액추에이터

액추에이터는 예를 들어 밸브를 열어 메커니즘이나 시스템을 움직이고 제어하는 ​​역할을하는 기계의 구성 요소입니다. 간단히 말하자면, 그것은 “발동기”입니다.

액추에이터에는 제어 신호 및 에너지 원이 필요합니다. 제어 신호는 상대적으로 낮은 에너지이며, 전기 전압 또는 전류, 공압 또는 수압 또는 인간의 힘 일 수있다. 주요 에너지 원은 전류, 유압 유체 압력 또는 공압입니다. 제어 신호를 수신하면 액추에이터는 신호의 에너지를 기계적 동작으로 변환하여 응답합니다.

액추에이터는 제어 시스템이 환경에 작용하는 메커니즘입니다. 제어 시스템은 단순 (고정 기계 또는 전자 시스템), 소프트웨어 기반 (예 : 프린터 드라이버, 로봇 제어 시스템), 사람 또는 다른 입력 일 수 있습니다.

역사
공압 작동 시스템과 유압 작동 시스템의 역사는 2 차 세계 대전 (1938 년) 전후로 거슬러 올라갑니다. 그것은 Xhiter Anckeleman ( “Ziter”라고 발음 함)에 의해 처음 만들어졌습니다. 그는 자동차의 브레이크가 최소한의 마모로 최대한의 힘을 발휘할 수 있도록 새로운 솔루션을 제시하기 위해 엔진 및 브레이크 시스템에 대한 지식을 사용했습니다.

유압
유압 액추에이터는 기계 작동을 용이하게하기 위해 유압 동력을 사용하는 실린더 또는 유체 모터로 구성됩니다. 기계적 운동은 선형, 회전 또는 진동 운동의 관점에서 출력을 제공합니다. 액체가 압축하기가 거의 불가능하기 때문에 유압 액츄에이터가 큰 힘을 발휘할 수 있습니다. 이 방법의 단점은 제한된 가속입니다.

유압 실린더는 피스톤이 따라 움직일 수있는 중공 원통형 튜브로 구성됩니다. 단동이라는 용어는 유체 압력이 피스톤의 한쪽에만 적용될 때 사용됩니다. 피스톤은 한 방향으로 만 움직일 수 있으며, 스프링은 피스톤에 리턴 스트로크를주기 위해 자주 사용됩니다. 복동이라는 용어는 피스톤의 각 측면에 압력이 가해질 때 사용됩니다. 피스톤의 두 측면 사이의 압력 차이가 피스톤을 한쪽 또는 다른 쪽으로 이동시킵니다.

영적인
공압식 액추에이터는 상대적으로 작은 압력 변화로부터 상당한 힘을 생산할 수 있습니다. 공압 액추에이터는 진공 또는 고압의 압축 공기에 의해 형성된 에너지를 선형 또는 회전 운동으로 변환합니다. 공압 에너지는 작동을 위해 예비 전원에 전원을 저장할 필요가 없기 때문에 시동 및 정지시 신속하게 응답 할 수 있으므로 주 엔진 제어에 바람직합니다. 또한 공압식 액추에이터는 다른 액추에이터보다 안전하고 저렴하며 종종 신뢰할 수 있고 강력합니다. 이러한 힘은 종종 밸브를 통해 다이어프램을 움직여 밸브를 통과하는 공기 흐름에 영향을줍니다.

전기 같은
전기 액추에이터는 전기 에너지를 기계적 토크로 변환시키는 모터에 의해 구동됩니다. 전기 에너지는 멀티 턴 밸브와 같은 장비를 작동시키는 데 사용됩니다. 또한 모터가 밸브를 열지 못하게하기 위해 일반적으로 모터 위에 브레이크가 설치됩니다. 브레이크가 설치되지 않은 경우, 액추에이터는 열린 밸브를 열어 닫은 위치로 다시 회전시킵니다. 이것이 계속되면 모터와 구동기가 결국 손상 될 것입니다. 그것은 오일이나 다른 화석 연료를 직접적으로 포함하지 않기 때문에 액추에이터의 가장 청결하고 가장 쉽게 이용 가능한 형태 중 하나입니다.

