摘要：能源仍然是工业生产过程中的重要因素。高水平的能源消耗使产量更加昂贵，并加剧了气候危机。一种新型的机器人技术所需的电力比传统系统要少90％。该技术使用轻巧的，形状的存储材料来构建新颖，非肺部工业抓地力系统，它们在不需要其他传感器的情况下起作用。...

能源仍然是工业生产过程中的重要因素。高水平的能源消耗使产量更加昂贵，并加剧了气候危机。与当前在Saarland开发的一种新型的机器人技术相比，与常规系统相比，电力少90％。该技术使用轻巧的，形状的存储材料来构建新颖，非肺部工业抓地力系统，它们在不需要其他传感器的情况下起作用。由萨尔兰大学（Saarland University）的Stefan Seelecke教授和Paul Motzki领导的研究团队将在今年的汉诺威·梅斯（Hannover Messe）展示这项技术。

机器人武器已在无数的现代工业生产环境中使用。它们用于整个任务，例如将工件保持在位，插入组件，组装印刷电路板以及移动，装载或卸载零件。当它们使用时，大多数人会不停地消耗能量。综上所述，这些工业机器人武器会消耗多种电力。许多握把系统与压缩空气一起气动工作，这可能是令人不愉快的。它们通常很重，随着时间的推移，它们的活动部件会磨损，并且倾向于执行恒定的，高度重复的运动模式。这种现有的技术设定了可以实现的小型化程度的限制，而握把小的小规模抓地力系统尤其难以实现。传统的机器人臂也很难快速重新编程，并且对于人类工人在生产线上紧密互动通常是不安全的。

但是，一种新型的驱动技术可能会使未来的工业机器人更轻，兼容，更灵活，更节能。该技术基于轻质形状的记忆合金（SMA），工程师由Saarland University教授Paul Motzki和Stefan Seelecke领导的工程师团队以及Saarbrücken机电一体化和自动化技术中心（Zema）用来建立新颖的Robotic Grippers。 “我们正在进行的工作可以有助于大大降低能源消耗，降低生产成本，并有助于保护气候。”

研究团队将在今年的汉诺威（Hannover Messe）举行，他们将展示许多原型，包括真空抓地力和颚式抓手系统，这些系统可以安全地持有和操纵工件而无需持续的能源。 ``我们可以实时和需要时控制这些抓地力系统；我们需要做的就是施加短暂的电流，” Motzki教授解释说。

SaarbrückenGripper系统是完全电动的，由由镍氨基烷形记忆合金制成的超细电线束组成。这些束的超铁线不仅起作用，而且还起到神经纤维的作用。这些电线束的行为是由于镍含量合金的特殊特性，即它可以在两个不同的晶体晶格结构之间切换。如果电流流过由镍钛制成的电线，则材料会加热，从而导致其采用不同的晶体结构，从而导致电线变短。当电流关闭时，电线会冷却并返回其早期的晶格结构和原始长度。该材料似乎“记住”其原始形状，并在变形后恢复到它 - 因此“形状内存”合金。因此，电线能够为其尺寸施加非常大的力，并且可以在工程师附着在这些微小的人造肌肉上的任何智能技术中触发微小的，受控的动作。

Paul Motzki解释了这些微小的电线束的肌肉力量，如下所示：“ Nickel-Titanium SMA具有所有已知驱动机制的最高能量密度，因此，通过使用这种材料，我们可以在很小的空间中施加大量的拉伸力。”厚度仅为半毫米的电线可以施加约100个纽顿的拉力，这大约是10千克施加的力。但是，研究人员使用的束更薄，超细线，因为更多的电线意味着更大的表面积，因此更快的冷却速率。这意味着电线“肌肉”可以提供快速，高频运动和稳定的拉伸力。 Saarbrücken的工程团队实际上在该领域保持世界纪录：使用20束超铁线，每个电线的直径仅为0.025毫米，它们可以以200 Hertz的频率（即200个循环每秒）发挥5个纽顿力量。在某些应用中，交付的力的大小最重要，在另一些应用中，这是施加力的频率。使用从数年研究中获得的知识，Motzki的团队能够根据电线厚度和每捆线数量来量身定制电线束的组成，以满足特定应用的要求。

使用创新的控制和设计策略，工程师正在开发使用SMA电线来创建轻巧，可操纵和洁净室兼容的工业机器人的驱动器。这项技术在研究和博士项目中的连续完善，这使Saarbrücken的研究人员能够开发具有高灵活的“手指”的弹性抓地力系统，可以迅速适应工件形式的变化。

传统的握手通常依靠传感器的反馈，但是Saarbrücken中开发的技术是自感应 - 传感器属性已经内置在系统中。该系统由半导体芯片控制。 '形状内存线有效地充当完全集成的传感器，为我们提供了所有必要的数据。 AI系统将电阻数据与电线的特殊变形相关联。结果，系统始终知道每个形状内存线的确切位置。 Paul Motzki解释说，受数据训练的神经网络即使面对破坏性影响，也能够有效，准确地计算位置信息。” Paul Motzki解释说。因此，工程师可以对系统进行编程以执行高度精确的运动。通过指定电阻值，它们可以根据需要控制电线。 '与当今使用的标准工业机器人不同，对系统的重新编程快速简便，甚至可以在必要时即时完成。抓手可以在操作时适应不同工件的几何形状。” Motzki说。

为工业应用而开发的原型钳口抓手迅速且精确地移动。抓手将工件牢固地固定在钳子状的握把上，以便机器人手臂处理系统可以操纵所需目的地的工件。在今年的汉诺威·梅斯（Hannover Messe）上展出的原型可以发挥四个纽顿的力量，但该技术在大小，下巴和力量方面是可扩展的。 SMA电线的自感特性使得可以监视抓地力的精确位置和状况，而无需任何其他外部传感器。而且，握手能够将工件保持在适当的位置，而无需提供能量。根据Gripping应用程序，Saarbrücken技术可以相对于当今使用的常规气动握手来实现超过90％的能源节省。

研究团队在汉诺威·梅斯2025上展示的另一个原型是真空夹具，它的手指具有柔软的抓手手指，带有吸尘杯，上面刻有吸尘杯。在这里，也需要简短的电脉冲来产生并随后释放承载真空。真空夹具机构是通过将一束超薄SMA电线的捆绑成围绕薄金属盘的圆形肌肉而实现的，该圆盘可以像青蛙点击器一样，可以使其翻转或向下翻转。施加电脉冲会使“肌肉”合同中的电线和光盘在其位置上翻转，并在橡胶膜上拉动，如果握把指尖与表面接触，该橡胶膜会产生真空。再一次，即使抓手在长时间内将重物保持一定角度，也不需要电力才能将工件固定在适当的位置。 Motzki说：“而且自感应功能意味着我们的系统已经集成了状态监视，因此抓手知道产生的真空是否足以支撑负载。”

背景

由Stefan Seelecke和Paul Motzki领导的研究团队使用Shape Nemely Technology用于广泛的应用，包括创新的冷却系统，机器人抓手以及创新的阀门和泵。该技术继续由研究生和研究生进行研究，作为其博士学位论文项目的一部分。该团队的结果在科学会议以及高影响力期刊上进行了广泛的传播，许多论文获得了国际认可。该研究工作还获得了许多来源的支持，包括跨国工程和技术公司Bosch和Saarland州政府，该公司通过ERDF项目“ Iprogro”和“ Ismat”提供了资金。