مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

طراحی و مدلسازی دینامیکی یک ماژول متشکل از فنر فشاری تحریک شده با سیم آلیاژ حافظه‌دار

نویسندگان
1 عضو هیئت علمی، دانشکده علوم و فنون نوین دانشگاه تهران
2 دانشگاه تربیت دبیر شهید رجایی
چکیده
در سال‌های اخیر مطالعات زیادی در زمینه طراحی و ساخت بازوهای مکانیکی در مقیاس کوچک انجام گرفته است. این بازوها کاربردهای زیادی در صنعت و به‌خصوص در پزشکی دارند. یک کاربرد عملی این بازوها آندوسکوپی می باشد. در آندوسکوپی علاوه بر کوچک بودن بازو، به قابلیت مانور بالا و چرخش مناسب سر بازو و همچنین انعطاف‌پذیری بدنه بازو نیاز می باشد تا امکان حرکت آسان آندوسکوپ در محیط پر پیچ و خم روده در مقایسه با نمونه های قدیمی فراهم شود. در این مقاله توسعه یک ماژول پایه ای انعطاف پذیر برای استفاده در این ساختار مدنظر قرار گرفته است. با اتصال سه سیم آلیاژ حافظه‌دار در زوایای 120 درجه نسبت به هم در اطراف یک فنر فشاری، امکان تغییر زاویه‌ نسبتا بزرگ صفحات ابتدایی و انتهایی فنر با کرنش کم سیم آلیاژ حافظه‌دار فراهم می‌شود. در این مقاله مدلی برای تغییر شکل فنر توسعه یافته که با مدل برینسون برای رفتار سیم آلیاژ حافظه‌دار ترکیب و برای بیان رفتار ماژول استفاده شده است. مدلسازی دینامیکی و شبیه سازی در محیط سیمولینک نرم‌افزار متلب پیاده سازی و عملکرد ماژول و ابعاد بهینه‌ آن برای کاربرد مورد نظر پیشنهاد گردیده است. با استفاده از نتایج شبیه سازی و تجربی، ابعاد مناسب ماژول برای ایجاد بیشترین چرخش تحت تاثیر سیم آلیاژ حافظه‌دار پیشنهاد شده است.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Design and dynamic modeling of a module included a compressive spring and actuated by shape memory alloy wire

نویسندگان English

Alireza Hadi 1
Mohammad Morad Sheikhi 2
Mehdi Qasemi 2
چکیده English

In recent years many investigations have been performed on design and fabrication of micro mechanical manipulators. These manipulators have a wide application in industry specifically medical applications. A practical usage of this manipulator is endoscopy system. In the endoscopy system, we need a small manipulator with high maneuverability and flexible body to make the probe’s movement into a colon easier than classic manipulators. In this paper a basic flexible module is developed for use in this structure. Connecting three wires of shape memory alloy uniformly distributed in circumference of a compressive spring with angle of 120 degrees, it is possible to make an almost large displacement in the end planes with small strain of wires. In this paper, a model is developed to define the spring deformation which in the following is coupled with the model of SMA wire presented by Brinson to describe the module behavior definitely. Dynamic modeling and simulation is implemented in MATLAB-Simulink and module performance in addition to proper geometry for the considered application is extracted. Through the results of simulation verified by experiment, proper parameters of module for providing more deflection and rotation when activated by SMA are extracted.

کلیدواژه‌ها English

Compressive spring
Shape memory alloy wire
Dynamic modeling