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科学讲座5(2023)100148一种变色形状记忆驱动器的设计维多利亚·奥贡托辛尼日利亚奥贡州奥塔市圣约大学电气信息工程系自动清洁装置保留字:形状记忆合金镍钛合金丝微胶囊热致变色变色智能执行器A B标准形状记忆合金(SMA)使用热能进行驱动,需要通过颜色变化来指示其温度,以避免过热。因此,在这项工作中,使用热致变色剂设计和开发了一种在致动时改变颜色的智能线,所述热致变色剂是含有隐色染料的活性混合物,所述隐色染料在低温下是固体,但在高温下熔化,使得染料在经受高温时从一种颜色变为另一种颜色。 由于热致变色材料不能直接施加到SMA的表面,因为染料具有浆料形式并且是水溶性的,所以将热致变色材料微囊封到聚合物中,然后施加到SMA线。在这项工作中,弹性体浸渍有染料形式的热致变色材料,以产生SMA线涂覆的变色聚合物。结果表明,所开发的变色形状记忆致动器不仅具有SMA丝的特性,而且能够通过其变色特性给出高温的视觉指示本文的视频可以在j.sctalk.2023.100148上找到。https://doi.org/10.1016/图和表图1.一、形状记忆合金的特征曲线丝长随温度的变化. 当加热时,合金收缩;当冷却时,金属丝可以手动放松并变成任何形状。由于滞后现象,存在转变温度范围,使得金属丝在设定温度值下不会立即松弛或收缩电子邮件地址:victoria. covenantuniversity.edu.ng。h tt p://dx. 多岛或g/10。1016/j。我的天啊。20 23。1 0 0 14 8接收于2023年1月25日;接受于2023年2月1日27 7 2 - 56 93/©2023TheA ut h or r. 由E lsevier L td提供。 这是一个操作过程,需要遵循C CBY指令(http://c re ati ve c mmo ns. 或g/li ce nss/by/4. 0/)。可在ScienceDirect上获得目录列表科学讲座杂志首页:www.elsevier.es/sctalk诉奥贡托辛科学讲座5(2023)1001482图二、形状记忆合金的三种不同形式是奥氏体、变形马氏体和孪晶马氏体。(a)单向镍钛诺合金在加热时以奥氏体形式存在;当热源被移除时,合金以孪晶马氏体形式存在;在向冷却的NiTi合金施加外力时,其形式变为变形马氏体;当从孪晶马氏体或变形马氏体形式加热时,其变为其奥氏体形式。(b)双向SMA合金在加热和冷却时以两种不同的奥氏体状态存在(c)形状记忆聚合物以三种不同形式存在只有在加热后(变为孪晶马氏体),才能施加外力使其变形,以达到变形马氏体状态。(d)超弹性SMA仅以奥氏体和变形马氏体形式存在;不需要加热,仅外力将其改变为变形马氏体,所施加的力的释放导致其立即弹回到其奥氏体形式。诉奥贡托辛科学讲座5(2023)1001483图3.第三章。(a)SMA镍钛合金线不受电流驱动,并且弯曲成任何形状或形式。(b)将(a)中的SMA线加热并拉直,并收缩其原始长度的3%(c)形状记忆合金镍钛诺弹簧是螺旋缠绕弹簧的形式;当施加热量/电流时,它处于收缩形式(d)放松镍钛诺弹簧,并手动拉伸至其原始长度的两倍(c)。(e)双向SMA弹簧在不被热/电流激活时以其收缩形式存在(f)(e)中的双向记忆弹簧被高温加热,并以其拉伸形式存在(g)形状记忆聚合物以其未致动形式存在(h) 当(g)中的形状记忆聚合物处于高温下或通过电流加热时,其变得柔韧和柔软,并且可以被模塑成如图所示的任何形状或形式,即使当聚合物的温度降至室温时,也保持模塑的形状,聚合物可以通过再加热重新模塑(i)SMA超弹性线在常温下以直线形式存在(j)当(i)中的SMA超弹性线通过施加如图所示的力或约束而经受另一状态时,在移除这种力/约束时,其弹回到其(i)的原始形式诉奥贡托辛科学讲座5(2023)1001484图四、当添加颜料并与液体橡胶混合并固化时,橡胶与颜料交联形成填充的弹性网络,其具有颜料和橡胶的性质。图五. 150 mm镍钛合金丝涂有天蓝色微胶囊化热致变色颜料,该颜料通过用天蓝色热致变色颜料浸渍液体乳胶橡胶来实现。由于使用油漆刷方法涂覆电线表面,因此涂层纹理粗糙且不均匀图六、生产的不同类型的变色镍钛丝。(a)在27 °C的室温下,1mm厚的微囊化热致变色颜料涂覆的电线是天蓝(b)当(a)中的电线通过电流加热到40 °C- 60 °C之间时,它立即变直,收缩,颜色变为琥珀色,这表明电线处于高温状态去除电流后,金属丝变得柔韧,逐渐变回(a); 15 min时,颜色完全变回天蓝色。