23809

MEC2 253

كارشناسي ارشد

مهندسي مكانيك - طراحي كاربردي

فني و مهندسي

1403/02/31

66ص.

كورش حسن پور

عملگر نرم , تحريك پنوماتيك , الياف تقويت‌‌‌كننده , مدل‌‌‌سازي عملگر مارپيچ

عملگرهاي نرم پنوماتيكي به‌عنوان عملگرهايي با ايمني و قابليت تطبيقپذيري بالا، بسيار قابل توجه محققان قرار گرفتهاند، به طوري كه آنها را به گزينهاي ايدهآل براي ساخت تجهيزاتي كه تعامل بالايي با انسانها دارند تبديل كرده است. همچنين حركت پيچش در عملگرهاي نرم دامنه كاربرد اين عملگرها را در صنعت و حوزه پزشكي افزايش داده است. البته اين ويژگي‌‌‌هاي مثبت، مشكلاتي را نيز به همراه دارد. تطبيق‌‌‌پذيري بالاي رباتهاي نرم به واسطه درجات آزادي زياد آنها فراهم شده و بدين ترتيب مدلسازي آنها را به چالشي جدي براي پژوهشگران تبديل كردهاست. در اين پايان‌‌‌نامه با بهكارگيري روش اجزا محدود، به مدلسازي يك عملگر نرم پبچشي با الياف تقويتكننده كه تحت فشار داخلي قرار دارد، پرداخته شدهاست. مدل‌سازي المان محدود در نرم‌افزار آباكوس انجام شده كه براي مشاهده رفتار عملگر‌هاي نرم پنوماتيكي استوانه‌ايي استفاده مي‌شود. در اين مدل اثر دو دسته الياف كه با زاويه‌‌‌هاي متفاوت حول عملگر پيچيده‌‌ ‌شده‌‌‌اند، در كنار يك رشته ليف بررسي شده است. همچنين يك مدل رياضي براي بيان و درك رفتار مارپيچ‌‌‌گونه عملگر تقويت شده با الياف با استفاده از روش انرژي ارائه شده است. نتايج اين مدل‌سازي بر حسب زواياي مختلف الياف استخراج و در قالب نمودارهايي رسم شده است. اين نمودارها ارتباط بين ميزان پيچش در عملگر را بر حسب فشار داخلي بيان مي‌‌‌كنند و از آن‌ها به منظور نمايش تاثير عوامل مختلف مانند زاويه الياف و اندازه فشار بر حركت مارپيچ عملگرها استفاده مي‌‌‌شود. نتايج نشان مي‌دهد در صورت كنار گذاردن شرط عدم تغيير امتداد محور استوانه كه در مطالعات پيشين صورت گرفته، عملگر شكل مارپيچ به خود مي‌گيرد كه تاكنون مدل نشده است. مدل‌سازي شكل مارپيچ و ارتباط آن با پارامترهاي مسئله از جمله فشار نوآوري مد نظر اين پايان‌‌‌نامه مي‌‌‌باشد.

Soft Pneumatic Actuator , Rein-forcing Fibers , Helical Modeling , Twist

Helical Modeling in Fiber-Reinforced Soft Actuators

مهندسي مكانيك

Soft Pneumatic bending actuators as safe and highly adaptable robots are being considered by researchers, such that they become an ideal choice for making devices that interact more with humans. Also, the helical movement in soft actuators has increased the area of application of these actuators in the industry and medical field. Of course, These advantages come along with several disadvantages Their great adaptability is provided by their high degrees of freedom, and consequently, it makes the modeling a significant challenge for researchers. In this thesis, by using the finite element method, the modeling of a soft actuator with reinforcing fibers under internal pressure is discussed. Finite element modeling in the ABAQUS software has been performed to observe the behavior of cylindrical pneumatic soft actuators. In this model, the effect of two families of fibers that are wrapped around the actuator at different angles, plus one strand of fiber, has been investigated. Additionally, a mathematical model has been proposed to express and comprehend the helical behavior of fiber-reinforced actuators using the energy method. Results extracted from finite element modeling for various fiber angles are graphically presented. These diagrams express the relationship between the amount of twist in the actuator in terms of internal pressure and they are used to show the effect of various factors such as the angle of the fibers and the amount of pressure on the spiral movement of the actuators. The results show that, by neglecting the condition of constant extension of the cylinderʹs axis, which was considered in previous studies, the actuator undergoes helical deformation, which has not been modeled so far. The modeling of the helical shape and its relationship with the parameters of the problem, including the pressure, is the innovation considered in this thesis.

5