Mechanical Engineering Commons^™

Unsteady Flow Behaviors Generated By Three-Dimensional Lattice Geometries As Measured By Laser Doppler Velocimetry, Yi Qiao

Doctoral Dissertations

"The relation between flow stream turbulence and heat transfer has been known for a long time, that the heat transfer rate is increased if the turbulence or fluctuation level of the flow increases. Open cell foams and compact heat exchangers are two of the most common models applied for heat transfer augmentation. However, the small ligaments of open cell foams limit the heat conducted and smooth passages in compact heat exchangers cannot cause flow unsteadiness. Accordingly, new geometric models are needed to improve the heat transfer enhancement. Three-dimensional (3D) lattice geometries with a range of features and sizes can be …

Evaluating Electrification Of Fossil Fuel-Fired Boilers For Decarbonization Using Discrete Event Simulation, Nahian Ismail Chowdhury

Graduate Theses, Dissertations, and Problem Reports (ETD)

Decarbonizing fossil fuel usage is crucial in mitigating the impacts of climate change. CO2, which comprises the major portion of greenhouse gas, is emitted from burning fossil fuels. One of the significant sources of fossil fuel user is industrial process heating, and most of the heating in industrial processes is achieved through boilers. Electrification is a promising solution for decarbonizing these boilers, as it enables renewable energy sources to generate electricity, which can then be used to power the electric boilers. The electrification of boilers can reduce greenhouse gas emissions, improve air quality, and increase energy efficiency. However, it requires …

Development Of Machine Learning Based Approach To Predict Fuel Consumption And Maintenance Cost Of Heavy-Duty Vehicles Using Diesel And Alternative Fuels, Sasanka Katreddi

Graduate Theses, Dissertations, and Problem Reports (ETD)

One of the major contributors of human-made greenhouse gases (GHG) namely carbon dioxide (CO2), methane (CH4), and nitrous oxide (NOX) in the transportation sector and heavy-duty vehicles (HDV) contributing to about 27% of the overall fraction. In addition to the rapid increase in global temperature, airborne pollutants from diesel vehicles also present a risk to human health. Even a small improvement that could potentially drive energy savings to the century-old mature diesel technology could yield a significant impact on minimizing greenhouse gas emissions. With the increasing focus on reducing emissions and operating costs, there is a need for efficient and …

Optimal Path Planning For Aerial Robots Using Genetic Algorithm, Anna Puigvert I Juan

Graduate Theses, Dissertations, and Problem Reports (ETD)

This thesis presents a path optimization solution for a robot in two different constrained 3-dimensional (3D) environments. The robot is required to travel from its current position to a goal position following minimum cost paths (optimal paths). The first environment has 3D obstacles that interfere with the robot’s path. The path cost for this environment accounts for the minimum distance traveled by the robot from the start to the goal position while avoiding obstacles. The second environment is the atmosphere of Venus, specifically a flyable region of this atmosphere with characteristics similar to Earth’s. This environment has strong westward winds …

Structural Health Monitoring Using Machine Learning And Synthetic Data, Michail Tzimas

Graduate Theses, Dissertations, and Problem Reports (ETD)

Structural health monitoring spans many decades of research across multiple engineering fields. However, typical monitoring processes for damage detection of complex structures usually prohibit real-time or fast detection of debilitating damage to the structure. One of the major issues of real-time detection of damage is the enormity of data that needs to be processed, which is worsened by the relative inability of fast relaying of data to structural engineers. With the rapid advancement of Machine Learning, both issues can be overcome, and detection of failure is achieved with non-invasive techniques. This dissertation explores the applicability of Machine Learning as a …

Lithium-Ion Battery Safety Analysis With Physical Sub-Models, Samuel Abimbola Ogunfuye

Graduate Theses, Dissertations, and Problem Reports (ETD)

Ever-increasing explosions occurring globally at a rapid rate and in diverse situations have re-established the fact that novel, faster, and more accurate approaches must be developed to analyze and possibly curb these explosions and avert their future occurrences. Experimental endeavors and computational fluid dynamics (CFD) simulations as compared to engineering models generally require enormous time, and resources, as well as a high-level of expertise and technicalities. This might, however, delay prompt analysis and the ability to draw conclusions, thereby causing setbacks in recommending safety measures for different situations and conditions. Therefore, robust models which are accurate and fast to give …

