Wundermetall Nitinol

Hallo Roboterfreunde,

ich sammle Informationen über Flexinol / Nitinol und habe hier meinen aktuellen Stand geschrieben. Es würde mich freuen wenn andere Ihre Links und Informationen hinzufügen könnten.

Einführung:
Nitinol ist eine spezielle Nickel-Titan Legierung die im US-Naval Ordnance Laboratory entwickelt wurde, daher der Name.
Diese besitzt viele spezielle Eigenschaften wie bioverträglichkeit, hohe Flexibilität, Formgedächniss etc.
Für Roboter interessant ist die Eigenschaft den Draht über Strom erhitzen zu können und dadurch eine schnelle Kontraktion des Drahtes zu erzielen sobald eine Schwellentemperatur erreicht wird. Eine Gegenkraft dehnt den Draht wieder sobald er abkühlt. Damit können zum Beispiel Beine von Robotern angetrieben werden. Für biologisch motivierte Bots, (Insekten, Fische etc.) sehr interessant. Auch ein Servoersatz zum Auslösen für Aktionen oder zur Sensorbewegung für kleine Roboter ist denkbar.

Eine spezielle Art von Nitinol: Flexinol (R) oder Musclewire (R) genannt ist für solche Aktuatoranwendungen optimiert und erlaubt eine Zyklenzahl > 10e6 bei richtigem Gebrauch.

Die Grössenordungen:
Der Flexinol Draht der in dem Stiquito-Roboter (siehe Links) verwendet wird hat ist 0.1mm dick, benötigt einen Strom von ca. 200mA hat ca. 150Ohm/m und eine empfohlene Kraft 1.5N/150g. (er kann auch um einiges mehr ziehen aber das reduziert die Zyklenzahl). Unter Raumtemperatur kann man ca. 1-1.5 Zyklen/s schaffen. (Quelle: Erfolgreich experimentiern mit Nitinol-Mini-Robotern, Fred Wagenknecht). Es gibt aber auch viel dünnere und dickere Drähte je nach Anwendung


Anwendung mit elektrischer Aktivierung:
- Im Flugmodellbau wird es als Servoersatz für ultraleichte Modelle verwendet.
- Im Eisebahnmodellbau um Signale zu bewegen
- der Klassiker: Stiquito und Boris, sechsbeinige Roboter
- Mikroroboter, ich finde den Link nicht mehr aber hatte einen 5DM-Stück grossen Achtbeiner gesehen
- Fischroboter die durch Flexinol angetrieben werden. Siehe angehängtes Bild, durch die effektive Kühlung in Wasser ist die mögliche Zyklenzahl viel höher.

Verwechslung Nitinol, Flexinol®
Im Akutator Bereich wird eigentlich immer Flexinol (R) oder Musclewire (R) verwendet eine spezielle Art von Nitinol und wird oft einfach auch Nitinol genannt. Dadurch kommt es zu Verwechslung zu dem ca. 30x billigeren Material Nitinol das für Aktuatoren nur begrenzt geeignet ist. Zum Unterschied ein Zitat das Stefan Lang im rcline-Forum siehe unter Links gepostet hat.

“I am not sure if Daniel explained the difference between Flexinol(R) and Nitinol. They are chemically identical. However, the Nitinol is drawn like other wires are drawn and has characteristics of stability and heat set ability and so forth superior to but comparable other vendors of similar alloys. Flexinol(R) actuator wire, sometimes resold as Musclewire(R) and other labels is drawn in a much different fashion. It has much longer aging requirements in the manufacture and has a very different internal lattice structure. One can think of the difference between diamonds and pure charcoal. Both consist of the Carbon element, but there structure is different. However, in the diamond case there is a different molecular bond which makes essentially a new material. In Flexinol(R) vs Nitinol case the difference is more like a woven cotton fabric, versus the cotton fibers in a ball of cotton.
The fabric makes better clothing and Flexinol(R) makes better actuators for electrically driven high life cycle applications. You will be able to see the difference quite easily if you test them both in the same way.”

Nitinol/Flexinol als Sensor ?

In einem Thread:
http://groups.google.de/groups q=Nit...hi.com&rnum=21
schreibt TerSwe@Delphi.com

“They have the unusual property of being both the motive force and the position sensor if you include circuitry to measure the change of resistence due to shortening and fattening. This resistence change is not linear due to the state change of the nitinol, but is repeatable and can be accounted for by an appropriate algorithm.”

