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Control of multilayer dielectric elastomer actuators
No full textActuators based on Dielectric Elastomers (DE) are a promising technology for robotic and mechatronic applications. In order to increase the actuator available thrust, multiple layers of elastomer films can be connected in parallel to a single frame to form a Multilayer DE Actuator (MDEA). In this paper a novel control strategy is proposed for regulating the MDEA’s position. The control algorithm is composed of a hybrid combination of artificial neural networks and a switching self-tuning adaptive PID controller
Sviluppo di un attuatore conico ad elastomeri dielettrici: procedura di ottimizzazione e validazione sperimentale
No full textIn questa memoria viene presentato un attuatore lineare ad Elastomeri Dielettrici (ED) ottenuto accoppiando un film di ED di forma conica ad un meccanismo compliant (i.e. cedevole). La forza generata dal film in funzione della configurazione dell’attuatore e del voltaggio applicato è determinata per mezzo di un modello matematico semplificato. Il meccanismo compliant è progettato per mezzo di un modello di corpo pseudo-rigido al fine di modificare adeguatamente la forza elastica generata dell’ED. L’attuatore risultante è ottimizzato per un funzionamento monodirezionale fornendo una spinta nulla quasi costante lungo un tratto finito di corsa quando il film di ED viene disattivato. Il concetto proposto è validato mediante analisi agli elementi finiti e procedura sperimentale. Possibili applicazioni di questa tipologia di attuatori sono le celle di Braille, i robot leggeri e le interfacce aptiche
Modellazione mediante Bond Graphs di Attuatori ad Elastomeri Dielettrici
No full textGli attuatori a forza costante basati su elastomeri dielettrici (ED) si possono teoricamente ottenere accoppiando un film di ED a particolari strutture di supporto cedevoli. Ciononostante, l’ottenimento pratico di un profilo desiderato in forza può diventare un compito gravoso a causa dei fenomeni tempo-dipendenti che influenzano la risposta elettromeccanica dell’ED. In questo contesto, la presente memoria propone un modello iperviscoelastico di attuatori a forza costante aventi geometria rettangolare. Il modello, basato sul formalismo dei Bond Graphs, può essere utilizzato come strumento nella progettazione e/o nel controllo di attuatori che debbano operare nell’intorno di condizioni nominali prestabilite. Il modello `e in grado di prevedere la risposta del sistema a rapide variazioni nella lunghezza dell’attuatore e nel voltaggio di attivazione imposte da un utilizzatore esterno
Sviluppo di un attuatore conico ad elastomeri dielettrici: procedura di ottimizzazione e validazione sperimentale
No full textIn questa memoria viene presentato un attuatore lineare ad Elastomeri Dielettrici (ED) ottenuto accoppiando un film di ED di forma conica ad un meccanismo compliant (i.e. cedevole). La forza generata dal film in funzione della configurazione dell’attuatore e del voltaggio applicato è determinata per mezzo di un modello matematico semplificato. Il meccanismo compliant è progettato per mezzo di un modello di corpo pseudo-rigido al fine di modificare adeguatamente la forza elastica generata dell’ED. L’attuatore risultante è ottimizzato per un funzionamento monodirezionale fornendo una spinta nulla quasi costante lungo un tratto finito di corsa quando il film di ED viene disattivato. Il concetto proposto è validato mediante analisi agli elementi finiti e procedura sperimentale. Possibili applicazioni di questa tipologia di attuatori sono le celle di Braille, i robot leggeri e le interfacce aptiche
Valutazione sperimentale di un attuatore conico ad elastomeri dielettrici
No full textIn questa memoria viene presentato un attuatore lineare ad Elastomeri Dielettrici (ED) ottenuto accoppiando un film di ED di forma conica ad un meccanismo compliant (i.e. cedevole). Il meccanismo ”compliant” stato progettato per mezzo di un modello di corpo pseudo-rigido al fine di modificare adeguatamente la forza elastica generata dal film di elastomero. L’attuatore risultante fornisce una spinta utile quasi costante lungo la sua corsa quando il film di ED viene attivato e si riporta ad una posizione iniziale di riposo quando il film di ED viene disattivato. Il concetto proposto validato mediante procedura sperimentale. Possibili applicazioni di questa tipologia di attuatori sono le celle di Braille, i robot leggeri e le interfacce aptiche
