Mechanical Engineering Commons^™

Development Of An Interactive Robot For Overground Physical Human-Robot Interaction, Sambad Regmi

Doctoral Dissertations

"The overground interactive robots are potentially beneficial for humans in various areas, such as overground rehabilitation therapies and robotic interactive assistance. However, it is unclear what the expectations and challenges are for a robot to be physically interactive with a human during overground tasks, such as a robot helping an older adult walk. To develop such a robot, one must first build a clear understanding of how the human motor intent is communicated when interacting with another agent. Specifically, how do humans understand the leader’s intention when being led?

Based on previous works, we hypothesized that humans modulate their arm …

Sustainable Face Milling Of Inconel 718 Using Mql And Nanofluids Mql With Vegetable Oil As Base Fluid, Theodore Obumselu Nwoguh

Doctoral Dissertations

"Extreme heat and friction are generated in machining difficult-to-cut metals used in aerospace and nuclear industries leading to poor machinability (high cutting forces, rapid tool wear, shorter tool life, and poor surface integrity). Conventional flood coolant (CEC) used in industry is environmentally unfriendly, hazardous to operators, and unsustainable. These problems motivated this research, which can be mitigated with the use of effective biodegradable cutting fluids, appropriate cutting conditions, and lubrication/cooling strategies. This research provides a sustainable and environmentally friendly replacement to CEC. Firstly, the research characterized three vegetable oils (High Oleic Soybean Oil (HOSO), Low Oleic Soybean Oil (LOSO), and …

Formation Control Of Mobile Robot Swarm In Search Operation, Chanun Asavasirikulkij

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

The use of swarm mobile robots has emerged as a promising approach to enhance search efficiency in various applications. This thesis focuses on proposing an effective design and fabrication methodology for a swarm mobile robot system based on the Robot Operating System (ROS) framework. Additionally, a novel network architecture is presented to improve communication efficiency among the robots. The primary objective of this research is to investigate the formation control of swarm mobile robots and their superior ability in search operations. Through extensive experiments and quantitative analysis, the performance of the proposed formation control strategy is evaluated in terms of …

Development Of Stiffness Sensing And Adaptive Grasping With Soft Pneumatic Grippers, Chaiwuth Sithiwichankit

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

This study presents a framework for stiffness sensing and adaptive grasping using soft pneumatic grippers (SPGs). The motivation was to imitate the capabilities of human hands. The challenge was the compliance of soft pneumatic actuators (SPAs). The study associated the behaviors of grasped objects with those on SPAs, introduced a new concept of SPA modeling, and proposed a method for stiffness sensing through SPG pincer grasping. Compression testing was conducted for validation. A technique for forecasting deformation and force on grasped objects based on their stiffness was established, and a control law was elaborated. The presented technique and control architecture …

Simulation And Prototyping Of A Knee Assistive Device For Improved Gait Function, Khemwutta Pornpipatsakul

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

This study aimed to develop a knee-assistive device while walking. The research was separated into two sections: the gait support simulation in MATLAB and the prototype of the device. Data on body part positions and ground reaction force were collected from three adult Thai participants walking at a speed of 1.5 m/s to calculate knee moment. The simulation section provides support moments during walking using machine learning and artificial stiffness control strategy (MLASCS), composed of the kNN model and the instantaneous artificial stiffness per body mass (IASPB) equations. The MLASCS was used to determine the proper amount of support moment …

ผลกระทบของการเปลี่ยนแปลงอัตราการระบายอากาศตาม ข้อมูลความหนาแน่นของบุคคลในอาคารสำนักงานเพื่อ ป้องกันการแพร่กระจายเชื้อโรคโควิด-19, พิชชาพร ประพิณศรี

