Projeto e controle de um atuador linear baseado em par antagônico de nitinol

Abstract

Atuadores lineares são utilizados em diversos áreas da engenharia. Soluções tradicionais como atuadores hidráulicos e motores elétricos, são extensivamente utilizados, entretanto a busca por alternativas mais leves e compactas requer estudo de novos princípios físicos de atuação. Nesse sentido, a capacidade de contração das ligas com memória de forma, apresenta-se promissora. O objetivo deste trabalho consiste em desenvolver um protótipo de atuador linear capaz de exercer trabalho em ambos sentidos, baseado nestes materiais em específico ligas de Nitinol. O trabalho inclui uma revisão do comportamento e métodos de projeto para ligas com memória de forma, construção de um protótipo, instrumentação e implantação de algoritmos de controle. Uma série de experimentos foi conduzida para verificar o comportamento do protótipo e validar o projeto e o controle. Os resultados mostraram valores dentro dos valores esperados a partir do desenvolvimento teórico. Como resultado, verificou-se que o protótipo e seu controlador demonstraram a viabilidade do uso prático do Nitinol como princípio de atuação.

Linear actuators are utilized in a broad range of engineering applications. Traditional solutions as hydraulic actuators and electric motors are extensively used, however the search for lighter and more compact alternatives requires the study of new physical principles for actuation. Shape Memory Alloy’s capacity to contract is a promising motor principle. The objective of this paper is to develop a linear actuator prototype capable of performing work in both directions based on these materials, more specifically in Nitinol alloys. The paper includes: a revision of the behavior and design methodologies for Shape Memory Alloys actuators, prototype build, instrumenting and implementing control algorithms. A series of experiments was conducted to verify the behavior of the prototype and validate the design and controller. The results are within the values obtained with theoretical development. As a result the prototype and its controller demonstrated the practical viability of using Nitinol as an actuating principle.