مدلسازي مكاترونيكي آرايه هاي فشارسنج هوشمند پيزوالكتريك براي ربات هاي لمسي

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي مكانيك

كارشناسي ارشد

با پيشرفت علم ربات و مهندسي ابزارهاي ارتباط ربات‌ها با پيرامون نيز در حال پيشرفت هستند. يكي از ابزارهاي ارتباط ربات با محيط، توانايي دريافت اطلاعات از راه تماس است. در اين پژوهش هدف، طراحي حسگر فشار پيزوالكتريك به شكل نرم تعيين گرديد تا براي پوست دست ربات قرار گيرد و كار شناسايي چيزها در هنگام تماس با آنها را انجام دهد. اين حسگرها به منظور دريافت اطلاعات بيان‌ كننده‌ي توزيع فشار بكار گرفته ‌شدند. يكي از چالش‌هاي حسگرهاي تماسي زياد بودن تعداد اتصال‌هاي الكتريكي آنها براي ايجاد يك شبكه بزرگ از آرايه‌ها به شكل مستقل است. در پژوهش حاضر براي كاهش اتصال‌ها، حسگرهاي فشار پيزوالكتريك در گونه‌هاي متفاوت از نظر فركانس كاري طراحي شدند. براي اين هدف واحدهاي حسگر با هندسه‌ي ديسك شكل و در دو لايه طراحي گرديد. لايه‌ي دي‌الكتريك نرم كه بر روي لايه‌ي پيزوالكتريك قرار گرفت و براي اندازه‌گيري فشار و افزايش حساسيت حسگر استفاده شد. با تغيير در هندسه‌ي لايه‌ها مانند شعاع، فركانس‌هاي تشديد متفاوت براي هر واحد ايجاد شدند. بازه‌ي‌ اندازه‌گيري فشار 5 تا 20 كيلوپاسكال فرض شد و شعاع حسگر نيز بين 800 تا 1300 ميكرومتر انتخاب گرديد. چينش واحدها از لحاظ الكتريكي موازي تعيين گرديد و براي اندازه‌گيري فشار يك ولتاژ متناوب به الكترودهاي پيزوالكتريك و دي‌الكتريك وارد شد. با انداز‌ه‌گيري جريان و ادميتانس الكتريكي واحد‌ها، فشار محاسبه شد. واحدهاي حسگر با قرار گرفتن در يك بستر نرم يك آرايه‌ را ايجاد كردند. بستر نرم براي افزودن نرمي به حسگرها افزوده شد تا براي كاربرد پوست دست ربات مناسب باشند. در اين طراحي تاثير جهت‌گيري قطبش پيزوالكتريك روي فركانس‌هاي تشديد هر واحد بررسي شد، همچنين يك مدل تحليلي براي محاسبه‌ي ادميتانس الكترومكانيكي حسگر ارايه شد. در اين تحقيق با تغيير در هندسه‌ي هر واحد از حسگر فركانس‌هاي كاري متفاوت ايجاد گرديد. مزيت استفاده از تغييرات هندسي براي ايجاد فركانس‌هاي كاري متفاوت آن است كه انجام اين تغييرات آسان تر از تغييرات الكتريكي است. همچنان كه تمركز پژوهش‌هاي قبلي براي ايجاد اين فركانس‌ها، تغيير در ظرفيت خازني و الكتريكي استفاده بود. در پژوهش حاضر علاوه‌بر تغيير شعاع حسگر، نشان داده شد تغييرات ضخامت نيز مي‌توانند براي ايجاد فركانس‌هاي كاري متفاوت استفاده شوند. براي اطمينان از تمايز داده‌هاي هر واحد، سه واحد از حسگر به صورت موازي مطالعه شدند. حل تئوري و شبيه‌سازي عددي انجام شد و با وجود افزايش حساسيت واحدها به كمك افزايش كرنش لايه‌ي دي‌الكتريك، تفكيك پذيري داده‌ها حفظ گرديد. در گام بعدي پارامترهايي كه بر حساسيت حسگر اثر دارند بررسي شدند و به كمك مدل تئوري نشان داده شد كه افزايش نرمي لايه‌ي دي‌الكتريك موثرترين راه براي افزايش حساسيت حسگر است. همچنين بر اساس مطالعه‌ي پارامتري، نسبت ضخامت دو لايه‌ي دي‌الكتريك و پيزوالكتريك تاثير چشمگيري در حساسيت حسگر نداشتند. به عنوان جمع‌بندي، اين پروژه با هدف طراحي حسگرهاي فشار با كمك مواد هوشمند و كاهش اتصال‌هاي الكتريكي انجام شد. حسگر ارايه شده ويژگي‌هاي لازم براي استفاده به عنوان پوست دست ربات را داشت. در كنار هدف اصلي پژوهش سعي شد ساير مواردي مانند حساسيت و تفكيك پذيري داده‌ها نيز بررسي شوند. در نهايت مدل‌هايي معرفي شدند كه مي‌توان در ادامه‌ي اين تحقيق از آنها در اين زمينه‌ي پژوهشي استفاده كرد.

223757

سيستم هاي ديناميكي و مكاترونيكي

مهندسي مكانيك

دانشگاه صنعتي اصفهان