I SSN :   1 6 9 3 - 6 9 3 0                                                                         2 4 5       L a g - L e a d   C o m p e n s a t o r   f o r   Sh a p e   M e m o r y   Al l o y   i n   G r i p p i n g   .   ( M a d e   A n d i k   Se t i a w a n )   L a g - L e a d   C o m p e n s a t o r   f o r   S h a p e   M e m o r y   A l l o y     i n   G r i p p i n g   M a n i p u l a t i o n       M a d e   A n d i k   Se t i a w a n   Po l i t e k n i k   M a n u f a k t u r   ( Po l m a n )   T i m a h   Ba n g k a   Be l i t u n g   J l n .   T i m a h   R a y a   Ai r   Ka n t u n g   S u n g a i l i a t ,   Ba n g k a ,   T e l p .   0 7 1 7 - 9 3 5 8 6   e - m a i l   :   m a d e . a n d i k . s @ g m a i l . c o m       A b s t r a k   Sh a p e   M e m o r y   Al l o y   ( S M A)   a d a l a h   s a l a h   s a t u   j e n i s   a k t u a t o r   y a n g   s e d a n g   b a n y a k   d i p e l a j a r i   p a d a   a p l i k a s i   s k a l a   m i k r o   d a n   n a n o .   N a m u n   d i   s i s i   l a i n ,   p e n g e m b a n g a n   p e n g e n d a l i a n   d a l a m   s k a l a   i n i   m a s i h   p e r l u   p e n g e m b a n g a n   d a n   p e n e l i t i a n   l e b i h   l a n j u t .   Ar t i k e l   i n i   m e m p r e s e n t a s i k a n   h a s i l   e v a l u a s i   t a n g g a p a n   p e r g e r a k a n   k e n d a l i   k a l a n g   t e r t u t u p   d a r i   T i N i   S M A   d a l a m   b e n t u k   s p r i n g   y a n g   d i k e n d a l i k a n   k o m p e n s a t o r   l a g ,   l e a d   d a n   l a g - l e a d .   SM y a n g   d i g u n a k a n   b e r d i a m e t e r   5 0   m m   d a n   b e r a t   3 5 0   g r a m .   Si n y a l   p e n g g e r a k   SM i n i   m e n g g u n a k a n   m o d u l a s i   l e b a r   p u s l a   ( PW M )   s i n y a l   d e n g a n   b e b e r a p a   f r e k u e n s i   d a n   d u t y - c y c l e .   F r e k u e n s i   s i n y a l   PW M   y a n g   d i g u n a k a n   y a i t u   1 2 ,   2 5 ,   1 2 5 ,   2 5 0   a n d   1 1 5 0   H z .   Se b a g a i   p e n g e n d a l i ,   a n t a r   m u k a   d a n   p e n g a m b i l a n   d a t a   k e s e l e r u h a n   s i s t e m   d i g u n a k a n   L a b - Vi e w   d a n   D AQ - C a r d .   G r i p p e r   y a n g   d i g u n a k a n   t e r d i r i   d a r i   d u a   b u a h   j a r i   d a n   d a p a t   d i g e r a k k a n   s a m p a i   d e n g a n   3 0 0 .   H a s i l   e k s p e r i m e n   d e n g a n   k a l a n g   t e r t u t u p   a k a n   d i t a m p i l k a n   d a n   d i d i s k u s i k a n   p a d a   a r t i k e l   i n i .   U n t u k   a p l i k a s i   l e b i h   l a n j u t ,   m a k a   k e n d a l i   k a l a n g   t e r t u t u p   j u g a   d i u j i   c o b a   m e n g g u n a k a n   k o m p e n s a t o r   l a g ,   l e a d   d a n   l a g - l e a d .   D e n g a n   m e n g g u n a k a n   k e n d a l i   k a l a n g   t e r t u t u p   i n i ,   m a k a   w a k t u   u n t u k   m e n c a p a i   r i s e - t i m e   m e n j a d i   l e b i h   s i n g k a t   d a n   t i n g k a t   g a l a t   k o n d i s i   t u n a k   m e n j a d i   l e b i h   k e c i l .     K a t a   k u n c i :   G r i p p e r ,   L a g - L e a d   C o m p e n s a t o r ,   PW M ,   Sh a p e   M e m o r y   Al l o y   ( SM A) .       A b s t r a c t   Sh a p e   M e m o r y   Al l o y   ( S M A)   i s   e m e r g i n g   a c t u a t o r   f o r   m i c r o   a n d   n a n o   a p p l i c a t i o n   w h i c h   i s   i n t e r e s t i n g   t o   b e   d e v e l o p e d .   T h i s   p a p e r   p r e s e n t s   t h e   e v a l u a t i o n   o f   c l o s e - l o o p   c o n t r o l l e r   r e s p o n s e s   o f   t h e   T i N i   SM s p r i n g   b a s e d   g r i p p e r   b y   i n t r o d u c i n g   l a g ,   l e a d   a n d   l a g - l e a d   c o m p e n s a t o r .   SM s p r i n g   h a s   a   d i a m e t e r   o f   5 0   m m   w i r e   a n d   3 5 0   g r a m   h a n g i n g   m a s s .   T h e   d r i v e r   o f   t h e   SM A   a c t u a t o r   u s e s   p u l s e   w i d t h   m o d u l a t i o n   ( PW M )   s i g n a l   a n d   i t   i s   t e s t e d   b y   v a r y i n g   f r e q u e n c i e s   a n d   d u t y - c y c l e s .   T h e   a p p l i e d   f r e q u e n c i e s   i n   t h i s   s t u d y   a r e   1 2 ,   2 5 ,   1 2 5 ,   2 5 0   a n d   1 1 5 0   H z .   L a b - Vi e w   a n d   D AQ - C a r d   i s   u s e d   a s   a   c o n t r o l l e r ,   i n t e r f a c e r   a n d   d a t a   r e c o r d e r   o f   t h e   s y s t e m .   