بخشی از مقاله
چکیده
روباتهای ماژولار با قابلیت تغییر پیکرهبندی امروزه مورد توجه محققین حوزه روباتیک قرار گرفتهاست. در این مقاله به معرفی یک عملگر جدید با بهرهگیری از سیم SMA پرداختهایم. این عملگر خاصیت مانور در فضای سه بعدی را به ماژول بدون موتور میدهد. فرضیات اصلی عبارتند از چشمپوشی از اصطکاک و شتاب میباشد. در مدلسازی حلقه هیسترزیس سیم SMA از روش دیفرانسیلی دوهم استفاده شدهاست. برای سیستم کنترلر، یک کنترلر PID و کنترلر PID بههمراه معکوس سیستم در نظر گرفتهشدهاست. از نتایج آزمایشگاهی برای صحهگذاری سیستم کنترلری استفاده شده-است.
مقدمه
در اینجا ابتدا مروری بر ادبیات موضوع در دو حوزه آلیاژهای حافظه-دار1 و روباتهای ماژولار میپردازیم. آلیاژهای حافظهدار آلیاژهای حافظهدار در دو فاز میکروسکوپیک میباشند و تغییر دما باعث استحاله فازی میشود - شکل - 1 و همچنین فاز مارتنزیت در دو حالت دوقلویی جفتشده2 و دوباره جفتشده3 است که اعمال تنش - شکل - 2 باعث تغییر حالت میشود.
تحقیقات گستردهای در زمینه کنترل آلیاژهای حافظهدار ارائه شدهاست، این تحقیقات را در سه دسته میتوان تقسیم کرد: در دسته اول میتوان تحقیقات را بر پایه مدل قرار داد 2] الی[4، در دسته دوم میتوان تحقیقات بر پایه ساختار متغیر را قرار داد 5] الی [9 و دسته سوم شامل آن دسته از تحقیقات که به ارائه روشها و تکنیکهای خاص برای بهبود کنترل SMA میشود.10] الی .[14
روباتهای ماژولار
فوکودا و داکاگاوا مفهوم روباتهای ماژولار خود-بازپیکربند4 را معرفی کردهاند [15] و در ادامه تعریف میکنند که: - 1 یک روبات از تعدادی سلول به نام "سلولهای ساختاری" تشکیل شدهاست. - 2 هر یک از این سلولها دارای اندازهی هوشمندی میباشند. - 3 سلولها میتوانند بسته به دستور داده شده، به طور خودکار با یکدیگر ترکیب و جدا شوند.
طبق تقسیم بندی وی-مین5، مارک ویم و همکارانش معماری روباتهای ماژولار به سه دسته اصلی تقسیم میگردد - شکل - 4، که هر دسته ویژگیهای خاص خود را دارد. این معماریها عبارتند از: معماری مشبک6، معماری زنجیرهای7و معماری سیار.[16]8 در مقاله تحقیقاتی[17]، یک فصل تحقیقاتی[18] و دو موضوع خاص در ژورنالهای روباتیک[19] و[20] قابل مشاهدهاست، شمار روز افزونی از گروههای تحقیقاتی به صورت فعال در تحقیقات روباتیک ماژولار درگیر شدهاند.
معرفی عملگر این عملگر، به عنوان سیستم حرکتی ماژول - شکل - 5 طراحی شده میباشد.
مدلسازی ریاضی
رفتار کلی ماژول بدین صورت است که اعمال ولتاژ باعث گرم شدن سیم SMA میشود که این تغییرات دما به توان ورودی وابسته است. همچنین تغییر دما باعث استحاله در سیم SMA میشود، پس با تغییر دما تغییر فاز مارتنزیت به فاز آستنیک تغییر طول رخ میدهد. این تغییر فاز باعث کرنش در سیم میشود و با توجه به مکانیزم طراحی شده تغییر طول سیم باعث حرکت ماژول میشود. لذا برای مدلسازی ماژول باید به بیان وابستگی دما به توان الکتریکی ورودی، وابسنتگی دما به درصد مارتنزیت در ماده، وابستگی کرنش به درصد مارتنزیت و همچنین رابطه کرنش و جابهجای ماژول بپردازیم.
