طراحی و مدلسازی بازوی مصنوعی با استفاده از آلیاژهای حافظه‌دار

Abstract

آلیاژهای حافظه‌دار (SMA) زیر مجموعه‌ای از مواد هوشمند هستند که ویژگی اساسی آنها تغییر شکل بزرگ ناشی از تغییر در ریزساختار آنها، تحت تاثیر دما و میدان مغناطیسی می‌باشد. این آلیاژها دو اثر مهم حافظه داری و سوپرالاستیسته را ازخود نشان می‌دهندکه باعث می‌شود این مواد به کاندیدای بسیار مناسبی برای سیستم‌های کنترل، سنسورها و طراحی عملگرها تبدیل شوند. از مزایای آلیاژهای حافظه‌دار می‌توان به اندازه کوچک، وزن کم، نیاز به توان تحریک پایین، تحریک‌پذیری الکتریکی و حرارتی، عملکرد و تحریک بیصدا در مقایسه با سایر محرک‌ها، عمر مفید و طولانی و نسبت توان به وزن بالا اشاره کرد. فرکانس عملکردی محدود این آلیاژها یکی از عمده معایب آنهاست. در این مقاله، با الهام از نحوه قرارگیری عضله‌ها در بازوی انسان عملگرجدیدی برای تقلید حرکت بازو طراحی شده و با استفاده از اثر ترموالکتریک زمان پاسخ عملگر کاهش یافته است. این فرآیند مستلزم حل همزمان معادلات انتقال حرارت، معادلات ساختاری، توصیف فرایند تغییر فاز و همچنین معادلات دینامیکی حاکم بر عملگر می باشد. پاسخ دینامیکی عملگر با نتایج تجربی موجود در سایر مقالات مقایسه و صحت نتایج حاصل از این مدلسازی‌ها بررسی می‌شود و تاثیر پارامترهای مختلف بر روی پاسخ عملگر مورد بررسی قرارمی‌گیرد. نتایج حاصل نشانگر آن است که با استفاده از روش پیشنهادی می‌توان زمان پاسخ عملگر را تا بیش از 50% کاهش داد.