T h e   f a b r i c a t e d   g r i p p e r   c o n s i s t s   o f   t w o   f i n g e r s   a n d   t h e   t o t a l   a n g u l a r   d i s p l a c e m e n t   o f   t h e   g r i p p e r   i s   3 0 0 .   I n   a d v a n c e d   a p p l i c a t i o n ,   t h e   e x p e r i m e n t   c o v e r s SM A   o p e n   l o o p   a n d   c l o s e - l o o p   s y s t e m .   T h e   SM A   r e s p o n s e   i n d i c a t e d   t h a t   t h e   r i s e - t i m e   a n d   t h e   s t e a d y - s t a t e   e r r o r   o f   t h e   c l o o p - l o o p   a r e   s h o r t e r   a n d   l o w e r   t h a n   o p e n - l o o p   c o n t r o l l e r .       K e y w o r d s :   G r i p p e r ,   L a g - L e a d   C o m p e n s a t o r ,   PW M ,   Sh a p e   M e m o r y   Al l o y   ( SM A) .         1 .   I n t r o d u c t i o n   Sh a p e   m e m o r y   a l l o y   ( SM A)   i s   e m e r g i n g   a c t u a t o r   f o r   M EM ( M i c r o e l e c t r o m e c h a n i c a l   s y s t e m )   a n d   N E M ( N a n o e l e c t r o m e c h a n i c a l   s y s t e m )   a p p l i c a t i o n s   a n d   i t   h a s   b e e n   w i d e l y   u s e d   a s   p r o s p e c t i v e   c a n d i d a t e   f o r   m i c r o   a n d   n a n o   a c t u a t i o n   [ 1 ] .   T h e   S M r e s p o n d s   t h e   t e m p e r a t u r e   b y   c h a n g i n g   t h e i r   s h a p e   a n d   g e n e r a t e s   f o r c e   a n d   d i s p l a c e m e n t   [ 2 ] ,   [ 3 ] .   T h e   r e s p o n s e s   o f   t h e   SM A   c a n   b e   g e n e r a t e d   b y   u s i n g   e l e c t r o - t h e r m a l   e n e r g y .   T h e   SM i s   i n t e r - m e t a l l i c   a l l o y s ,   s o   t h e y   c a n   b e   d r i v e n   b y   e l e c t r i c a l   c u r r e n t   v i a   J o u l e   h e a t i n g   w h i c h   i s   e a s y   a n d   e f f i c i e n t   w a y   [ 2 ] ,   [ 3 ] .     T h e   s h a p e   m e m o r y   a l l o y   u s u a l l y   c o n s i s t s   o f   s i n g l e   p i e c e   o f   m e t a l ,   a n d   s p r i n g   i s   o n e   o f   t h e i r   f o r m s   [ 4 ] .   T h e   SM s p r i n g   h a s   b e e n   u s e d   o n   m a n y   a p p l i c a t i o n s   e x t e n s i v e l y   i n   m e d i c i n e   a n d   r o b o t i c s .   Ac c o r d i n g   t o   [ 1 ] ,   t h e   S M s p r i n g   c a n   b e   d i r e c t l y   a c t u a t e d   b y   e l e c t r i c a l   c u r r e n t .   T h e y   i n v e s t i g a t e d   t h e   c h a r a c t e r i s t i c s   o f   t h e   SM s p r i n g   b y   t h e   a l t e r n a t i n g   a n d   d i r e c t   c u r r e n t   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                                I S SN :   1 6 9 3 - 6 9 3 0     T E L K O M N I K A     V o l .   8 ,   N o .   3 ,   D e c e m b e r   2 0 1 0   :     2 4 5     2 5 4   2 4 6   e l e c t r o - t h e r m a l   d r i v i n g .   A s   t h e   r e s u l t s   i n   [ 1 ]   s t a t e   t h a t   t h e   m o s t   i m p o r t a n t   t w o - w a y   s h a p e   m e m o r y   e f f e c t   c h a r a c t e r i s t i c   i s   i t s   m a g n i t u d e   a n d   r e s p o n s e   t i m e .     T h e   e l e c t r i c a l   a c t u a t i o n   o f   t h e   M EM S   h a s   b e e n   w i d e l y   c o n s i d e r a t e   b y   m a n y   r e s e a r c h e r s .   T h e   e l e c t r i c a l   a c t u a t i o n   o n   m a n y   a p p l i c a t i o n s   o f   M E M S   i s   v o l t a g e   b a s e d   c o n t r o l l e r   [ 5 ] ,   c u r r e n t   b a s e d   c o n t r o l l e r   [ 1 ]   a n d   f r e q u e n c y   b a s e d   c o n t r o l l e r   [ 4 ] .     SM a c t u a t o r s   h a s   a   g o o d   h i g h   p o w e r /   w e i g h t   r a t i o ,   p r o d u c e   a   l a r g e   d i s p l a c e m e n t   i n   a   l i m i t e d   s p a c e ,   i t   h a s   g o o d   t r a n s f o r m a t i o n   t e m p e r a t u r e s   a n d   a n   e x c e l l e n t   m e c h a n i c a l   p r o p e r t i e s   s u c h   a s   d u c t i l i t y   a n d   t o u g h n e s s   [ 5 ] .   G r i p p i n g   p r i n c i p l e s   i n c l u d e   v a c u u m   s u c t i o n ,   s h a p e   m e m o r y   e f f e c t ,   p i e z o   a c t u a t i o n ,   m a g n e t i c   a c t u a t i o n ,   e l e c t r o t h e r m a l   e f f e c t   a n d   a l s o   l a s e r   t r a p p i n g .   T h e   g r i p p e r   m e c h a n i s m   w h i c h   t h e   a c t u a t i o n   i s   p r o v i d e d   b y   S M a n d   d r i v e n   b y   a n   e l e c t r i c a l   h a s   p u b l i s h e d   i n   [ 6 ] .   