Mentes

Control de un Manipulador Basado en Alambres Musculares (Materiales con Memoria de Forma)
Proyecto de Investigación y Desarrollo Tecnológico sometido a la convocatoria COSNET 2004 Responsable: Juan Reyes Reyes Colaboradores: José Gaudencio Ayala Rangel, José Antonio Hernández Reyes y Alberto Álvarez Castillo División de Estudios de Posgrado e Investigación Instituto Tecnológico de ZacatepecDESCRIPCIÓN DEL PROYECTO

Estado del campo o del arte
El uso de los alambres musculares está derivado de los Polímeros o Aleaciones con Memoria de Forma que en el ámbito internacional son conocidos como SMP y SMA respectivamente (Shape Memory Alloys Shape Memory Polymer), otra manera de llamarlos es polímeros electroactivos EAP (Electro Active Polymer), en términos comerciales se les conoce tambiéncomo Materiales Inteligentes (Smart Materials) [8, 10,16-19].. Este tipo de materiales tienen la particularidad de tener una fase a temperatura baja con propiedades mecánicas iniciales que los hacen deformables, al deformarse con fuerzas externas permanecen en dicha forma si la temperatura permanece baja, pero al aumentar la temperatura retornan a su forma original con cierta fuerza, si elmaterial es conductor, con el flujo de una corriente se le puede aumentar la temperatura. El comportamiento de memoria de forma se muestra en la figura 1.
SMA Forma inicial
Deformación *

Forma modificada

Memorización de Forma

Retorno a la forma inicial

Fig. 1 Característica de los Materiales con Memoria de Forma (SMA) . * El retorno a la forma original puede hacerse mediante calor o conel flujo de una corriente

Existen varios materiales que tienen las propiedades anteriores que pueden ser aleaciones metálicas [7,8,21] ó materiales poliméricos [9, 10,22,23,24]. En particular existe una aleación que a nivel comercial es conocida como Nitinol que está hecha precisamente de la aleación del niquel y el titanio. Su presentación es en alambre, donde la fase del alambre a unatemperatura ambiental constituye un alambre deformable, es decir que se puede elongar, a esta fase se le llama fase martensítica (martensite). Una vez elongado si se le aumenta su temperatura pasa a una fase en la que retorna su solidez y tamaño original con mucha fuerza, a esta fase se le llama austenítico (austenite).[5, 13] Las investigaciones en torno a los materiales SMA en el ámbito polimérico sonvariadas, pero existen investigaciones dirigidas a la síntesis de polímeros que funcionen como músculos artificiales [8, 10,21,24,25]. De los Polímeros Electroactivos o con memoria de forma utilizados se encuentran el P(VDF-TrFE) [20], Polímero de Poliuretano [22], polímero conductor de polianilina [23], gel polimerico iónico polielectrolítico [24] entre otros.

Resumen
Actualmente estágeneralizado dentro de la robótica el uso de actuadores electromecánicos como los motores de DC, motores a pasos, así como de actuadores hidráulicos y neumáticos, todos ellos utilizados ampliamente en la industria y en los laboratorios de prototipos. Cada uno de estos actuadores generalmente ocupa mucho espacio y tienen sus respectivos inconvenientes.

Los alambres de aleación o polímero conductor conmemoria de forma (SMP ó SMA) tienen la particularidad de contraerse cuando se les hace circular una corriente a través de ellos, dicha contracción es proporcional a la corriente que circula, su comportamiento se asemeja al de las fibras musculares de ahí que también se les conozca como alambres musculares. Siendo pues un alambre, puede unirse con otros para formar un “cable muscular”, por lo que sepuede considerar como un actuador ligero, delgado y flexible para accionar manipuladores incluso con las características que tienen los sistemas musculares y óseos de los seres vivos [1-4,7-10 ].

r

le Cab

θ

mg

l
a

f

d

θ ml 2 + mgl cos(θ ) + ρ (θ ) = f r
•• •

Figura 2 Manipulador Simple actuado con un alambre muscular Estas características tienen la desventaja de...