Shape-memory materials as control elements used in dot Braille actuator

• Autorzy: Bryła J. , Martowicz A.

Identyfikatory

DOI

10.7494/mech.2014.33.4.83

Warianty tytułu

PL

Materiały z pamięcią kształtu jako człony wykonawcze w siłowniku Braillea

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The objective of this paper is to show a designing process for actuators that utilizes shape-memory materials. Analytical studies are carried out to design a dot actuator to be used in an electronic Braille display. Shape-memory materials are a relatively new group of smart materials that exhibit the transformation of their internal structures in solid state phases resulting from external mechanical or thermal excitation. This unique property shows up as three phenomena: one- and two-way memory effects as well as superelasticity, which all significantly influence the change of both the mateńal properties and geometry. Hence, shape-memory mateńals are used as actuators effectively controlled by the above-mentioned types of excitation. The work presents the design guidelines for a proposed technical solution as well as the phenomenon utilized in the elaborated model of the actuator. The authors derived the mathematical descriptions for the proposed design configuration and an example of the calculations is shown. Moreover, the characteristics of the elaborated configuration are also discussed, taking into account the range of application areas.

PL

W artykule przedstawiono proces projektowania siłowników zbudowanych z materiałów z pamięcią kształtu z zastosowaniem metod analitycznych na przykładzie członu wykonawczego punktu Braille'a stosowanego w elektronicznych wyświetlaczach alfabetu Braille'a. Materiały z pamięcią kształtu są stosunkowo nową grupą materiałów inteligentnych, które charakteryzują się przebudową struktury wewnętrznej w fazach stałych na skutek zewnętrznego wymuszenia mechanicznego lub termicznego. Ta szczególna własność widoczna jest w trzech zjawiskach: jednokierunkowego oraz dwukierunkowego efektu pamięci kształtu oraz supersprężystości, które istotnie wpływają na zmianę wartości parametrów materiałowych oraz geometrię. W efekcie materiały z pamięcią kształtu znajdują zastosowanie jako napędy w członach wykonawczych, w których skok siłownika jest funkcją jednego z wyżej wymienionych wymuszeń. W artykule przedstawiono założenia projektowe zaproponowanego rozwiązania technicznego oraz omówiono zjawisko wykorzystywane w opracowanym modelu. Autorzy wyprowadzili odpowiednie zależności ilościowe dla przyjętej konfiguracji siłownika, których użycie zaprezentowano na przykładzie obliczeniowym. Poddano dyskusji charakterystyki zaproponowanej konfiguracji projektowej, z uwzględnieniem obszaru jej zastosowania.

Słowa kluczowe

EN

shape-memory materials; smart materials; actuator; Braille display; design configurations; analytical methods

PL

materiały z pamięcią kształtu materiały inteligentne; człon napędowy; wyświetlacz alfabetu Braille'a konfiguracje projektowe; metody analityczne

• Wydawca: AGH University of Science and Technology Press
• Czasopismo: Mechanics and Control
• Rocznik: 2014
• Tom: Vol. 33, no. 4
• Strony: 83--89,
• Opis fizyczny: Bibliogr. 11 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Bryła J.

• AGH University of Science and Technology, Faculty of Mechanical Engineering and Robotics, Department of Robotics and Mechatronics, Krakow, Poland

autor

Martowicz A.

• AGH University of Science and Technology, Faculty of Mechanical Engineering and Robotics, Department of Robotics and Mechatronics, Krakow, Poland

Bibliografia

• 1. Anshul S., Pranay J., Piyush C, Dhruv J., Rohan P., Balakrishnan, Rao P.V.M., 2013, Application of Shape Memory Alloy (SMA) Based Actuation for Refreshable Display of Braille. Proceedings of the ASME 2013 International Design Engineering Technical Conferences & Computers and Information in Engineering Conference, Portland, OR, USA, 4-7.08.2013, vol. 4, 1-8.
• 2. Churchill C, Shaw J., 2008, Shakedown response of conditioned Shape Memory Alloy wire. Behavior and Mechanics of Multifunctional and Composite Material 6926, 4-5.
• 3. Dhambarage R., Wijayarathne S., Weerakkody D., Samaraweera P., Mac Donald B., Blazie D., 2014, Braille to Go Smartphone. An open-source hardware and software platform for the visually impaired and the blind. National Braille Press, Boston, MA, USA.
• 4. Holschuh B., Obropta E., Newman D., 2014, Low Spring Index NiTi Coil Actuators for Use in Active Compression Garments. IEEE/ASME Transactions on Mechatronics, 20, 1-14.
• 5. lianzuo M., Haolei H., lin H., 2013, Characteristics analysis and testing of SMA spring actuator. Advances in Materials Science and Engineering, 20(3), 1-7.
• 6. Kuczma M., 2010, Podstawy mechaniki konstrukcji z pamięcią kształtu: modelowanie i numeryka. Oficyna Wydawnicza Uniwersytetu Zielonogórskiego, Zielona Góra.
• 7. Lagoudas D. (ed.), 2008, Shape Memory Alloys, Modeling and Engineering Applications. Springer, Texas.
• 8. Runyan N., 2014, LAP Braille Display Needs and Requirements. National Braille Press, Boston, MA, USA.
• 9. Teh Y., 2008, Fast, accurate force and position control of shape memory alloy actuators. PhD thesis, Dept. Information Engineering, The Australian National University.
• 10. Yusaku K., Tsuyoshi S., Makoto T, Masao D., Kinji A., Takayasu S., Takao S., 2007, Sheet-type Braille displays by integrating organic field-effect transistors and polymeric actuators. IEEE Transactions Electron Devices, 54(2), 202-209.
• 11. Żukowski S., 1954, Sprężyny. Państwowe Wydawnictwa Techniczne, Warszawa.