T h e   o t h e r   g r i p p e r s   h a v e   a l s o   b e e n   p u b l i s h e d   a n d   d e v e l o p e d   b y   r e s e a r c h e r   f o r   a n y   p u r p o s e s ,   s u c h   a s   t h e   e l e c t r o s t a t i c   m i c r o g r i p p e r   [ 7 ] ,   d e v e l o p m e n t   o f   t h e   e n d o s c o p i c   t i p   a c t u a t o r   [ 8 ] ,   t h e   m i c r o g r i p p e r   f o r   h o l d i n g   t h e   c h i p   [ 9 ] ,   a n d   a l s o   t h e   e l e c t r i c   p i s t o n   f o r   t h e   g r i p p e r   f i n g e r   [ 4 ] .           F i g u r e   1 .     El e c t r o s t a t i c   m i c r o g r i p p e r ,   c o m b i n a t i o n   o f   a   l i n e a r   m o t o r ,   a n   a m p l i f i c a t i o n   m e c h a n i s m   a n d   a   g r a s p i n g   s t a g e   [ 7 ]           F i g u r e   2 .     T h e   e n d o s c o p i c   t i p   a c t u a t o r   [ 8 ]       Al t h o u g h   t h e   a p p l i c a t i o n   o f   SM a s   a n   a c t u a t o r   h a s   b e e n   c o n s i d e r e d   i n   a   l o t   o f   f i e l d ,   t h e   i n d u c t i o n   o f   a d v a n c e d   c o n t r o l   i n   s u c h   a p p l i c a t i o n s   m u s t   b e   i m p r o v e d .   T h i s   p a p e r   i s   t o   e v a l u a t e   t h e   l a g ,   l e a d   a n d   l a g - l e a d   c o m p e n s a t o r   w h i c h   a s   t h e   o n e   t y p e   o f   a l g o r i t h m   c o n t r o l   a s   p o s s i b l e   c o n t r o l l e r   o f   SM a c t u a t o r .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L K O M N I K A     I SSN :   1 6 9 3 - 6 9 3 0             L a g - L e a d   C o m p e n s a t o r   f o r   Sh a p e   M e m o r y   Al l o y   i n   G r i p p i n g   .   ( M a d e   A n d i k   Se t i a w a n )   2 4 7   2 .   M e t h o d s   a n d   S e t - U p   2 . 1   G r i p p e r   D e s i g n   T h e   m o v e m e n t   o f   t h e   g r i p p e r   i n   t h i s   s t u d y   i s   a c t u a t e d   b y   a   SM s p r i n g .   T h e   g r i p p e r   m e c h a n i s m   ( i n   m m )   i s   s h o w n   i n   F i g u r e   3 .   T h e   m a t e r i a l   o f   t h e   g r i p p e r   i s   w i t h   a   t h i c k n e s s   o f   2   m m   Al u m i n i u m   ( A l ) .   T h e   h o l e   o f   a n d   a r e   u s e d   a s   a   c e n t e r   o f   m o v e m e n t   o f   t h e   g r i p p e r .   T h i s   h o l e   i s   a l s o   u s e d   t o   a s s e m b l e   t h e   p o s i t i o n   s e n s o r .   T h e   b o t t o m   h o l e s   a r e   u s e d   f o r   t h e   s p r i n g   h o o k .           1 1 2 7 1 5 3 5 7 4 1 1 4 2 Æ Æ Æ Æ 2 Æ Æ Æ Æ 5 3 1 6 5 Æ Æ Æ Æ 1 0 7 7 . 5 R 1 5 1 0 R 1 0 3 1 5 1 5 A B     F i g u r e   3 .     G r i p p e r   c o n s i s t i n g   o f   t w o   f i n g e r s       6 V o l t 5 4 3 2 1 5 0 0 1 0 0 0 1 5 0 0 2 0 0 0 2 5 0 0 3 0 0 0 3 5 0 0 R o t a t i o n O u t   o f   W o r k i n g   A r e a     F i g u r e   4 .     Vo l t a g e   t o   d e g r e e   c h a r t   c o n v e r t e r   o f   p o t e n t i o m e t e r .       2 . 2   Po s i t i o n   Se n s o r   T h e   p o s i t i o n   s e n s o r   u s e d   w a s   a   r o t a r y   p o t e n t i o m e t e r   w i t h   a   5 K W   o f   r e s i s t a n c e .   T h i s   p o t e n t i o m e t e r   h a s   s h a f t   d i a m e t e r   o f   5 . 5   m m ,   s h a f t   l e n g t h   o f   1 0   m m   a n d   l i n e a r   r e s i s t a n c e   ( t y p e   B) .   T h e   t o t a l   r o t a t i o n   o f   t h i s   p o t e n t i o m e t e r   i s   3 0 0 0 .   I n   t h i s   s t u d y ,   t h e   g r i p p e r   m o v e m e n t s   a r e   m e a s u r e d   b y   t h e   p o s i t i o n   s e n s o r   b y   e m p l o y i n g   a   5   K W   o f   p o t e n t i o m e t e r .   At   t h e   d e f a u l t   p o s i t i o n   o f   g r i p p e r ,   t h e   o u t p u t   v o l t a g e   o f   t h e   p o t e n t i o m e t e r   i s   3   v o l t   a n d   a t   t h e   m a x i m u m   r e t r a c t i o n   p o s i t i o n   o f   t h e   s p r i n g   i s   2 . 7   v o l t .   T h e   t o t a l   a n g u l a r   r o t a t i o n   o f   t h e   g r i p p e r   ( q )   i s   1 5 0 + 1 5 0 = 3 0 0 .   T h e   v o l t a g e   o f   p o w e r   s u p p l y   i s   g i v e n   6   v o l t .   T h e   c o n v e r t e r   c h a r t   ( v o l t a g e   t o   d e g r e e )   i s   i l l u s t r a t e d   i n   F i g u r e   4 .           F i g u r e   5 .   Bl o c k   d i a g r a m   o f   t h e   s y s t e m       2 . 