TÜBİTAK MAG Proje01.05.2016Haptik arayüzlerde şeffaflığı azaltmadan empedans genişliğini arttırmak için akademikliteratürde en çok başvurulan yöntem, elektrik motorlarının sönümleyici ve fren gibi pasifcihazlarla birlikte kullanımıdır. Bu cihazların motorlara sadece büyük empedanslargerçeklenirken destek olmaları, küçük empedanslarda ise olabildiğince şeffaf olmalarıgerekmektedir. Bu amaç için tasarlanacak bir cihazın yüksek tork üretmesi, hafif ve küçükboyutlu olması, elektronik olarak kontrol edilebilmesi ve hızlı tepki vermesi gerektiğindenaraştırmacılar, birkaç istisna dışında, manyetoreolojik (MR) cihazlara yönelmiştir. MR cihazlar;viskoziteleri manyetik alan uygulandığında hızlıca artan (örn. 10 ms), alan kaldırıldığında iseyine hızlı bir şekilde eski haline dönen manyetoreolojik sıvılar (MRS) sayesinde çalışır.Manyetik alan cihaza entegre edilmiş elektromıknatıslar yardımıyla oluşturulabileceğinden,MR cihazların davranışı elektronik olarak kontrol edilebilir.Haptik uygulamalarda kullanılan MR cihazlar, bu teknolojiyi daha uzun süredir kullanan,otomotiv ve makina sektörlerindeki uygulamalar için geliştirilmiş tasarımların küçültülmesiyleortaya çıkmıştır. Bu tasarımlarda MRS, cihazın gövdesi ile rotoru arasına doldurulmaktadır.Sıvı kaybı cihazın davranışını değiştireceğinden sızdırmazlığın sağlanması şarttır ve bununiçin keçeler (O-ring) kullanılır. Keçelerden kaynaklanan sürtünme kuvvetleri, büyük ölçeklicihazların kullanıldığı uygulamalarda (örn. otomotiv) önemsiz sayılabilse de, haptikuygulamalarında şeffaflığı olumsuz etkilemektedir.Bu projede, MRS?nin ince cidarlı, esnek bir haznenin içinde kapalı-çevrim taşındığı özgün birdöner MR sönümleyici geliştirilmiştir. Sağlık sektöründe sıklıkla kullanılan peristaltik pompamantığına benzer şekilde çalışan sönümleyicide MRS kapalı haznenin içinde kalıp hareketliparçalara doğrudan temas etmemektedir. Bu sayede sızdırmazlık keçe olmadan sağlanaraksürtünme azaltılmıştır.Öncelikle cihazın elektromanyetik tasarımı ve buna bağlı olarak boyutlandırması bir sonluelemanlar yazılımı yardımıyla yapılmıştır. Sonrasında, tasarım detaylandırılıp prototipüretilmiş ve bir test düzeneği kurularak deneysel olarak incelenmiştir. Deneyler sonucundacihazın üretebildiği maksimum ve minimum tork değerleri ile tepki süresi belirlenmiştir, eldeedilen bulgular literatürde haptik uygulamalarda kullanılan benzer boyuttaki örneklerlekarşılaştırılmıştır.The most commonly used method for increasing impedance width of haptic interfaces,without affecting transparency, is to employ passive devices such as brakes and dampersalongside electric motors. The passive devices support the electric motors only when thesimulated impedance is large, and for small impedances they must be as transparent aspossible. The design requirements for these devices are high torque capacity, light weight,small size, fast response time and controllability. Due to these requirements, most of theresearchers in this area concentrate on magnetorheological (MR) devices. MR devices makeuse of magnetorheological fluids (MRF), the apparent viscosity of which rapidly (e.g. <10 ms)increase under magnetic field and reverts back to normal when the field is removed. Sincethe magnetic field can be generated by electromagnets integrated to the device itself, thebehavior of the MR devices can be electronically controlled.MR devices used in haptic applications are the miniaturized versions of the designsdeveloped originally for industrial and automotive applications which have already beenusing this technology. The common feature of these designs is that the MRS is between thestator and the rotor of the device. Since fluid leakage results in a change in the behavior of adevice, proper sealing is a necessity and, traditionally, O-rings are used for this purpose.Friction forces due to the O-rings can be neglected for the large scaled designs; however,they have negative effect on transparency in haptic applications.This project presents a novel rotary MR damper. The working principle of the proposeddesign is similar to that of peristaltic pumps such that the MRF is contained in a flexibleclosed chamber to avoid direct contact with the moving parts. This way, the damper does notrequire O-ring seals, hence the friction is reduced.In this context, firstly, the electromagnetic design and accordingly the sizing of the device isperformed by using a finite elemtent analysis software. Then, a prototype is manufacturedand experimentally evaluated in a test setup, which is built within the scope of the project.The maximum and minimum torque values and also the response time of the damper aredetermined and compared against similar sized MR devices, used in haptic applications inliterature