전기 액추에이터의 구조는 유압 및 공압 액추에이터의 구조에 비해 간단합니다. 전기 에너지는 에너지 원으로 만 필요하기 때문입니다. 전기 케이블은 전기와 신호를 전송하는 데 사용되므로 매우 다양하며 전원과 액추에이터 사이의 거리에 거의 제한이 없습니다.

많은 수의 모델이 있으며 어플리케이션에 따라 표준화 된 전기 모터로 쉽게 사용할 수 있습니다. 대부분의 경우 모터가 연속 작동하기 때문에 감속기를 사용해야합니다.

작은 밸브를 구동하기 위해 전기 피스톤 사용.

피스톤이있는 드라이브의 가장 간단한 형태는 드라이브 피스톤의 축에 평행 한 표면에 연결된 힌지와 나사산이있는 항목이 통합 된 레버를 설치하는 것입니다.

근육없는 와이어 (Muscular Wires®)가있어 모터없이 자동으로 움직일 수 있습니다. 소형 액추에이터의 구현뿐만 아니라 로봇 및 자동화 분야에서 가장 혁신적인 기술입니다.

또한 전기장에 의해 자극을 받으면 보통 모양이나 크기가 변하는 고분자 인 전기 활성 고분자 인 PEA (스페인 어 약어) 또는 EAP (영어 약어)가 있습니다. 그들은 주로 액추에이터, 센서 또는 로봇 및 보철에 사용되는 인공 근육의 생성으로 사용됩니다.

트위스트 및 코일 폴리머 (TCP) 또는 슈퍼 코일 폴리머 (SCP)
supercoiled polymer (SCP) 액츄에이터로도 알려져있는 꼬인 코일 형 폴리머 (TCP) 액추에이터는 전력으로 작동 할 수있는 코일 형 폴리머입니다. TCP 액추에이터는 헬리컬 스프링처럼 보입니다. TCP 액추에이터는 일반적으로은 코팅 된 나일론으로 만들어집니다. TCP 액추에이터는 또한 금과 같은 다른 전기 컨덕턴스 코팅으로 만들 수 있습니다. TCP 액추에이터는 근육을 확장시키기 위해 하중을 받아야합니다. 전기 에너지는 Joule heating, Ohmic heating 및 resistive heating이라고도하는 전기 저항으로 인해 열에너지로 변환됩니다. 주울 열 (Joule heating)에 의해 TCP 액추에이터의 온도가 상승하면 폴리머가 수축하여 액추에이터 수축이 발생합니다.

압전 액츄에이터
운동 (변위)을 일으키는 장치는 압전성의 물리적 현상을 이용하고 있습니까? 이 효과를 사용하는 액추에이터는 약 20 년 동안 사용할 수 있었으며 위치 지정의 세계를 변화 시켰습니다. 전계가 물질에 가해질 때 발생하는 정확한 움직임은 나노 파티셔닝에 매우 중요합니다.

다음과 같은 유형을 구분할 수 있습니다.

스택 유형
유형 “굴곡”
고급 모터 위치 시스템과 결합

열 또는 자기
열적 또는 자기 적 에너지를가함으로써 작동 될 수있는 액츄에이터는 상업적 용도로 사용되어왔다. 열 액추에이터는 소형, 경량, 경제적 및 높은 전력 밀도를 갖는 경향이 있습니다. 이러한 액추에이터는 형상 기억 합금 (SMA) 또는 자기 형상 기억 합금 (MSMA)과 같은 형상 기억 재료 (SMM)를 사용합니다. 이 장치의 인기있는 제조업체는 핀란드 Modti Inc., American Dynalloy 및 Rotork입니다.

기계
기계식 액추에이터는 회전 동작과 같은 한 종류의 동작을 선형 동작과 같은 다른 종류로 변환하여 동작을 실행하는 기능을합니다. 랙과 피니언이 그 예입니다. 기계식 액추에이터의 작동은 기어 및 레일, 풀리 및 체인과 같은 구조 구성 요소의 조합을 기반으로합니다.