3   Pr o g r a m m i n g   T h e   c o m p u t e r   s o f t w a r e   u s e d   i s   L a b Vi e w ,   w h i c h   i s   a   t r a d e m a r k   o f   N a t i o n a l   I n s t r u m e n t s   C o r p o r a t i o n .   L a b V i e w   i s   u s e d   t o   d i s p l a y   t h e   m o v e m e n t   r e s p o n s e s   o f   t h e   g r i p p e r   a n d   a l s o   t o   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                                I S SN :   1 6 9 3 - 6 9 3 0     T E L K O M N I K A     V o l .   8 ,   N o .   3 ,   D e c e m b e r   2 0 1 0   :     2 4 5     2 5 4   2 4 8   s e n d   t h e   v o l t a g e   i n p u t   o f   t h e   p u l s e   w i d t h   m o d u l a t i o n   ( PW M )   c i r c u i t .   An o t h e r   t r a d e m a r k   o f   N a t i o n a l   I n s t r u m e n t   C o r p o r a t i o n   u s e d   i n   t h i s   s t u d y   i s   D AQ   c a r d   P C I   N I - 6 0 2 4 E .       T h e   r e l a t i o n s h i p   b e t w e e n   L a b V i e w ,   D AQ   c a r d ,   PW M   c i r c u i t ,   t h e   s p r i n g   a n d   t h e   p o s i t i o n   s e n s o r   i s   i l l u s t r a t e d   i n   F i g u r e   5   a n d   t h e   f r o n t   p a n e l   o f   L a b   V i e w   p r e s e n t e d   i n   F i g u r e   6 .           F i g u r e   6 .   L a b Vi e w   f r o n t   p a n e l   o f   g r i p p e r   a n g u l a r   m e a s u r e m e n t .         3 .   R e s u l t s   a n d   D i s c u s s i o n s   3 . 1   SM A   S p r i n g   R e s p o n s e s   t o   PW M   Si g n a l   T h e   f i r s t   p e r f o r m a n c e   t e s t   i s   t o   a n a l y s e   t h e   m o v e m e n t   r e s p o n s e s   o f   SM Sp r i n g   a c t u a t e d   b y   v a r y i n g   f r e q u e n c i e s   a n d   d u t y   c y c l e s   o f   PW M   s i g n a l .   T h e   f r e q u e n c y   o f   PW M   s i g n a l   u s e d   i s   1 2 ,   2 5 ,   1 2 5 ,   2 5 0   a n d   1 1 5 0   H z   a n d   d u t y   c y c l e s   v a r y i n g   f r o m   2 0 %   t o   9 0 % .   T h e   m o v e m e n t   r e s p o n s e   o f   SM s p r i n g   t o   a c h i e v e   t h e   p o s i t i o n   d e s t i n a t i o n   ( t i m e   v e r s u s   d i s p l a c e m e n t )   i s   r e c o r d e d   b y   L a b   Vi e w   a n d   p r e s e n t e d   i n   F i g u r e   7 .   Ac c o r d i n g   t o   F i g u r e   7   t h e   f a s t e s t   r e s p o n s e   o f   t h e   SM s p r i n g   i s   a c t u a t e d   b y   1 2 5   H z   PW M   s i g n a l .       2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 3 5 4 0 T h e   S p r i n g   M o v e m e n t s   A c t u a t e d   b y   P W M   s i g n a l s P W M   D u t y   C y c l e ( % ) T i m e   ( s e c o n d ) 1 2 H z 2 5 H z 1 2 5 H z 2 5 0 H z 1 1 5 0 H z     F i g u r e   7 .   Sp r i n g   m o v e m e n t s   a c t u a t e d   b y   s e v e r a l   f r e q u e n c i e s   o f   PW M   s i g n a l s .   V o l t a g e   p a r a m e t e r   s e n t   t o   P W M   c i r c u i t   A b s o l u t e   a n g u l a r   p o s i t i o n   o f   t h e   g r i p p e r   e l e c t r o n i c   s i g n a l   f r o m   t h e   p o s i t i o n   s e n s o r   A b s o l u t e   a n g u l a r   p o s i t i o n   o f   t h e   g r i p p e r   e l e c t r o n i c   s i g n a l   f r o m   t h e   p o s i t i o n   s e n s o r   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L K O M N I K A     I SSN :   1 6 9 3 - 6 9 3 0             L a g - L e a d   C o m p e n s a t o r   f o r   Sh a p e   M e m o r y   Al l o y   i n   G r i p p i n g   .   ( M a d e   A n d i k   Se t i a w a n )   2 4 9   3 . 2   L e a d   a n d   L a g   C o m p e n s a t o r   I n   t h i s   s t u d y ,   a   n u m b e r   o f   t e s t s   o n   p o s i t i o n   c o n t r o l   o f   t h e   g r i p p e r   a r e   c o n d u c t e d   b y   u s i n g   l a g ,   l e a d   a n d   l a g - l e a d   c o m p e n s a t o r s .   T h e   s i g n a l   i n   p r e v i o u s   e x p e r i m e n t a t i o n s   i s   e m p l o y e d   i n   t h i s   e x p e r i m e n t .   T h e   s i g n a l   e m p l o y e d   i s   1 2 5 H z   o f   PW M   s i g n a l   d u e   t o   t h i s   s i g n a l   h a d   a   f a s t e r   m o v e m e n t   r e s p o n s e .     T h e   t r a n s f e r   f u n c t i o n   o f   t h e   l e a d   c o m p e n s a t o r   i s   [ 1 0 ] :     T s T s K c s G c a 1 1 ) ( + + =                 ( 1 )     w h e r e   a   a n d   T   a r e   d e t e r m i n e d   f r o m   t h e   a n g l e   d e f i c i e n c y .   Kc   i s   d e t e r m i n e d   f r o m   t h e   r e q u i r e m e n t   o f   t h e   o p e n - l o o p   g a i n   a n d   T 1   i s   l e s s   t h a n T a 1 .     