Rullakuljettimen mallinnuksen automatisointi

Tämä diplomityö käsittelee erään rullakuljettia valmistavan yrityksen suunniteluprosessin tehostamista suunnitteluautomaatilla. Diplomityön tavoitteena oli parametrisoida asiakkaan 3D-tuotemalli ja luoda erillinen käyttöliittymä, jolla mallia voidaan määrätyissä rajoissa varioida. Diplomityön tuloksena syntyi toimiva Microsoft Excelilla toteutettu suunnitteluautomaatti, jolla voitiin varioida SolidWorksilla luotua tuotemallia. Suunnitteluautomaatti päivitti mallin lisäksi myös tuotteen valmistuspiirustukset ja komponenttien valmistukseen käytettävät työstökoneiden ohjaustiedostot. Automaatin käyttö lyhensi tuotteen variointiin kuluvaa aikaa alkuperäisestä yhdestä työviikosta kahteen tuntiin, poisti suunnitteluvirheet lähes kokonaan ja vähensi yrityksen rutiinisuunnitteluun käyttämää työaikaa.

Mechanical Design of Hydraulic Vise

The general task of clamping devise is to connect the parts to the machining centers so that the work piece could be fixed on its position during the whole machining process. Additionally, the work piece should be clamped easily and rapidly by the machine users. The purpose of this Master’s thesis project was to develop a product design and find out the dimensioning of a hydraulic vise system for Astex Engineering OY, which was taking care of the general principles of product design and development during the design process. Throughout the process, the needs of manufacturing and assembling were taken into consideration for the machinability and minimization of the cost of manufacturing. The most critical component of the clamping devise was modeled by FEM for the issue of strength requirements. This 3D model was created with Solidworks and FEM-analysis was done with Cosmos software. As the result of this design work, a prototype of the hydraulic vise was manufactured for Astex Engineering OY and the practical test.

Mechanical closing of the paperboard package and the effect of the shape of paperboard package to its manufacturability

The main objective of this thesis was to design a hinge and a closing mechanism for the plastic rim of a paperboard package. Of the hinge and closing mechanisms the 3D-models were designed using SolidWorks program and the functionality of the mechanisms was tested with rapid prototype models. When a mechanism that worked was found, the manufacturability of the mechanisms was tested in an injection molding machine with changeable inserts. Another objective of this thesis was to test the effect of the shape of paperboard package to its manufacturability. The effect of the packages shape was tested with plastic tools made for three different shaped trays. Suggestions for further research were made according to the results of the thesis.

Alumiiniveneen rungon modulointi robottihitsauksen tehostamiseksi

Alumiiniveneiden valmistuksessa hitsauksen automatisointiaste on hyvin matala. Kilpailukyvyn säilyttämiseksi on tärkeää saada automatisointiastetta nostettua ja tätä kautta hitsauskustannuksia alennettua. Automatisoinnin esteenä ei ole teknologian puute, vaan ongelmana on alumiiniveneiden rakenteen huono soveltuvuus automatisoituun tuotantoon. Rakenteen kehittäminen modulaariseksi on yksi mahdollisuus tehostaa robottihitsausta venerunkojen valmistuksessa. Tässä diplomityössä tutkittiin modulaarisuutta, modulointiin johtavia tekijöitä sekä modulaarisuudella mahdollisesti saavutettavia etuja valmistavassa teollisuudessa ja erityisesti robottihitsauksessa. Lisäksi käsiteltiin modulointiin läheisesti liittyvää valmistus- ja kokoonpanoystävällistä suunnittelua. Työssä tehtiin modulointiesimerkki huviveneen rungon robottihitsauksen tehostamiseksi. Veneen runko ja siihen suunniteltu jäykisterakennemoduuli mallinnettiin käyttäen SolidWorks-ohjelmistoa sekä Delmia V5-ohjelmistoon sisällytettyä Catia V5-suunnitteluympäristöä. Suunnitellun modulaarisen rakenteen hitsattavuutta ja hitsaukseen kuluvaa aikaa simuloitiin Delmia V5-ohjelmistolla. Modulaarisen rakenteen avulla robottihitsattavuutta on mahdollista tehostaa erityisesti rungon sisäisen jäykisterakenteen osalta. Kun tuotteesta on suurempi osa hitsattavissa robotin avulla, on myös robotisointi-investoinnit kannattavampia. Modulaarisuuden avulla voidaan päästä myös pienillä tuotantomäärillä sarjatuotannon etuihin, kun samaa moduulia voidaan käyttää vähäisillä muutoksilla useammassa eri venemallissa.

