مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

طراحی و مدلسازی بازوی مصنوعی با استفاده از آلیاژهای حافظه‌دار

نویسندگان
1 دانشکده مهندسی فناوریهای نوین-دانشگاه تبریز
2 هیات علمی دانشگاه نبریز
چکیده
آلیاژهای حافظه‌دار (SMA) زیر مجموعه‌ای از مواد هوشمند هستند که ویژگی اساسی آنها تغییر شکل بزرگ ناشی از تغییر در ریزساختار آنها، تحت تاثیر دما و میدان مغناطیسی می‌باشد. این آلیاژها دو اثر مهم حافظه داری و سوپرالاستیسته را ازخود نشان می‌دهندکه باعث می‌شود این مواد به کاندیدای بسیار مناسبی برای سیستم‌های کنترل، سنسورها و طراحی عملگرها تبدیل شوند. از مزایای آلیاژهای حافظه‌دار می‌توان به اندازه کوچک، وزن کم، نیاز به توان تحریک پایین، تحریک‌پذیری الکتریکی و حرارتی، عملکرد و تحریک بیصدا در مقایسه با سایر محرک‌ها، عمر مفید و طولانی و نسبت توان به وزن بالا اشاره کرد. فرکانس عملکردی محدود این آلیاژها یکی از عمده معایب آنهاست. در این مقاله، با الهام از نحوه قرارگیری عضله‌ها در بازوی انسان عملگرجدیدی برای تقلید حرکت بازو طراحی شده و با استفاده از اثر ترموالکتریک زمان پاسخ عملگر کاهش یافته است. این فرآیند مستلزم حل همزمان معادلات انتقال حرارت، معادلات ساختاری، توصیف فرایند تغییر فاز و همچنین معادلات دینامیکی حاکم بر عملگر می باشد. پاسخ دینامیکی عملگر با نتایج تجربی موجود در سایر مقالات مقایسه و صحت نتایج حاصل از این مدلسازی‌ها بررسی می‌شود و تاثیر پارامترهای مختلف بر روی پاسخ عملگر مورد بررسی قرارمی‌گیرد. نتایج حاصل نشانگر آن است که با استفاده از روش پیشنهادی می‌توان زمان پاسخ عملگر را تا بیش از 50% کاهش داد.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Design and modeling of artificial arm muscle using shape memory alloys

نویسندگان English

Abdoollah Fadaiepour 1
Hesam Khajehsaeid 1
Ahmad Ghanbari 2
1 Faculty of Engineering-Emerging Technologies-University of Tabriz
2 Faculty of Engineering-Emerging Technologies-University of Tabriz
چکیده English

Shape memory alloys are a category of smart materials which exhibit large deformations under temperature or magnetic stimuli due to micromechanical changes. These alloys offer a good potential in design of control systems, sensors and actuators due to two main effects called shape memory effect and superelastic effect. Main advantages of these systems are their small scale, low weight, low activation power, long life and high power to weight ratio. On the other hand, the main disadvantage of thermal ones is their low actuation frequency. In this work, inspired by human arm muscles, a new actuator is designed and its actuation time is minimized utilizing the thermoelectric effect. The process requires simultaneous analysis of heat transfer, constitutive equations, phase transformation and also the dynamic equations of the actuator. The dynamic response of the designed actuator is compared with the similar experimental data available in the literature and finally it is shown that, the actuation time of the proposed actuator can be reduced at least 50% thanks to the Peltier effect.

کلیدواژه‌ها English

Shape memory alloys
Thermoelectric effect
Artificial muscle
dynamic response