T o   s i m p l i f y   t h e   c a l c u l a t i o n ,   i t   c a n   b e   a s s u m e d   t h a t :     a T = 1                 ( 2 )     b T = a 1                 ( 3 )       By   i n s e r t i n g   e q u a t i o n   ( 2 )   a n d   e q u a t i o n   ( 3 )   i n t o   e q u a t i o n   ( 1 ) ,   i t   c a n   b e   d e r i v e d   t h a t :     b s a s K c s G c + + = ) (                 ( 4 )       By   u s i n g   T u s t i n s   m e t h o d   ( b i l i n e a r   a p p r o x i m a t i o n )   [ 1 0 ] ,   t h e   e q u a t i o n   ( 4 )   c a n   b e   c o n v e r t e d   i n t o   Z   d o m a i n .   T h e   T u s t i n s   m e t h o d   i s   g i v e n :     ) 1 ( ) 1 ( 2 + - = z z T s                   ( 5 )       By   i n s e r t i n g   Eq .   5   i n t o   Eq .   4 ,   i t   c a n   b e   d e r i v e d :     ) 1 ( ) 1 ( 2 ) 1 ( ) 1 ( 2 ) ( ) ( + + - + + - = z b T z z a T z K c z E z U               ( 6 )     By   s o m e   m a t h e m a t i c a l   m a n i p u l a t i o n ,   e q u a t i o n   ( 6 )   b e c o m e s     E( z ) ( 2 Kc + a T Kc ) + z - 1 E( z ) ( - 2 Kc + a T Kc ) + U ( z ) z - 1 ( 2 - b T ) = U ( z ) ( 2 + b T )       ( 7 )     e ( k ) ( 2 Kc + a T Kc ) + e ( k - 1 ) ( - 2 Kc + a T Kc ) + u ( k - 1 ) ( 2 - b T ) = u ( k ) ( 2 + b T )       ( 8 )     T h e   o u t p u t   o f   t h e   l e a d   c o m p e n s a t o r   i s :     b T ) ( 2 b T ) - 1 ) ( 2 - u ( k a T K c ) 1 ) ( - 2 K c - e ( k a T K c ) e ( k ) ( 2 K c u ( k ) + + + + + =       ( 9 )     T h e   d i f f e r e n c e   o f   l a g   a n d   l e a d   c o m p e n s a t o r   [ 1 0 ]   i s :         b s a s K c s G c + + = ) (   i f   a   >   b     l a g   c o m p e n s a t o r ,     i f   a   <   b     l e a d   c o m p e n s a t o r     T o   o b t a i n   t h e   c o n t r o l   p e r f o r m a n c e   o f   t h e   g r i p p e r   s y s t e m ,   t h e   o p t i m a l   g a i n s   o f   t h e   l a g   a n d   t h e   l e a d   c o m p e n s a t o r   w e r e   d e t e r m i n e d   b y   e x p e r i m e n t a l l y   t u n i n g   o f   t h e   g a i n s .   n u m b e r   o f   t e s t s   o n   t h e   g r i p p e r   s y s t e m   r e s p o n s e   w e r e   c o n d u c t e d .   T h e   g a i n s   w e r e   a l s o   l i m i t e d   b y   D A Q   c a r d   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                                I S SN :   1 6 9 3 - 6 9 3 0     T E L K O M N I K A     V o l .   8 ,   N o .   3 ,   D e c e m b e r   2 0 1 0   :     2 4 5     2 5 4   2 5 0   s p e c i f i c a t i o n   a n d   P W M   i n p u t   r e q u i r e m e n t s .   T h e   b l o c k   d i a g r a m   a n d   t h e   L a b Vi e w   p r o g r a m   o f   t h e   l a g   a n d   t h e   l e a d   c o m p e n s a t o r   a r e   p r e s e n t e d   i n   F i g u r e   8   a n d   F i g u r e   9 ,   r e s p e c t i v e l y .     S e n s o r Gr ip p e r s y s te m + + 1 .8 - + In p u t Ou tp u t b s a s K c + +     F i g u r e   8 .   Bl o c k   d i a g r a m   o f   t h e   l e a d   a n d   t h e   l a g   c o m p e n s a t o r .           F i g u r e   9   L a b Vi e w   p r o g r a m   o f   t h e   l a g   a n d   t h e   l e a d   c o m p e n s a t o r .       T h e   r e s p o n s e s   o f   t h e   c l o s e d - l o o p   c o n t r o l   w i t h   t h e   l e a d   c o m p e n s a t o r   b y   u s i n g   d i f f e r e n t   g a i n s   a r e   s h o w n   i n   F i g u r e   1 0   a n d   t h e   l a g   r e s p o n s e   i s   p r e s e n t e d   i n   F i g u r e   1 1 .   T h e   r i s e   t i m e   a n d   t h e   s t e a d y   s t a t e   e r r o r   o f   t h e   l a g   c o m p e n s a t o r   a n d   t h e   l e a d   c o m p e n s a t o r   a r e   p r e s e n t e d   i n   T a b l e   1 .     0 0 . 5 1 1 . 5 2 2 . 5 - 2 0 2 4 6 8 1 0 1 2 X :   2 . 1 8 5 Y :   1 0 . 2 1 L e a d   C o m p e n s a t o r   R e s p o n s e s T i m e   ( s e c o n d ) A n g u l a r   D i s p l a c e m e n t   ( D e g r e e ) K c = 0 . 1   a 1 = 0 . 0 1 8   b 1 = 0 . 1 8 0 0 . 5 1 1 . 5 2 2 . 5 3 3 . 5 4 0 2 4 6 8 1 0 1 2 X :   3 . 7 2 6 Y :   1 0 . 3 1 L e a d   C o m p e n s a t o r   R e s p o n s e s T i m e   ( s e c o n d ) A n g u l a r   D i s p l a c e m e n t   ( D e g r e e ) K c = 0 . 1   a 1 = 0 . 0 1 8   b 1 = 0 . 3 6 0 0 . 5 1 1 . 5 2 2 . 5 3 3 . 5 4 4 . 5 0 2 4 6 8 1 0 1 2 X :   4 . 0 2 4 Y :   1 0 . 3 5 L e a d   C o m p e n s a t o r   R e s p o n s e s T i m e   ( s e c o n d ) A n g u l a r   D i s p l a c e m e n t   ( D e g r e e ) K c = 0 . 0 5   a 1 = 0 . 0 1 8   b 1 = 0 . 