SIZING OPTIMIZATION OF A EXOSKELETON STRUCTURE UTILIZING FINITE ELEMENT ANALYSIS AND MULTI-OBJECTIVE SEARCH

JOÃO  CARLOS PEREIRA PASSOS; CARLOS  EDUARDO DA SILVA SANTOS; RENATO  CORAL SAMPAIO; LEANDRO  DOS SANTOS COELHO; CARLOS HUMBERTO LLANOS QUINTERO

doi:10.20906/CBA2022/887

JOÃO CARLOS PEREIRA PASSOS 1UNIVERSITY OF BRASÍLIA - DEPARTMENT OF MECHANICAL ENGINEERING - BRASÍLIA - DF
CARLOS EDUARDO DA SILVA SANTOS 2FEDERAL INSTITUTE OF EDUCATION, SCIENCE AND TECHNOLOGY OF TOCANTINS - CAMPUS PALMAS - PALMAS - TO
RENATO CORAL SAMPAIO 3UNIVERSITY OF BRASILIA - FACULTY OF GAMA, SOFTWARE ENGINEERING GROUP - GAMA - DF
LEANDRO DOS SANTOS COELHO 4FEDERAL UNIVERSITY OF PARANÁ - ELECTRICAL ENGINEERING GRADUATE PROGRAM - CURITIBA - PR
CARLOS HUMBERTO LLANOS QUINTERO 1UNIVERSITY OF BRASÍLIA - DEPARTMENT OF MECHANICAL ENGINEERING - BRASÍLIA - DF

DOI: https://doi.org/10.20906/CBA2022/887

Keywords: Exoesqueleto, Otimização de dimensionamento, Busca multiobjectivo, Análise de elementos finitos, Evolução diferencial

Abstract

Atualmente existem muitas pessoas idosas que precisam de assistência para se locomover. Neste contexto, um exoesqueleto é um tipo de mecanismo vestível que pode ajudá-los tanto nas tarefas de reabilitação quanto de deslocamento. Em sua forma autônoma, um exoesqueleto deve ser tanto leve quanto forte para suportar os esforços. No entanto, existe um trade-o_ entre estas características. O projeto mecânico de suas peças requer simulações e testes de esforços para determinar o formato _ótimo que seja leve e ao mesmo tempo obedeça a um fator de segurança, critérios que são contraditórios. O desenvolvimento de um projeto mecânico que satisfaça os requisitos de projeto, demanda pressionais qualificados e longo tempo de análise, o que incorre em altos custos. Neste contexto, este trabalho propõe o uso de uma técnica de otimização multiobjectivo bio-inspirada afim de automatizar o processo de simulações mecânicas e desta forma assistir o projetista. Um estudo de caso do modelo de uma peça para um exoesqueleto é apresentado. O algoritmo de otimização multiobjectivo é empregado juntamente com a técnica de análise de elementos finitos para simular a peça sob esforços externos com várias configurações de dimensões. A cada iteração do algoritmo, uma função custo é utilizada para avaliar as soluções baseado no fator de segurança e na massa total da peça. Finalmente, múltiplas soluções são apresentadas em forma de uma Fronteira de Pareto e os resultados discutidos.