طراحي مفهومي و مدل سازي يك مكانيزم رباتيكي‌ تطبيق‌پذير با محرك آلياژ حافظه‌دار به منظور بازرسي لوله ها و مجاري باريك

Conceptual design and modeling of an adaptable robotic mechanism actuated by shape memory alloy for inspection of low diameter pipes

در اين مقاله طراحي و تحليل يك مكانيزم رباتيكي براي عبور از لوله‌هاي باريك به منظور بازديد از داخل لوله‌ها و يا انجام عمليات خاص مورد بررسي قرار گرفته است. استفاده از مكانيزمي كه بتواند در طول لوله‌هاي با اقطار متفاوت آزادانه حركت كرده و تطبيق‌پذيري مناسبي هنگام عبور از مسيرهاي پيچيده و داراي خم لوله را داشته باشد، حائز اهميت مي‌باشد. لذا با به كارگيري يك مكانيزم ساده بر پايه استفاده از محرك آلياژ حافظه‌دار، يك ميكرو ربات جهت بازرسي از مجاري باريك طراحي گرديده كه ضمن انعطاف‌پذيري خوب، تطبيق‌پذيري مناسبي در هنگام عبور از مسيرهاي پيچيده را دارد. در اين پژوهش سينماتيك و ديناميك ربات مورد تحليل قرار گرفته و معادلات ديناميكي حركت استخراج و در ادامه حل گرديده است. عملكرد ربات در محيط شبيه سازي توسط نرم افزارهاي ادامز و متلب صحه گذاري گرديده است. در نهايت با استفاده از يك كنترلر مناسب مقدار نيروي رانشي مناسب به همراه نيروي عمودي بين چرخ‌هاي ربات و ديواره لوله كنترل شده است. نتايج شبيه سازي، موفقيت و كارائي مكانيزم رباتيكي ارائه شده در بازرسي لوله‌هاي واقعي داراي تغيير قطر در حالت افقي، عمودي و يا شيبدار را نشان مي دهد.

In this study, design and analysis of a robotic mechanism, able to traverse low diameter pipes for inspection, maintenance or doing special tasks, has been addressed. Using a mechanism able to move properly along pipes with different diameters while having appropriate adaptability when passing complex routes or bends is extremely important. So, in this study, considering a simple mechanism based on utilizing shape memory alloy actuator, a micro-robot is designed for inspection of narrow pipes or channels. The robot has suitable flexibility in addition to appropriate adaptability for passing complex routes. The robot kinematics and dynamics are analyzed and dynamic equations of the robot are extracted and solved. The robot functionality in the simulation is verified through Adams and Matlab software. Finally, using a suitable controller the amount of robot traction force in addition to normal force between robot wheels and the inner surface of pipe has been measured and controlled. The simulation results predict the appropriate functionality and success of the robot in the inspection of pipes with varying diameter in horizontal, vertical or any other inclination state.