Multimaterial, Core-Shell Direct Ink Writing Of Flexible Strain Sensors For Pneumatically-Actuated Soft Robotic Hinge Joints, John Michael Burke

Graduate Theses, Dissertations, and Problem Reports (ETD)

Direct ink writing (DIW) provides for an expansive material library and the ability to print multiple materials with tailored functionalities in a controllable and single-step process. Particularly beneficial is the net shape printing under ambient conditions of a wide range of materials normally incompatible with one another. Coaxial DIW is a 3D printing technique that allows for two dissimilar inks to be extruded simultaneously in a co-flow manner. In this work, custom-designed coaxial nozzles were 3D-printed using a stereolithography printer. Composite inks comprised of thermoplastic polyurethane and silver were developed and studied. The coaxial nozzles were then used to co-extrude …

Use Of Bioheat Modeling To Characterize And Optimize Implantable Medical Devices And Neuromodulation Technologies, Adantchede Louis Zannou

Dissertations and Theses

Medical device development includes prototyping, benchtop characterization, preclinical studies, and clinical trials. Understanding the limitations and potential adverse effects of medical devices prior to their administration in humans is a crucial first step. Optimizing medical devices is essential to employing technology and improving patients care. Computational modeling is widely adopted as a powerful tool to predict stimulation/recording parameter optimization, rapid electrode/device prototyping, investigating novel mechanism of action, and testing working principles of any medical devices. Many implantable neuromodulation technologies including Spinal Cord Stimulation (SCS), which provide substantial therapeutic benefit for patient population with lower back pain, produces heat via the …

Investigation Of Microstructurally Dependent Mechanical Properties Of Cold Sprayed Copper Using Correlative Microscopy, Quintin Otto

UNF Graduate Theses and Dissertations

This project employs multi-instrument materials characterization to analyze material made with the “Cold Spray” additive manufacturing process. Cold spray is an emerging additive manufacturing technique with unique benefits resulting from its low temperature adhesion process induced by plastic deformation. Metallic powder collides at high speeds creating three dimensional materials and coatings without the need for melting. Copper cold sprayed specimens were analyzed using a series of imaging techniques to characterize the microstructure at varying levels of detail and magnification. Scanning electron microscopy and electron back scattered diffraction were paired with microhardness testing to generate a correlative comparison between microstructure and …

Micro-Scale Laser-Induced Fluorescence Thermometry For Multiphase Flow In Porous Media, Samuel J. Simmons

Master's Theses

In this thesis the use of Laser-Induced Fluorescence (LIF) thermometry was evaluated as a temperature measurement for multiphase flow in porous media. This optical temperature measurement technique utilizes the temperature-dependent emissive properties of fluorescent dyes to measure temperature. This research evaluates the accuracy, spatial resolution, and temporal resolution of LIF thermometry compared to existing temperature measurements. In this research water-soluble and oil-soluble fluorescent dyes are evaluated in terms of their temperature sensitivity. The ability of these dyes to measure temperature is compared to an Ansys FEA simulation of a fixed temperature gradient. For multiphase flow, the fluorescent dyes were both …

Cfd Simulation Of Anaerobic Granular Sludge Reactors: A Review, Camila D' Bastiani, David Kennedy, Anthony Reynolds

Articles

Anaerobic digestion processes can generate renewable energy in the form of biogas while treating organic wastewater. The generation of biogas within anaerobic digestion systems is directly linked to the mixing conditions inside the reactors. In high-rate reactors such as the up-flow anaerobic sludge blanket (UASB) reactor, the expanded granular sludge bed (EGSB) reactor and the internal circulation (IC) reactor, the hydrodynamic behaviour will depend on the interactions between the wastewater, the biogas, and the biomass granules. Over the past few years, various researchers have used computational fluid dynamics (CFD) to study the hydrodynamic behaviour in these types of reactors. This …

A Semantic Web Approach To Fault Tolerant Autonomous Manufacturing, Fadi El Kalach, Ruwan Wickramarachchi, Ramy Harik, Amit Sheth