전자 액추에이터
전자 액추에이터는 로봇과 같은 메카트로닉스 장치에서도 널리 사용됩니다. 브러시리스 AC 서보 모터는 향후 원자력과 같은 유지 보수 시간없이 작동 요구로 인해 정밀 위치 제어 액추에이터로 사용될 예정입니다.

유압 액츄에이터
가장 오래된 유압 액츄에이터는 작동 형태에 따라 분류 될 수 있으며 가압 유체를 기준으로 작동 할 수 있습니다. 세 가지 주요 그룹이 있습니다.

유압 실린더
유압 엔진
유압 스윙 모터
유압 실린더
그 기능에 따라 유압 실린더를 단순 효과와 이중 작용의 두 가지 유형으로 분류 할 수 있습니다. 첫 번째 유형에서 수력은 밀어 넣기 위해 사용되며 다른 힘은 수축되도록 사용됩니다. 두 번째 유형은 수력을 사용하여 두 가지 작업을 수행합니다. 조향 제어는 솔레노이드에 의해 수행된다. 내부에는 전류의 흐름에 따라 탄성 상수가 변하는 스프링이 있습니다. 즉, 전류가 전기 피스톤을 통해 흐르면 쉽게 확장 될 수 있습니다.

동압 실린더
실린더 바닥에 하중을 실어 나르십시오. 실린더 내부에서 미끄러지는 부품이 없으므로 일반적으로 제조 비용이 낮습니다.

싱글 이펙트 실린더
막대는 피스톤의 한쪽 끝에 만 있으며, 스프링 또는 동일한 중력에 의해 수축됩니다. 하중은 실린더의 한쪽 끝에 만 배치 할 수 있습니다.

이중 효과 실린더
하중은 실린더의 양쪽에 놓을 수 있습니다. 수평 펄스는 피스톤의 끝단 사이의 압력 차이로 인해 생성됩니다

망원 실린더
다단식 튜브 타입 바는 가압 오일 실린더에 적용될 때 연속적으로 밀려납니다. 실린더의 길이에 비해 상대적으로 긴 스트로크를 얻을 수 있습니다.

유압 모터
유압 모터에서 회전 운동은 압력에 의해 발생합니다. 이 엔진은 두 가지 큰 그룹으로 분류 할 수 있습니다. 첫 번째는 기어가 압력 하에서 오일에 의해 직접 구동되는 회전식 타입이고 두 번째는 진동식입니다. 회전 운동은 피스톤 또는 해머의 진동 동작에 의해 생성됩니다. 이 유형은 효율성이 높아 수요가 더 높습니다. 다음은이 엔진 유형의 분류입니다.

기어 모터
베인 타입 회전 모터
프로펠러 모터
유압 모터 편심 캠 모터
액시 얼 피스톤
경 사진 축을 가진 진동 타입 모터
기어 모터 : 압력 오일은 각 기어의 톱니면에 작용하는 입구에서 화살표 방향으로 토크를 발생시킵니다. 모터 구조는 간단하므로 고속 작업에 사용하는 것이 좋습니다.
경사 축 피스톤이있는 모터
입구에서 흘러 나온 압력 오일이 피스톤을 플랜지에 밀어 넣고 반경 방향으로 힘이 가해지면 샤프트와 실린더 블록이 화살표 방향으로 회전합니다. 이러한 유형의 모터는 고압 및 고속 어플리케이션에 매우 편리합니다. 축의 경사각을 변경하여 용량을 수정할 수 있습니다.

축 방향 피스톤이있는 진동 모터
그 기능은 압력 하에서 일정량의 유체를 흡수하여 필요시 회로로 되돌려 보내는 것입니다.

공압 실린더
압축 공기의 에너지를 기계적 작업으로 변환하는 메커니즘을 공압식 액추에이터라고합니다. 비록 본질적으로 유압 액추에이터와 동일하지만, 압축 범위는이 경우 더 낮지 만, 전원 공급 (공기)의 요소에 동기를 부여하는 구조 및 사용면에서 약간의 차이가 있다는 것 외에도, 유압 실린더에 사용되는 것과 다릅니다.

이 분류에서는 압축 공기를 사용하고 단순 효과 작동기로 간주되는 벨로우즈 및 다이어프램, 그리고 최근에 많은 관심을받은 인공 고무 근육이 나타납니다.

