Type synthesis of mechanisms using matroid theory with applications to assistive technology

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Barreto, Rodrigo Luís Pereira
Data de Publicação: 2020
Tipo de documento: Tese
Idioma: eng
Título da fonte: Repositório Institucional da UFSC
Texto Completo: https://repositorio.ufsc.br/handle/123456789/219524
Resumo: Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2020.
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spelling Type synthesis of mechanisms using matroid theory with applications to assistive technologyEngenharia mecânicaMatróidesMovimentos mecânicosTese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2020.Selecionar os tipos de juntas é um dos maiores desafios na síntese de mecanismos. O foco da presente tese é enumerar e selecionar mecanismos auto-alinhantes listando as restrições de todas as combinações possíveis de juntas a partir de um mecanismo embrião. Esta tese apresenta um novo método de selecionar mecanismos auto-alinhantes enumerados usando teoria de helicoides, método de Davies e teoria de matroides. O método de Davies e teoria de helicoides são usados para modelar mecanismos em termos de liberdades e restrições. Matroides são usados para enumerar mecanismos autoalinhantes usando os modelos criados com o método de Davies como entrada. Contração e deleção de matroides são então usadas para selecionar conjuntos de mecanismos viáveis. Esta tese introduz uma notação para representar as operações de matroides usadas na síntese de novos mecanismos. A presente tese também exibe o conceito de juntas virtuais de Reshetov, uma estrutura com seis restrições e sem liberdades, que pode ser usada com o método de Davies. Implementando as juntas virtuais de Reshetov em mecanismos existentes, um novo método de enumerar mecanismos auto-alinhantes é introduzido, permitindo projetistas criarem novas juntas para receber liberdades e tornar o mecanismo embrião auto-alinhante. Um estudo de caso é exibido, no qual a palma reconfigurável da mão antropomórfica KCL/TJU é avaliada. Dois métodos de projeto de mecanismos auto-alinhantes são usados e comparados. Finalmente, esta tese também apresenta um método de enumerar mecanismos autoalinhantes no qual os mecanismos embriões são constituidos apenas por juntas virtuais de Reshetov, permitindo que os projetistas possam criar mecanismos com diferentes propriedades cinemáticas. Usando o método de projeto a partir de mecanismos formados por juntas virtuais de Reshetov e o método de seleção de mecanismos usando contração e deleção, dois estudos de caso foram apresentados: os mecanismos de apoios das pernas e encosto para as costas de uma cama hospitalar.Abstract: Selecting the joint types is one of the biggest challenges in mechanisms design. The focus of this thesis is to enumerate and select self-aligning mechanisms by enumerating the constraints of all possible combination of joints starting from a seed mechanism. Using screw theory, Davies? method and matroid theory, this thesis presents a new method to select self-aligning mechanisms enumerated by matroid theory. Davies? method and screw theory are used to model mechanisms in terms of freedoms and constraints. Matroids are used to enumerate self-aligning mechanisms using the model created with Davies? method as input. Contraction and deletion of matroids are then applied to select a set of feasible mechanisms. This thesis introduced a notation for representing matroid operations when designing new mechanisms. This thesis also presents the concept of Reshetov virtual joint, a structure with six constraints and without freedoms, which can be used in Davies? method. Implementing Reshetov virtual joints into existing mechanisms, a new method to enumerate self-aligning mechanisms was introduced enabling the designer to create new joints to receive freedoms making the overconstrained seed mechanism self-aligning. A case study was presented, in which the reconfigurable palm of the KCL/TJU anthropomorphic hand was evaluated. Two self-aligning mechanisms design methodologies were used and compared. Finally, this thesis also presents a method to enumerate self-aligning mechanisms starting from a seed mechanism constituted solely by Reshetov virtual joints, enabling the designer to create mechanisms with different kinematic properties. Using the mechanism design methodology of seed mechanisms constituted by Reshetov virtual joints and the selection method by contraction and deletion, two case studies were presented: the leg rest and the backrest mechanisms of a hospital bed.Martins, DanielCarboni, Andrea PigaUniversidade Federal de Santa CatarinaBarreto, Rodrigo Luís Pereira2021-01-14T18:11:35Z2021-01-14T18:11:35Z2020info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesis161 p.| il., gráfs.application/pdf370614https://repositorio.ufsc.br/handle/123456789/219524engreponame:Repositório Institucional da UFSCinstname:Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC)instacron:UFSCinfo:eu-repo/semantics/openAccess2021-01-14T18:11:35Zoai:repositorio.ufsc.br:123456789/219524Repositório InstitucionalPUBhttp://150.162.242.35/oai/requestopendoar:23732021-01-14T18:11:35Repositório Institucional da UFSC - Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC)false
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