Otimização topológica aplicada em um braço robótico flexível
Resumen
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.
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