Estudio e implementación de actuadores basados en aleaciones SMA

摘要

El primer objetivo del proyecto es realizar un estudio de los sistemas de accionamiento actuales en manos robóticas y su evolución con el propósito de conocer sus características y prestaciones. El siguiente objetivo es realizar un estudio del estado del arte en relación al uso de aleaciones con memoria de forma en actuadores. Esto servirá para conocer las limitaciones de los actuales prototipos, identificar las posibles mejoras y obtener conclusiones acerca de la viabilidad del sistema de actuación que se quiere implementar. El siguiente objetivo es diseñar e implementar un prototipo que sirva como banco de pruebas para la investigación en actuadores basados en SMA. El prototipo deberá cumplir con unos requisitos mínimos como: dimensiones reducidas, alta precisión, bajo rozamiento y alta velocidad de adquisición de datos. Este prototipo estará formado por dos subsistemas: · Una estructura mecánica para dar soporte al cable de nitinol, sensor, polea, eje y el resto de elementos del accionamiento. · Un subsistema electrónico que incluye: - Etapa de potencia destinada a regular la corriente entregada al SMA. - Sensor de posición para leer la posición del eje. - Un microprocesador que se encargará de controlar el sistema y lograr que el eje siga las órdenes dadas por un PC. Por último, se utilizará el banco de pruebas desarrollado para la realización de unos estudios preliminares acerca del comportamiento dinámico de este tipo de actuadores. Será necesario comprobar la controlabilidad del sistema, analizar las limitaciones existentes y proponer mejoras futuras para perfeccionar el funcionamiento del actuador. El trabajo se divide en siete capítulos con el objetivo de introducir la tecnología utilizada, estudiar el estado del arte de dicha tecnología, explicar el diseño del prototipo, las pruebas realizadas y extracción de conclusiones. En el capítulo 1 actual, se realiza una introducción a las aleaciones con memoria de forma SMA y se desarrolla una pequeña evolución de las manos robóticas y sus sistemas de accionamiento. En el capítulo 2 se realiza un estudio del arte donde se resume la información y conocimientos adquiridos de los principales estudios e investigaciones realizados sobre el uso del nitinol como actuador. En el capítulo 3 se realiza una descripción general del sistema propuesto; se dedica un apartado para cada uno de los subsistemas. Así se explican las partes electrónica, mecánica y software necesarias para entender el sistema en detalle. En el capítulo 4 se explican las pruebas realizadas con el prototipo fabricado y se muestran las gráficas obtenidas que ayudan a conocer el funcionamiento del actuador. También se propone un regulador PID para control de la posición. En el capítulo 5 se desarrollan las conclusiones de todo el sistema, y se proponen las mejoras y consideraciones para las siguientes versiones del prototipo, así como qué aspectos fundamentales deben ser especialmente estudiados. En el capítulo 6 se muestran las hojas de características de los principales componentes electrónicos y mecánicos utilizados, útiles para una consulta rápida. En el último apartado, capítulo 7, se indican las referencias bibliográficas consultadas durante el desarrollo del proyecto.