Aplicação do algoritmo genético na síntese cinemática e na otimização do mecanismo de quatro barras
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Editor
Universidade Federal de Minas Gerais
Descrição
Tipo
Dissertação de mestrado
Título alternativo
Primeiro orientador
Membros da banca
Claysson Bruno Santos Vimieiroo
Ricardo Poley Martins Ferreira
Ricardo Poley Martins Ferreira
Resumo
Mecanismos articulados podem ser empregados em diversos tipos de máquinas e equipamentos. Para o dimensionamento adequado das ligações, a fim de se executar um determinado movimento, deve-se empregar a síntese dimensional. A tarefa para o qual torna-se necessário o controle de um ponto é conhecida como geração de curvas ou trajetória. O objetivo desse trabalho é a implementação de uma metodologia aplicável na síntese dimensional e otimização de mecanismos de quatro barras planos, para a geração de curvas. Como simplificação, as ligações são consideradas como elementos rígidos ou indeformáveis. Essa simplificação é razoável para grande parte dos problemas de síntese dimensional. Para isso é proposto um programa que utiliza como referência pontos de precisão, que devem ser utilizados para descrever a curva desejada. A busca é feita utilizando o algoritmo genético baseado na evolução diferencial, que permite trabalhar com as variáveis na forma de números reais. Trata-se de uma metodologia heurística que utiliza três operações básicas: seleção, reprodução e mutação. Com o objetivo de validar o algoritmo são feitas comparações com resultados obtidos em trabalhos similares. Como forma de verificar a aplicação do algoritmo genético em problemas de engenharia, a função objetivo é modificada para a otimização de um mecanismo de quatro barras, presente em uma máquina de costura industrial. O ponto de interesse do mecanismo obtido tem uma redução de 39,9% do pico da segunda aceleração (“jerk”) horizontal, sem que haja alteração significativa do movimento vertical. Verifica-se que a ferramenta computacional desenvolvida nesse trabalho, para a síntese dimensional e otimização de mecanismos de quatro barras, gera bons resultados para o projeto cinemático de mecanismos planares.
Abstract
Linkages can be used in various types of machines and equipments. In order to
estimate the appropriate dimensions of linkages that are capable of describing a prescribed
motion, dimensional synthesis must be employed. The task where a point control is required
is known as curve or trajectory generation. The objective of this work is the implementation
of a methodology applicable in the dimensional synthesis and optimization of planar four-bar
linkages, for curve generation. As a basic simplifying assumption, the links are considered as
rigid members, or underfomable bodies. This assumption is considered reasonable for most
dimensional synthesis problems. The proposed procedure uses precision points as reference,
which must be used to describe the desired curve. The search is done using the genetic
algorithm based on differential evolution, which allows working with the variables in the
form of real numbers. It is a heuristic methodology that uses three basic operations: selection,
reproduction and mutation. In order to validate the algorithm, comparative analyses are
performed using results from similar works. In order to verify the application of the algorithm
in engineering problems, the objective function is modified for the optimization of a four-bar
linkage, present in an industrial sewing machine. The point of interest of the obtained
mechanism has a 39,9% reduction of the horizontal "jerk" peak, without changing the vertical
movement. The computational procedure implemented to perform the dimensional synthesis
and optimization of four-bar linkages can render good results for the kinematic preliminary
design of planar mechanisms.
Assunto
Engenharia mecânica, Síntese dimensional, Otimização, Algoritmos genéticos
Palavras-chave
Síntese dimensional, Mecanismos planares, Otimização, Algoritmo genético