تحليل تئوري و تجربي ديناميك و كنترل حركت غلتشي ربات مغناطيسي كپسولي-شكل بر روي بستر ويسكوالاستيك مغروق در آب

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مكانيك

دكتري

در سال¬هاي اخير مطالعه و تحقيق بر روي ربات¬هاي مغناطيسي كوچك در ابعادي حدود چند سانتي¬متر، به دليل نياز بشر به اين نوع از ربات¬ها در مصارف مختلف افزايش يافته است. يكي از كاربردهاي اين نوع ربات¬ها در زمينه¬هاي پزشكي مي¬باشد. درون بدن انسان، به دليل محدوديت در فضاي قابل دسترس و هم‌چنين كاهش راه¬كارهاي تهاجمي مانند اعمال جراحي مختلف، آندوسكوپي دستي و غيره، از ربات¬هاي كپسولي¬شكل استفاده مي¬شود. سازوكار¬ حركتي هر ربات ارتباط مستقيمي با محيط فعاليت آن ربات دارد؛ به همين دليل طراحي و تحليل سازوكار حركتي مي¬تواند تاثير به سزايي در عملكرد ربات مدنظر داشته باشد.در همين راستا، هدف از انجام اين پژوهش ساخت و تحليل تئوري-تجربي ديناميك حركت ربات مغناطيسي كپسولي¬شكل و هم‌چنين كنترل مدار باز حركت آن بر روي بستر ويسكوالاستيك درون محفظه¬اي مملو از آب است. ربات مغناطيسي مدنظر مي¬تواند با استفاده از گشتاور پيشران مغناطيسي ايجادشده توسط مولد ميدان مغناطيسي چرخان، داخل محيطي مملو از آب و بر روي بستر ويسكوالاستيك حركت كند. مولد ميدان مغناطيسي چرخان به صورت¬ پيچه¬هاي هلمهولتز عمود بر هم در سه راستا طراحي شده است تا بتواند گشتاور مغناطيسي ثابتي را در فضاي كاري ايجاد كند.گشتاور و نيروي مقاوم از سوي سيال ابتدا با در نظر گرفتن حجم معادل ربات مغناطيسي و استفاده از روابط تحليلي به دست آمد؛ سپس با استفاده از روش¬هاي عددي و با در نظر گرفتن هندسه¬ي واقعي، سرعت و مرزهاي واقعي ربات مغناطيسي نيز محاسبه گرديد و با روش حجم معادل مقايسه شد. رابطه¬ي گشتاور مقاوم وارد از سوي بستر ويسكوالاستيك با سرعت غلتش ربات مغناطيسي، ابتدا با در نظر گرفتن تئوري كلوين براي بستر ويسكوالاستيك به دست آمد؛ سپس با استفاده از روش عددي ميزان فرورفتگي داخل بستر و هم‌چنين گشتاور مقاوم ويسكوالاستيك وارد شده به ريزربات برآورد گرديد.در نهايت نيروها و گشتاورهاي شبيه¬سازي شده، داخل روابط حاكم بر حركت ربات مغناطيسي جايگذاري شد و حركت ربات مغناطيسي به صورت عددي شبيه¬سازي گرديد. نتايج به دست آمده از شبيه¬سازي، چگونگي ارتباط بين مشخصه¬هاي سينماتيكي و ديناميكي ربات مغناطيسي را با دامنه و بسامد جريان ورودي به پيچه¬هاي مغناطيسي نشان مي¬دهد. در انتهاي اين نوشتار، با توصيف نحوه¬ي طراحي و آماده¬سازي تجهيزات آزمايشگاهي مورد نياز جهت ارزيابي تجربي، آزمون¬هاي تجربي مدنظر انجام پذيرفت و نتايج آن با نتايج حاصل از شبيه¬سازي مقايسه گرديد.

233352

ديناميك - كنترل

مهندسي مكانيك

دانشگاه صنعتي اصفهان