مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

مدلسازی، ساخت و ارزیابی یک میکرو ربات مجهز به عملگر ارتعاشی

نویسندگان
1 دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی مکانیک - کنترل و رباتیک
2 عضو هیات علمی دانشکده مهندسی مکانیک و هوافضا- دانشگاه صنعتی شیراز
3 دانشکده مهندسی مکانیک و هوافضا-دانشگاه صنعتی شیراز
چکیده
هدف از این تحقیق مدلسازی، کنترل و ساخت یک میکرو ربات با استفاده از عملگرهای ارتعاشی و بررسی سختی پایه های میکرو ربات و ضریب اصطکاک بر روی حرکت می باشد. در این میکرو ربات از اصل حرکتی لغزش-چسبیدن، جهت حرکت و از دو عدد موتور ارتعاشی کوچک جهت راه اندازی آن، استفاده شده است. در ابتدا معادلات حاکم بر میکرو ربات استخراج و تحلیل شده اند. با مدلسازی آن، به صورت سیستم فشرده، شامل سه جرم که با فنرهای سخت به هم وصل شده اند، نیروهای اصطکاک محاسبه شده است. سپس به وسیله دو معادله کوپل مکانیکی و الکتریکی مدل مناسب عملگرها به دست آمد. در گام بعدی روند شبیه سازی با استفاده از محیط سیمولینک و متلب بیان شد و نتایج آن ارائه گردید. سپس به بررسی تاثیر ضریب فنریت پایه ها و ضریب اصطکاک بر روی حرکت میکرو ربات پرداخته شده است. پس از آن کنترل کننده تناسبی-انتگرالی-مشتقی یا همان PID برای این کار در نظر گرفته شد. در نهایت نیز فرآیند ساخت و ارزیابی تجربی میکرو ربات ارائه شده است. با توجه به شبیه سازی های انجام شده دقت حرکتی آن در حالت بیشترین سرعت مسستقیم ، حدود 17 میکرومتر می باشد و مطابق با ارزیابی تجربی، سرعت مستقیم میکرو ربات حدود 4mm/s، به ازای ولتاژ مرجع 1V، می باشد.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Modeling, development, and evaluation of a micro-robot equipped with vibratory actuator

نویسندگان English

Marziyeh Karami 1
AliReza Tavakolpour-Saleh 2
Ashkan Norouzi 3
1 Department of Mechanical and Aerospace Engineering
2 Department of Mechanical and Aerospace Engineering, Shiraz University of Technology
3 Department of Mechanical and Aerospace Engineering, Shiraz University of Technology
چکیده English

The aims of this research paper are modeling, control and development of a mobile micro-robot equipped with vibratory actuators and investigating the effect of stiffness of microrobot's bases as well as friction coefficient on the robot dynamics. Accordingly, the motion principle of stick-slip is used and two small vibrating motors are utilized to run this micro-robot. First, the differential equations governing the micro-robotic platform are extracted and analyzed. Then, friction forces are calculated by modeling the micro-robot as a lumped system, consisting of three point masses connected together via stiff springs. Next, using mechanical and electrical coupled equations, an appropriate model for the vibratory actuators is obtained. In the next step, simulation process with SIMULINK and MATLAB is carried out and the simulation results are presented. Afterward, the influences of the stiffness of robot's bases as well as the friction coefficient on the motion of robot are investigated. A proportional-integral-derivative (PID) controller is applied to the micro-robot to precisely control its motion. Finally, the construction process and experimental evaluation of the micro-robot are presented. According to the simulation result, the positioning accuracy of the micro robot is about 17 m at its maximum translational velocity. Furthermore, a translational velocity of about 4mm/s corresponding to the reference voltage of 1 V is acquired using experiment.

کلیدواژه‌ها English

Micro-robot
vibratory actuator
friction force