Savremeni pristupi u kinematičkoj i dinamičkoj optimizaciji ravanskih mehanizama
Author
Bošković, MarinaMentor
Bulatović, RadovanCommittee members
Vasović, NebojšaSavković, Mile
Bogdanović, Gordana
Milićević, Ivan
Metadata
Show full item recordAbstract
U disertaciji su predložene tri različite metode kojima se postiže uravnoteženje
ravanskih mehanizama sa krutim članovima. Dodavanjem protivtegova, korišćenjem
interpolacionih polinoma i primenom optimizacionih metoda izvršeno je smanjenje
dinamičkih opterećenja, tj. uravnoteženje ravnih mehanizama. U cilju određivanja
dinamičkih opterećenja, izvršena je kinematička i dinamička analiza mehanizama.
Reakcije veza određene su primenom novog metoda koji se bazira na korišćenju
Lagranževih jednačina sa množiteljima veza, metoda transformacije brzina i
predstavljanjem članova manipulatora korišćenjem ekvivalentnog sistema sa
koncentrisanim masama. Kroz odgovarajuće numeričke primere pokazana je efikasnost
predloženih metoda za uravnoteženje mehanizama. Akcenat je na primeni savremenih
biološki inspirisanih optimizacionih algoritama koji su se pojavili u poslednjih
petnaestak godina. Ovim jednostavnim algoritmima, čiji se princip rada zasniva na
oponašanju pojava i procesa u priro...di, moguće je rešiti kompleksne inženjerske
optimizacione probleme. Problem uravnoteženja ravanskih mehanizama rešen je
primenom dva optimizaciona algoritma: subpopulacijskog algoritma svica (SP-FA)
koji predstavlja poboljšanu verziju standardnog algoritma svica i hibridnog
algoritma svica i kukavičje pretrage (H-CS-FA) koji predstavlja kombinaciju dva
biološki inspirisana algoritma.
Postupak analize mehanizama proširen je zatim i na mehanizme sa elastičnim
članovima. Predstavljen je nov pristup u dinamičkoj analizi mehanizama sa elastičnim članovima koji se temelji na mehanici sistema krutih tela. Detaljno je objašnjen
postupak diskretizacije elastičnih članova u cilju dobijanja što tačnijeg dinamičkog
modela. Takođe, prikazan je postupak određivanja reakcija veza kod manipulatora sa
jednim elastičnim članom.
Na kraju, proces projektovanja mehanizama zaokružen je procesom optimalne sinteze
podesivih ravanskih mehanizama kao generatora putanje. Cilj je optimizovati putanju
(koja je zadata istim skupom tačaka), koju generišu različiti tipovi ravanskih
mehanizama. U postupku optimalne sinteze primenjen je algoritam sivog vuka (GWO)
koji takođe pripada klasi biološki inspirisanih algoritama. Efikasnost algoritma
testirana je na odgovarajućim numeričkim primerima.
In the thesis, three different methods are proposed to achieve the balancing of planar
mechanisms with rigid links. By adding counterweights, using interpolating polynomials and
by applying optimization methods, dynamic load is reduced ie. balancing of mechanisms is
achieved. In order to determine the dynamic load, it is necessary to perform the kinematic and
dynamic analysis of the mechanisms first. Joint reaction forces were determined by using a new
method based on the use of the Lagrange equations with the multipliers, velocity
transformations and the equimomental system representation of the links of the mechanism.
Through the corresponding numerical examples, the efficiency of the proposed methods for
balancing the mechanisms was shown. The emphasis is on the application of modern
biologically inspired optimization algorithms that have emerged in the last fifteen years. With
these simple algorithms, whose work principle is based on mimicking phenomena and
processes in ...nature, it is possible to solve complex engineering optimization problems. The
problem of balancing of planar mechanisms was solved by using two optimization algorithms:
a subpopulation firefly algorithm (SP-FA) that represents an improved version of the standard
firefly algorithm and hybrid cuckoo search and firefly algorithm (H-CS-FA) which represents
a combination of two biologically inspired algorithms.
The analysis process of the mechanisms was then extended to mechanisms with flexible
links. A new approach to the dynamic analysis of mechanisms with flexible links which is based
on rigid multibody systems has been presented. The process of discretization of flexible links
is explained in detail, in order to obtain a more accurate dynamic model. Also, the procedure
for determining the joint reaction forces in the manipulator with one flexible link is shown.
Finally, the process of designing the mechanisms is rounded up by the process of optimal
synthesis of adjustable planar mechanisms as a path generator. The goal is optimization of the
same path (given by the same set of points), which is generated by different types of planar
mechanisms. A gray wolf algorithm (GWO) which also belongs to the class of biologicallyinspired algorithms is applied in the process of optimal synthesis. The efficiency of the
algorithm was tested on the corresponding numerical examples.