Publications

The next phase of manufacturing is centered on making the switch from traditional automated to autonomous systems. Future factories are required to be agile, allowing for more customized production, and resistance to disturbances. Such production lines would be able to reallocate resources as needed and minimize downtime while keeping up with market demands. These systems must be capable of complex decision-making based on parameters such as machine status, sensory/IoT data, and inspection results. Current manufacturing lines lack this complex capability and instead focus on low-level decision-making on the machine level without utilizing the generated data to its full extent. This …

Mechanical And Morphological Characterization Of Energy Materials By Nanoindentation And Scanning Probe Microscopy, Jacob Hempel

Theses and Dissertations--Physics and Astronomy

The demand for robust materials in energy-based applications such as solid electrolytes for batteries, piezoelectric composites for mechanical energy harvesting, or new polymer materials for polymer binders in composite electrodes is on the rise. Mechanical degradation is the most common way for devices to fail in operation, thus a thorough understanding of a material’s mechanical properties is essential for application purposes.

In this dissertation, the mechanical characterization of novel boron cluster solid electrolytes is presented. Therein, we determine the elastic modulus and hardness of these compounds using instrumented indentation. A comparison is made against other solid electrolytes. It is found …

Characterization And Improvement Of Powder Properties Through Plasma Spheroidization For Use In The Laser Powder Bed Fusion Process, M. Hossein Sehhat

Doctoral Dissertations

"This research was conducted to characterize the powder properties using different characterization techniques to enhance the powder behavior in the Laser Powder Bed Fusion (LPBF) process. One of the shortcomings of LPBF process is the high cost of gas-atomized powder feedstock. To overcome this downside, the cheaper water-atomized powder was characterized and used in LPBF process, and its performance was compared with those of gas-atomized powder. Also, the plasma spheroidization process was used to improve the powder characteristics; if the spheroidized powder could function as well as the virgin powder, plasma spheroidization process could be applied to the used powders …

ผลของความโค้งของคลองรากฟันต่อความทนทานต่อแรงบิดของตะไบทางทันตกรรมแบบหมุน, ปุณยวุฒิ โตมีบุญ

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

วิทยานิพนธ์นี้ศึกษาความทนทานต่อแรงบิดของตะไบทางทันตกรรมแบบหมุนที่ทำงานในคลองรากฟันที่มีความโค้งแบบต่าง ๆ ด้วยระเบียบวิธีไฟไนต์เอลิเมนต์และวิธีการทดลอง การศึกษานี้จำลองการรับแรงบิดของตะไบขนาด 0.25 และ 0.35 มิลลิเมตร ขณะทำงานในคลองรากฟันที่มีรัศมีความโค้ง 2, 5 และ 8 มิลลิเมตร และทำงานในคลองรากฟันที่มีมุมความโค้ง 30, 45 และ 60 องศา โดยมีตะไบตรงเป็นชุดควบคุม การศึกษาด้วยระเบียบวิธีไฟไนต์เอลิเมนต์พิจารณาแนวโน้มของค่าความเค้นและแรงบิดปฏิกิริยาที่ปลายตะไบภายใต้แรงบิดขนาดคงที่ การทดลองหาแรงบิดจากเครื่องกรอฟันที่ทำให้ตะไบเสียหายในขณะทำงานในคลองรากฟันที่มีความโค้งแบบต่าง ๆ ผลการศึกษาด้วยระเบียบวิธีไฟไนต์เอลิเมนต์พบว่าความเค้นและแรงบิดปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นที่ปลายของตะไบที่ทำงานในคลองรากฟันโค้งมีค่าน้อยกว่าตะไบที่ทำงานในคลองรากฟันตรง ความเค้นและแรงบิดปฏิกิริยามีค่าน้อยลงเมื่อตะไบรับแรงบิดขณะวางตัวอยู่ในคลองรากฟันที่มีรัศมีความโค้งน้อยลง และมีค่าน้อยลงเมื่อรับแรงบิดขณะอยู่ในคลองรากฟันที่มีมุมความโค้งมากขึ้น ในส่วนของการทดลองพบว่าผลการทดลองสอดคล้องกับผลการศึกษาโดยระเบียบวิธีไฟไนต์เอลิเมนต์ ตะไบโค้งสามารถรับแรงบิดจากเครื่องกรอฟันได้มากกว่าตะไบตรง ความสามารถในการรับแรงบิดจากเครื่องกรอฟันของตะไบลดลงขณะตะไบทำงานในคลองรากฟันที่มีรัศมีความโค้งมากขึ้น แต่ตะไบสามารถรับแรงบิดได้มากขึ้นเมื่อทำงานในคลองรากฟันที่มีมุมความโค้งมากขึ้น นั่นคือ ผลการศึกษาจากระเบียบวิธีไฟไนต์เอลิเมนต์และวิธีการทดลองมีความสอดคล้องกัน ตะไบทางทันตกรรมแบบหมุนจะสามารถรับแรงบิดได้มากขึ้นเมื่อตะไบทำงานในคลองรากฟันที่มีความโค้ง

