2011年1月26日 星期三

[有獎徵答-活動完成!] 記憶合金機器人! Inchworm robot with muscle-wire

常看到的相變, 例如氣-液-固相變, 常常伴隨著整體物性質體劇烈的變化. 但是其實存在很多其他相變是只有部分性質變化. 記憶合金是一種對外型有記憶的性的金屬, 只要加溫, 不管之前是什麼形狀都會回復原本的外形, 其實這種特殊的性質就利用看不見的相變來完成記憶的工作. 物體的形變一般分為彈性變形跟塑性變形, 分別對應到決定分子距離的化學鍵可逆的彈性改變跟分子排列不可逆的改變. 在金屬變形上, 例如彎鐵線, 變形是因為金屬晶格的錯動產生的塑性變形, 所以一般來說是不可逆的. 但是在記憶合金上, 在低溫的時候如果產生塑性變形, 只要加高溫度, 就會發生晶體的固態-固態相變, 之前塑性變形移動的金屬原子可以經由這樣的相變回到原來的位置. 所以已就像是不管低溫怎麼亂折, 高溫的時候都可以回復.

下面的影片是利用這樣記憶合金做的簡單機器人, 至於運動原理是今天的有獎徵答! 回答的朋友需說明為什麼這樣的裝置可以行走.可以回答在小機器人facebook 或是這篇介紹的下面. (期限1月28號 9pm)



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獎品是最完整的答案會作為這影片的正式介紹, 另外最佳回答的朋友可以附加刊登一篇短文.... 可以是自我介紹, 幫朋友徵男女友(當然朋友就是自己也可以:P)還是說感謝喜歡的人話 ..等等等 .


謝謝各位朋友的參與:!  @_@
我預期的答案都被回答到了, 綜合起來就很完整了.  裡面"Mandy Chien"的回答最被欣賞, 因為回答到為什麼可以行走的主要原因而不只是周期性運動. 希望下次有機會再讓朋友們有機會發揮!

  • Delphic Chen 
    我亂猜一下:
    行走的主要機制是利用形狀記憶合金與彈簧來進行,
    後面那條尾巴,我猜應該是周期性的送入電流訊號,藉由電流熱效應加熱合金,使合金能夠間歇性的回復原狀
    原先合金未變形前的狀態應該是彈簧拉長時合金的形狀,彈簧拉長後,電流中斷,導致合金冷卻,又受彈簧拉力而變形
    而週期性的電流導致整體狀態出現"行走"的樣子

    電流 || 開 || 關
    合金線 || 拉長 || 被彈簧弄變形
    彈簧 || 被合金拉長|| 復原

  • Fu-chun Chen 提供淺薄的猜測:看起來像是利用中間的金屬片彎曲程度來控制兩腳張合,有點像以前高中實驗利用兩個膨脹係數不同的金屬合在一起,受熱就彎曲、冷卻就復原變平的道理(所以或許變平時碰到接線的加熱部分就彎曲,彎曲到一定程度就會脫離加熱點而冷卻,然後循環此過程)。不過這樣就跟大標題記憶合金比較無關了~

  • Serious Liou 我很喜歡你貼的文章哦,請以後也繼續加油:)

    猜測:週期性運動,可以簡單概要用簡協運動說明,外力來自於在特定溫度下的金屬想要回復形狀的力以及彈簧力,兩者由於機構的變化對於往復系統來說算是回復力,後方有一個管子,或許是拿來改變溫度,本來彈簧使得金屬彎曲,但藉由改變溫度的方式,記憶金屬會有收縮(或是說回復)成原來的模型
  • 彭凱駿 我也猜一下:
    彈簧使機械臂彎曲,而記憶金屬使機械臂伸直,而後面接的那一條應該是用來通電流,讓記憶金屬產生電流的熱效應,使之恢復成原來的形狀;然後因為記憶金屬做的非常細,在它升溫後散熱非常快,所以就可以再次與彈簧產生類似拮抗的作用,只要控制好通入的電流,自然就可以使機械臂往前移動了~

    昨天 1:22 · 

  • Mandy Chien  -----------------------------------------------------最佳回答!
    ♥:+:+:選我(◉◞౪◟◉ )選我 ♪♫•*¨*•.¸¸♥
    關於這個裝置為什麼可以行走的問題
    答案應該不是在他用什麼方式來做開合
    我認為
    不管用記憶合金還是用馬達或液壓油壓來讓他開合
    有可能都只會在原地開合打滑
    而不能讓他往前行走
    為了能往前行走
    我的推測
    我們可以讓他與地板接觸面的材料
    用毛向為由前往後的皮革或是其他材料
    這樣一來
    在這個裝置往內收縮時
    他的後腳毛向往內時是順向
    而前腳要往內毛向為逆向
    在毛向順逆活動之間
    產生磨差力差
    形成如同逆止的效果
    而將機器往前推進

  • Paul Hsu 
    影片中的這個裝置是利用記憶金屬的特性完成的。記憶金屬常應用於現今工業中,當它被加熱到某個溫度以上,它就會回復到原本設定的形狀。現今常用的記憶金屬多由鎳鈦合金製成,鎳和鈦的合成比例則會影響這個形狀改變的的溫度點。因此,若能讓記憶金屬在兩個溫度之間持續性的切換,就可以造成周期性的運動。
    類似弓弦與弓的關係,這個裝置藉由彈簧和周圍兩連桿造成的力,恆常讓記憶金屬線形變彎曲。此時藉由電流的輸入,讓記憶金屬線因為電阻效應溫升,一但金屬線的溫度超過設定好的臨界點,這條金屬線就會回復到原本設定的形狀,而且這個傾向強於彈簧提供的力,讓彈簧被拉伸產生預拉力,也讓周圍的連桿改變他們的相對角度。
    因此只要控制電流的週期性輸入,在通電時迅速加熱金屬線到臨界點上,不通電時讓室溫快速冷卻金屬線到臨界點以下,記憶金屬與彈簧之間的效應就會讓這兩根連桿在兩種角度之間切換了,再加上足步經過設計和計算的刷毛結構方向與摩擦力之間的平衡,就能產生類似毛毛蟲的行進效果

1 則留言:

Brian 提到...

這個機器人會走應該是純粹以大腿間的彈簧作為驅動力。
插著的電線間歇式提供電流加熱記憶合金,使溫度高於其相變溫度,使其回復型變。至於用電的加熱方式有數種,推測應該是電流通過電阻而產生熱。
如此一來,機器人的運動便會是:
彈簧使機器人往前跨,接著電線通電加熱,使記憶合金回復原來的形狀,並連帶壓縮彈簧。然後斷電,彈簧又再度伸展,使機器人往前跨。如此周而復始。

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