فهرست مطالب

عنوان    صفحه

فصل 1-            مقدمه   7

1-1-    بيان مسئله        7

1-2-    اهميت و ضرورت انجام تحقيق    11

فصل 2-            آلياژهاي حافظه دار و میکروگریپرها         13

2-1-    گریپر ها            13

2-2-    تحلیل نیروی گریپر         13

2-3-    بازده لغزشی گریپر          15

2-4-    نیروی مورد نیاز گریپر رباتیك      15

2-5-    گشتاور مورد نیاز یك گریپر رباتیك          19

2-6-    گشتاور اعمالی از قطعه كار به گریپر در حالت دینامیكی     22

2-7-    میکروگریپر        25

2-8-    مواد هوشمند     26

2-9-    آلياژهاي حافظه دار        26

2-10-  تاريخچه آلياژهاي حافظه دار        27

2-11-  مکانيزم عمومي آلياژهاي حافظه دار         29

2-12-  آلياژ حافظه دار نيکل – تيتانيم   31

2-13-  اساس پديده حافظه داري            35

2-13-1-          اثر حافظه داري يک طرفه           37

2-13-2-          خاصيت حافظهداري دوطرفه       38

2-13-3-          خاصيت فوق کشسان      41

2-14-  انواع آلياژهاي حافظهدار  43

2-15-  مدلسازي رفتار آلياژ حافظهدار     48

2-16-  استحاله آستنيت به مارتنزيت:     55

2-17-  پیزو فیلم ها       58

2-18-  پلیمرهای هوشمند         66

2-19-  پیزوالکتریک ها  69

2-20-  مقدمه و تاریخچه            69

2-21-  اثر پیزوالکتریک  71

2-22-  اثر پیزوالکتریک مستقیم و معکوس          71

2-23-  ارتباط اثر پیزوالکتریک با ساختار مولکولی مواد:     72

2-24-  وابستگی مواد پیزو الکتریک به دما:           73

2-25-  کاربرد های پیزو الکتریک :          73

فصل 3-            مروري بر پژوهشهاي پيشين        75

براي گرفتن قطعات و جابجايي آنها كه توسط انسان قابل انجام نمي باشد از مکانيزم گيره ايي شکل (گريپر) استفاده مي گرددكه براساس كاربرد و عملکرد شان در ابعاد معمولي و ميکرو ساخته مي شوند.

اخيراً وسايلي براي جابجايي ميکرواجزاء صنايع الکترونيك ، تکنولوژي اطلاعات ، اپتيك ، پزشکي و بيوتکنولوژي ساخته و توسعه داده شده اند.همچنين براي كار در مکان هاي كوچك، باريك و محدود ، ساخت ميکروگريپري كه نقش اساسي در جابجايي هاي كوچك ايفا كند ضروري است. مطالعات بسياري براي طراحي و ساخت ميکروگريپر هايي كه قادر به انجام جابجايي كوچك باشند، صورت گرفته است .

درطراحي ميکرو گريپرها به دو مشخصه بايد توجه كرد: 1 مکانيزم حركتي و ساختاري ) درجات آزادي ، ميزان كرنش ، جابه جايي بازوها ، جنس گريپر و ...( 2 شيوه تحريك ) پيزو الکتريك ها ، آلياژهاي حافظه دار ، موتور الکتريکي ، موتور هيدروليکي و ... (گريپر ها به طور كلي در درجات آزادي محتلف طراحي و ساخته مي شوند اما اغلب ميکرو گريپرها با يك درجه آزادي به دليل نوع كاربرد و فضاي كاري ساخته شده اند و نياز به درجات آزادي بيشتر احساس نگرديده است.

همان طور كه در بالا بيان گرديد در ميکرو گريپر ها از محرك هاي مختلفي استفاده مي شود كه از جمله ي آنها مي توان به پيزو الکتريك ها و آلياژهاي حافظه دار اشاره كرد كه به طور گسترده ايي به كار مي روند. آلياژهاي حافظه دار به دليل اينکه نسبت نيرو به حجم بالا دارند و همچنين به راحتي تحريك مي شوند به طور گسترده در ساخت محرك ها استفاده مي شوند.

آلياژهاي حافظه دار يك كلاس منحصربهفرد از مواد حافظه دار هستند كه قابليت بازيافت شکلشان را وقتي دما افزايش مييابد را دارند. حتي تحت بارهاي اعمال شده بالا با يك افزايش دما ميتوانند شکل اوليهي خود را پيدا كنند. آلياژهاي حافظه دار ميتوانند به وسيله تغيير شکل هيسترزيس قابل برگشت تحت بارگذاري سيکلي مکانيکي انرژي مکانيکي را جذب يا پخش كنند. اين مشخصهي منحصربه فرد SMA آنها را براي كاربردهاي حس كردن، تحريك، جذب ضربه و دمپينگ ارتعاشات جذاب كرده است.

