مدل سازي ميكروربات نرم مجهز به محرك آلياژ حافظه‌دار و بررسي تاثير جريان الكتريكي و سرعت سيال خنك كننده بر رفتار ديناميكي آن

Dynamic modeling of a soft micro robot equipped with SMA actuator and investigating the effect of electric current and fluid velocity on its dynamic behavior

در اين مقاله، مدل‌سازي ديناميكي يك ميكروربات نرم مجهز به محرك‌هاي آلياژ حافظه‌دار ارائه شده است. با توجه به ساختار و انطباق پذيري بالاي ربات­ هاي نرم، اين ربات‌ها كاربردهاي متنوعي دارند. از آنجايي كه محرك‌هاي از جنس آلياژ حافظه‌دار داراي ويژگي‌هايي از جمله سازگاري زيستي، قدرت بالا، ابعاد كوچك، بدون صدا هستند گزينه مناسبي براي ميكروروبات‌ها بشمار مي‌روند. با توجه به عدم وجود مدل ديناميكي يكپارچه براي ربات‌هاي نرم مجهز به محرك آلياژ حافظه‌دار، مدل‌سازي ديناميكي اين ربات­ ها اهميت ويژه ­اي دارد. براي اين منظور، معادلات حاكم بر حركت ربات نرم و معادلات ساختاري محرك‌ استخراج شده است. براي مدل‌سازي ديناميكي ميكروربات نرم از نظريه كسرت و از مدل ليانگ و راجرز براي مدل‌سازي رفتار محرك آلياژ حافظه‌دار استفاده شده است. همچنين مدل‌سازي انتقال گرماي همرفت آزاد و اجباري در فرايندهاي گرمايش و سرمايش انجام شده است. پس از استخراج معادلات، شبيه­ سازي­ رفتار ديناميكي ميكروربات انجام شده است و اثر جريان الكتريكي و سرعت سيال بر رفتار ديناميكي ربات بررسي شده است. نتايج شبيه ­سازي­ ها نشان مي­دهد مدل ارائه شده رفتار ميكروربات را به خوبي شبيه ­سازي مي ­كند.

In this paper, dynamic modeling of a soft micro robot equipped with shape memory alloy (SMA) actuator is presented. Due to the structure of the soft micro robots, these robots have various applications. Since the shape memory alloys have features such that biocompatibility, high power, small dimensions and working silently, they are suitable for the micro robots. Because there is not a dynamic model for the soft robots equipped with shape memory alloy, here a dynamic model of a micro robot equipped with SMA is introduced. To this end, the motion equations of the robot and actuator’s structural equations are extracted. In dynamic modeling of the soft robot, Cosserat theory is used and Liang and Roger’s model is used for the SMA modeling. Also, modeling of free and forced convection heat transfer in the heating and cooling processes has been done. Then, the dynamic behavior of the micro robot is simulated and its electrical current effect and fluid velocity on the robot's dynamic behavior have been investigated. The simulation results show that the proposed model simulates correctly the behavior of the micro robot.