要約
ニチノールは、アクチュエーター、センサー、または構造要素として使用できるスマート素材であり、マイクロロボットの能力を大幅に向上させる可能性があります。
フェムト秒レーザー技術を使用すると、熱影響部 (HAZ) を回避しながらニチノールを加工できるため、超弾性特性を維持できます。
この研究では、フェムト秒レーザー微細加工プロセスを使用して、ニチノールから任意の断面のリビング ヒンジを製造します。
まず、レーザー出力レベルとパス数を変化させて、レーザー切断パラメーター、5 um アブレーションの 5 パスで 4.1 Jcm^-2 フルエンスを決定しました。
次に、解析モデルと Abaqus 有限要素法の作成を使用してヒンジをモデル化し、8 つの異なるヒンジ (4 つは長方形の断面、4 つは断面が長方形) によって生成されるトルクと比較することで、モデルの精度を示しました。
円弧の断面。
最後に、これらのニチノール ヒンジの有用性を示すために、サンプルの球状 5 バー機構、サルス リンク機構、および圧電駆動のロボット翼機構の 3 つのプロトタイプの小型デバイスを製造しました。
要約(オリジナル)
Nitinol is a smart material that can be used as an actuator, a sensor, or a structural element, and has the potential to significantly enhance the capabilities of microrobots. Femtosecond laser technology can be used to process nitinol while avoiding heat-affected zones (HAZ), thus retaining superelastic properties. In this work, we manufacture living hinges of arbitrary cross-sections from nitinol using a femtosecond laser micromachining process. We first determined the laser cutting parameters, 4.1 Jcm^-2 fluence with 5 passes for 5 um ablation, by varying laser power level and number of passes. Next, we modeled the hinges using an analytical model as well as creating an Abaqus finite element method, and showed the accuracy of the models by comparing them to the torque produced by eight different hinges, four with a rectangular cross-section and four with an arc cross-section. Finally, we manufactured three prototype miniature devices to illustrate the usefulness of these nitinol hinges: a sample spherical 5-bar mechanism, a sarrus linkage, and a piezoelectric actuated robotic wing mechanism.
arxiv情報
| 著者 | Alexander Hedrick,Heiko Kabutz,Lawrence Smith,Robert MacCurdy,Kaushik Jayaram |
| 発行日 | 2024-02-15 20:16:07+00:00 |
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