تحلیل تئوری و تجربی رفتار ربات‌های نرم پیوسته متشکل از عملگرهای تقویت شده با الیاف

در این مقاله به تحلیل شبه‌ استاتیک یک ربات نرم پیوسته متشکل از سه عملگر تقویت‌شده با الیاف پرداخته می‌شود. برای این منظور ابتدا با در نظر گرفتن این ربات به عنوان یک تیر کاسرات، معادلات سینماتیکی و دینامیکی آن استخراج و بصورت عددی حل شده‌است. معادلات حاصل از این مدل تابعی از طول انحنای تیر بوده و تنها قابلیت بررسی نیروها و کرنش‌ها در راستای طولی را دارد. در ادامه با توجه به عدم امکان پیاده‌سازی نیروها در راستای شعاعی در این مدل، با استفاده از معادلات الاستیسیته غیرخطی به مدل‌سازی یک تک‌عملگر تقویت‌شده پرداخته می‌شود. درنهایت با حل این معادلات، کرنش‌های حاصل از تنش‌های شعاعی محاسبه شده و با کرنش‌های حاصل از مدل تیر کاسرات ادغام می‌شود. در این پژوهش موقعیت نقطه انتهایی ربات با استفاده از روش‌های پردازش تصویر استخراج شده و با مدل‌های ارائه‌شده، مقایسه شده‌است. نتایج نشان می دهد، اعمال تاثیر فشارهای شعاعی در مدل کاسرات، خطای نسبی را به میزان 13/48 درصد بهبود می‌بخشد.

theoretical and experimental behavior analysis of continuous soft robots consisting of fiber- reinforced actuators

in this paper, quasi static analysis of a continuous soft robot made up of three fiber reinforced actuators is performed. for this purpose, the kinematic and dynamic equations of this robot are extracted and numerically solved by considering it as a cosserat rod. the resultant equations are dependent on the length of the rod’s curvature, and thus can only simulate forces and strains in the longitudinal direction. due to the difficulties of applying radial forces in this model, the modeling of a single fiber reinforced actuator using nonlinear elasticity equations is then presented. finally, by solving these equations, the strains resulting from radial stresses are calculated and integrated with the strains obtained from cosseart rod model. experiments have been carried out to validate the proposed theory. for this purpose, the robot end effector position is extracted using image processing methods and compared with the presented models. the experimental results show that applying the effect of radial pressures to the cosserat model improves the relative error by 13.48%.