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A study of the fast phase transformation of Shape-memory alloy wires and its application to tactile display and bidirectional tactile communication

形状记忆合金丝快速相变及其在触觉显示和双向触觉通信中的应用研究

基本信息

批准号：
20H04214
负责人：
澤田秀之
金额：
$ 11.32万
依托单位：
Waseda University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

形状記憶合金(SMA)の相変態は熱の移動によって引き起こされるため、これまでは高速動作が要求されるようなアクチュエーションとその制御には不向きであると考えられていた。申請者らは、SMAの微細ワイヤにパルス電流を流すと、その周波数に同期して300Hzを超える周波数まで、十分に触知覚が可能な振動が発生することを見出した。本申請研究では、SMAワイヤの高速伸縮動作と時間応答を精密に測定して、物性的特性を解明することを目的とする。更に、SMAの変態動作のダイナミクスならびに変態量を正確に制御する手法を確立し、ソフトアクチュエータ、フレキシブルセンサへの応用展開を図る。第２年度となる本年度は、SMAワイヤに与える応力と温度ならびに、その際の変位量の計測値をもとに、最大の変位を与える物理条件について考察をおこなった。次に、Ti-Ni-Cu系SMAワイヤについて微小振動の物理モデルを構築し、有限要素法により高速変態の解析と考察をおこなった。SMAに流すパルス電流値、パルスの周波数およびDuty比を様々に変化させて物理シミュレーションをおこない、実験による変位計側の結果と併せてSMAの高速動作メカニズムについて考察した。更に、SMAワイヤのソフトセンサ・アクチュエータへの応用展開を進めた。まずは人間が指で素材をなぞった際に知覚する触覚感覚を、同様のなぞり動作によって計測できる触覚センサを開発した。本年度は単一センサによって素材をなぞることで得られるデータを取得し、異なる素材について特徴が得られることを確認した。また、5×5のSMA素子を高密度に配置した触覚ディスプレイの構築を進めた。次にSMAワイヤを柔軟なアクチュエータとして応用した魚ロボットを開発した。SMAアクチュエータに流す微小電流を制御することにより、様々な遊泳動作が可能であることを示した。

Shape memory alloy (SMA) phase change is required for high-speed operation. The applicant shall be aware of the possibility of vibration occurring at the same time as 300Hz in the case of SMA fine current and frequency. The present invention aims to accurately measure the high speed telescopic motion and time response of SMA, and to understand the characteristics of SMA. In addition, SMA's dynamic behavior and dynamic quantity are correctly controlled. The method of establishing, optimizing and expanding SMA's dynamic behavior and dynamic quantity is discussed. 2nd year This year, SMA, force, temperature, time, measurement value, maximum temperature, physical condition, investigation Second, Ti-Ni-Cu SMA system is used to investigate the physical structure of micro-vibration and the analysis of high-speed vibration by finite element method SMA current value, cycle number and Duty ratio are investigated in detail. In addition, SMA has developed its software development. For example, if you want to know the material, you can use the touch sensor, and the touch sensor can be used for the same purpose. This year, the company has obtained the first batch of materials, and the second batch of materials has been confirmed. 5×5 SMA elements are arranged in high density and are constructed in a compact manner. The next day, I went to the hospital. The SMA is designed to control small currents.