1 8   a .                                                                                                 b .                 c .     F i g u r e   1 0 .   T h e   l e a d   c o m p e n s a t o r   r e s p o n s e   w i t h   ( a ) .   Kc = 0 . 1 ,   a = 0 . 0 1 8   a n d   b = 0 . 1 8 ,   ( b ) .   Kc = 0 . 1 ,   a = 0 . 0 1 8   a n d   b = 0 . 3 6 ,   ( c ) .   Kc = 0 . 0 5 ,   a = 0 . 0 1 8   a n d   b = 0 . 1 8   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L K O M N I K A     I SSN :   1 6 9 3 - 6 9 3 0             L a g - L e a d   C o m p e n s a t o r   f o r   Sh a p e   M e m o r y   Al l o y   i n   G r i p p i n g   .   ( M a d e   A n d i k   Se t i a w a n )   2 5 1   0 0 . 5 1 1 . 5 2 2 . 5 0 2 4 6 8 1 0 1 2 X :   1 . 9 4 9 Y :   1 1 . 2 5 L a g   C o m p e n s a t o r   R e s p o n s e s T i m e   ( s e c o n d ) A n g u l a r   D i s p l a c e m e n t   ( D e g r e e ) K c = 0 . 1   a 1 = 0 . 1 8   b 1 = 0 . 0 1 8 0 0 . 5 1 1 . 5 2 2 . 5 3 3 . 5 - 2 0 2 4 6 8 1 0 1 2 X :   3 . 1 9 1 Y :   1 1 . 0 3 L a g   C o m p e n s a t o r   R e s p o n s e s T i m e   ( s e c o n d ) A n g u l a r   D i s p l a c e m e n t   ( D e g r e e ) K c = 0 . 5   a 1 = 0 . 1 8   b 1 = 0 . 0 1 8 0 0 . 5 1 1 . 5 2 2 . 5 3 3 . 5 4 0 2 4 6 8 1 0 1 2 X :   3 . 4 4 3 Y :   1 1 . 0 5 L a g   C o m p e n s a t o r   R e s p o n s e s T i m e   ( s e c o n d ) A n g u l a r   D i s p l a c e m e n t   ( D e g r e e ) K c = 0 . 0 5   a 1 = 0 . 1 8   b 1 = 0 . 0 1 8   a .                                                                                                   b .           c .     F i g u r e   1 1 .   T h e   l a g   c o m p e n s a t o r   r e s p o n s e   w i t h   ( a ) .   Kc = 0 . 1 ,   a = 0 . 1 8   a n d   b = 0 . 0 1 8 ,   ( b ) .   Kc = 0 . 5 ,   a = 0 . 1 8   a n d   b = 0 . 0 1 8 ,   ( c ) .   Kc = 0 . 0 5 ,   a = 0 . 1 8   a n d   b = 0 . 0 1 8 .       T a b l e   1 .     T h e   r e s p o n s e   o f   t h e   c l o s e d - l o o p   c o n t r o l   w i t h   t h e   l e a d   a n d   t h e   l a g   c o m p e n s a t o r   N o   L e a d   c o m p e n s a t o r   L a g   c o m p e n s a t o r   Kc   a   b   R i s e   T i m e   ( s e c o n d )   St e a d y   St a t e   Er r o r   ( % )   Kc   a   b   R i s e   T i m e   ( s e c o n d )   St e a d y   St a t e   Er r o r   ( % )   1   0 . 1   0 . 0 1 8   0 . 1 8   0 . 9 4 3 4   2 . 1 0   0 . 1   0 . 1 8   0 . 0 1 8   0 . 6 6 0 2   1 2 . 5 0   2   0 . 1   0 . 0 1 8   0 . 3 6   1 . 1 3 1 8   3 . 1 0   0 . 5   0 . 1 8   0 . 0 1 8   0 . 6 4 4 5   1 0 . 3 0   3   0 . 0 5   0 . 0 1 8   0 . 1 8   1 . 2 8 9 3   3 . 5 0   0 . 0 5   0 . 1 8   0 . 0 1 8   0 . 5 6 5 9   1 0 . 5 0   4   0 . 5   0 . 0 1 8   0 . 1 8   1 . 5 2 5 3   3 . 7 0   0 . 1   0 . 1 8   0 . 0 9   1 . 9 8 1   1 . 1 0       3 . 3   L a g - L e a d   C o m p e n s a t o r     T h e   t r a n s f e r   f u n c t i o n   o f   t h e   l a g - l e a d   c o m p e n s a t o r   i s   [ 9 ] :     + + + + = 2 1 2 1 1 1 1 ) ( T s T s T s T s K c s G c b g               ( 1 0 )       T o   s i m p l i f y   t h e   c a l c u l a t i o n ,   i t   c a n   b e   a s s u m e d   t h a t :     1 1 a T = ,   1 1 b T = g                   ( 1 1 )   2 2 1 a T = ,   2 2 1 b T = b                   ( 1 2 )       By   i n s e r t i n g   e q u a t i o n   ( 1 1 )   a n d   e q u a t i o n   ( 1 2 )   i n t o   e q u a t i o n   ( 1 0 ) ,   i t   c a n   b e   d e r i v e d   t h a t :     + + + + = 2 2 1 1 ) ( b s a s b s a s K c s G c                 ( 1 3 )     By   u s i n g   s a m e   p r o c e d u r e s   w i t h   l e a d   c o m p e n s a t o r ,   t h e   o u t p u t   o f   t h e   l a g - l e a d   c o m p e n s a t o r   i s :     ) T b b T 2 b T 2 b 4 ( u ( k ) 2 2 1 1 2 + + + + = B A               ( 1 4 )     w h e r e   A= A 1 + A 2     ) 2 8 )( 1 ( ) 2 2 4 )( 2 ( 2 2 1 2 2 1 1 2 1 K c T a a K c k e K c T a a T K c a T K c a K c k e A + - - + + - - - =     ( 1 5 )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                                I S SN :   1 6 9 3 - 6 9 3 0     T E L K O M N I K A     V o l .   8 ,   N o .   3 ,   D e c e m b e r   2 0 1 0   :     2 4 5     2 5 4   2 5 2   ) 2 2 4 )( ( 2 2 1 1 2 2 K c T a a T K c a T K c a K c k e A + + + =             ( 1 6 )     ) 2 8 )( 1 ( ) 2 2 4 )( 2 ( 2 2 1 2 2 1 1 2 T b b k u T b b T b T b k u B + - - - + - - - - =         ( 1 7 )     T h e   b l o c k   d i a g r a m   a n d   t h e   L a b Vi e w   p r o g r a m   o f   t h e   l a g - l e a d   c o m p e n s a t o r   a r e   p r e s e n t e d   i n   F i g u r e   1 2   a n d   F i g u r e   1 3 ,   r e s p e c t i v e l y .   