رفتارشناسی حرکتی محرک‏های نرم بادی تقویت شده با الیاف بر اساس زاویه‏ی پیچش الیاف

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشگاه تربیت مدرس

2 عضو هیئت علمی دانشگاه تربیت مدرس

چکیده

محرک‏های الاستومری تقویت شده با الیاف با کمک نیروی سیال تحریک می‏شوند و باتوجه به زاویه‏ی پیچش الیاف به دور بدنه حرکت‏های متفاوتی از خود نشان می‏دهند. افزایش توجه روزافزون به ربات‏های نرم در کاربردهای مختلف، علت مطالعه روی رفتار این گونه محرک‏ها‏ را به خوبی توجیه می‏کند. ‏پژوهش پیش‏ رو به ‏بررسی تاثیر زاویه‏ی پیچش الیاف بر رفتار حرکتی محرک نرم الاستومری تقویت‏شده‌ با الیاف با دو مقطع دایره و نیم‌دایره می‌پردازد. برخلاف پژوهش‏های انجام شده در این زمینه، این مطالعه جنس الاستومر مورد استفاده در ساخت محرک را در نظر می‏گیرد. همچنین برخلاف مطالعات پیشین که در آن‏ها تنها زاویه‏ی تغییر فاز محرک‏های خطی بررسی شده بود، این مطالعه زاویه‏ی تغییر فاز محرک‏های خطی-پیچشی را نیز بررسی می‏کند. مطالعه در دو بخش شبیه‏سازی و ارزیابی تجربی انجام شد. نتایج شبیه‏سازی نشان داد که زاویه‏ی تغییر فاز در محرک‏‏‏ خطی سیلیکونی 54.2 درجه و در محرک سیلیکونی خطی-پیچشی 30 درجه است. این نتایج همچنین نشان داد که در محرک‏های خمشی نیم‏استوانه‏ای بیشینه خمش در زاویه‏ی پیچش الیاف 90 درجه اتفاق می‏افتد. ارزیابی‏های تجربی جهت کسب اطمینان از نتایج شبیه‏سازی صورت گرفت. به این منظور محرک‏های خطی با چهار زاویه‏ی پیچش الیاف 30، 54.2، 54.3، 75 و 85 درجه، محرک‏های خطی-پیچشی با زوایای پیچش الیاف 30، 55، 65 و 85 درجه پادساعتگرد و 45 درجه ساعتگرد و محرک‏ خمشی با زاویه‏ پیچش الیاف 88 درجه ساخته شد و رفتار آن‏ها پس از تحریک ارزیابی شد. نتایج تجربی با حداکثر خطای 14 درصد درستی نتایج شبیه‏سازی را تایید کرد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Study of the Motion Behavior of Soft Fiber Reinforced Actuators Based on Fiber Angle

نویسندگان [English]

  • Ashkan Fathian 1
  • Golbarg Nikaeen 1
  • Anis Darmohammadi 1
  • Hossein Mirzanejad 1
  • Mohammad Mahdi Agheli Hajiabadi 2
1 Tarbiat Modares University
2 Faculty, Tarbiat Modares University
چکیده [English]

Elastomeric Fiber-reinforced actuators are stimulated with the aid of fluid force and exhibit different motions due to angle of the fibers wounded around the body of the actuator. The increasing tendency to soft robots in various applications justifies the reason for studying the behavior of such actuators. The present study investigates the effect of fiber angle on motion behavior of elastomeric fiber reinforced actuators with two circular and semicircular sections. Unlike previous researches, this study takes into account the elastomer material used in actuator construction. Furthermore, unlike previous researches in which phase angle variation was studied just in linear actuators, phase angle variation in linear-twisting actuators is also considered. The simulation results showed that the phase change angle is 54.2 ° in silicon linear actuator and 30 ° in linear-twisting silicon actuator. The results also showed that the maximum bending in the semi cylindrical bending actuators occurs at a 90-degree angle of twisting fibers. To verify this behavior, experiments were done. Silicone linear actuators were made with four different fiber angles including 30, 54.2, 54.3, 75 and 85 degrees. Moreover, Linear-twisting actuators were made with two different fiber angles including 30, 55, 65 and 85 degrees clockwise and 45 degrees counterclockwise. At last, one bending actuator with fibers at the angle of 88 degrees was made. All these actuators were evaluated after actuation. The experimental results confirmed the simulation results with a maximum calculated error of 14%.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Soft Robot
  • Soft Actuator
  • Soft fiber reinforced actuator