كنترل فازي انگشت مصنوعي يك ربات با استفاده از عملگرهاي آلياژ حافظه دار

Fuzzy control of an artificial finger robot using shape memory alloy actuators

امروزه، آلياژهاي حافظه دار به علت توان بالا، حجم كم و سازگاري با بدن انسان، به صورت گسترده در ساخت عملگرها در اندام پروتزي و تجهيزات پزشكي استفاده مي-شوند. در اين مقاله كنترل فازي يك نمونه واقعي انگشت مصنوعي با استفاده از خواص عملگر هاي آلياژ حافظه دار ارائه مي شود. بدين منظور ابتدا مدل ديناميكي يك انگشت رباتيك سه درجه آزادي با مفاصل چرخشي كه از سيم آلياژ حافظه دار به عنوان زردپي به منظور جمع شدن هر بند انگشت و يك فنر پيچشي به منظور بازگرداندن هر بند به محل اوليه استفاده مي كند، ارائه مي شود. پس از شبيه سازي مدل ديناميكي انگشت در محيط سيمولينك نرم افزار متلب، با استفاده از نتايج شبيه سازي و انتخاب بهينه ي پارامترها و ويژگي هاي سيستم، نمونه ي واقعي انگشت به همراه مدارات كنترلي لازم ساخته شده و مورد آزمايش قرار مي گيرد. در انتها به طراحي و پياده سازي سيستم كنترل فازي براي انگشت پرداخته مي شود. تنظيم گين هاي كنترلر به گونه اي صورت پذيرفته كه ولتاژ ورودي به اين عملگرها داراي حداقل ميزان ماكزيمم پرش و خروجي سيستم داراي حداقل زمان رسيدن به پايداري باشند. نتايج حاصل از آزمايش هاي عملي، عملكرد مناسب كنترلر فازي طراحي شده در دستيابي به موقعيت هر يك از بندهاي انگشت به عنوان خروجي، با خطاي كم و دقت بالا را نشان مي دهد. همچنين نتايج آزمايشات عملي، اعتبار، دقت بالا و صحت مدل شبيه سازي شده را تاييد مي نمايد.

Shape Memory Alloy (SMA) wires are currently employed in robotics as actuators of prosthetic limbs and medical equipment due to advantages such as reducing the size in the application, high power-toweight ratio and elimination of complex transmission systems. In this paper, a fuzzy control system has been designed and implemented for an artificial finger using the SMA actuators. This robotic finger has been designed and modeled with three revolute joints and three SMA wires as the tendon in order for adduction of each phalange of the finger and torsional springs were used to restore them to their original positions. The dynamic model of the finger has been simulated in MATLAB/Simulation. Based on the simulation results, optimal choices of parameters and system features have been obtained and a prototype of finger has been built and tested. Gains of the controllers are set so that the current applied to SMA wires has minimum overshoot and the output of the system has minimal time to achieve stability. The comparison between the simulation results and the actual measured data show that the simulated model is accurate.