การศึกษาความสบายในการขับขี่ของยานยนต์ไฟฟ้าผ่านการควบคุมแรงขับจากมอเตอร์ในล้อ, ชนกนันท์ บุญลัภยานันท์

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

วิทยานิพนธ์ฉบับนี้ ได้ทำการศึกษาความสบายในการขับขี่ (Ride Comfort) ของยานยนต์ไฟฟ้าที่มีการติดตั้ง In-Wheel Motor ไว้ที่ล้อทุกล้อบนโปรแกรม MATLAB โดยใช้แบบจำลองแบบครึ่งคัน (Half Car Model) ผ่านการพิจารณาค่า Frequency-Weighted Acceleration ซึ่งถูกนิยามไว้ในมาตรฐานของ ISO 2631 โดยการใช้ Power Spectral Density ของ Road Profile 3 แบบ ซึ่งเป็น Input ของระบบ (ถนนทั้ง 3 แบบถูกจัดอยู่ใน Class A ถึง D ตามมาตรฐาน ISO 8608) จากนั้นจึงคำนวณหาค่า Frequency-Weighted Acceleration ของ 2 กรณี เปรียบเทียบกัน โดยกรณีแรกคือระบบแบบ Open-Loop ที่ไม่ได้มีการติดตั้ง Controller กับอีกกรณีหนึ่งซึ่งเป็นระบบแบบ Closed-Loop ที่มีการติดตั้ง P Controller ไว้ที่ In-Wheel Motor ของล้อทุกล้อ เพื่อให้เกิดการสั่นสะเทือนในแนวดิ่งให้น้อยที่สุด ผ่านการควบคุมแรงขับจาก In-Wheel Motor โดยมีการเปลี่ยนแปลงค่าของ Proportional Gain เพื่อดูผลของ Controller ที่มีต่อค่า Frequency-Weighted Acceleration แล้วจึงพิจารณาประสิทธิภาพของ Controller ว่าสามารถลดการสั่นสะเทือนของยานยนต์ไฟฟ้าได้มากน้อยเพียงใด โดยคำนวณเป็นสัดส่วนของค่า Frequency-Weighted Acceleration ที่ลดลงเมื่อเทียบกับกรณีของระบบ Open-Loop​ ผลการศึกษาพบว่า เมื่อค่า Proportional Gain ของ P Controller มีค่าสูงขึ้น จะทำให้ค่า Frequency-Weighted Acceleration มีค่าลดลงตามไปด้วย ซึ่งจะส่งผลให้การขับขี่มีความสบายมากขึ้น แต่อย่างไรก็ตาม ในกรณีที่ค่า Proportional Gain ของ Controller …

An Intrinsic Sensing Ram Extruder With Pressure And Volumetric Flow Control For Liquid Deposition Modeling, Kantawatchr Chaiprabha

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

In this dissertation, a ram extruder for liquid deposition modeling (LDM) with a flexible actuation system is proposed. The system allows the command of flow through either pressure or volumetric modes. A mathematical model of the extruder is implemented. The actuation system enables real-time monitoring of pressure and material flow rate, providing benefits for precise control and adjustment during the printing process. Additionally, the system allows for the classification of material viscosity characteristics, offering in-depth information on the material for further analysis of the printing process. The prototype provides the advantage of both pressure and volumetric flow, as well as …

การออกแบบและควบคุมอากาศยานไร้คนขับแบบ 5 ใบพัดหมุน โดยมีใบพัดคู่ควบตรงกลางที่สามารถปรับความเอียงได้ 2 ทิศทาง, ศุภโชค ตันติวิวัทน์

