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西班牙开发出用于精确控制机器人移动的SMA材料
作者:黄可  日期:2008-06-04  信息来源:中国科学院国家科学图书馆科学研究动态监测快报   【背景色 杏仁黄 秋叶褐 胭脂红 芥末绿 天蓝 雪青 灰 银河白(默认色) 】  【字体:
 

当机器人的手臂拿起一个鸡蛋或灯泡的时候,尽可能地控制精度是至关重要的。为此,材料科学和技术的进步提供了先进系统的设计和控制,该系统配备有利用新材料制造的传感器和驱动器(actuator)。西班牙Basque Country大学(UPV/EHULeioa校区理工学院电力与电子系自动化小组正在研究各种材料的刺激-反应特征,以用于微型机电系统和机器人精确移动的产生与测量。

研究主要集中在有望两种类型的材料上,分别是:形状记忆合金(SMA)和磁性形状记忆合金(MSMA)或者铁磁形状记忆合金(FSMA)。所有这些智能合金都是具有记忆形状和其它新颖属性的新材料。形状记忆合金在变形后仍能记住原来的大小和形状,其中最普通的是镍钛合金,镍和钛大约各占50%,这种材料在市场上是以镍钛丝的形式进行销售的。磁性形状记忆合金是能够经受较大变化的铁磁材料,当加上磁场时其形状和大小都是可逆的。这种材料目前还只停留在实验室研究阶段,没有商用产品。利用这些形状记忆材料,研究小组制造了许多有潜力应用于机器人以及新型或微型机电系统的设备。

SMA用于较低精度驱动器已经不是什么新闻了,但是UPV/EHU的研究人员开发的实验设备能够从根本上改进这些驱动器位置的控制。他们建造了一个轻型握爪装置原型用于灵活的小体积机器人,能够处理微小的物体。为了完成这个目标,他们在弹性金属片之间植入镍钛丝。当电流通过镍钛丝的时候,金属片接触在一起,“爪子”完全合拢,握住周围的微小物体。当电流切断的时候,“爪子”完全打开。UPV/EHU的研究小组设法将开闭活动的精度提高到了微米级别,这种水平的精度足够在许多方面应用,例如机械加工。

关于磁性和铁磁形状记忆合金,研究人员设计了一种精密定位物体的装置,精度在20纳米以内。作为一个简单控制的手动装置,研究人员认为它还有很大的改善空间,可能取代当前高精度装置。由于用铁磁形状记忆合金制造的定位装置有着很大的优势,一旦得到应用,它们并不太消耗能量。FSMA驱动器在某些应用方面十分重要,例如拥有大量透镜的大尺寸望远镜,这些透镜能够精确移动以正确调焦。所有这些装置目前都处于实验室阶段,它们对于测试材料基本性质很有效,但也许将来会成为微米和纳米定位机器人装置终极产品的商用原型。


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