Validação de um modelo de cálculo por elementos finitos do chassi de uma semeadora de quatro linhas

O comportamento estrutural estático de um chassi experimental de semeadora de quatro linhas para agricultura familiar foi testado, utilizando-se da técnica numérica de Análise de Elementos Finitos, onde se levou em consideração os esforços a que a máquina em questão estaria sujeita, quando suspensa do chão, pelos três pontos de engate do trator. Para a validação do modelo usado pelo software SolidWorks Simulation, submeteu-se um protótipo em escala real do chassi a carregamentos de forças verticais, a fim de comparar os deslocamentos reais da estrutura com os deslocamentos calculados pelo software. Dois estudos foram feitos do modelo para o cálculo dos deslocamentos da estrutura: no primeiro, não foram incluídos os suportes dos engates dos três pontos no cálculo, e os deslocamentos medidos não foram comparáveis com os calculados. No segundo estudo, quando foram incluídos os engates no cálculo, verificou-se que os resultados foram comparáveis com os obtidos na prática. Concluiu-se, portanto, que o segundo estudo é válido e que os cálculos da estrutura do chassi que foram realizados pelo software são confiáveis.

Novel Methods for Error Modeling and Parameter Identification of a Redundant Serial-Parallel Hybrid Robot

To obtain the desirable accuracy of a robot, there are two techniques available. The first option would be to make the robot match the nominal mathematic model. In other words, the manufacturing and assembling tolerances of every part would be extremely tight so that all of the various parameters would match the “design” or “nominal” values as closely as possible. This method can satisfy most of the accuracy requirements， but the cost would increase dramatically as the accuracy requirement increases. Alternatively, a more cost-effective solution is to build a manipulator with relaxed manufacturing and assembling tolerances. By modifying the mathematical model in the controller, the actual errors of the robot can be compensated. This is the essence of robot calibration. Simply put, robot calibration is the process of defining an appropriate error model and then identifying the various parameter errors that make the error model match the robot as closely as possible. This work focuses on kinematic calibration of a 10 degree-of-freedom (DOF) redundant serial-parallel hybrid robot. The robot consists of a 4-DOF serial mechanism and a 6-DOF hexapod parallel manipulator. The redundant 4-DOF serial structure is used to enlarge workspace and the 6-DOF hexapod manipulator is used to provide high load capabilities and stiffness for the whole structure. The main objective of the study is to develop a suitable calibration method to improve the accuracy of the redundant serial-parallel hybrid robot. To this end, a Denavit–Hartenberg (DH) hybrid error model and a Product-of-Exponential (POE) error model are developed for error modeling of the proposed robot. Furthermore, two kinds of global optimization methods, i.e. the differential-evolution (DE) algorithm and the Markov Chain Monte Carlo (MCMC) algorithm, are employed to identify the parameter errors of the derived error model. A measurement method based on a 3-2-1 wire-based pose estimation system is proposed and implemented in a Solidworks environment to simulate the real experimental validations. Numerical simulations and Solidworks prototype-model validations are carried out on the hybrid robot to verify the effectiveness, accuracy and robustness of the calibration algorithms.

