مدلسازی میکروربات نرم مجهز به محرک آلیاژ حافظه‌دار و بررسی تاثیر جریان الکتریکی و سرعت سیال خنک کننده بر رفتار دینامیکی آن

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد، گروه مهندسی طراحی و ساخت، دانشگاه تحصیلات تکمیلی صنعتی و فناوری پیشرفته، کرمان، ایران

2 دانشیار، گروه مهندسی طراحی و ساخت، دانشگاه تحصیلات تکمیلی صنعتی و فناوری پیشرفته، کرمان، ایران

3 گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه تحصیلات تکمیلی صنعتی و فناوری پیشرفته، کرمان، ایران

چکیده

در این مقاله، مدل‌سازی دینامیکی یک میکروربات نرم مجهز به محرک‌های آلیاژ حافظه‌دار ارائه شده است. با توجه به ساختار و انطباق پذیری بالای ربات­های نرم، این ربات‌ها کاربردهای متنوعی دارند. از آنجایی که محرک‌های از جنس آلیاژ حافظه‌دار دارای ویژگی‌هایی از جمله سازگاری زیستی، قدرت بالا، ابعاد کوچک، بدون صدا هستند گزینه مناسبی برای میکروروبات‌ها بشمار می‌روند. با توجه به عدم وجود مدل دینامیکی یکپارچه برای ربات‌های نرم مجهز به محرک آلیاژ حافظه‌دار، مدل‌سازی دینامیکی این ربات­ها اهمیت ویژه­ای دارد. برای این منظور، معادلات حاکم بر حرکت ربات نرم و معادلات ساختاری محرک‌ استخراج شده است. برای مدل‌سازی دینامیکی میکروربات نرم از نظریه کسرت و از مدل لیانگ و راجرز برای مدل‌سازی رفتار محرک آلیاژ حافظه‌دار استفاده شده است. همچنین مدل‌سازی انتقال گرمای همرفت آزاد و اجباری در فرایندهای گرمایش و سرمایش انجام شده است. پس از استخراج معادلات، شبیه­سازی­ رفتار دینامیکی میکروربات انجام شده است و اثر جریان الکتریکی و سرعت سیال بر رفتار دینامیکی ربات بررسی شده است. نتایج شبیه­سازی­ها نشان می­دهد مدل ارائه شده رفتار میکروربات را به خوبی شبیه­سازی می­کند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