T h e   r e s p o n s e s   o f   t h e   c l o s e d - l o o p   c o n t r o l   w i t h   t h e   l a g - l e a d   c o m p e n s a t o r   b y   u s i n g   d i f f e r e n t   g a i n s   a r e   s h o w n   i n   F i g u r e   1 4 .   T h e   r i s e   t i m e   a n d   t h e   s t e a d y   s t a t e   e r r o r   o f   t h e   l a g - l e a d   c o m p e n s a t o r   a r e   p r e s e n t e d   i n   T a b l e   2 .     + + + + 2 2 1 1 b s a s b s a s K c     F i g u r e   1 2 .   T h e   b l o c k   d i a g r a m   o f   t h e   l a g - l e a d   c o m p e n s a t o r .           F i g u r e   1 3 .     T h e   L a b Vi e w   p r o g r a m   o f   t h e   l a g - l e a d   c o m p e n s a t o r .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L K O M N I K A     I SSN :   1 6 9 3 - 6 9 3 0             L a g - L e a d   C o m p e n s a t o r   f o r   Sh a p e   M e m o r y   Al l o y   i n   G r i p p i n g   .   ( M a d e   A n d i k   Se t i a w a n )   2 5 3   0 0 . 5 1 1 . 5 2 2 . 5 3 0 2 4 6 8 1 0 1 2 X :   2 . 7 8 2 Y :   1 1 L a g   C o m p e n s a t o r   R e s p o n s e s T i m e   ( s e c o n d ) A n g u l a r   D i s p l a c e m e n t   ( D e g r e e ) K c = 0 . 1   a 1 = 0 . 1 8   b 1 = 0 . 0 3 6   a 2 = 0 . 0 1 8   b 2 = 0 . 3 6 0 0 . 5 1 1 . 5 2 2 . 5 3 0 2 4 6 8 1 0 1 2 X :   2 . 9 0 8 Y :   1 1 . 0 4 L a g   C o m p e n s a t o r   R e s p o n s e s T i m e   ( s e c o n d ) A n g u l a r   D i s p l a c e m e n t   ( D e g r e e ) K c = 0 . 1   a 1 = 0 . 1 8   b 1 = 0 . 0 1 8   a 2 = 0 . 0 1 8   b 2 = 0 . 0 9 0 0 . 5 1 1 . 5 2 2 . 5 3 3 . 5 0 2 4 6 8 1 0 1 2 X :   3 . 0 5 Y :   1 1 . 1 6 L a g   C o m p e n s a t o r   R e s p o n s e s T i m e   ( s e c o n d ) A n g u l a r   D i s p l a c e m e n t   ( D e g r e e ) K c = 0 . 1   a 1 = 0 . 1 8   b 1 = 0 . 0 9   a 2 = 0 . 0 1 8   b 2 = 0 . 1 8   a .                                                                                                                     b .                             c .     F i g u r e   1 4 .   T h e   l a g - l e a d   c o m p e n s a t o r   r e s p o n s e   w i t h   ( a ) .   b 1 = 0 . 0 3 6 ,   a 2 = 0 . 0 1 8   a n d   b 2 = 0 . 3 6 ,     ( b ) .   b 1 = 0 . 0 1 8 ,   a 2 = 0 . 0 1 8   a n d   b 2 = 0 . 0 9 ,   ( c ) .   b 1 = 0 . 0 9 ,   a 2 = 0 . 0 1 8   a n d   b 2 = 0 . 1 8 .       T a b l e   2 .   T h e   r e s p o n s e   o f   t h e   c l o s e d - l o o p   c o n t r o l   w i t h   t h e   l a g - l e a d   c o m p e n s a t o r   N o   Kc   a 1   b 1   a 2   b 2   R i s e   T i m e   ( s e c o n d )   St e a d y   St a t e   Er r o r   ( % )   1   0 . 1   0 . 1 8   0 . 0 3 6   0 . 0 1 8   0 . 3 6   0 . 6 4 4 5   1 0 . 0 0   2   0 . 1   0 . 1 8   0 . 0 1 8   0 . 0 1 8   0 . 0 9   0 . 5 8 1 6   1 0 . 4 0   3   0 . 1   0 . 1 8   0 . 0 9   0 . 0 1 8   0 . 1 8   0 . 5 6 5 9   1 1 . 6 0   4   0 . 1   0 . 1 8   0 . 0 9   0 . 0 1 8   0 . 0 9   0 . 6 9 1 7   1 2 . 1 0       4 .   C o n c l u s i o n s   n u m b e r   o f   t e s t s   o n   t h e   p e r f o r m a n c e   c h a r a c t e r i z a t i o n   o f   t h e   SM s p r i n g   w e r e   c o n d u c t e d .   T h e   p e r f o r m a n c e   c h a r a c t e r i z a t i o n   e x p e r i m e n t   o f   t h e   S M s p r i n g   i s   t h e   m o v e m e n t   r e s p o n s e .   T h e   m o v e m e n t   r e s p o n s e   e x p e r i m e n t   i s   c o n d u c t e d   w i t h   a p p l y i n g   d i f f e r e n t   f r e q u e n c i e s   a n d   d i f f e r e n t   d u t y   c y c l e s   o f   PW M   s i g n a l s .   T h e   1 2 5   H z   f r e q u e n c i e s   a r e   l i k e l y   t o   h a v e   t h e   f a s t e s t   r e s p o n s e   o f   t h e   SM s p r i n g .   I n   t h i s   s t u d y ,   a   n u m b e r   o f   t e s t s   o n   p o s i t i o n   c o n t r o l   o f   t h e   g r i p p e r   a r e   a l s o   c o n d u c t e d   b y   u s i n g   l a g ,   l e a d   a n d   l a g - l e a d   c o m p e n s a t o r s .   T h e   t u n i n g   o f   t h e   g a i n   i s   b a s e d   o n   e x p e r i m e n t a l l y   t u n i n g .   T h e   e x p e r i m e n t   r e s u l t s   i n d i c a t e d   t h a t   t h e   r i s e   t i m e   o f   t h e   g r i p p e r   s y s t e m   w a s   s h o r t e r   ( a p p r o x i m a t e l y   1 0   t i m e s )   t h a n   t h e   o p e n - l o o p   c o n t r o l l e r .   O n   t h e   o t h e r   h a n d   t h e   s m a l l e s t   s t e a d y   s t a t e   e r r o r   i s   o b t a i n e d   b y   l e a d   c o m p e n s a t o r .   