مدلسازی و آنالیز رفتار خمشی عملگر نرم پنوماتیکی ساختار شبکه‌ای با مدل‌های هاپیرالاستیک

ربات‌های نرم که از مواد هایپرالاستیک ساخته می‌شوند، به طور گسترده در پزشکی مورد استفاده قرار می‌گیرند. طراحی و تحلیل رفتار عملگر‌های نرم به دلیل ماهیت غیر خطی مواد هایپرالاستیک، پروسه‌ای چالش برانگیز است. این مقاله تاثیر پارامتر‌های هندسی از جمله ضخامت دیواره‌ها، فاصله بین محفظه‌ها، ضخامت لایه‌های پایینی اول و دوم، ضخامت دیواره‌های جانبی، شکل سطح مقطع و انتخاب جنس ماده در ساخت عملگر را بر رفتار خمشی، تنش‌های ایجاد شده در دیواره‌های داخلی و نیروی حاصل نوک عملگر را مورد بررسی قرار داده است تا حالت بهینه‌ترین حالت هندسی و ماده با هدف ایجاد بیشترین زاویه خمش و نیروی نوک عملگر بدست آید. برای مدل‌سازی دقیق رفتار مواد  متداول سازنده عملگر نرم از قبیل: دراگون اسکین 30 ، پلی‌اورتان ترموپلاستیک، اکوفلکس 30 و سیلیکون شبکه ای شونده دو جزئی در دمای اتاق، پیش‌بینی پنج مدل هایپرالاستیک با رفتار تنش-کرنش تک جهته این مواد مقایسه شده و دقیق‌ترین مدل برای هر ماده انتخاب گردیده است. نتایج نشان می‌دهند با کاهش ضخامت دیواره‌ها، فاصله بین محفظه‌ها، ضخامت لایه‌های پایینی و استفاده از سطح مقطع مربع و ماده سیلیکون شبکه ای شونده دو جزئی در دمای اتاق، بیشترین زاویه خمش حاصل می‌ شود. اما با افزایش ضخامت دیواره‌ها، تعداد محفظه‌ها، ضخامت لایه‌های پایینی و استفاده از ماده دراگون اسکین 30  بیشترین نیروی نوک عملگر بدست می‌آید.

modeling and analysis of the bending behavior of soft pneumatic network actuator with hyperelastic models

soft robots made of hyperelastic materials are widely used in medicine. designing and analyzing the behavior of soft actuators is challenging due to the nonlinear nature of hyperelastic materials. this study examines the effects of geometrical parameters including the wall thickness, the distance between the chambers, the layer’s thickness, the side walls thickness, the cross-section shape, the material of the actuator on the bending behavior, the created stresses in the inner walls and the resulting tip force to obtain the optimal geometry and material to create the maximum bending angle and tip force of the actuator. for modeling the common materials behavior of soft actuators such as dragon skin 30, tpu, ecoflex30, and rtv2, five hyperelastic model predictions are compared with the uniaxial stress-strain test on these materials, and the best model is selected to simulate each material. the results show that, by reducing the thickness of the walls, the distance between the chambers, and the lower layer’s thickness, and using the square cross-section with rtv2, the actuator’s maximum bending angle was achieved. however, by increasing the thickness of the walls, the number of chambers, and the thickness of the lower layers, and using ds30, the maximum tip force was achieved.