طراحی وساخت گریپر مینیاتوری انعطاف پذیر با استفاده از نانوکامپوزیت مغناطیسی- رئولوژیکی بر پایه سیلیکون رابر

گریپر های انعطاف پذیر مینیاتوری که با هدف برداشت و انتقال اجسام نامنظم هندسی طراحی و ساخته می شوند نیازمند تغییرات اساسی با توجه به توسعه ربا تیک و فرایند های وابسته به اتوماسیون صنعتی می باشند تا ظرافت - دقت و ایمنی در امر جا به جایی و انتقال اجسام حساس به ضربه-فشار و خراش را تامین نمایند. گریپر های مینیاتوری ساخته شده در پژوهش های گذشته به دلیل استفاده از مفاصل فلزی مکانیکی ، فک های فلزی و منبع تحریک الکتریکی بزرگ، مشکل وزن و سرعت عملکرد داشته و به علت سفتی سطح فک بالا برای استفاده در صنایع ظریف و حساس و گران قیمت؛ نامناسب خوانده شده و تجویز نمی شوند. در این رساله، برای رفع مشکلات برشمرده شده ی بالا، گریپر مینیاتوری انعطاف پذیر طراحی، ساخته، آزمایش و معرفی می گردد که فک های آن از نانو کامپوزیت مغناطیسی رئولوژیکی متخلخل بر پایه سیلیکون رابر با منظور افزایش نیرو و کاهش حجم و وزن مجموعه ساخته شده و تماس نرم را با اجسام هدف برقرار می سازند. نانوکامپوزیت های مغناطیسی رئولوژیکی گروه جدیدی از مواد هوشمند هستند که در برابر میدان های مغناطیسی پاسخگو بوده و از ویژگی های مهم این ماده نانوکامپوزیتی این است که انعطاف پذیر و سبک وزن بوده، به راحتی شکل قالب را هنگام پخت به خود گرفته و بعد از آن همان شکل را حفظ می کند. همچنان مدول الاستیسته آن بر اساس شدت میدان مغناطیسی تغییر کرده و کنترل می شود. در این پژوهش ، ابتدا نمونه هایی از نانو کامپوزیت مغناطیسی رئولوژیکی بر پایه سیلیکون رابر با درصدهای مختلف از ذرات آهن کربونیل در مقیاس نانویی ساخته شده، ساختار آن توسط آزمایش میکروسکوپی و پراش ایکس تثبیت و پس از آن مورد آزمایش های لازم برای بررسی رفتار مغناطیسی، الکتریکی و مکانیکی قرار گرفت تا نوع مناسب آن مشخص و انتخاب گردد. معیار اولیه انتخاب نمونه شامل تراوائی بلند مغناطیسی وچگالی پایین بود. در ادامه، نوع متخلخل نانو کامپوزیت مغناطیسی رئولوژیکی بر پایه سیلیکون رابر انتخاب، طراحی مفهومی گریپر مینیاتوری انعطاف پذیر انجام، مدل سازی تحلیلی طرح بحث شده و ویژگی مغناطیسی گریپر با استفاده از نرم افزار vizimag شبیه سازی شد. پس از بررسی نتایج شبیه سازی، نمونه های اولیه و نهایی گریپر ساخته شده و با مونتاژ نمونه نهایی گریپر انعطاف پذیر آزمایش های اولیه عملکردی انجام پذیرفت. در نهایت آزمایش های نهایی عملکردی انجام و مقایسه نتایج تئوری و تجربی به عمل آمد. از چالش های عمده در این طرح، پیش بینی، طراحی و آرایش کویل تحریک در موقعیت های مطلوب در ساختار گریپر است تا بتواند عملکرد مورد نیاز را تامین کند. در این راستا، پژوهش هایی برای طراحی، و آرایش مناسب موقعیت کویل تحریک انجام شده است. در بخش عملی، گریپر مینیاتوری انعطاف پذیر دو انگشتی بر پایه فک ساخته شده از نانوکامپوزیت مغناطیسی رئولوژیکی متخلخل، با ابعاد کلی 25×48×30 میلی متر، وزن خالص (بدون کویل تحریک) 7 گرم و وزن کل (با کویل تحریک و مغناطیس) 26 گرم طراحی و ساخته شد. آزمایشات نشان داد که برداشت اجسام با نیروی برداشت 01/0 تا 72/0 نیوتن، با حداکثر 9 میلیمتر باز شدگی دهانه گریپر بدون لغزش امکان پذیر است. برداشت، نگه داشت و رهایی اجسام هدف چون گلوله سربی، فوم، مقوا، سیلیکون ویفر، موم مصنوعی، پلاستیک و فیلم نقره در محدوده ی وزنی 5/0 تا 16 گرم آزمایش شده و پایداری اولیه عملکرد گریپر در اثر این آزمایش صحه گذارده شده است.