شبیه سازی دینامیکی عملگر نرم مبتنی بر سیال با روش المان محدود

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی مکانیک، دانشکده مهندسی، دانشگاه فردوسی مشهد

2 گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود، ایران

3 گروه مهندسی کامپیوتر، UNSW، سیدنی، استرالیا

10.61186/masm.2026.2091620.1192
چکیده
در این پژوهش تحلیل دینامیکی و استاتیکی یک عملگر سیالاتی نرم در حالت غیرخطی ارائه شده ‌است. تیر نرم دارای کانال‌های سیال به عنوان عملگر رباتیکی در نظر گرفته شده‌‌ که به علت ماهیت انعطاف‌پذیرش اثرات غیرخطی را به دنبال دارد. فرآیند تحلیل بر پایه اصل همیلتون و حل عددی با استفاده از نرم‌افزار اجزاء محدود انسیس صورت گرفته ‌است. در این روش ابتدا با اعمال تابع فشار ورودی متغیر با زمان، توزیع فشار در همه نقاط عملگر نرم سیالاتی در دامنه زمانی حاصل شده و سپس به تحلیل استاتیکی و مودال ناشی از فشار سیال پرداخته شده ‌است. در ادامه پس از اعتبارسنجی نتایج حاصل از نرم‌افزار المان محدود و روش تحلیلی، با رویکردی جدید با بهره‌گیری از پدیده رزونانس و تحلیل رفتار عملگر در شرایط واقعی، امکان استفاده از آن به عنوان ماهیچه مصنوعی در ربات ماهی بررسی شده است. نتایج نشان می‌دهد استفاده از این نوع عملگر در کاربرد دم ربات ماهی باعث شباهت عملکردی آن به ماهی واقعی بعد از 8 ثانیه می‌شود، این درحالی است که با بهره‌گیری از روش پیشنهادی در پژوهش حاضر و نزدیک کردن فرکانس کاری به فرکانس طبیعی سیستم، ربات می‌تواند از ابتدا شروع به حرکت رفتاری مشابه با ماهی بیولوژیکی داشته باشد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله English

Dynamic Simulation of a Soft Fluidic Actuator with Finite Element Method

نویسندگان English

Melika Mohammadi 1
Ahmad Karimi 2
Mahdi Bamdad 3
Seyyed Ali Sina 2
1 Department of Mechanical Engineering, Faculty of Engineering, Ferdowsi University of Mashhad
2 Mechanical Engineering Department, Shahrood University of Technology, Shahrood, Iran
3 School of Computer Science and Engineering, University of New South Wales, Sydney, Australia
چکیده English

This paper presents a comprehensive vibrational and static analysis of a soft actuator considering nonlinear effects. Fluidic channels embedded within a soft beam are considered a soft robotic actuator, exhibiting nonlinear characteristics due to the inherent properties of the soft material. The analytical process is based on Hamilton's principle, and the numerical solution has been carried out using the finite element software ANSYS, utilizing the Fluid-Structure Interaction (FSI) and Pre-stress Modal tools. Initially, time-dependent inlet pressure is applied, and the resulting pressure distribution within the soft fluidic actuator (SFA) is extracted over the time domain. Following the validation of results obtained from finite element software and analytical methods, the feasibility of using this actuator as an artificial muscle in a robotic fish has been examined, leveraging the phenomenon of resonance and analyzing its behavior under real-world conditions. The findings indicate that utilizing this type of actuator in the robotic fish's tail enables functional similarity to a real fish after 8 seconds. However, by applying the proposed method and tuning the operating frequency closer to the system’s natural frequency, the robot can immediately exhibit movements resembling those of a biological fish.

کلیدواژه‌ها English

Soft Fluidic Actuator
Fluid-Structure Interaction
Bio-inspired Robot Fish
Modal Analysis
Resonance Tuning

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 27 تیر 1405

  • تاریخ دریافت 26 خرداد 1405
  • تاریخ بازنگری 23 تیر 1405
  • تاریخ پذیرش 27 تیر 1405