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

การเคลื่อนที่ของอากาศยานแบบไร้คนขับชนิด 4 ใบพัดตรึงนั้น ถูกจำกัดเนื่องด้วยใช้โรเตอร์แบบตรึงเพียงสี่ตัวเท่านั้น งานวิจัยฉบับนี้จึงขยายขีดความสามารถของอากาศยานไรคนขับนี้ ด้วยการออกแบบอากาศยานชนิด 5 ใบ โดยพัฒนามาจากแบบ 4 ใบพัดตรึงด้วยการเพิ่มใบพัดที่ตำแหน่งตรงกลางอากาศยานที่ติดตั้งบนกลไกกิมบอลเพื่อควบคุมทิศทางของแรงผลัก โดยแรงผลักจากโรเตอร์เดิมและโรเตอร์ใหม่รวมกันทำให้เกิดแรงที่ใช้ในการควบคุมการเคลื่อนที่ไปด้านข้าง และการเอียงตัวของอากาศยานได้ดีขึ้น ในการออกแบบระบบการควบคุมอากาศยานได้เสนอตัวคุมคุมแบบพีไอดีแบบไม่เชิงเส้น (nonlinear PID controller) เพื่อใช้ในการควบคุมอากาศยานให้เคลื่อนที่ตามเส้นทางที่ต้องการ โดยตัวควบคุมดังกล่าวได้ใช้อินทิกรัลแบบพิเศษ นอกจากนี้แล้วงานวิจัยฉบับนี้ยังใช้เทคนิคการปรับให้เหมาะสม (optimization technique) เพื่อจัดสรรแรงขับของโรเตอร์ โดยพิจารณาจากไดนามิกส์ของกิมบอลและขีดจำกัดของโรเตอร์ ในส่วนของการทดลองได้มีการจำลองเพื่อเปรียบเทียบประสิทธิภาพของข้อผิดพลาดอินทิกรัลแบบพิเศษ ตรวจสอบช่วงการเอียงตัวของอากาศยาน และสาธิตการติดตามการเคลื่อนที่บนเส้นโค้งสามมิติรูปเลขแปด (3D-Lissajous curve)

ระบบการภาพและอัลกอรึทึมสำหรับกระบวนการตัดเนื้อ, เจตนิพัทธ์ ทองประสิทธิ์

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

อุตสาหกรรมแปรรูปด้านการแยกส่วนหรือการตัดวัตถุดิบมีความสำคัญสูง การแยกส่วนวัตถุดิบเป็นวิธีการที่ต้องใช้ทักษะและแรงงานในการดำเนินงานสูง เพื่อที่จะสามารถแยกส่วนวัตถุดิบได้ตามความต้องการ งานวิจัยนี้จะมุ่งเน้นไปที่การออกแบบระบบการภาพ (Machine Vision) และพัฒนาอัลกอรึทึม (Algorithm) ในการแบ่งส่วน เพื่อสร้างแนวเส้นตัดวัตถุดิบที่เป็นเนื้อสัตว์เพื่อแบ่งวัตถุดิบออกเป็นชิ้น โดยแต่ละชิ้นมีน้ำหนักที่เท่ากัน สามารถออกแบบระบบการภาพที่ประกอบไปด้วยกล้อง Gocator line profile sensor เพื่อเก็บข้อมูลพอยต์คลาวด์ (Point cloud) ไปวิเคราะห์โดยใช้อัลกอรึทึมที่ถูกเขียนผ่านโปรแกรม Halcon เพื่อใช้ปริมาตรของวัตถุในหาตำแหน่งของแนวตัดแบ่งให้วัตถุทุกชิ้นมีน้ำหนักเท่ากัน การทดสอบและประเมินการทำงานของระบบจะใช้ดินน้ำมันและเนื้อสัตว์เป็นวัตถุที่ใช้ทดสอบ การทดสอบหลักจะมีด้วยกันสามการทดสอบ 1) ทดสอบแนวตัดแบบต่างๆและวิเคราะห์ความแปรปรวนทางเดียว (One-Way ANOVA) ตัวอัลกอรึทึมสามารถแสดงได้ทั้งแนวตั้งและแนวนอนตามที่กำหนด แต่การกำหนดแนวตัดที่แตกต่างกันมีผลต่อความคลาดเคลื่อนเฉลี่ยสัมบูรณ์ (Mean Absolute Error) ของน้ำหนักดินน้ำมันที่ระดับนัยสำคัญ 0.05 2) ประยุกต์ใช้ Gage R&R โดยใช้ข้อมูลของน้ำหนักดินน้ำมันชิ้นที่ 1-3 หลังจากการตัด หลังจากทำการวิเคราะห์พบว่าค่า %Study Var ของ Total Gage R&R ของทั้งสามชิ้นมีค่า 7.04%, 8.53%, 9.00% 3) ทดสอบการแบ่งเนื้ออกไก่, หมูแช่แข็ง และปลา ค่าเปอร์เซ็นต์ของค่าความคลาดเคลื่อนสูงสุดของเนื้อสัตว์ชิ้นนั้นๆอยู่ที่ 2.28% - 15.96% โดยเรียงจากน้อยสุดคือเนื้ออกไก่กับปลาและมากสุดที่เนื้อหมูตามลำดับ