Trukkitraktorin rungon suunnittelu ja laskenta

Tässä työssä suunniteltiin lappeenrantalaisen Astex Oy:n tilauksesta liikkuvan työkoneen runkorakenne. Työ tehtiin Lappeenrannan teknillisen yliopiston teräsrakenteiden laboratoriossa. Suunniteltava rakenne kuului linkkuohjattuun, noin 5000 kg painoiseen trukkitraktoriin. Lähtökohtana rakenteen suunnittelulle olivat tilaajan asettamat rakenteen geometriaan ja suorituskykyyn liittyvät reunaehdot ja rajoitteet. Uuden rakenteen suunnittelussa hyödynnettiin myös tilaajatahon kehittelemää vastaavan tyyppistä prototyyppirakennetta. Rakenteen suunnitteluprosessi koostui neljästä eri vaiheesta. Suunniteltavan rakenteen lähtökohtana olleelle prototyyppirakenteelle suoritettiin koneen käytönaikaisia venymäliuskamittauksia rakenteen kuormitushistorian selvittämiseksi. Mittauksista saatujen tulosten perusteella määritettiin kuormitukset uudelle suunniteltavalle rakenteelle. Määritettyjä kuormituksia hyödyntäen ideoitiin, suunniteltiin ja mallinnettiin uusi tilaajan vaatimuksia vastaava rakenne. Uudelle rakenteelle suoritettiin lujuusanalyysit FE-analyysiä hyödyntäen. Uuden rakenteen suunnittelussa kiinnitettiin huomiota rakenteen hyvään valmistettavuuteen ja suunniteltiin rakenneratkaisut tilaajataholle mahdollisimman optimaalisiksi. Suunnittelu- ja mallinnustyö tehtiin Solidworks 2014 ohjelmistolla. Rakenteen lujuustekniset tarkastelut sisälsivät rakennedetaljien analyyttistä mitoitusta ja laskentaa. FE-laskennalla selvitettiin rakenteen ääri- ja väsymiskestävyys. Laskenta sisälsi koko rakenteen globaaleja tarkasteluja, sekä eri kriittisten rakennedetaljien yksityiskohtaisempia analyysejä. FE-laskennan pääpaino oli rakenteen väsymisanalyyseissä, jotka toteutettiin Hot-Spot- ja särönkasvumenetelmillä. Rakenteen FE-analyysien suorittamisessa käytettiin Femap, NxNastran ja Abaqus-ohjelmistoja.

Pinoamislaitteen suunnittelu vetokoneen jälkeiselle linjalle

Työn tavoitteena oli suunnitella vetokoneen linjalle pinoamislaite. Laitteen tehtävänä on pinota yksittäin vetokoneelta tulevista tuotteista asiakasvaatimusten mukaisia pinoja. Laitteen suunnittelu toteutettiin käyttämällä systemaattisen koneensuunnittelun metodia. Diplomityö rajattiin koskemaan laitteen mekaanisten ratkaisujen suunnittelua. Suunnittelussa huomioitiin linjan asettamat vaatimukset, jotka koskevat sekä tuotantomäärää että tilojen käyttöä. Laitteen suunnittelussa ja mallinnuksessa käytettiin Solidworksin 3D-mallinnusohjelmaa. Mallinnettuja ratkaisuvaihtoehtoja verrattiin keskenään. Parhaiten vaatimusluettelossa esitetyt vaatimukset täyttänyt ratkaisumalli valittiin kehitettäväksi. Suunnitellusta laitteesta valmistettiin työpiirustukset sekä kokoonpanokuvat.

Pyörivän palopään suunnittelu

Työssä suunniteltiin pienten kiinteistöjen keskuslämmityksen käyttöön kiinteää polttoainetta käyttävä palopää, jossa palopään pyörimisliike sekoittaa polttoainetta palamisen aikana. Polttoaineen sekoittamisella pyritään parantamaan palamisen hyötysuhdetta ja vähentämään haitallisia päästöjä. Laitteen suunnittelu toteutettiin systemaattista koneensuunnittelun metodia mukaillen. Työn aihe rajattiin koskemaan ainoastaan palopään mekaniikan suunnittelua ja mitoitusta. Suunnittelussa pyrittiin huomioimaan valmistusystävällisyys ja minimoimaan kustannukset. Laitteen suunnittelussa käytettiin SolidWorks 2014 – ohjelmaa.

Design of traction transmission and suspension systems for an omni-directional mobile robot

This project aims to design and manufacture a mobile robot with two Universal Robot UR10 mainly used indoors. In order to obtain omni-directional maneuverability, the mobile robot is constructed with Mecanum wheels. The Mecanum wheel can move in any direction with a series of rollers attached to itself. These rollers are angled at 45º about the hub’s circumference. This type of wheels can be used in both driving and steering with their any-direction property. This paper is focused on the design of traction system and suspension system, and the velocity control of Mecanum wheels in the close-loop control system. The mechanical design includes selection of bearing housing, couplers which are act as connection between shafts, motor parts, and other needed components. The 3D design software SolidWorks is utilized to assemble all the components in order to get correct tolerance. The driving shaft is designed based on assembled structure via the software as well. The design of suspension system is to compensate the assembly error of Mecanum wheels to guarantee the stability of the robot. The control system of motor drivers is realized through the Robot Operating System (ROS) on Ubuntu Linux. The purpose of inverse kinematics is to obtain the relationship among the movements of all Mecanum wheels. Via programming and interacting with the computer, the robot could move with required speed and direction.

