Desenvolvimento de software para síntese de geração de função em mecanismos de seis barras via otimização

Abstract

Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um programa computacional voltado à síntese de geração de função de mecanismos de seis barras, abrangendo todas as suas topologias clássicas. A proposta visa simplificar o processo de projeto e ampliar as possibilidades de aplicação de mecanismos complexos por meio de otimização numérica baseada no algoritmo de Evolução Diferencial (DE).

Inicialmente, foram revisados os fundamentos da teoria de mecanismos, destacando a análise e síntese cinemática, bem como conceitos de algoritmos evolutivos aplicados à engenharia mecânica. Em seguida, implementou-se o programa em linguagem Python, empregando programação orientada a objetos e uma interface gráfica de usuário (GUI) que permite inserir parâmetros, visualizar resultados e exportar dados de forma intuitiva.

Os estudos de caso contemplaram a síntese de mecanismos capazes de reproduzir funções matemáticas, como logarítmica e séries de Fourier, além de trajetórias articulares humanas aplicadas à modelagem de uma prótese de mão. Os resultados demonstraram a eficiência do método proposto, com baixo erro médio e boa estabilidade geométrica, confirmando a aplicabilidade do programa como ferramenta de apoio a pesquisas e projetos na área de Engenharia.

This work presents the development of a computational program aimed at the function generation synthesis of six-bar mechanisms, encompassing all their classical topologies. The proposal seeks to simplify the design process and expand the applicability of complex mechanisms through numerical optimization based on the Differential Evolution (DE) algorithm.

Initially, the fundamentals of mechanism theory were reviewed, highlighting kinematic analysis and synthesis, as well as evolutionary algorithms applied to mechanical engineering. Subsequently, the program was implemented in the Python language, employing object-oriented programming and a graphical user interface (GUI) that enables users to input parameters, visualize results, and export data intuitively.

The case studies included the synthesis of mechanisms capable of reproducing mathematical functions, such as logarithmic and Fourier-series functions, in addition to human joint trajectories applied to the modeling of a prosthetic hand. The results demonstrated the efficiency of the proposed method, with low average error and good geometric stability, confirming the applicability of the program as a support tool for research and design in the field of Engineering.