T h e   l a g ,   l e a d   a n d   l a g - l e a d   c o m p e n s a t o r   a r e   l i k e l y   t o   b e   r e l i a b l e   a n d   s u i t a b l e   c o n t r o l l e r s   f o r   c l o s e   l o o p   c o n t r o l l e r   o f   t h e   SM s p r i n g   f o r   t h e   f u t u r e .     O n e   o f   t h e   SM c h a r a c t e r i s t i c   i s   t h a t   t h e   S M h a s   a   f a s t   r e s p o n s e   w h e n   h e a t e d   b u t   s l o w e r   o n   c o o l i n g .   T h e   S M h a s   d i s a d v a n t a g e   a t   c o o l i n g   p r o b l e m s .   By   d e v e l o p i n g   t h e   c o o l i n g   s y s t e m   o f   t h e   SM A ,   t h e   p e r f o r m a n c e   o f   t h e   g r i p p e r   w i l l   b e   s i g n i f i c a n t l y   i m p r o v e d .       R e f e r e n c e s   [ 1 ]   W a n g   Z G ,   Z u   XT ,   F e n g   XD ,   Z h u   S,   Ba o   J W ,   W a n g   L M .   C h a r a c t e r i s t i c s   o f   t w o - w a y   s h a p e   m e m o r y   T i N i   s p r i n g s   d r i v e n   b y   e l e c t r i c a l   c u r r e n t .   M a t e r i a l s   a n d   D e s i g n .   2 0 0 4 ;   2 5 ( 8 ) :   6 9 9 7 0 3 .   [ 2 ]   W o l f   R H ,   H e u e r   A H .   T i N i   ( Sh a p e   M e m o r y )   F i l m s   o n   Si l i c o n   f o r   M EM a p p l i c a t i o n s .   J o u r n a l   O f   M i c r o e l e c t r o m e c h a n i c a l   Sy s t e m s .   1 9 9 5 ;     4 ( 4 ) :   2 0 6 - 2 1 2 .   [ 3 ]   F o h s e   M ,   Ko h l m e i e r   T ,   G a t z e n   H H .   T h i n f i l m   t e c h n o l o g i e s   t o   f a b r i c a t e   a   l i n e a r   m i c r o a c t u a t o r .   Se n s o r s   a n d   Ac t u a t o r s   A:   Ph y s i c a l ,   2 0 0 1 ;   9 1 ( 2 ) :   1 4 5 - 1 4 9 .   [ 4 ]   C o r d o v a   F G ,   C o r o n a d o   J L ,   G o n z h l e z   AG .   D e s i g n   o f   a n   a n t h r o p o m o r p h i c   f i n g e r   u s i n g   s h a p e   m e m o r y   a l l o y   s p r i n g s .   I EEE   SM C   ' 9 9   C o n f e r e n c e   o n   Sy s t e m s ,   M a n ,   a n d   C y b e r n e t i c s .   T o k y o .   1 9 9 9 ;   2 :   7 9 4 7 9 9 .   [ 5 ]   Z h a n g   H ,   Be l l o u a r d   Y,   Bu r d e t   E ,   C l a v e l   R ,   A u n - N e o w   P,   H u t m a c h e r   D W .   Sh a p e   M e m o r y   Al l o y   M i c r o g r i p p e r   f o r   R o b o t i c   M i c r o a s s e m b l y   o f   T i s s u e   En g i n e e r i n g .   I EEE  I n t e r n a t i o n a l   C o n f e r e n c e   o n   R o b o t i c s   a n d   A u t o m a t i o n   ( I C R ' 0 4 ) .   Ba r c e l o n a .   2 0 0 4 ;   5 :   4 9 1 8 4 9 2 4 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                                I S SN :   1 6 9 3 - 6 9 3 0     T E L K O M N I K A     V o l .   8 ,   N o .   3 ,   D e c e m b e r   2 0 1 0   :     2 4 5     2 5 4   2 5 4   [ 6 ]   M e n c i a s s i   A,   M o g l i a   A,   G o r i n i   S,   Pe r n o r i o   G ,   St e f a n i n i   C ,   D a r i o   P.   Sh a p e   m e m o r y   a l l o y   c l a m p i n g   d e v i c e s   o f   a   c a p s u l e   f o r   m o n i t o r i n g   t a s k s   i n   t h e   g a s t r o i n t e s t i n a l   t r a c t .   J o u r n a l   o f   M i c r o m e c h a n i c s   a n d   M i c r o e n g i n e e r i n g .   2 0 0 5 ;   1 5 ( 1 1 ) :   2 0 4 5 2 0 5 5 .   [ 7 ]   M i l l e t   O ,   Be r n a r d o n i   P,   R é g n i e r   S ,   Bi d a u d   P,   T s i t s i r i s   E,   C o l l a r d   D ,   Bu c h a i l l o t   L .   El e c t r o s t a t i c   a c t u a t e d   m i c r o   g r i p p e r   u s i n g   a n   a m p l i f i c a t i o n   m e c h a n i s m .   Se n s o r s   a n d   Ac t u a t o r s   A:   Ph y s i c a l .   2 0 0 4 ;   1 1 4 ( 2 ) :   3 7 1 3 7 8 .   [ 8 ]   Pe i r s   J ,   R e y n a e r t s   D ,   Va n - B r u s s e l   H .   M i c r o   R o b o t i c   Ar m   f o r   Se l f   Pr o p e l l i n g   C o l o n o s c o p e .   6 t h   I n t e r n a t i o n a l   C o n f e r e n c e   o n   N e w   Ac t u a t o r s .   B r e s m e n .   1 9 9 8 :   5 7 6 - 5 7 9 .   [ 9 ]   C e c i l   J ,   G o b i n a t h   N .   D e v e l o p m e n t   o f   a   v i r t u a l   a n d   p h y s i c a l   w o r k   c e l l   t o   a s s e m b l e   m i c r o - d e v i c e s .   R o b o t i c s   a n d   C o m p u t e r - I n t e g r a t e d   M a n u f a c t u r i n g .   2 0 0 5 ;   2 1 ( 4 ) :   4 3 1 4 4 1 .   [ 1 0 ]   O g a t a   K.   M o d e r n   C o n t r o l   En g i n e e r i n g .   T h i r d   e d i t i o n .   N e w   Yo r k :   Pr e n t i c e - H a l l   I n c ,   1 9 9 7 .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.