Design of a stylus with variable tip compliance
Değiştirilebilir uç esnekliğine sahip stylus tasarımı
- Tez No: 509179
- Danışmanlar: DOÇ. DR. VOLKAN PATOĞLU
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Mekatronik Mühendisliği, Mechatronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2018
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Sabancı Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 111
Özet
İnsanların,çevreleriyle fiziksel olarak etkileşime girmek için parmaklarının empedans özelliklerini kontrol ettikleri bilinmektedir. Örneğin, boyama ya da kırılgan nesnelerle etkileşim parmakların yüksek esnekliğini gerektirirken, yazma parmakların sertliğinin önemli ölçüde arttırıldığı yüksek hassasiyetli pozisyon kontrolünü gerektirir. Bu tezde, degişken uç esnekliğine sahip bir stylus tasarımı, modellemesi, uygulanması, karakterizasyonu ve kullanıcı doğrulaması sunulmaktadır. Kullanıcıların gerçekleştirdikleri görevin gereksinimlerini karşılamak için, cihaz esnekliğini gerekli seviyede modüle edebileceği ayarlanabilir uç sertliğine sahip bir stylus olarak kullanılabilen, değişken esnekliğe sahip bir mekanizma önerilmiştir. Stylus ucunun değişken esnekliği, kritik burkulma yüklerinin etrafında eksenel olarak yüklenmiş kirişlerin enine sertlik varyasyonları ile elde edilmiştir. Eksenel olarak yüklenmiş bir kirişin esnek bir aktarma mekanizması ile bütünleştirilmesi sonucu stylus ucunun esnekliği geniş bir aralıkta ayarlanabilmektedir. Özellikle, çok yüksek esneklik seviyeleri, stylusun mekanik bütünlüğünden ve yük taşıma kapasitesinden ödün vermeden, yüksek doğrulukla elde edilebilmektedir. Stylusun esnek güç iletim mekanizması, büyük sapmalar altında lineer olmayan özellikler sergileyen esnek elemanların analizi uygun ve etkili bir yolu olan sahte rijit cisim modellemesi yoluyla analiz edilmiştir. Ayrıca, birinci kritik burkulma yükü etrafındaki enine rijitlik değişimlerini kapsayan bir ucu sabit diğer ucu kayar mesnetli burkulma kirişi için yeni bir sahte rijit cisim modeli önerilmiş ve doğrulanmıştır. Bu modeller, ayarlanabilir uç esnekliğine sahip stylusun yuvarlanmış parametre modelini elde etmek için bir araya getirilmiştir. Sahte rijit cisim modellemesine bağlı yuvarlanmış parametre modeli, tasarımın analizini kolaylaştırarak, sürekli ortamlar mekaniğinin altında yatan modelleme karışıklıklarını tasarımcıdan saklaması nedeniyle tercih edilmektedir. Çeşitli prototipler ile elde edilen esneklik değişim aralığını ve eşdeğer sahte rijit cisim modelinin doğruluğunu teyit eden deneysel karakterizasyon sonuçları sunulmuştur. Ayrıca, farklı stylus sertliklerinin insan performansı üzerindeki etkinliğini ortaya koyan bir dizi insanlı deneylere yer verilmiştir.
Özet (Çeviri)
Humans are known to modulate the impedance properties of their fingers in order to physically interact with the environment. For instance, painting or palpating fragile objects require high compliance of the fingers, while writing and measuring entails high precision position control, for which the stiffness of the fingers is increased considerably. In this thesis, we present the design, modeling, implementation, characterization and user verification of a stylus with variable tip compliance. In particular, we propose a variable stiffness mechanism as a compliant stylus that features an adjustable tip stiffness such that users can modulate compliance as needed to match the requirements of the task they perform. The variable stiffness of the stylus tip is achieved through transverse stiffness variations of axially loaded beams around their critical buckling load. Integrating an axially loaded beam with a compliant transmission mechanism, the stylus tip stiffness can be modulated over a large range. In particular, very low stiffness levels can be rendered with high fidelity, without sacrificing the mechanical integrity and load bearing capacity of the stylus. Compliant transmission mechanism of the stylus is analyzed through pseudo rigid body modeling which is a convenient and efficient way of modeling flexible elements exhibiting non-linear characteristics under large deflections. Furthermore, a novel pseudo rigid body model for a fixed-guided buckling beam that captures the transverse stiffness variations around the first critical buckling load is proposed and verified. These models are integrated to derive a lumped parameter model of the compliant stylus with adjustable tip stiffness. The lumped parameter model due to pseudo rigid body modeling promotes ease of analysis for design, by hiding the underlying modeling complexities of continuum mechanics from the designer. We provide experimental characterization results detailing the range of stiffness modulation achieved with several prototypes and verifying the accuracy of the equivalent pseudo rigid body model. We also present a set of human subject experiments that provide evidence in establishing the efficacy of the modulated stylus stiffness on the human performance.
Benzer Tezler
- İstanbul'da eğitim donatımlarının planlanmasına ve uygulanmasına yönelik model araştırması
Model research on planning and application of education infrastructures in Istanbul
SUAT ÇABUK
Doktora
Türkçe
2003
Şehircilik ve Bölge Planlamaİstanbul Teknik ÜniversitesiŞehir ve Bölge Planlama Ana Bilim Dalı
PROF. DR. YÜCEL ÜNAL
- Learning to walk on a human musculoskeletal system with powered prostheses
Aktif protezli insan kas-iskelet sisteminde yürüme öğrenmesi
İBRAHİM HAKKI DURMUŞ
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ HÜLYA YALÇIN
- Modern yol inşaatında geotekstil ve geodrit uygulaması konularında araştırma
A Research on utilization of geotextile and geodrid in modern road construction
İSKENDER MELİH AKSOY
- Biyomedikal mühendisliğine giriş dersinin internet üzerinde tasarımı
Design of the course of introduction to biomedical engineering on the internet
YALÇIN EZGİNCİ
Doktora
Türkçe
2008
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiSelçuk ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İNAN GÜLER