سنتز بهینه مکانیزم نرم صفحه ای با استفاده از الگوریتم رقابت استعماری

مختاری کرچگانی, مهدی; واردی کولایی, سید مجتبی

doi:10.22034/jmeut.2021.42966.2796

سنتز بهینه مکانیزم نرم صفحه ای با استفاده از الگوریتم رقابت استعماری

نوع مقاله : مقاله کوتاه

نویسندگان

¹ کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی مکانیک و مکاترونیک، دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود، ایران

² استادیار، دانشکده مهندسی مکانیک و مکاترونیک، دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود، ایران

10.22034/jmeut.2021.42966.2796

چکیده

مکانیزمهای نرم از طبیعت انعطافپذیر خود برای حرکت استفاده کرده و از نظر عملکردی نسبت به مکانیزمهای سنتی دارای مزیتهایی از جمله دقت بالاتر، طراحی یکپارچه و هزینه ساخت کمتر میباشند. این مکانیزمها دارای کاربردهای فراوانی در زمینههای مختلف از قبیل حسگرها، گریپرها، سیستمهای میکروالکترومکانیک، رباتهای جراحی و ابزارهای با دقت بالا میباشند. بهینهسازی توپولوژی و یا استخراج ساختار بهینه مکانیزمهای نرم صفحهای با استفاده از روش رقابت استعماری، موضوع اصلی این پژوهش است. همچنین از روش الگوریتم ژنتیک برای ارزیابی و مقایسه نتایج استفاده شده است. برای تحلیل این مکانیزمها که از المانهای تیر تشکیل شدهاند، از روش المانمحدود استفاده شده است. نتایج نشان میدهند روشهای بهینهسازی به خوبی توانستهاند مساله سنتز بهینه مکانیزم را حل و نتایج را بین 20 تا 30 درصد نسبت به مقالات مشابه بهبود بخشد. همچنین مقایسه دو الگوریتم مورد استفاده نشان میدهد که الگوریتم رقابت استعماری توانسته پابهپای الگوریتم ژنتیک و در برخی معیارهای مقایسهای، بهتر از آن عمل کند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

طراحی مکانیزمها

مراجع

حسنزاده ر. ، محمدی دانیالی ح. و دردل م.، طراحی مفصل امن منفعل در بازوی ربات با استفاده از مکانیزم چهارمیله‌ای. مجلۀ مهندسی مکانیک دانشگاه تبریز، د. 51، ش. 4، ص 89-94، 1400.
Krishnan G. and Ananthasuresh G.K. Evaluation and design of displacement-amplifying compliant mechanisms for sensor applications. Journal of Mechanical Design, 130, No.10, 2008.
Gao Z. and Zhang D., Design, analysis and fabrication of a multidimensional acceleration sensor based on fully decoupled compliant parallel mechanism. Sensors and actuators A: physical, 163, no. 1, pp. 418-427, 2010.
Luharuka R. and Hesketh P.J., Design of fully compliant, in-plane rotary, bistable micromechanisms for MEMS applications. Sensors and Actuators A: Physical, Vol.134, no. 1, pp. 231-238, 2007.
Kota S., Joo J., Li Z., Rodgers S.M. and Sniegowski J. Design of compliant mechanisms: applications to MEMS. Analog integrated circuits and signal processing, Vol. 29, no. 1-2, pp. 7-15, 2001.
Zhang D., Zhang Z., Gao Q., Xu D. and Liu S., Development of a monolithic compliant SPCA-driven micro-gripper. Mechatronics, Vol. 25, pp. 37-43, 2015.
Martin T., Gengenbach U., Guth H., Ruther P., Paul O. and Bretthauer G., Silicon linkage with novel compliant mechanism for piezoelectric actuation of an intraocular implant. Sensors and Actuators A: Physical, Vol. 188, pp. 335-341, 2012.
Kota S., Lu K.J., Kreiner Z., Trease B., Arenas J. and Geiger J., Design and application of compliant mechanisms for surgical tools. pp. 981-989, 2005.
Hetrick J.A. and S. Kota., An energy formulation for parametric size and shape optimization of compliant mechanisms. pp. 229-234, 1999.
Howell, L.L., Compliant mechanisms. In 21st century kinematics, pp. 189-216. Springer, London, 2013.
Saxena A. and Ananthasuresh G.K., On an optimal property of compliant topologies. Structural and multidisciplinary optimization, Vol. 19, no. 1, pp. 36-49, 2000.
Saxena, A., Topology design of large displacement compliant mechanisms with multiple materials and multiple output ports. Structural and Multidisciplinary Optimization, Vol. 30, no. 6, pp. 477-490, 2005.
Cao L., Dolovich A.T. and Zhang W.C., Hybrid compliant mechanism design using a mixed mesh of flexure hinge elements and beam elements through topology optimization. Journal of Mechanical Design, Vol. 137, no. 9, 2015.
Ling M., Cao J., Jiang Z. and Lin J., A semi-analytical modeling method for the static and dynamic analysis of complex compliant mechanism. Precision Engineering, Vol. 52, pp. 64-72, 2018.
Diab N. and Smaili A., An ants-search based method for optimum synthesis of compliant mechanisms under various design criteria. Mechanism and Machine Theory, Vol. 114, pp. 58-97, 2017.
Atashpaz-Gargari, Esmaeil, and Caro Lucas. "Imperialist competitive algorithm: an algorithm for optimization inspired by imperialistic competition." In 2007 IEEE congress on evolutionary computation, pp. 4661-4667. Ieee, 2007.