Otimização topológica aplicada em um braço robótico flexível

• Ano de defesa: 2016
• Autor(a) principal: Chiesa, Daniela Dalla
• Orientador(a): Bottega, Valdecir
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Federal de Pelotas
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação em Modelagem Matemática
• Departamento: Instituto de Física e Matemática
• País: Brasil
• Palavras-chave em Português: Modelagem matemática; Braço robótico flexível; Otimização topológica; Robotic arm flexible; Topology optimization
• Área do conhecimento CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::MATEMATICA
• Link de acesso: http://guaiaca.ufpel.edu.br/handle/prefix/4680

Este trabalho tem por objetivo aplicar o método de otimização topológica, para encontrar a melhor distribuição de material em um braço robótico flexível, que maximize ou minimize uma função objetivo e que satisfaça uma restrição de volume preestabelecida. Primeiramente adota-se um modelo estático com a minimização da flexibilidade e posteriormente o estudo é estendido para o caso dinâmico, com a minimização da flexibilidade dinâmica e com a maximização de frequência natural da estrutura. Para os três problemas, idealiza-se o braço robótico como uma viga situada em um domínio bidimensional, sendo que, no modelo estático, estende-se o estudo, também, para o caso tridimensional. Discretizam-se esses domínios em um número finito de subdomínios denominados elementos finitos, optando-se, devido à geometria da estrutura, por elementos finitos quadrilaterais (domínio bidimensional) e cúbicos (domínio tridimensional). Na formulação dos problemas utiliza-se, ainda, o modelo de material SIMP (Solid Isotropic Material with Penalization), o qual admite como variáveis de projeto as pseudodensidades dos elementos finitos. As variáveis de projeto do problema estático são atualizadas através do método heurístico denominado Critério Ótimo, e para os problemas dinâmicos, utiliza-se a Programação Linear Sequencial. Aplica-se, também, o filtro de sensibilidade para evitar que possíveis complicações numéricas interfiram nas topologias ótimas. Resultados numéricos foram obtidos através de algoritmos desenvolvidos em software Matlab. As simulações realizadas mostram que as topologias ótimas encontradas estão bem definidas, atendem os critérios de estabilidade numérica definidos nos algoritmos, podem ser utilizadas em projetos de fabricação de estruturas e os resultados estão de acordo com trabalhos similares desenvolvidos na literatura.