Design And Fabrication Of An Anthropomorphic Robotic Finger With Dual Tendon Drives And Passive Stretch-Driven Elastic Members, Worathris Chungsangsatiporn

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

Human hands are unparalleled in their dexterity, precision, and versatility, making them ideal models for robotic systems. Conventional robotic hands with standard joints cannot fully replicate human hand biomechanics, often resulting in increased weight, cost, and complexity. The primary objective is to develop a robotic finger that closely mimics anthropomorphic characteristics using computer-aided design (CAD) and rapid prototyping technology and to analyze its force and motion behaviors. The underactuated hybrid design combined soft and rigid elements and emphasizes passive adaptability to achieve dexterity. Rolling contact joints were applied to replicate varied rotational axis biomechanics. Springs and tendon routes were integrated …

ผลของการชดเชยแรงโน้มถ่วงแบบลูกเบี้ยวและสปริงบนแขนหุ่นยนต์ 3 องศาอิสระ โดยใช้การควบคุมวงปิด, ปวเรศ ศรีเตชะ

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

กลไกแขนกลหุ่นยนต์ได้มีการใช้งานหลายหลากทั้งในอุตสาหกรรมการผลิต การใช้งานในด้านสุขภาพและการแพทย์ และงานด้านบริการต่างๆ กลไกแขนกลเหล่านี้ถูกขับเคลื่อนด้วยตัวขับ (Actuators) เพื่อสร้างแรงขับที่ข้อต่อสำหรับขับเคลื่อนแขนกลให้เคลื่อนที่ไปตามที่ต้องการ ตัวขับเหล่านี้ (เช่นมอเตอร์) ต้องมีขนาดใหญ่มีกำลังมากพอเพื่อยกขับเคลื่อนภาระและน้ำหนักของแขนกลเองด้วย การที่มีตัวขับขนาดกำลังสูงทำให้มีแนวโน้มของการการอันตรายสูงขึ้น และ อีกทั้งกำลังงานส่วนใหญ่ไม่ได้ใช้ในการขับเคลื่อนภาระที่ต้องการหากแต่เป็นการขับยกน้ำหนักของแขนกลเองเพื่อต้านแรงโน้มถ่วง เพื่อลดปัญหาดังกล่าวจึงมีการพัฒนาแขนกลที่มีกลไกชดเชยแรงโน้มถ่วง (Gravity Compensation) งานวิจัยนี้เป็นการพัฒนาและทดสอบผลการควบคุมการขับเคลื่อนแขนกลตามเส้นทางที่โปรแกรมไว้ โดยเปรียบเทียบผลการควบคุมระหว่างแขนกลปกติ และ แขนกลเดียวกันที่มีกลไกชดเชยแรงโน้มถ่วง แขนกลต้นแบบที่พัฒนาในงานวิจัยก่อนหน้านี้ มี 3 องศาอิสระ มีกลไกชดเชยแรงโน้มถ่วงผ่านกลไกแบบขนานที่ฐาน เพื่อชดเชยพลังงานศักดิ์ที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงตำแหน่งต่างๆของแขนกล โดยนำเสนอผลการเปรียบเทียบการใช้กำลังงาน ผลสำฤทธิ์ในการควบคุมการเคลื่อนที่ไปตามเส้นทางเดินที่ถูกออกแบบไว้ด้วยความเร็วคงที่ นำเสนอผลลัพธ์ ข้อเสนอแนะที่ได้จากการทดลองและผลการใช้การชดเชยแรงโน้มถ่วงส่งต่อการทำงานของแขนหุ่นยนต์

