ÍslenskaenEnglish

Aðilar að Skemmunni

Leit eftir:


BókHáskóli Íslands>Verkfræði- og náttúruvísindasvið>Doktorsritgerðir>

Vinsamlegast notið þetta auðkenni þegar þið vitnið til verksins eða tengið í það: http://hdl.handle.net/1946/10137

Titlar
  • en

    Design of a Magnetorheological Fluid for an MR Prosthetic Knee Actuator with an Optimal Geometry

  • Hönnun á rafsegulvökva fyrir gervihné með kjör segulrás

Útgáfa
Maí 2011
Útdrættir
  • Kveikjan að rannsókninni er rafsegulvökva gervihnjáliður sem þarfnast betrumbóta. Gervihnjáliðurinn er aðlögunarhæfur, í rauntíma, með hjálp rafsegulvökva. Vandamál hafa komið upp þegar gervihnjáliðurinn er notaður í krefjandi aðstæðum, eins og fjallgöngu sem dæmi. Markmið verkefnisins er tvíþætt: að auka bremsuvægi hnjáliðarins undir áhrifum segulsviðs og samtímis að minnka bremsuvægi hnjáliðarins þegar segulsviðs nýtur ekki við. Til að ná markmiðunum tveimur er notuð samþættuð aðferð vökvahönnunar og rafsegulvökvavirkjarahönnunar. Rafsegulvökvi er hannaður, sérsniðinn fyrir notkun í gervihnjálið. Samhliða vökvahönnuninni, er rafsegulvökva snúningsbremsa hönnuð fyrir gervihné.
    Við rafsegulvökvahönnunina er notuð aðferð tilrauna. Tuttugu og tvær vænlegar rafsegulvökvablöndur eru metnar í mælitækjum, til notkunar í gervihnjáliðnum. Vökvar þessir eru blandaðir og þeim gefin einkunn samkvæmt hönnunar markmiðum gervihnjáliðarins. Vænlegar rafsegulvökvablöndur eru meðal annars; eintoppa rafsegulvökvar með breytilegri agnastærð og agnamagni, tvítoppa rafsegulvökvar með blöndu af tveimur gerðum af ögnum í míkrómetra skala, og tvítoppa rafsegulvökvar með ögnum í nanómetra skala. Mælikvarði á gæði vökva er skilgreindur sem hlutfallið milli skerspennu í vökvanum, þegar hann er undir áhrifum segulsviðs, á móti seigju vökvans, þegar segulsviðs nýtur ekki við. Sá vökvi sem hefur hæsta hlutfallið mun leiða til víðs sviðs bremsuvægis í gervihnjáliðnum.
    Við hönnun rafsegulvökvavirkjarans eru notaðar aðferðir líkanagerðar og bestunar. Líkön eru smíðuð fyrir bremsuvægi gervihnjáliðarins, með og án segulsviðs, þar sem segulsviðslíkanið byggir á smábútagreiningu. Hönnunarmarkmið gervihnjáliðarins eru: hátt bremsuvægi undir áhrifum segulsviðs, lágt bremsuvægi þegar segulsviðs nýtur ekki við og litla þyngd. Málamiðlanir milli hönnunarmarkmiða eru rannsakaðar með fjöl-markmiða bestun. Greiningin leiðir í ljós betrumbætur á hönnun sem hefur verið nýtt í framleiðslu á nýrri og bættri útgáfu af rafsegulvökva gervihnjáliðnum.

  • en

    The motivation for this study is a magnetorheological (MR) prosthetic knee joint. The MR prosthetic knee is adaptive in real-time via an MR fluid. Problems have been experienced when the prosthetic device is used in demanding situations, like hill-climbing for example. The goal of this project is twofold; to increase the on-state torque output of the prosthetic device and, at the same time, to decrease the off-state torque. To achieve the two goals, a combined MR fluid design approach and an MR actuator design approach is adopted. An MR fluid is designed that is tailored for this specific application. Parallel to the fluid design, an MR rotary brake actuator is designed for the prosthetic knee.
    The MR fluid design is approached by experimentally evaluating twenty-two potential MR fluid compositions for the proposed device. These fluids are mixed and rated against the design objectives of the prosthetic device. Potential MR fluid compositions include; unimodal MR fluids, with a varying particle size and a variable solid loading, bimodal MR fluids with two grades of micron-sized particles, and bimodal MR fluids with nanoparticles. A fluid figure of merit is defined that is the ratio between the on-state shear yield stress and the off-state viscosity. The fluid with the highest ratio will result in the widest torque range for prosthetic device.
    The MR actuator design is approached by building torque models of the device and optimizing the models. An off-state and an on-state model are developed where the on-state model is based on a magnetic finite element analysis. Design objectives for the device are: high on-state braking torque, low the off-state rotational stiffness and low weight. Trade-offs between the design objectives are explored with a multi-objective optimization technique. The analysis suggests design improvements that have been realized in a newly built and an enhanced version of the MR prosthetic knee.

ISBN

978-9979-9935-5-1

Birting
20.9.2011


Skrár
NafnHækkandiStærðRaðanlegtAðgangurRaðanlegtLýsingRaðanlegtSkráartegund
Thesis.pdf2,57MBOpinn Heildartexti PDF Skoða/Opna