مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

طراحی، ساخت و کنترل یک ماژول رباتیکی پیوسته با محرکهای فنر آلیاژ حافظه‌دار

نویسندگان
1 عضو هیئت علمی، دانشکده علوم و فنون نوین دانشگاه تهران
2 دانشگاه تهران
3 استادیار دانشگاه تهران
چکیده
بازوهای رباتیکی پیوسته و انعطاف‌پذیر کاربردهای ویژه‌ای در بسیاری از زمینه‌ها، از جمله ادوات پزشکی دارند. نمونه‌هایی از این کاربردها، بازوهای رباتیکی مورد استفاده در انجام عملهای جراحی درون بدن، یا ابزار آندوسکوپی و کلونوسکوپی مجاری داخل بدن انسان، مانند مری و روده می‌باشد. اندازه‌ی کوچک و قابلیت مانور زیاد، توانمندی این ابزارها را در کاربردهای مورد نظر افزایش می‌دهد. یکی از محرکهای مفید در کوچک‌سازی سیستمهای مکاترونیکی، آلیاژهای حافظه‌دار می‌باشد. این مواد که معمولاً بصورت محرکهای خطی در سیستمها مورد استفاده قرار می‌گیرد می‌توانند نیروهای بسیار زیادی در مقابل وزن خود اعمال نمایند. در این مقاله، با جایگذاری سه فنر آلیاژ حافظه‌دار در ساختار یک ماژول انعطاف‌پذیر، مکانیزمی دو درجه آزادی ایجاد شده است. این ماژول، قابلیت ویژه‌ای در توسعه‌ی سیستمهای ماژولار رباتیکی، بخصوص بازوهای انعطاف‌پذیر دارد. ماژول طراحی شده تغییر شکلهای بزرگی داشته و فضای دسترسی مناسبی را فراهم می‌کند. در این پژوهش، مدلسازی ماژول، به منظور استخراج پارامترهای طراحی و شبیه‌سازی، مورد بررسی قرار گرفته است. با توجه به خواص پیچیده آلیاژ حافظه‌دار و وجود نایقینی در مدل، کنترل ماژول مشکل می‌باشد. از اینرو با به کارگیری الگوریتم کنترلی غیر مدل مبنا، در این مقاله سعی شده است تا شکل نهایی ماژول کنترل گردد. عملکرد کنترلر معرفی شده با آزمایشات تجربی صحه‌گذاری شده است. فضای کاری گسترده و کنترل‌پذیری مناسب ماژول استفاده از آن برای کاربردهای واقعی را کاملاً توجیه می‌نماید.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Design, manufacturing and control of a continuum robotic module actuated by shape memory alloys

نویسندگان English

Alireza Hadi 1
Hossein Akbari 2
Khalil Alipour 3
چکیده English

Continuum and flexible manipulators have a special role in medical applications. One application is robotic manipulators use for surgery or endoscopic tool use for inspection of body parts like esophagus or colon. In addition to small size, better maneuverability increases the tool performance in real applications. One of the useful actuators in miniaturizing mechatronic systems is shape memory alloys. The material which is usually used as a linear actuator produce high forces in comparison to weight. In this paper, embedding three shape memory springs inside the structure of a flexible module, a two-DOF mechanism is provided. The module has a rigorous usage in modular robotic systems especially flexible manipulators. The developed module produces large deflection in addition to covering a large workspace. Modeling of the module is discussed in this paper for extracting module parameters in design and implementing the simulation. Through the complex behavior of SMA and uncertainty in model, control of SMA is a challenge. In this paper using a novel algorithm, a desired shape for the module is provided. Using the new non model based control approach, the final shape or position is realized. The adequacy of introduced controller is verified through experiments. Large workspace and controllability of module make it feasible for real applications.

کلیدواژه‌ها English

Shape Memory Alloy Spring
Continuum Module
Design
Control