SMA ها هم فازهايي دارند كه هر كدام ساختار كريستالي متفاوت با خواص متفاوت دارند. يکي از آنها فاز دما بالاست كه آستنيت ناميده ميشود وديگري فاز دما پايين است كه مارتنزيت نام دارد. آستنيت معمولا مکعبي و مارتنزيت معمولا تتراگونال، اورتورمبيك يا مونوكلينيك است. انتقال از يك ساختار به ساختار ديگر به وسيله نفوذ اتمي رخ نميدهد، بلکه بهوسيلهي برش شبکهاي اتفاق ميافتد. اين انتقال به استحاله \ دگرگوني \ تحول مارتنزيتي شناحته مي شود.

هر كريستال مارتنزيتي يك جهتگيري متفاوت دارد كه به آن وريانت (variant) ميگويند. تركيب شدن وريانتهاي مارتنزيتي در دو فرم وجود دارد: مارتنزيت دوقلويي شده ومارتنزيت دوقلويي نشده. دگرگوني فازي برگشتپذير از آستنيت (از مادر) به مارتنزيت (فاز محصول) و برعکس اساس رفتار منحصربهفرد SMA است.

به هنگام سرد كردن در غياب بارگذاري، ساختار كريستالي ار آستنيت به مارتنزيت تغيير ميكند كه به آن انتقال رو به جلو (forward transformation) ميگويند. در اين حالت در NiTi 24 تا واريانت تشکيل ميشود وتغيير شکل ،ماكروسکوپيك در اين حالت ناديده گرفته مي شود. در اينجا دوقلويي رخ ميدهد. وقتي ماده در فاز مارتنزيت گرما داده ميشود،ساختار كريستالي به آستنيت برميگردد كه به آن تحول وارونه ميگويند (reverse transformation).

چهار مشخصه با انتقال فازي وجود دارد. در طول تحول رو بهجلو آستنيت شروع به انتقال به مارتنزيت دوقلويي از دماي شروع مارتنزيتي ميكند ودر دماي پايان مارتنزيتي كامل ميشود. بهطور مشابه در طول گرم كردن استحاله وارونه اتفاق مي افتد كه اين دگرگوني از دماي شروع آستنيتي شروع ميشود ودر دماي پايان آستنيتي كامل ميشود .

اگر يك بار مکانيکي به ماده در فاز مارتنزيتي دوقلويي اعمال شود، با جهت گيري دوبارهي تعدادي از وريانتها مارتنزيت غير دوقلويي توليد شود. در اين حالت تغيير شکل ماكروسکوپيك دارد كه اين تغيير شکل بعد از برداشتن بار هم باقي ميماند. با گرم كردن بعدي SMA به دمايي بالاتر از fA منجر به تحول معکوس ميشود .با سرد كردن تا زير دماي مارتنزيت دوقلويي ايجاد شده و شکل اوليه كاملا بازيافت مي شود. پديدهي شرح داده شده بهعنوان اثر حافظه داري (SME) شناخته ميشود .

دماهاي تحول بهطور موثري بستگي به بزرگي بار اعمال شده دارند. با مقادير بالاتر بارها دماهاي استحاله بالاتر ميروند. دو اثر مهم در آلياژهاي حافظه دار اهميت فراواني دارند كه به ترتيب عبارتند از:

• اثر حافظه داري : يك آلياژ حافظهدار اثر حافظهداري نشان ميدهد وقتي كه در فاز مارتنزيتي دوقلويي روي آن تغيير شکل صورت ميگيرد وسپس بار برداري انجام ميشود، وقتي كه مجددا تا بالاي Ar حرارت داده ميشود SMA شکل اوليه خود را با برگشتن به فاز آستنيتي مادر پيدا ميكند.
• خاصيت شبه الاستيکي (psudoelasticity): رفتار شبه الاستيك SMA بهعلت تنشي است كه منجر به ايجاد كرنش در طول بارگذاري و سپس بازيافت كرنش بهعلت باربرداري در دماي بالاتر از Ar است. مسير رفتار شبه الاستيك در دماي بالاتر از Ar شروع ميشود در حاليکه آستنيت پايدار است، سپس تحت يك بارگذاري به وضعيتي منتقل ميشود كه در آنجا مارتنزيت غير دوقلويي وجود دارد.

در ميان آلياژهاي حافظه دار، آلياژهاي Ni-Ti داراي مزاياي بيشتري است كه استفاده از آن را توجيه مي كند. از جمله اين مزايا مي توان به نسبت استجکام به وزن بالاتر و مقاوم به زنگ زدگي اشاره كرد.

بعلاوه ، سيم Ni-Ti ارزان قيمت تر بوده و بالاترين ميزان كرنش در حين دگرگوني را در بين آلياژهاي حافظه دار دارد. بعد از ساختن ميکرو گريپر دو نکته مهم حائز اهميت است :

1- كنترل نيروي اعمالي بين فکهاست كه از دو شيوه on/off و كنترلر فيدبك استفاده مي گردد.

- روش on/off به دليل ايجاد موقعيت باز بسته و همچنين گيرش اشياء با شکل ساده و استحکام كافي مناسب است.

- روش كنترلر فيدبك براي گيرش اشکال هندسي پيچيده و مواد حساس و همچنين كنترل فعال حركت گيره اي و نيروي گيره اي مورد استفاده قرار مي گيرد.

2- موقعيت دهي صحيح و دقيق ميکرو گريپر