Part Design of a Humanoid Robot Arm with Generative Design Perspective

Year 2022, Volume: 5 Issue: 2, 189 - 197, 31.12.2022

Safer Çokatar , Muhammet Tarık Yıldırım , Hüseyin Hakkı Bulduk , Oğuzhan Sefa Güner , Ersin Toptaş

https://doi.org/10.55117/bufbd.1127822

Abstract

With the developing technology, the structural analysis of the parts can be done with
simulation in the computer environment. These developed softwares have become
even more useful today because it is desired to avoid the cost of testing a part or
system in a real environment. With the increase in the use of artificial intelligence
systems, the number of things that can be done in these simulation environments is
increasing day by day. As it is known, durability is an important factor in the design
process of the robot arm, but asking for more durability can cause extra weight in the
traditional design approach. With the use of generative design instead of traditional
design, it is possible to reduce weight and keep durability constant. In this study,
structural simulations of a cable-driven robot arm joint will be made using
Fusion360, and innovative design will be made using artificial intelligence add-ons.
Comparison of the innovative design and the parts obtained as a result of traditional
design in terms of cost, weight and safety coefficient will be made.

Keywords

Generative design, Design of a robotic arm, Optimization

Yenilikçi Tasarım Bakış Açısıyla İnsansı Robot Kol Parçası Tasarımı

Abstract

Gelişen teknoloji ile birlikte parçaların yapısal analizleri bilgisayar ortamında
simülasyon ile yapılabilmektedir. Bir parçanın veya sistemin testlerinin gerçek
ortamda yapılmasının maliyetinden kaçınmak istenildiği için gelişmiş olan bu
ortamlar günümüzde daha da kullanışlı hale gelmiştir. Yapay zeka sistemlerinin
kullanımının artması ile birlikte bu simülasyon ortamlarında yapılabileceklerin sayısı
da gün geçtikçe artmaktadır. Robot kolun tasarım sürecinde dayanıklılık önemli bir
faktördür fakat daha fazla dayanıklılık istemek gelenekçi tasarım yaklaşımında
fazladan ağırlıklara sebebiyet verebilmektedir. Gelenekçi tasarım yerine yenilikçi
tasarımın kullanılması ile birlikte ağırlığın azaltılıp dayanıklılığın sabit tutulması
mümkün olmaktadır. Bu çalışmada Fusion360 kullanılarak, kablo ile sürülen bir
robot kol ekleminin yapısal simülasyonları, yapay zekâ eklentileri kullanılarak
yenilikçi tasarımı yapılacaktır. Yenilikçi tasarım ile geleneksel tasarım sonucu elde
edilen parçaların maliyet, ağırlık ve güvenlik katsayısı bakımından karşılaştırılması
yapılacaktır.

Keywords

Yenilikçi tasarım, Robot kol tasarımı, Optimizasyon

References

• [1] J. Osmond, "The Threshold of Uncertainty in Teaching Design," p. 8.
• [2] H. J. G. Diersch, FEFLOW, Berlin, Heidelberg: Springer Berlin Heidelberg, 2014.
• [3] Y. Horiba, "Proposal of Method for Estimating Clothing Pressure of Tight-Fitting Garment Made from Highly Elastic Materials: Hybrid Method Using Apparel CAD and Finite Element Analysis Software," Journal of Fiber Science and Technology, vol. 77, no. 2, pp. 76-87, 2021.
• [4] A. P. G. Milla, "Expertise, playfulness and analogical reasoning: three strategies to train Artificial Intelligence for design applications," Architecture, Structures and Construction, 2022.
• [5] N. Kallioras, "MLGen: Generative Design Framework Based on Machine Learning and Topology Optimization," Applied Sciences, vol. 11, no. 24, p. 12044, 2021.
• [6] T. Laughlin, "nTopology," 25 04 2019. [Çevrimiçi]. Available: https://ntopology.com/blog/2019/04/25/topology-optimization-in-a-world-of-fields-and-implicit-geometry/. [Erişildi: 07 04 2022].
• [7] H. M. Al-Qahtani, "Dynamics and Control of a Robotic Arm Having Four Links," Arabian Journal for Science and Engineering, vol. 42, no. 5, pp. 1841-1852, 2017.
• [8] F. D. Crescenzio, Generative design of 3D printed hands-free door handles for reduction of contagion risk in public buildings," International Journal on Interactive Design and Manufacturing (IJIDeM), vol. 16, no. 1, pp. 253-261, 2022.
• [9] C. P. J. P. C. L. S. L. Taeyoon Lee, "A hybrid dynamic model for the AMBIDEX tendon-driven manipulator," Mechatronics, p. 102398, 2020.
• [10] Y. J. Kim, "Anthropomorphic Low-Inertia High-Stiffness Manipulator for High-Speed Safe Interaction," IEEE Transactions on Robotics, vol. 33, no. 6, pp. 1358-1374, 2017.
• [11] R. Wu, "DeepCAD: A Deep Generative Network for Computer-Aided Design Models," arXiv:2105.09492 [cs], 2021.
• [12] G. L. S. S. Lopez, "A finite element approach to statical and dynamical analysis of geometrically nonlinear structures," Finite Elements in Analysis and Design, vol. 46, no. 12, pp. 1093-1105, 2010.
• [13] R. F. M. C. L. G. Francesco Buonamici, "Generative Design: An Explorative Study," Computer-Aided Design and Applications, vol. 18, no. 1, pp. 144-155, 2020.
• [14] B. Aman, "Generative Design for Performance Enhancement, Weight Reduction, and its IndustrialImplications," p. 21.
• [15] "Koç üniversitesi hastanesi," [Çevrimiçi]. Available: https://www.kuh.ku.edu.tr/fizik-tedavi-verehabilitasyon/omuz-egzersizleri. [Erişildi: 03 06 2022].
• [16] B. Ma, "Design of Surgical machine manipulator based on TOPOLOGY OPTIMIZATION method," 20213rd International Symposium on Robotics & Intelligent Manufacturing Technology (ISRIMT), Changzhou,China, 2021.