Dies klingt wie wenn Nitinol als Sensor eingesetzt werden kann. Hat jemand nähere Informationen ?

Verarbeiten von Flexinol:
Der Draht ist extrem dünn und darf nicht gelötet werden. Crimp oder Schraubverbindungen in dieser Grössenordnung sind Uhrmacherarbeit. Viele Tipps und Lösungen dazu finden sich im Diskussionsthread der RC-groups, unter Links.

Meine Roboter Idee dazu:
Wenn ich mal wieder Zeit habe werde ich versuchen eine Sechsbeiner Insekt ähnlich Boris zu konstruieren. Durch ein kleines Gesamtgewicht (<20g je nach Sensor eventuell sogar <10g) kann 0.03-0.05mm Flexinol verwenden und so Strom sparen und die Zyklenzahl erhöhen. Über gegenläufige Aktuatoren (zwei pro Bein) wird die Zyklenzahl weiter erhöht und der Roboter kann vorwärts, rückwärts laufen, drehen etc.
Wenn man das Beinanheben hoch genug bekommt dürften auch Mini-Hindernisse kein Problem darstellen. Die Geschwindigkeit sollte bei 100cm/min liegen und die Akkulaufzeit ca. 1h
Als Sensor wollte ich eigentlich einen Sharp GP02D verwenden. Kann jemand wiegen wieviel der wiegt ?
Stromversorgung über LiPoly Akku, eventuell zusätzlich mit Solarzellen. Körper aus Depron und 0.5mm dicker Platine die gleichzeitig als Basis für die Elektronik den SMD-Pic Prozessor dient. Dazu eventuell noch Infrarot Empfang zum fernsteuern.
Klingt vielleicht schwer es so leicht zu bekommen. Die Technik wird aber dabei vom Mikro Flugmodellbau geklaut. Diese schaffen es mit 2.8g ferngesteuerte Flugzeuge zu bauen. Dagegen ist dieser Plan globig.


Links:

Allgemeine Info:
Am besten unter Nitionol, Flexinol, Stiquito, Boris selbst suchen.

Deutsche Info:
http://www.wundersamessammelsurium.de/Warmes/Nitinol/

Im Flugmodellbau hat Flexinol in letzter Zeit grosses Interesse als Ersatz für Servos in ganz leichten Flugmodellen gefunden.
Deutsche Informationen:
http://www.rclineforum.de/forum/thre...htuser=&page=1

In diesem Thread wird genau behandelt wie das Material verwendet, gecrimpt und anderst befestigt werden kann. Das ganze wird zur hohen Kunst bei der 0.1g schwere Akuatoren entwickelt werden die über PIC-Prozessoren sogar grob linear angesteuert werden. Sehr interessanter Thread:

http://www.rcgroups.com/forums/showt...5&pagenumber=1


Roboter mit Flexinolantrieb:

Zwei Flexinol Roboter:
http://cs.bluffton.edu/~estell/robots/

Kleine Anleitung für einen BORIS-ähnlichen Flexinol Bot
http://www.tldp.org/linuxfocus/Engli...ticle205.shtml

Die Orginalanleitung zu Stiquito (die jetzt in dem Stiquito Buch zu kaufen ist)
http://www.cs.indiana.edu/pub/techreports/TR363a.pdf

Guter und aktueller (2003) Artikel zu Walking Robots mit Flexinol
http://www.tu-plovdiv.bg/ceepus/PDF/Vasina.pdf

Bezugsquellen:

In Deutschland:
Für grosse Mengen:
http://www.memory-metalle.de/

In kleinen Mengen:
http://www.forum-modellbau.net/Robot...inol-shop.html

hier gibt es auch die Spezifikationen
www.mikromodellbau.de

Das billigste, leider in USA
www.dynalloy.com
hier werde ich im Mai eine grosse Sammelbestellung machen. Dabei werden die üblichen Grössen inklusive Porto und Zoll ca. 4-5Euro /m kosten. Anfragen bei mir per Email (thomas.laepple@iup.uni-heidelberg) möglich.

Desweiteren gibt es in USA viele andere Anbieter, allerdings eher teurer.


Ich freue mich über Ergänzungen und Diskussion im Forum.

Thomas