단순 효과
공압 실린더
이중 효과 공압 작동기
생크가없는 이중 효과의 선형 액추에이터
기어 및 랙 포함
기어와 더블 지퍼 포함
베인이있는 공압 모터
피스톤 부착
동시에 날씨 베인으로
멀티 이발 판
피스톤을 갖춘 로타리 엔진
수직 슬롯에서
플런저
벨로우즈, 다이어프램 및 인공 근육
싱글 이펙트 실린더
회전 팔레트
이들은 출력 샤프트에서 제한된 회전을 제공하도록 설계된 모터 요소입니다. 공기 압력은 선회 동작을 인쇄하는 하나 또는 두 개의 블레이드에 직접 작용합니다. 이 값은 270 °를 초과하지 않으며 이중 팔레트의 경우 90 °를 초과하지 않습니다.

액츄에이터의 부품
“안전 키”시스템 : 액추에이터 커버를 고정하는 안전 키의이 방법은 기계 가공 슬라이딩 홈에서 유연한 원통형 스테인레스 스틸 테이프를 사용합니다. 이것은 커버와 헬리콥스의 나사를 중심으로하는 하중으로 인한 응력 집중을 제거합니다. 안전 키는 액츄에이터 어셈블리의 강도를 크게 높이고 위험한 해제로부터 안전 잠금을 제공합니다.
슬롯이있는 피니언 : 피니언 상부의이 홈은 커플 링 플랜지의 사용을 제거하여 위치 표시기 및 위치 스위치를위한 자기 중심적인 직접 전달을 제공합니다. (Namur 표준 하에서).
스플 라이스 베어링 :이 스플 라이스 및 스레드 스플 라이스 베어링은 상단에 장착 할 피팅 커플 링을 단순화합니다. (ISO 5211 및 VDI 표준에 따라).
대형 공기 통과 : 초대형 공기통로의 내부 덕트 덕분에 신속한 작동이 가능하며 공기 통로가 막히지 않습니다.
Muñoneras : 새로운 디자인과 최대 내구성, 영구 윤활, 부식 방지 및 교체가 용이하여 가장 심각한 응용 분야에서 액추에이터의 수명을 연장시킵니다.
건설 : 굴곡, 충격 및 피로에 대비하여 최대 힘을 ​​제공해야합니다. 랙과 피니언은 대구경이어야하며 고정밀 기계로 가공되어야하며 정확한 위치를 얻을 수있는 게임이 필요 없습니다.
Ceramigard : 세라믹과 비슷한 부식에 강한 강한 표면. 마모 및 부식으로부터 액츄에이터의 모든 부품을 보호합니다.
코팅 : 이중 코팅으로 공격적인 환경에 대한 추가 보호 기능을 제공합니다.
커플 링 : 스프링 장착 교체 모듈의 커플 링 또는 커플 링 해제 또는 기압 장애시 안전.
스트로크 조정 나사 : 양쪽 주행에서 피니언의 회전을 조정합니다. 모든 1/4 회전 밸브에 필수적입니다.
피니언의 레이디 얼 및 하중 받침 스프로킷 : 수직 하중으로부터 보호하는 교체 가능한 트러 니언. 레이디 얼 머플러는 모든 레이디 얼 하중을 지원합니다.
피니언 씰 – 위아래 : 피니언 씰은 가능한 모든 틈을 최소화하여 부식으로부터 보호합니다.
고장시 불가항력 안전 스프링 :이 스프링은 결코 파괴되지 않도록 설계되고 제조되며 이후 부식으로부터 보호됩니다. 스프링은 각 스프링이 대상으로하는 메모리 손실을 보충하기 위해 특정 방식으로 분류되고 할당됩니다. 공기 공급 장치가 고장 났을 때 진정한 신뢰를 얻으십시오.

가장 일반적인 액추에이터는 다음과 같습니다.

