de impingere, ce s-ar putea traduce in miscare a sistemului
70
ACTUATORI
Universitatea Tehnica Gh. Asachi Iasi2006 - 2007
ACTUATORI NECONVENTIONALI:
FLUIDE MAGNETOREOLOGICE (MRF) Principiu de baza: particule de dimeniuni micrometrice alfate in suspensie in ulei; Sub actiunea unui
camp magnetic, particulele se aliniaza si suspensia devine solida instantaneu (in cateva milisecunde); Eliminarea campului magnetic conduce la revenirea la forma lichida.
Exemplu de aplicatie
71
ACTUATORI
Universitatea Tehnica Gh. Asachi Iasi2006 - 2007
ACTUATORI NECONVENTIONALI:
POLIMERI ELECTROACTIVI (EAP) Principii de baza: atunci cand sunt expuse la
tensiuni de voltaj mare, filmele foarte subtiri de EAP (30-60 microni) se contracta in directia campului electric si se dilata pe directie perpendiculara.
Avantaje: deformare de pana la 400%; viteze mari de reactie.
Dezavantaje: Tensiuni de lucru foarte mari, 1-5 KV; forta de lucru redusa; tehnologie noua, nefinisata.
72
Thank you!
See you next week!
/ColorImageDict > /JPEG2000ColorACSImageDict > /JPEG2000ColorImageDict > /AntiAliasGrayImages false /CropGrayImages true /GrayImageMinResolution 300 /GrayImageMinResolutionPolicy /OK /DownsampleGrayImages true /GrayImageDownsampleType /Bicubic /GrayImageResolution 300 /GrayImageDepth -1 /GrayImageMinDownsampleDepth 2 /GrayImageDownsampleThreshold 1.50000 /EncodeGrayImages true /GrayImageFilter /DCTEncode /AutoFilterGrayImages true /GrayImageAutoFilterStrategy /JPEG /GrayACSImageDict > /GrayImageDict > /JPEG2000GrayACSImageDict > /JPEG2000GrayImageDict > /AntiAliasMonoImages false /CropMonoImages true /MonoImageMinResolution 1200 /MonoImageMinResolutionPolicy /OK /DownsampleMonoImages true /MonoImageDownsampleType /Bicubic /MonoImageResolution 1200 /MonoImageDepth -1 /MonoImageDownsampleThreshold 1.50000 /EncodeMonoImages true /MonoImageFilter /CCITTFaxEncode /MonoImageDict > /AllowPSXObjects false /CheckCompliance [ /None ] /PDFX1aCheck false /PDFX3Check false /PDFXCompliantPDFOnly false /PDFXNoTrimBoxError true /PDFXTrimBoxToMediaBoxOffset [ 0.00000 0.00000 0.00000 0.00000 ] /PDFXSetBleedBoxToMediaBox true /PDFXBleedBoxToTrimBoxOffset [ 0.00000 0.00000 0.00000 0.00000 ] /PDFXOutputIntentProfile () /PDFXOutputConditionIdentifier () /PDFXOutputCondition () /PDFXRegistryName () /PDFXTrapped /False
/Description > /Namespace [ (Adobe) (Common) (1.0) ] /OtherNamespaces [ > /FormElements false /GenerateStructure true /IncludeBookmarks false /IncludeHyperlinks false /IncludeInteractive false /IncludeLayers false /IncludeProfiles true /MultimediaHandling /UseObjectSettings /Namespace [ (Adobe) (CreativeSuite) (2.0) ] /PDFXOutputIntentProfileSelector /NA /PreserveEditing true /UntaggedCMYKHandling /LeaveUntagged /UntaggedRGBHandling /LeaveUntagged /UseDocumentBleed false >> ]>> setdistillerparams> setpagedevice