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

การแพร่กระจายเชื้อทางอากาศผ่านระบบทางเดินหายใจเป็นสิ่งที่มนุษย์เผชิญมาตั้งแต่อดีต การควบคุมสภาพแวดล้อมสามารถลดปริมาณเชื้อโรค และความเสี่ยงในการติดเชื้อของผู้ใช้งานพื้นที่ได้ ผู้วิจัยจึงได้พัฒนาแบบจำลองค่าความเสี่ยงในการติดเชื้อร่วมกับดัชนีชี้วัดระยะห่างทางสังคม และประสิทธิภาพอุปกรณ์ป้องกันซึ่งแบบจำลองมีความคลาดเคลื่อนเฉลี่ยเพียง 10.78 เปอร์เซ็นต์จากตัวอย่างสถานการณ์จริงทั้งหมด 11 สถานการณ์ แบบจำลองใช้เป็นเครื่องมือในการวิเคราะห์ความสัมพันธ์ระหว่างความหนาแน่นคนกับอัตราการระบายอากาศในพื้นที่ได้ เพื่อใช้กำหนดมาตรการป้องกันโรคติดต่อ เช่น การกำหนดความหนาแน่นคนในพื้นที่ การกำหนดระยะเวลาเข้าใช้ และการสวมใส่หน้ากากอนามัย ในงานวิจัยนี้วิเคราะห์จำนวนคนที่เหมาะสมในแต่ละพื้นที่เมื่อมีการระบายอากาศที่จำกัด กำหนดให้เป็นไปตามมาตรฐานของ ASHRAE 62.1 และวิเคราะห์หาอัตราการระบายอากาศที่เหมาะสมกับจำนวนคนที่เข้าออกโดยพื้นที่มีการรักษาค่าความเสี่ยงในการติดเชื้อที่ยอมรับได้ พื้นที่ตัวอย่าง คือ พื้นที่สำนักงาน ร้านอาหาร และบาร์ ผลการวิจัยพบว่า เมื่อกำหนดระยะเวลาที่อยู่ในพื้นที่เป็นเวลา 1 – 3 ชั่วโมงและค่าความเสี่ยงในการติดเชื้อไม่เกิน 0.01 – 0.05 ในที่ที่มีการระบายอากาศจำกัด การใส่หน้ากากอนามัยจะรับความหนาแน่นได้สูงกว่าการไม่ใส่หน้ากากอนามัย โดยเพิ่มขึ้นได้ 51.52 – 800.00 เปอร์เซ็นต์เมื่อพิจารณาค่าความเสี่ยงในการติดเชื้อที่ยอมรับได้มีค่าไม่เกิน 0.02 หากยอมรับค่าที่มากขึ้นได้จะทำให้พื้นที่สามารถรับคนได้มากขึ้น ในขณะที่การปรับอัตราการระบายอากาศตามจำนวนคนที่เข้าออกพื้นที่เพื่อรักษาค่าความเสี่ยงในการติดเชื้อให้ไม่เกิน 0.02 ในช่วงเวลาที่อยู่ในพื้นที่ 3 ชั่วโมง การใส่หน้ากากอนามัยจะทำให้สามารถลดอัตราการระบายอากาศลง แต่ยังคงมีค่าสูงกว่าค่าการระบายอากาศมาตรฐาน จึงกล่าวได้ว่า การระบายอากาศตามมาตรฐานมีค่าไม่เพียงพอในการรักษาค่าความเสี่ยงในการติดเชื้อให้ไม่เกิน 0.02 ในช่วงเวลาที่อยู่ในพื้นที่ 3 ชั่วโมง การปรับค่าดังกล่าวส่งผลให้ค่าพลังงานและค่าไฟฟ้าสูง ซึ่งในกรณีไม่ใส่หน้ากากอนามัย และใส่หน้ากากอนามัยสูงกว่าถึง 1,351 – 1,802 และ 169 – 269 เปอร์เซ็นต์ตามลำดับ

Experimental Study Of Wall Bounded Harbor Seal Whisker Inspired Pin Geometries, Anish Prasad, Mark Ricklick

Publications

Conventional cylindrical/elliptical pins are one of the most widely used geometries in convection cooling systems and are used in the internal cooling of gas turbine blades and other applications, as they promote better heat transfer at the expense of large pressure losses and unsteadiness in the flow. The need to reduce pressure drop and maintain the heat transfer rates are a pressing requirement for a variety of industries to improve their cooling efficiency. One such prominent field of research is conducted in optimizing the design of pin geometries. In this study, a harbor seal whisker inspired geometry is being studied …

Morphologic Clustering Of Earcanals Using Deep Learning Algorithm To Design Artificial Ears Dedicated To Earplugs Attenuation Measurement, Bastien Poissenot-Arrigoni, Chun Hong Law, Djamal Berbiche, Franck Sgard, Olivier Doutres

Études primaires

Designing earplugs adapted for the widest number of earcanals requires acoustical test fixtures (ATFs) geometrically representative of the population. Most existing ATFs are equipped with unique sized straight cylindrical earcanals, considered representative of average human morphology, and are therefore unable to assess how earplugs can fit different earcanal morphologies. In this study, a methodology to cluster earcanals as a function of their morphologies with the objective of designing artificial ears dedicated to sound attenuation measurement is developed and applied to a sample of Canadian workers’ earcanals. The earcanal morphologic indicators that correlate with the attenuations of six models of commercial …

Assembly Of Alumina Particles In Aqueous Suspensions Induced By High‐Frequency Ac Electric Field, James E. John, Shizhi Qian, Dipankar Ghosh