공압 및 유압 실린더. 선형 운동을 수행합니다.
모터 (터닝 작동기) 공압 및 유압. 그들은 유압 또는 공압 에너지를 사용하여 선회 운동을 수행합니다.
밸브. 직접 제어, 전동, 전기 공압 등이 있으며 가스와 액체의 흐름을 조절하는 데 사용됩니다.
가열 저항. 그들은 가열하는 데 사용됩니다.
전기 모터. 가장 많이 사용되는 것은 유도, 연속, 브러시 및 단계별 단계입니다.
펌프, 압축기 및 팬. 일반적으로 전기 유도 모터로 옮겼습니다.

3D 인쇄 소프트 액추에이터
소프트 액추에이터는 농업에서 과일을 수확하거나 생체 의학에서 내부 장기를 조작하는 것과 같이 깨지기 쉬운 물체를 다루기 위해 개발되었는데, 항상 로봇 공학의 도전 과제였습니다. 기존의 액추에이터와는 달리 부드러운 액추에이터는 액츄에이터 재료의 거시 변형에 대한 분자 수준에서의 미세한 변화의 통합으로 인해 유연한 모션을 생성합니다.

기존의 소프트 액추에이터의 대부분은 마이크로 몰딩, 고체 자유형 제조 및 마스크 리소그래피와 같은 다단계 저 수율 공정을 사용하여 제조됩니다. 그러나, 이러한 방법은 제조의 성숙이 달성 될 때까지 장치의 수동 제조, 후 처리 / 조립 및 긴 반복을 필요로한다. 현재의 제조 공정의 지루하고 시간 소모적 인 측면을 피하기 위해 연구자들은 소프트 액추에이터의 효과적인 제작을위한 적절한 제조 방법을 모색하고 있습니다. 따라서 3D 프린팅과 같은 신속한 프로토 타이핑 방법으로 단일 단계에서 제작할 수있는 특수 소프트 시스템을 사용하여 소프트 액추에이터의 설계와 구현 간 격차를 줄여 프로세스를보다 빠르고, 저렴하게, 더 간단하게 만듭니다. 또한 외부 액추에이터 구성 요소를 단일 구조로 통합하여 외부 조인트, 접착제 및 패스너를 사용할 필요가 없습니다. 이로 인해 이산 부품 수, 후 처리 단계 및 제조 시간이 감소합니다.

3D 인쇄 소프트 액추에이터는 “세미 3D 인쇄 소프트 액추에이터”와 “3D 인쇄 소프트 액추에이터”의 두 가지 주요 그룹으로 분류됩니다. 이러한 분류의 이유는 3D 인쇄 프로세스를 통해 전체적으로 인쇄 된 소프트 액추에이터와 3D 프린터로 부품을 만들고 이후에 처리되는 소프트 액추에이터를 구별하기위한 것입니다. 이러한 분류는 3D 인쇄 소프트 액추에이터가 3D 인쇄 소프트 액추에이터보다 3D 인쇄 소프트 액추에이터의 장점을 명확하게하는 데 도움이됩니다.

SMP (Shape Memory Polymer) 액추에이터는 근육과 가장 유사하여 빛, 전기, 자기, 열, pH 및 습기 변화와 같은 다양한 자극에 대한 반응을 제공합니다. 그들은 첨단 제조 기술을 통해 스마트 소재 및 다양한 재료의 조합을 도입함으로써 개선 된 피로 및 높은 응답 시간을 포함한 몇 가지 결함이 있습니다. 3D 프린터의 출현으로 저가의 고속 응답 SMP 액츄에이터를 제작할 수있는 새로운 길을 열었습니다. 열, 습기, 전기 입력, 빛 또는 자기장과 같은 외부 자극을 SMP로 수신하는 과정을 형상 기억 효과 (SME)라고합니다. SMP는 저밀도, 높은 변형률 회복, 생체 적합성 및 생물 분해성과 같은 보람있는 기능을 제공합니다.

광 중합체 / 광 활성화 중합체 (LAP)는 광 자극에 의해 활성화되는 또 다른 유형의 SMP입니다. LAP 액추에이터는 즉각적인 반응으로 어떠한 물리적 접촉도없이 가벼운 주파수 또는 강도의 변화만으로 원격으로 제어 할 수 있습니다.