Short Implant to Support Maxillary Restorations: Bone Stress Analysis Using Regular and Switching Platform

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Cortical Bone Stress Distribution in Mandibles with Different Configurations Restored with Prefabricated Bar-Prosthesis Protocol: A Three-Dimensional Finite-Element Analysis

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Regular and Platform Switching: Bone Stress Analysis Varying Implant Type

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Micromechanics of dentin/adhesive interface in function of dentin depth: 3d finite element analysis

Objectives: The aim of this study was to analyze the stress distribution on dentin/adhesive interface (d/a) through a 3-D finite element analysis (FEA) varying the number and diameter of the dentin tubules orifice according to dentin depth, keeping hybrid layer (HL) thickness and TAǴs length constant. Materials and Methods: 3 models were built through the SolidWorks software: SD - specimen simulating superficial dentin (41 x 41 x 82 μm), with a 3 μm thick HL, a 17 μm length Tag, and 8 tubules with a 0.9 μm diameter restored with composite resin. MD - similar to M1 with 12 tubules with a 1.2 μm diameter, simulating medium dentin. DD - similar to M1 with 16 tubules with a 2.5 μm diameter, simulating deep dentin. Other two models were built in order to keep the diameter constant in 2.5 μm: MS - similar to SD with 8 tubules; and MM - similar to MD with 12 tubules. The boundary condition was applied to the base surface of each specimen. Tensile load (0.03N) was performed on the composite resin top surface. Stress field (maximum principal stress in tension - σMAX) was performed using Ansys Wokbench 10.0. Results: The peak of σMAX (MPa) were similar between SD (110) and MD (106), and higher for DD (134). The stress distribution pathway was similar for all models, starting from peritubular dentin to adhesive layer, intertubular dentin and hybrid layer. The peak of σMAX (MPa) for those structures was, respectively: 134 (DD), 56.9 (SD), 45.5 (DD), and 36.7 (MD). Conclusions: The number of dentin tubules had no influence in the σMAX at the dentin/adhesive interface. Peritubular and intertubular dentin showed higher stress with the bigger dentin tubules orifice condition. The σMAX in the hybrid layer and adhesive layer were going down from superficial dentin to deeper dentin. In a failure scenario, the hybrid layer in contact with peritubular dentin and adhesive layer is the first region for breaking the adhesion. © 2011 Nova Science Publishers, Inc.

Influence of the implant diameter with different sizes of hexagon: Analysis by 3-dimensional finite element method

The aim of this study was to evaluate the stress distribution in implants of regular platforms and of wide diameter with different sizes of hexagon by the 3-dimensional finite element method. We used simulated 3-dimensional models with the aid of Solidworks 2006 and Rhinoceros 4.0 software for the design of the implant and abutment and the InVesalius software for the design of the bone. Each model represented a block of bone from the mandibular molar region with an implant 10 mm in length and different diameters. Model A was an implant 3.75 mm/regular hexagon, model B was an implant 5.00 mm/regular hexagon, and model C was an implant 5.00 mm/ expanded hexagon. A load of 200 N was applied in the axial, lateral, and oblique directions. At implant, applying the load (axial, lateral, and oblique), the 3 models presented stress concentration at the threads in the cervical and middle regions, and the stress was higher for model A. At the abutment, models A and B showed a similar stress distribution, concentrated at the cervical and middle third; model C showed the highest stresses. On the cortical bone, the stress was concentrated at the cervical region for the 3 models and was higher for model A. In the trabecular bone, the stresses were less intense and concentrated around the implant body, and were more intense for model A. Among the models of wide diameter (models B and C), model B (implant 5.00 mm/regular hexagon) was more favorable with regard to distribution of stresses. Model A (implant 3.75 mm/regular hexagon) showed the largest areas and the most intense stress, and model B (implant 5.00 mm/regular hexagon) showed a more favorable stress distribution. The highest stresses were observed in the application of lateral load.