مراجع

  • Liu C., Dong E., Xu M., Alici G. and Yang J., Locomotion analysis and optimization of actinomorphic robots with soft arms actuated by shape memory alloy wires, International Journal of Advanced Robotic Systems, Vol. 15, N.4, pp.1-14, 2018.
  • Wallin T.J., Pikul J. and Shepherd R.F., 3D printing of soft robotic systems, Nature Reviews Materials, Vol. 3, No.6, pp.84-100, 2018.
  • توکلی س، دهقانی ر، کارآموز راوری م ر، کنترل مقاوم مبتنی بر شبکه عصبی شعاعی و تابع تصویر یک ربات‌ پیوسته مجهز به محرک‌های کابلی، مهندسی مکانیک تبریز، (1)51، 1400
  • صاحب‌سرا ف،تقوایی‌پور ا، غفاری‌راد ح، مدل‌سازی سینماتیکی بازوی ربات پیوسته الهام گرفته از اوریگامی با المان‌های انحنا- ثابت، مهندسی مکانیک مدرس، (11)19، 1398
  • Federico R., Cacucciolo V., Dias J., and Seneviratne L., Discrete Cosserat approach for soft robot dynamics: A new piece-wise constant strain model with torsion and shears, In 2016 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS), pp. 5495-5502. IEEE, 2016.
  • Mavroidis C., Pfeiffer C. and Mosley M, 5.1 conventional actuators, shape memory alloys, and electrorheological fluids, Automation, miniature robotics, and sensors for non-destructive testing and evaluation, 2000.
  • Rao A., Srinivasa A. R., Reddy J. N., Design of shape memory alloy (SMA) actuators, Springer, 2015.
  • Mohd Zaid A., Xian T. W., and Jalani J., Mini Robot Fingers using Shape Memory Alloy, ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences, Vol. 11, No. 18, 2016.
  • Wang Zh., Hang G., Li J., Wang Y., and Xiao K., A micro-robot fish with embedded SMA wire actuated flexible biomimetic fin, Sensors and Actuators A: Physical, Vol. 144, No. 2, pp.354-360, 2008.
  • Wei W., and Ahn S. H., Shape memory alloy-based soft gripper with variable stiffness for compliant and effective grasping, Soft robotics, Vol. 4, No. 4, pp.379-389, 2017.
  • Runge G., and Raatz A., A framework for the automated design and modelling of soft robotic systems, CIRP Annals, Vol. 66, No. 1, pp. 9-12, 2017.
  • Zhou X., Majidi C., and O’Reilly O. M., Soft hands: An analysis of some gripping mechanisms in soft robot design, International Journal of Solids and Structures, Vol. 64, pp.155-165, 2015.
  • Cheng SS, Kim Y, Desai JP., Modeling and characterization of shape memory alloy springs with water cooling strategy in a neurosurgical robot, Journal of intelligent material systems and structures, Vol. 28, No. 16, pp.2167-2183, 2017.
  • Daily-Diamond Ch. A., Novelia A., and O’Reilly O. M., Dynamical analysis and development of a biologically inspired SMA caterpillar robot, Bioinspiration & biomimetics, Vol. 12, No. 5, A. N. 056005, 2017.
  • Modabberifar M., and Spenko M., A shape memory alloy-actuated gecko-inspired robotic gripper, Sensors and Actuators A: Physical, Vol. 276, pp.76-82, 2018.
  • Huang X., Kumar K., Jawed M. K., Mohammadi Nasab A., Ye Z., Shan W., and Majidi C., Highly dynamic shape memory alloy actuator for fast moving soft robots, Advanced Materials Technologies, Vol. 4, No. 4, A. N. 1800540, 2019.
  • هادی ع، اکبری ح، عالی‌پور خ، طراحی، ساخت و کنترل یک ماژول رباتیکی پیوسته با محرک‌های فنر آلیاژ حافظه‌دار، مهندسی مکانیک مدرس، (2)16، 1395
  • Quintanar-Guzmán S., Kannan S., Aguilera-González A., Olivares-Mendez MA., Voos H., Operational space control of a lightweight robotic arm actuated by shape memory alloy wires: A comparative study, Journal of Intelligent Material Systems and Structures, Vol.30, No. 9, pp.1368-1384, 2019.
  • Abu Alqumsan A., Khoo S., Norton M., Robust control of continuum robots using Cosserat rod theory, Mechanism and Machine Theory, Vol. 131, pp.48-61, 2019.
  • Huang W. M., Ding Z., Wang C. C., Wei J., Zhao Y., and Purnawali H., Shape memory materials, Materials today, Vol. 13, No. 7-8, pp.54-61, 2010.
  • Van Humbeeck J., Shape memory alloys: a material and a technology, Advanced engineering materials, Vol. 3, No. 11 pp. 837-850, 2001.
  • Renda F., Cacucciolo V., Dias J. and Seneviratne L., Discrete Cosserat approach for soft robot dynamics: A new piece-wise constant strain model with torsion and shears In 2016 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS), pp. 5495-5502, 2016.
  • Renda F., Giorelli M., Calisti M., Cianchetti M. and Laschi C., Dynamic model of a multibending soft robot arm driven by cables, IEEE Transactions on Robotics, Vol. 30, No. 5, pp. 1109-1122, 2014.
  • راکی م، تحلیل دینامیک و کنترل ربات پیوسته با محرک‌های مغناطیسی. پایان‌نامۀ‌ کارشناسی‌ارشد، دانشگاه تحصیلات تکمیلی صنعتی و فناوری پیشرفته کرمان، 1398.
  • Cheng S. S. and Desai J. P., Towards high frequency actuation of SMA spring for the neurosurgical robot-MINIR-II, In 2015 IEEE international conference on robotics and automation (ICRA), pp. 2580-2585, 2015.
  • Bergman T. L., Incropera F. P., DeWitt D. P., Lavine A. S. Fundamentals of heat and mass transfer. New York: John Wiley & Sons, 2017.

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار