معرفی و مدل‌سازی یک میکروروبات کپسولی شکل بدیع با در نظر گرفتن نیروهای سطحی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 نویسنده مسئول و مربی; پژوهشکده فناوریهای نو؛ دانشگاه صنعتی امیرکبیر،

2 استاد؛ دانشکده مهندسی مکانیک؛ دانشگاه صنعتی امیرکبیر،

چکیده

در راستای توسعه کپسول‌های آندوسکوپی، در این مقاله طرح یک میکروروبات کپسولی شکل دارای پا با میکروعملگرهای پلیمر یونی کامپوزیت فلزی پیشنهاد می‌شود. ابتدا چگونگی حرکت میکروروبات توضیح داده می‌شود سپس ضمن در نظر گرفتن نیروهای سطحی اعمالی و میکروعملگر، میکروروبات مدل‌سازی دینامیکی می‌شود. نیروهای سطی شامل اصطکاک لغزشی، چسبندگی سطحی و چسبندگی ایستای و میکروعملگر پلیمری از نوع پلیمر یونی کامپوزیت فلزی است. رفتار زمانی میکروعملگر پلیمری بر اساس معادله‌ی مشخصه کوپل مکانیکی – الکتریکی و معادل‌سازی الکتریکی حجم ژل پلیمری مدل‌سازی شده است.
نتایج حاصل از شبیه‌سازی مدل دینامیکی میکروروبات، نشان می‌دهد که بهترین زاویه نصب پاها 60 درجه، جرم مناسب میکروروبات 2 گرم و سرعت پیشروی 1 میلیمتر بر ثانیه می‌باشد. 

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Suggestion and Modeling of a Novel Capsular Microrobot with Surface Forces

نویسندگان [English]

  • reza Nadafi D. B. 1
  • Mansour Kabganian 2
چکیده [English]

For developing of endoscopic Capsular, a design of legged capsular microrobot with ionic polymer metal composite actuator is suggested in this paper. First locomotion of microrobot is explained then microrobot is modeled by envisage exerting surface forces and microactuator. Surface forces contain slip-friction, surface adhesion and resting adhesion and polymeric microactuator is ionic polymer metal composite. Time variant response of polymeric microactuator is modeled fundamental of coupled electromechanical equation and electric equivalent bulk gel polymeric.
Result simulation of dynamical model microrobot shows that best installation angle of legs is 60 degree, proper mass of microrobot is 2g and speed marching is 1 millimeter per second.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Microrobot
  • Endoscopy
  • Microactuator
  • Ionic Polymer Metal Composite
  • Resting Adhesion
  • Surface Adhesion
  • Modul
[1] Byungkyu K., Sunghak L., Jong H., “Design and Fabrication of a Locomotive Mechanism for Capsule-Type Endoscopes Using Shape Memory Alloys SMAs,” IEEE/ASME TRANSACTIONS ON MECHATRONICS, VOL. 10, NO. 1, FEBRUARY 2005.
[2] Dario P, Menciassi A, et al., “Modeling and Experiments on a Legged Microrobot Locomoting in a Tubular, Compliant and Slippery Environment”, The International Journal of Robotics Research, Vol. 25, No. 5–6, May–June 2006.
[3] Dario P, Menciassi A, et al. “Teleoperated endoscopic capsule equipped with active Locomotion system” Patent No. WO 2005082248.
[4] Zvi Fireman, D Paz, Y Kopelman, “Capsule endoscopy: Improving transit time and Image view,” World Journal of Gastroenterology, 2005;11(37):5863-5866.
[5] N.R. Tas, C. Gui, and M. Elwenspoek, “Static Friction in Elastic Adhesive MEMS Contacts, Models and Experiment,” IEEE, 2000.
[6] K. Fuller, D. Tabor, “The effect of surface roughness on the adhesion of elastic solids”, Proc. R. Soc. Lond. A., vol. 345, pp.327-342.1975.
[7] Y. Rollot, S. Regnier and J. Guinot, “Dynamical model for the micro-Manipulation by adhesion: experimental validations for determined conditions,” Journal of Micromechatronics, Vol. 1, No. 4, pp. 273–297, 2002.
[8] D. Sinan Haliyo, Yves Rollot and St´ephane R´egnier, “Manipulation of micro-objects using adhesion forces and dynamical effects,” IEEE, International Conference on Robotics and Automation, 2002.
[9] D. S. Haliyo, S. Regnier, J. Guinot, “[mü]MAD, the adhesion based dynamic micro-manipulator,” European Journal of Mechanics A/Solids, 2003.
[10] P. Rougeot, S Regnier, N Chaillet1, “Forces analysis for micro-Manipulation,” International Symposium on Computational Intelligence in Robotics and Automation, IEEE, 2005.
[11] N. Tayebi Æ A. A. Polycarpou, “Adhesion and contact modeling and experiments
in microelectromechanical systems including roughness effects,” Microsyst Technol, 2006.
[12] C. Canudas , H. Olsson, K. J. htrom, , and P. Lischinsky, “A New Model for Control of Micro-Systems with Friction,” IEEE TRANSACTIONS ON AUTOMATIC CONTROL, VOL. 40, NO. 3, MARCH 1995.
[13] Y. Kanedal, N. Kamamichi, M. Yamakita1, K., “Control of Linear Artificial Muscle Actuator Using IPMC,” SICE Annual Conference in Fuhi, Fuhi tiniversiry, Japan, August 4-6.2003.
[14] K. Kim, J. Nam, Y. Tak, “An Equivalent Circuit Model for Ionic Polymer-Metal Composites and Their Performance Improvement by a Clay-Based Polymer Nano-Composite Technique,” J. Intelligent Material Systems and Structures, Vol.14, Octobr 2003.