Otimização Topológica Aplicada à Minimização da Flexibilidade Dinâmica de Braços Robóticos Flexı́veis

Abstract

Resumo. Este trabalho tem por objetivo aplicar o método de otimização topológica, para encontrar a melhor distribuição de material em um braço robótico flexível, visando minimizar a flexibilidade dinâmica do braço e atendendo uma restrição de volume preestabelecida. Idealiza-se o braço robótico como uma viga bidimensional. Discretiza-se esse domínio em um número finito de subdomínios denominados elementos finitos. Na formulação do problema, utiliza-se o modelo de material SIMP, o qual admite como variáveis de projeto as pseudodensidades dos elementos finitos. As variáveis de projeto são atualizadas através da Programação Linear Sequencial. Aplica-se um filtro de sensibilidade para evitar que possíveis complicações numéricas interfiram nas topologiasótimas. Resultados numéricos foram obtidos através de um algoritmo desenvolvido em software Matlab. As simulações realizadas mostram que as topologiasótimas encontradas estão bem definidas, atendem os critérios de estabilidade numérica definidos no algoritmo, estão de acordo com trabalhos similares desenvolvidos na literatura e podem ser utilizadas em projetos de fabricação de estruturas.Palavras-chave. Braço robótico, Elementos Finitos, Otimização Topológica. IntroduçãoEm geral, os manipuladores robóticos são projetados com alta rigidez nos seus elementos, a fim de obter maior precisão. Isso resulta em máquinas pesadas, com baixo desempenho cinemático e eficiência dinâmica. Portanto, uma maneira de obter maior agilidade e eficiência,é a redução da massa. Manipuladores leves oferecem muitos desafios a pesquisadores em robótica, em comparação com robôs rígidos e volumosos. O consumo de energiaé diminuído ganhando agilidade e rapidez. Devido a essas características, essa classe de manipuladoresé especialmente conveniente para uma variedade de aplicações robóticas, principalmente em se tratando de robôs embarcados.