부드러운 로보틱스에서 부드럽고 가볍고 생체 적합성이 부드러운 액츄에이터에 대한 필요성은 본래의 순응성과 근육 긴장을 일으키는 능력 때문에 공압 소프트 액추에이터를 고안 한 연구자에게 영향을 미쳤습니다.

유전체 탄성 중합체 (DE), 이온 성 중합체 금속 복합체 (IPMC), 이온 전기 활성 중합체, 고분자 전해질 겔 및 겔 – 금속 복합체와 같은 중합체는 소프트 액추에이터로 작동하도록 조정할 수있는 3D 층 구조를 형성하는 공통된 재료입니다. EAP 액추에이터는 전기 여기에 대한 변형으로 그 모양이 변형되는 3D 인쇄 소프트 액추에이터로 분류됩니다.

예제 및 응용 프로그램
엔지니어링에서 액추에이터는 모션을 도입하거나 모션을 방지하기 위해 객체를 고정시키는 메커니즘으로 자주 사용됩니다. 전자 공학에서 액츄에이터는 트랜스 듀서의 서브 디비전입니다. 그것들은 입력 신호 (주로 전기 신호)를 어떤 형태의 운동으로 변환시키는 장치입니다.

액추에이터의 예
빗 드라이브
디지털 마이크로 미러 디바이스
전기 모터
전기 활성 폴리머
유압 실린더
압전 액츄에이터
공압 작동기
스크류 잭
서보 기구
솔레노이드
스테퍼 모터
형상 기억 합금
열 바이 모프
유압 액츄에이터

원 – 선형 변환
모터는 원형 모션이 필요할 때 주로 사용되지만 리드 스크류 또는 유사한 메커니즘을 사용하여 원 운동을 직선 운동으로 변환하여 선형 적용에도 사용할 수 있습니다. 다른 한편, 일부 액추에이터는 압전 액추에이터와 같이 본질적으로 선형입니다. 원형과 직선 운동 간의 변환은 일반적으로 다음과 같은 몇 가지 간단한 유형의 메커니즘을 통해 이루어집니다.

나사 : 나사 잭, 볼 나사 및 롤러 나사 작동기는 모두 나사라는 간단한 기계의 원리로 작동합니다. 액추에이터의 너트를 회전 시키면 나사 축이 일렬로 움직입니다. 나사 축을 움직이면 너트가 회전합니다.
휠 및 액슬 : 호이스트, 윈치, 랙 및 피니언, 체인 드라이브, 벨트 드라이브, 고정식 체인 및 강체 벨트 액추에이터는 휠 및 액슬의 원리에 따라 작동합니다. 휠 / 액슬 (예를 들어, 드럼, 기어, 풀리 또는 샤프트)을 회전시킴으로써 선형 부재 (예를 들어, 케이블, 랙, 체인 또는 벨트)가 움직인다. 선형 부재를 움직이면 휠 / 액슬이 회전합니다.
가상 계측
가상 계측에서 액추에이터 및 센서는 가상 계측기의 하드웨어 보완 물입니다.

실적 측정 항목
액츄에이터의 성능 메트릭에는 속도, 가속도 및 힘 (또는 각속도, 각 가속도 및 토크)은 물론 에너지 효율 및 질량, 부피, 작동 조건 및 내구성과 같은 고려 사항이 포함됩니다.


적용을위한 작동기의 힘을 고려할 때 두 가지 주요 측정 기준을 고려해야합니다. 이 두 가지는 정적 및 동적 부하입니다. 정적 하중은 작동하지 않는 동안 액츄에이터의 힘 성능입니다. 반대로 액추에이터의 동적 하중은 움직이는 동안의 힘 성능입니다.

속도
속도는 무부하 속도로 주로 고려되어야합니다. 속도가 부하량이 증가함에 따라 변함없이 변하기 때문입니다. 속도가 감소 할 속도는 힘의 양과 초기 속도와 직접적으로 관련이 있습니다.

작동 조건
액츄에이터는 일반적으로 표준 IP 코드 등급 시스템을 사용하여 정격됩니다. 위험한 환경에 대해 평가 된 제품은 개인 또는 일반 산업용 제품보다 높은 IP 등급을 갖습니다.

내구성
이는 사용량과 품질에 따라 각 제조업체별로 결정됩니다.

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