Hiperelasztikus instabilitáson alapuló lágy robotok optimalizálása
A lágy robotok a robotika egy gyorsan fejlődő ága, amely olyan lágy aktuátorok működése köré épül, amelyek a hagyományos robotok által nem megvalósítható speciális mozgások elvégzésére képesek. Ezen robotok bonyolult deformációkat mutatnak és így képesek életszerű, előre kiszámíthatatlan szituációkkal megbirkózni [1].
Használatuk egyik hátránya, hogy működtetésükhöz nagy mennyiségű gáz vagy folyadék szükséges, ami korlátozza a gyorsaságukat és méretüket [2]. A hiperelasztikus anyagokban rejlő tulajdonságokon alapuló instabil konfigurációkat figyelhetünk meg, amelyeket előidézve az aktuátorok alakjának hirtelen és jelentős változtatására leszünk képesek. Az ilyen instabilitások a hagyományos mechanikai szerkezeteknél általában kerülendők [2]. Az instabilitás során az anyagban tárolt energia felszabadul, amely felhasználható például fizikai mozgás létrehozásához. A felszabaduló energia a vizsgált geometria, a választott anyagok, valamint az aktuátor és környezete közötti kapcsolatok megváltoztatásával optimalizálható [1, 2].
Dolgozatomban lágy robotokban használt vékony gumihéj szerkezetek átpattanását vizsgáltam, egyszerű gömb és ellipszoid geometriákhoz kidolgozott végeselemes modellek segítségével, Abaqus programban. A gumi héj átpattanását a geometria által adott üreges rész felfújásával értem el, ideális gázmodell és ún. „Fluid Cavity” modellezéssel. Az instabil átpattanás numerikus modellezését az ívhossz módszeren alapuló RIKS megközelítéssel végeztem. A geometriai és anyagi paraméterek változtatásával igyekeztem megtalálni azon optimális értékeket, ahol a legtöbb energia szabadul fel, azaz a robot mozgatására kinyerhető energia maximalizálható. A modellezést egy egyszerűsített, egy héjból álló modell felépítésével kezdtem, amely eredményeit később összehasonlítottam a bonyolultabb, két gumihéjból összeállított modell eredményeivel.
[1] Benjamin G., David M., Nikolaos V., Mehdi T. and Katia B., “Inflatable soft jumper inspired by shell snapping,” 2020.
[2] J. T. B. Overvelde, Tamara K., Jonas J. A. D'haen and Katia B., “Amplifying the response of soft actuators by harnessing snap-through instabilities,” 2015.
