Şekil Hafızalı Alaşımların Eyleyici Olarak Kullanılabilmeleri İçin Konum Ve Hız Kontrolü

Abstract

Bu çalışmada, şekil hafızalı alaşımların (ŞHA) özellikle robotik alanında eyleyici olarak olası kullanımlarının araştırılması amacıyla bir deney düzeneği kurulmuş ve bu düzenek üzerinde çeşitli deneyler yapılmıştır. Deney düzeneğinin mekanik bölümü, raylı kızak üzerine iliştirilmiş bir test yükünden ve bu yüke bağlanmış bir ŞHA telinden oluşmaktadır. Tel, üzerinden akım geçirilerek ısıtılmaktadır. Tel üzerindeki akımı istenilen seviyede tutabilen ve telin üzerindeki gerilimi ölçerek direncinin hesaplanmasına olanak veren analog bir sürücü devre tasarlanmıştır. Bu sürücü devreyi bilgisayara bağlayabilmek için, mikrodenetleyici tabanlı bir veri toplama kartı tasarlanmıştır. Bu kartla iletişim kurarak, telin uzunluğunu kontrol eden ve gerekli verileri toplayan bir bilgisayar yazılımı geliştirilmiştir. Deneyler sırasında öncelikle telin açık çevrim davranışı incelenmiş, daha sonra Ziegler – Nichols yöntemleri ile ayarlanan PID denetleyici ile konumlandırma denemeleri yapılmıştır. Sonuçların tatmin edici olmaması sebebiyle I teriminin çalışma şekli üzerinde değişiklik yapılarak sonuçlar iyileştirilmiştir. Düzenek üzerinde iki farklı kalınlıkta tel ile frekans cevabı testleri yapılmış, Bode diyagramları elde edilmiştir. Belirgin şekilde daha hızlı cevap verebilen ince telin, eyleyici tasarımı için daha uygun olduğu sonucuna varılmıştır. Son olarak, soğuma sırasında telin istenilen referansa gitmesi dış etkilerle engellenmiş ve telde oluşan bollaşmanın telin direnç – konum eğrisi üzerindeki etkisi gözlemlenerek, bollaşmanın tespit edilebildiği ortaya konmuştur.

In this study, an experimental setup is built to research possible applications of shape memory alloys (SMA) as actuators in robotics systems and various experiments are performed on this setup. Mechanical part of the setup consists of a test load attached on a linear guide. An SMA wire is connected to the test load for actuation. The wire is heated by applying electric current. An analog circuit is designed for controlling the current flowing through the wire and measuring the voltage drop on the wire for resistance calculation. A microcontroller-based data acquisition board is also designed to connect the wire driver circuit to the computer. Software capable of communicating the data acquisition board to control the strain of the wire and allow data collection is developed. During the experiments, open loop response of the wire is examined first. Then, a PID controller tuned with Ziegler – Nichols methods is tested for position control of the wire, but the results are not satisfactory. The integral term of the PID controller is modified and the response of the controller is improved significantly. Frequency response test are performed with wires having different thicknesses and Bode diagrams are obtained. It is concluded that the thin wire, which responds faster, is more suitable for actuator design. Finally, an obstacle introduced during the cooling cycle of the wire to prevent it from reaching the reference position and the wire is observed to loosen. It is shown that the loosened wires can be detected by inspecting the resistance – position graph.