หุ่นยนต์เคลื่อนที่อัตโนมัติบนถนนภายนอกอาคาร, ดิษณ์กร วานิชรัตนกุล

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

หุ่นยนต์เคลื่อนที่แบบขับเคลื่อนสี่ล้อโดยเฉพาะชนิดที่ใช้การขับเคลื่อนแบบ skid-steering เป็นหุ่นยนต์ที่ใช้มากนอกอาคาร หุ่นยนต์ประเภทนี้มีการลื่นไถลขณะทำการเลี้ยว ทำให้อยากต่อการควบคุม โดยเฉพาะหุ่นยนต์ที่เคลื่อนที่แบบอัตโนมัติ วิทยานิพนธ์นี้ออกแบบและสร้างหุ่นยนต์เพื่อใช้การขับเคลื่อนแบบ skid-steering และ ใช้วิธีการแยกจุดศูนย์กลางหมุนของแต่ละล้อหรือ Instantaneous Center of Rotation (Separated ICR) เพื่อลดปัญหาการลื่นไถล นอกจากนั้นจะใช้กล้องสเตอริโอร่วมกับระบบ V-SLAM (Visual Simultaneous Localization and Mapping) เพื่อตรวจสอบความถูกต้องเมื่อหุ่นยนต์เคลื่อนที่ไปตามพื้นผิวต่าง ๆ ผลลัพธ์จากการทดลองแสดงให้เห็นถึงประสิทธิภาพในการชดเชยการลื่นไถลที่แตกต่างกันตามรัศมีการเลี้ยว ซึ่งจะพบว่าประเภทของพื้นผิวมีผลต่อวิธีการ Separated ICR ที่ใช้ในงานนี้น้อย ถึงแม้จะไม่สามารถประเมินความเสียดทานของพื้นผิวได้อย่างแม่นยำ ลักษณะของพื้นผิวไม่ส่งผลต่อประสิทธิภาพการลดการไถล ทำให้วิธีการดังกล่าวเหมาะสมต่อการนำไปใช้งานจริงกับหุ่นยนต์เคลื่อนที่แบบขับเคลื่อนสี่ล้อ นอกจากนั้นได้มีการจำลองการทำงานการไถลของระบบบังคับเลี้ยวแบบไถลโดยใช้โปรแกรมคอมพิวเตอร์ ผลที่ได้ออกมาจากการจำลองการไถลถึงแม้จะไม่เหมือนกับผลการทดลองอย่างแม่นยำ แต่ก็มีแนวโน้มการไถลในลักษณะใกล้เคียงกัน ผลที่แตกต่างกันอาจเนื่องมาจากการจำลองความเสียดทานของพื้นผิวทำได้ค่อนข้างยาก แต่พื้นผิวที่งานวิจัยนี้สนใจแบบจำลองความเสียดทานมีผลไม่มากกับประสิทธิภาพของการชดเชยการลี่นไถล นอกจากนั้นวิทยานิพนธ์นี้ได้พัฒนาระบบ SLAM และระบบนำทางสำหรับใช้ภายนอกอาคารซึ่งสามารถใช้งานได้ดีในสภาพแวดล้อมระหว่างอาคารที่มีทางลาดและมีพื้นต่างระดับกัน

Single Spring Gravity Compensator For A Multi Degree Of Freedom Manipulator Arm, Krittanai Sajjapongse

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

Designing industrial robots requires utmost attention to power consumption and safety, especially in today's environment where humans work closely with robots. However, due to their robust and weighty structures, most robotic manipulators are typically engineered with high-power systems to handle payloads and counteract gravity. This research develops a novel gravity compensator system that employs a single spring to counterbalance a multi-DOF manipulator. This system combines cam follower systems with a square root mechanism. We provide a general equation that applies to multiple degrees of freedom. Additionally, we designed and built a 3-DOF manipulator prototype. The experiment shows that our gravity …

Elevation-Distributed Multistage Reverse Osmosis Desalination With Seawater Pumped Storage, Hani E. Elsayed-Ali