(c)5毫米厚的微囊化热致变色颜料涂层电线在27 °C的室温下为天蓝色(d)当(c)中的电线通过电流加热到40 ℃-60 ℃之间时,它立即变直,变短,颜色变为琥珀色,这表明电线处于高温状态。去除电流后,金属丝失去收缩,逐渐变回(c); 25 min时,颜色完全变回天蓝色。诉奥贡托辛科学讲座5(2023)1001485表1热致变色颜料的物理和化学性质。物业介绍状态乳液(浆料)颜色天蓝色pH 5-6气味无气味沸点100 °C特殊重力水(1)蒸汽压30 mmHg水溶性Water Soluble蒸发速率乙醚(1)波动率(按体积计算)52%表2胶乳橡胶的物理和化学性能物业介绍形成固体含量为55%的乳液(固化后为橡胶状固体)外观液体时为乳白色,固化固化时间4-16小时,在一个温暖,通风的房间。固化时间受温度和湿度的影响。温暖干燥的空气是快速固化所必需的轻微氨味在水中的溶解度固体含量55%氨含量0.3%粘度非粘性(500pH 10-11CRediT作者贡献声明维多利亚Oguntosin:概念化,方法论,写作初稿,调查,撰写&数据可用性文章中描述的研究未使用任何数据致谢这项研究没有从公共,商业或非营利部门的资助机构获得任何特别资助。申报利益作者声明,他们没有已知的竞争性经济利益或个人关系,可能会影响本文报告的工作。进一步阅读[1] 诉Oguntosin,通过攻丝运动的形状记忆合金和聚合物的开环控制设计,会议记录64(1)(2020)3。[2] Y. 舍C.Li,J.Cleary,H.苏伟,一种具有嵌入式驱动器和传感器的柔性机械手的设计与制造,机械工程学报,机器人。7(2)(2015)1- 9.[3] S. Kim,E.Hawkes,K.周,M。Joldaz,J.福莱兹河Wood,使用NiTi弹簧的微型人造肌肉纤维用于软机器人,2009年IEEE/RSJ智能机器人和系统国际会议(IROS)2009年10月,第100页。 2228- 2234[4] M. Cianchetti , A.Licofonte , M.Follador , F. 罗 盖 角 Laschi , Bioinspired softactuationsystem using shape memory alloys,Actuators 3(3)(2014)226-244。[5] C. Laschi,M.钱凯蒂湾马佐莱湖Margheri,M.福拉多尔山口达里奥,软机器人手臂的灵感来自章鱼,高级机器人。26(7)(2012)709-727。[6] 三谷锡角放大图片作者:D.Rus,S.Kim,软机器人中具有antag-onistic致动器的蠕动运动,2010年IEEE机器人与自动化国际会议(ICRA)2010年5月,pp. 1228-1233。[7] 高智星和赵圭真欧米茄形尺蠖启发爬行机器人与大指数和间距(LIP)SMA弹簧致动器。IEEE/ASME Trans.机械电子,18(2):419[8] T. 梅立河谷Vikas,文学士Trimmer,高度可变形的3-D打印软机器人,具有可变摩擦腿的微动和爬行运动,2013 IEEE/RSJ智能机器人国际会议和系统(IROS)Nov2013年,第页 4590- 4595[9] 诉Oguntosin,A.Akindele,A.Uyi,用于软机器人图像的卷积神经网络分类,2020年第七届软计算&机器智能国际会议(I SC M I),St ockh olm,S wed en2020,pp。 110- 114,ht t p s:/ / d o i. 或g/10。110 9/ISCMI51676.2020.9311562.[10] C. Abdallah,D.M. Dawson,P. Dorato,M.贾思迪,刚性机器人的鲁棒控制综述,IEEE控制。11(2)(1991)24-30.[11] A.N. Gent,材料和化合物,橡胶工程,第3版,Hanser2012,pp. 37-88号。Victoria Oguntosin拥有尼日利亚University of Ilorin的电气工程学士学位、英国UniversityofGreenwich的电气和电子工程硕士学位以及英国University of Greenwich的博士学位。来自英国雷丁大学博士学位雷丁大学的研究工作是开发一种软模块化机器人手臂。2研究工作涉及建造一种由气动驱动的软机器人辅助手臂。她目前在尼日利亚奥贡州奥塔市圣约大学电气和信息工程系讲课。
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