Co-design optimization for lever-type variable stiffness actuation
Seri tipteki değişken esnekliğe sahip eyleyicilerin eş-tasarım eniyileştirmesi
- Tez No: 643479
- Danışmanlar: PROF. DR. VOLKAN PATOĞLU
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Mekatronik Mühendisliği, Mechatronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2020
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Sabancı Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 80
Özet
Değişken esnekliğe sahip eyleme (DESE), hem fiziksel insan-robot etkileşimlerinin güvenliğini sağlama, hem de robotların kabiliyetini arttırma açılarından avantajlıdır. DESE'ler birkaç temel ilkeye göre uygulanabilir. Kaldıraç tipi DESE'ler, diğer yaklaşımlara kıyasla avantajlıdır, çünkü ideal koşullar altında sistemin esnekliğini değiştirmek için yaya karşı mekanik kuvvet uygulanması gerekli değildir. Bu çalışmada, kaldıraç tipi DESE'lerde en iyi performansı elde etmek için, mekanik ve kontrol tasarım değişkenlerinin aynı anda ele alındığı, sistem seviyesinde eş-tasarım eniyilemesini ele alıyoruz. Eş-tasarım eniyilemesinin, alt sistem eniyilemesine kıyasla önemli performans avantajları sağladığını gösteriyoruz. DESE eniyileme problemlerinin, doğası gereği birden fazla kriteri dikkate aldığını göz önünde bulundurarak, çok kriterli optimizasyon problemini modelliyoruz ve baskın olan sistem seviyesindeki tüm en iyi çözümleri bir Pareto eğrisi olarak hesaplıyoruz. Pareto eğrisinden örnek tasarım seçimleri sunuyor ve çeşitli çözümlerin avantajlarını ve dezavantajlarını tartışıyoruz. Bunların yanı sıra, iki farklı tek eyleyicili çözüm sunuyoruz: seri elastik eyleyici çözümü ve sadece esneklik modülasyonuyla görevi yerine getiren özgün bir sabit tork çözümü. Güncellenmiş bir eniyileme formülasyonu sayesinde, sabit tork çözümü için gerekli tork seviyesinin, DESE'nin görev sırasındaki esnekliğini azaltmak kaydı ile, azaltılabileceğini gösteriyoruz. Son olarak, aynı görev ve eniyileme ölçütleri için, kaldıraç tipi DESE mekanizmalarının Pareto çözümlerini tek yayın öngerilmesi tabanlı DESE mekanizmalarının Pareto çözümleri ile karşılaştırıyoruz. Bu karşılaştırma sayesinde, kaldıraç temelli seri tip ve tek bir yayın öngerilmesi tabanlı DESE'lerin birbirlerine üstünlük sağlayabildiği farklı tasarım seçenekleri olduğuna dair kanıtlar sunuyoruz.
Özet (Çeviri)
Variable stiffness actuation (VSA) improves the dexterity of robots while ensuring the safety of physical human-robot interactions. VSAs can be implemented based on several principles. Among these, lever-type VSAs are advantageous, since no mechanical work against the spring is required to modulate the stiffness of the system under ideal conditions. We study co-design optimization of lever-type VSAs where mechanical and control design variables are simultaneously optimized to achieve the best performance. We demonstrate that co-design optimization results in significant performance advantages in comparison to subsystem optimization. Given that VSA optimization problems inherently consider multiple criteria, we model the co-optimization problem accordingly and compute all non-dominated system-level optima as a Pareto-front curve. We provide sample design selections from the Pareto-front curve and discuss the trade-offs involved in various solutions. We also provide two single-actuator solutions: a series elastic actuation solution and a novel constant-torque solution that achieves the task through stiffness regulation. Through a modified optimization formulation, we further demonstrate that the constant torque requirement for the constant torque solution can be decreased at the expense of the lower stiffness of the actuator. Finally, we compare Pareto solutions of lever-type VSA mechanisms with those of single spring preload adjustment based VSA, for the same task and objective functions. Through this comparison, we provide evidence that series type VSA or single spring preload based VSA can be favorable for different designer preferences.
Benzer Tezler
- Kabak çekirdeğinden enzimatik sulu ekstraksiyon ile yağ eldesi ve yanıt yüzey yöntemiyle optimizasyonu
Aqueous enzymatic extraction of oil from pumpkin seeds and optimization by response surface methodology
GÜLİZAR BALCIOĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Biyoteknolojiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. GÜLDEM ÜSTÜN
- Modern yol inşaatında geotekstil ve geodrit uygulaması konularında araştırma
A Research on utilization of geotextile and geodrid in modern road construction
İSKENDER MELİH AKSOY
- Bozulabilir mallar için optimal üretim planlaması
Optimal production planning for decaying items
MELDA GÜRSOY
- Demiryolu araçları için yeniden tutunma kontrolünün ve kararlılık analizlerinin yapılması
Re-adhesion control and stability analysis for a railway vehicle
ÇAĞLAR UYULAN
Doktora
Türkçe
2017
Mekatronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. METİN GÖKAŞAN
- En uygun hayat sigortası poliçesi seçimini sağlayan bir karar modeli
A Decision model for selecting the optimum insurance policy
H.BÜLENT CERİT
Yüksek Lisans
Türkçe
1995
Endüstri ve Endüstri Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiPROF.DR. RAMAZAN EVREN