Electrical & Computer Engineering Faculty Publications

A seawater reverse osmosis (RO) plant layout based on multistage RO with stages located at different elevations above sea level is described. The plant uses the weight of a seawater column from pumped storage as head pressure for RO (gravity-driven multistage RO) or to supplement high-pressure pumps used in RO (gravity-assisted multistage RO). The use of gravitational force reduces the specific energy for RO compared to using high-pressure pumps. By locating the RO stages at different elevations based on demand sites, the total specific energy consumption for RO and permeate transport to different elevations above sea level is reduced from …

Triangular Fin Array Passively Actuated By Bimetallic Coils For Cubesat Thermal Control, Josh Cannon, Rydge B. Mulford, Brian D. Iverson

Faculty Publications

CubeSat thermal control can be especially demanding due to volume and size constraints, high power dissipation per unit surface area, and highly variable internal and external heat loads. As such, CubeSat developers must rely on thermal control systems that meet the specific requirements of their mission and environmental conditions. Deployable radiators enable satellites to increase their radiative surface area and to reveal highly emissive surfaces during times when increased heat rejection is desired. In colder conditions, when decreased heat loss is preferable, the radiators can be stowed. Passive thermal control systems are unpowered and can increase system reliability by not …

Low-Fidelity Design Optimization And Parameter Sensitivity Analysis Of Tilt-Rotor Evtol Electric Propulsion Systems, Tyler Critchfield, Andrew Ning

Faculty Publications

Urban air mobility requires a multidisciplinary approach to tackle the important chal- lenges facing the design of these aircraft. This work uses low-to-mid fidelity tools to model rotor aerodynamics, blade structures, vehicle aerodynamics, and electric propulsion for a tilt-rotor electric vertical takeoff and landing (eVTOL) aircraft. We use gradient-based design optimization and extensive parameter sensitivity analysis to explore the design space and complex tradeoffs of tilt-rotor distributed electric propulsion systems.

Pms And Gas Pollutants Removal By Electret Filter Media And Metal-Organic Frameworks (Mofs), Yu Zhang

Theses and Dissertations

Indoor air quality (IAQ) has been becoming a major concern worldwide because statistical data showed that the indoor concentrations of gas pollutants, e.g., volatile organic compounds (VOCs) and particulate matters (PMs) are often 2–5 times higher than that of outdoors. Especially, people spend 87% of their time indoors and increasing to more than 90% during COVID-19 pandemic. The high concentration of these indoor air pollutants is mainly due to the reduced air exchange rate for the design of energy-efficient building construction and the increased usage of furnishings, glues, paints, furnaces, etc., leading to VOC outgassing and particle emission. Evidence has …

Modified Reactive Sputter Deposition Of Titanium Nitride Thin Films Via Hipims With Kick-Pulse And Improvement Of The Structure-Zone Model, Andrew Miceli

UNF Graduate Theses and Dissertations

Direct current (DC) and radio frequency (RF) sputtering methods have been commonplace in industry for several decades and widely studied in literature. Hard films of nitrides, such as titanium nitride (TiN), have been deposited using reactive DC sputtering onto cutting tools and medical devices extensively as well. For these applications, the films require excellent adhesion, high density, and high hardness. High-Power Impulse Magnetron Sputtering (HIPIMS) has emerged over the last several years as a method to produce films with increased density and mechanical properties. Process-structure-property relationships for reactive HIPIMS are not yet well developed. Additionally, conventional HIPIMS suffers from relatively …

Noise Reduction Techniques In Commercial Aircraft Cabins, Hashem Hashem

Student Works

Main sources of noise heard inside an aircraft cabin:

• Engines
• Airframe & control surfaces
• Window vibrations
• Passenger announcements & activities.

Sparsity For Gradient-Based Optimization Of Wind Farm Layouts, Benjamin T. Varela, Andrew Ning

Faculty Publications

Optimizing wind farm layouts is an important step in designing an efficient wind farm. Optimizing wind farm layouts is also a difficult task due to computation times increasing with the number of turbines present in the farm. The most computationally expensive part of gradient- based optimization is calculating the gradient. In order to reduce the expense of gradient calculation, we performed a study on the use of sparsity in wind farm layout optimization. This paper presents the findings of the sparsity study and provides a method to use sparsity in wind farm layout optimization. We tested this sparsity method by …