مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

کنترل فازی انگشت مصنوعی یک ربات با استفاده از عملگرهای آلیاژ حافظه دار

نویسندگان
1 عضو هیات علمی دانشگاه آزاد اسلامی قزوین
2 فارغ التحصیل دانشگاه آزاد قزوین
3 استادیار گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد پردیس
چکیده
امروزه، آلیاژهای حافظه‌دار به علت توان بالا، حجم‌کم و سازگاری با بدن انسان، به صورت گسترده در ساخت عملگرها در اندام پروتزی و تجهیزات پزشکی استفاده می-شوند. در این مقاله کنترل فازی یک نمونه واقعی انگشت مصنوعی با استفاده از خواص عملگر‌های آلیاژ حافظه‌دار ارائه می‌شود. بدین منظور ابتدا مدل دینامیکی یک انگشت رباتیک سه ‌درجه آزادی با مفاصل چرخشی که از سیم آلیاژ حافظه‌دار به عنوان زردپی به منظور جمع شدن هر بند‌انگشت و یک فنر پیچشی به منظور بازگرداندن هر بند به محل اولیه استفاده می‌کند، ارائه می‌شود. پس از شبیه‌سازی مدل دینامیکی انگشت در محیط سیمولینک نرم‌افزار متلب، با استفاده از نتایج شبیه‌سازی و انتخاب بهینه‌ی پارامترها و ویژگی‌های سیستم، نمونه‌ی واقعی انگشت به همراه مدارات کنترلی لازم ساخته شده و مورد آزمایش قرار می‌گیرد. در انتها به طراحی و پیاده‌سازی سیستم کنترل فازی برای انگشت پرداخته می‌شود. تنظیم گین‌های کنترلر به گونه‌ای صورت پذیرفته که ولتاژ ورودی به این عملگرها دارای حداقل میزان ماکزیمم پرش و خروجی سیستم دارای حداقل زمان رسیدن به پایداری ‌باشند. نتایج حاصل از آزمایش‌های عملی، عملکرد مناسب کنترلر فازی طراحی شده در دستیابی به موقعیت هر یک از بندهای انگشت به عنوان خروجی، با خطای کم و دقت بالا را نشان می‌دهد. همچنین نتایج آزمایشات عملی، اعتبار، دقت بالا و صحت مدل شبیه‌سازی شده‌ را تایید می‌نماید.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Fuzzy control of an artificial finger robot using shape memory alloy actuators

نویسندگان English

Mohammad Mahdi Kheirikhah 1
Maryam Tatlari 2
Alireza Khodayari 3
چکیده English

Shape Memory Alloy (SMA) wires are currently employed in robotics as actuators of prosthetic limbs and medical equipment due to advantages such as reducing the size in the application, high power-to-weight ratio and elimination of complex transmission systems. In this paper, a fuzzy control system has been designed and implemented for an artificial finger using the SMA actuators. This robotic finger has been designed and modeled with three revolute joints and three SMA wires as the tendon in order to adduction each phalange of the finger and torsional springs to restore them to their original positions. The dynamic model of the finger has been simulated in MATLAB/Simulation. Based on the simulation results, optimal choice of parameters and system features has been obtained and a prototype of finger has been built and tested. Gains of the controllers are set so that the current applied to SMA wires has minimum overshoot and the output of the system has minimal time to achieve stability. The comparison between the simulation results and the actual measured data show that the simulated model is accurate.

کلیدواژه‌ها English

Shape Memory alloy
artificial finger
simulation
Fuzzy controller
prototyped sample