Design of a custom electronic driver for dielectric elastomer actuators
No full textActuators based on Dielectric Elastomers are a promising technology in robotic and mechatronic applications. The overall actuator performances are influenced by the non-linear and highly coupled electrical and mechanical behavior of the employed materials. To date, the practical electro-mechanical response and controllability of actuators based on Dielectric Elastomers are limited by the inadequacy of the employed driving circuits, which are based on voltage-regulated converters. In this paper a novel activation strategy is proposed for Dielectric Elastomer actuators, which is based on a custom electronic driver derived from the flyback transformer topology. The flyback converter design is based on the specifications given by the Dielectric Elastomer actuator mechanical design and the desired actuator response
Modellazione mediante Bond Graphs di Attuatori ad Elastomeri Dielettrici
No full textGli attuatori a forza costante basati su elastomeri dielettrici (ED) si possono teoricamente ottenere accoppiando un film di ED a particolari strutture di supporto cedevoli. Ciononostante, l’ottenimento pratico di un profilo desiderato in forza può diventare un compito gravoso a causa dei fenomeni tempo-dipendenti che influenzano la risposta elettromeccanica dell’ED. In questo contesto, la presente memoria propone un modello iperviscoelastico di attuatori a forza costante aventi geometria rettangolare. Il modello, basato sul formalismo dei Bond Graphs, può essere utilizzato come strumento nella progettazione e/o nel controllo di attuatori che debbano operare nell’intorno di condizioni nominali prestabilite. Il modello `e in grado di prevedere la risposta del sistema a rapide variazioni nella lunghezza dell’attuatore e nel voltaggio di attivazione imposte da un utilizzatore esterno
Control of multilayer dielectric elastomer actuators
No full textActuators based on Dielectric Elastomers (DE) are a promising technology for robotic and mechatronic applications. In order to increase the actuator available thrust, multiple layers of elastomer films can be connected in parallel to a single frame to form a Multilayer DE Actuator (MDEA). In this paper a novel control strategy is proposed for regulating the MDEA’s position. The control algorithm is composed of a hybrid combination of artificial neural networks and a switching self-tuning adaptive PID controller
Valutazione sperimentale di un attuatore conico ad elastomeri dielettrici
No full textIn questa memoria viene presentato un attuatore lineare ad ElastomeriDielettrici (ED) ottenuto accoppiando un film di ED di forma conica ad un meccanismo compliant (i.e. cedevole). Il meccanismo ”compliant” stato progettato per mezzo di un modello di corpo pseudo-rigido al fine di modificare adeguatamente la forza elastica generata dal film di elastomero. L’attuatore risultante fornisce una spinta utile quasi costante lungo la sua corsa quando il film di ED viene attivato e si riporta ad una posizione iniziale di riposo quando il film di ED viene disattivato. Il concetto proposto validato mediante procedura sperimentale. Possibili applicazioni di questa tipologia di attuatori sono le celle di Braille, i robot leggeri e le interfacce aptiche
A new procedure for the optimization of a dielectric elastomer actuator
No full textA novel mathematical procedure is proposed, which makes it possible to optimize lozenge-shaped dielectric-elastomer-based linear actuators for known materials and desired force/stroke requirements. Simulation results are provided which both demonstrate the efficacy of the novel procedure with respect to traditional design approaches and show that simpler, cheaper, lighter and better-behaved lozenge-shaped actuators can be conceived which do not require any integration of compliant frame elements
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