Mechanical & Aerospace Engineering Faculty Publications

The role of high-frequency alternating current (AC) electric field in the assembly of alumina particles in aqueous media was investigated. Field–particle interactions were in situ investigated for coarse and fine powder particles in very dilute suspensions. For both coarse and fine particles, AC field-induced assembly led to the formation of chains of particles within a minute, which were aligned in the field direction. However, a much finer network of particle chains evolved in fine particle suspensions. Threshold field strength for chain formation was also lower for fine particles (28 V/mm) than for coarse particles (50 V/mm), suggesting stronger interactions for …

Solute Concentration Effects On Microstructure And The Compressive Strength Of Ice-Templated Sintered Lithium Titanate, Rohan Parai, Ziyang Nie, Raina Hempley, Gary M. Koenig Jr., Dipankar Ghosh

Mechanical & Aerospace Engineering Faculty Publications

This work investigated the role of sucrose and cationic dispersant (1‐hexadecyl)trimethylammonium bromide concentration on ice‐templated sintered lithium titanate microstructure and compressive strength, to enable a comprehensive understanding of composition selection and elucidate processing–microstructure–mechanical property relationships. Sucrose and dispersant concentrations were varied to change total solute concentration in suspensions and viscosity. Dispersant was more effective in reducing viscosity than sucrose; however, their combination had an even greater impact on reducing viscosity. Based on viscosity measurements, a total of 12 suspension compositions were developed, and materials were fabricated at two different freezing front velocity (FFV) regimes. Solute concentration greatly influenced ice‐templated microstructure …

Spray Deposition Of Sustainable Plant Based Graphene In Thermosetting Carbon Fiber Laminates For Mechanical, Thermal, And Electrical Properties, Daniel W. Mulqueen, Siavash Sattar, Thienan Le, Oleksandr G. Kravchenko

Mechanical & Aerospace Engineering Faculty Publications

Graphene has generated substantial interest as a filler due to its exceptional strength, flexibility, and conductivity but faces obstacles in supply and implementation. A renewable, plant-based graphene nanoparticle (pGNP) presents a more accessible filler with the same properties as mineral graphenes. In this study, we examine the effects of pGNP, which was sprayed on a carbon fiber/epoxy prepreg at loadings from 1.1 to 4.2 g/m². The study considered the mechanical, thermal, and electrical properties of pGNP-composite. An even particle dispersion was achieved using a spray application of pGNP in a water/alcohol suspension with the addition of surfactants and …

Hybridization From Guest-Host Interactions Reduces The Thermal Conductivity Of Metal-Organic Frameworks, Mallory E. Decoster, Hasan Babaei, Sangeun S. Jung, Zeinab M. Hassan, John T. Gaskins, Ashutosh Giri, Emma M. Tiernan, John A. Tomko, Helmut Baumgart, Pamela M. Norris, Alan J.H. Mcgaughey, Christopher E. Wilmer, Engelbert Redel, Gaurav Giri, Patrick E. Hopkins

Electrical & Computer Engineering Faculty Publications

We experimentally and theoretically investigate the thermal conductivity and mechanical properties of polycrystalline HKUST-1 metal–organic frameworks (MOFs) infiltrated with three guest molecules: tetracyanoquinodimethane (TCNQ), 2,3,5,6-tetrafluoro-7,7,8,8-tetracyanoquinodimethane (F4-TCNQ), and (cyclohexane-1,4-diylidene)dimalononitrile (H4-TCNQ). This allows for modification of the interaction strength between the guest and host, presenting an opportunity to study the fundamental atomic scale mechanisms of how guest molecules impact the thermal conductivity of large unit cell porous crystals. The thermal conductivities of the guest@MOF systems decrease significantly, by on average a factor of 4, for all infiltrated samples as compared to the uninfiltrated, pristine HKUST-1. This reduction in thermal conductivity goes in …

Magneto-Exothermic Catalytic Chemical Reaction Along A Curved Surface, Muhammad Ashraf, Uzma Ahmad, Saqib Zia, Rama S. R. Gorla, Amnah S. Al-Johani, Ilyas Khan, Mulugeta Andualem

Faculty Publications

In the current study, the physical behavior of the boundary layer flows along a curved surface owing exothermic catalytic chemical reaction, and the magnetic field is investigated. The mathematical model comprised of a part of momentum, energy, and mass equations, which are solved using a finite difference method along with primitive variable formulation. Numerical solutions, using the method of quantitative differentiation, are made with the appropriate choice of dimensionless parameters. Analysis of the results obtained shows that the field temperature and flow of fluids are strongly influenced by the combined effects of catalytic chemical reactions and the magnetic field. The …