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Forças, momentos e coeficiente de atrito em teste de três pontos e em teste de resistência ao deslizamento com braquetes autoligáveis e fios 0.014\" utilizando um novo dispositivo / Forces, moments and coefficient of friction in three-bracket bending test and in resistance to sliding test with self-ligating brackets and wires 0.014\'\' using a new deviceAna Carolina Carneiro de Freitas 26 January 2016 (has links)
O objetivo principal do estudo é comparar o teste em 3 pontos com braquetes com o teste de resistência ao deslizamento utilizando um novo dispositivo que realiza a mensuração simultânea do coeficiente de atrito, das forças e dos momentos nos braquetes de ancoragem e da força de desativação no braquete desalinhado, exercidos por fios ortodônticos. Os objetivos secundários foram desenvolver o dispositivo e comparar, no teste em 3 pontos: (i) a influência, nas grandezas e no coeficiente de atrito cinético, da variação da simetria nas distâncias inter-braquetes, do tipo de braquete de ancoragem (canino ou 2º pré-molar), do deslocamento (3 ou 5mm) do braquete central, do sentido do desalinhamento (vestibular ou lingual) do braquete central e da marca de fio-braquete; (ii) as 3 formas de cálculo do coeficiente de atrito cinético; (iii) os 10 ciclos, para vestibular ou lingual, para verificar se eles são semelhantes ou não entre si. Foram utilizados braquetes autoligáveis (dentes 13, 14 e 15) e fios 0.014\'\' NiTi e CuNiTi das marcas Aditek e Ormco. O teste de resistência ao deslizamento foi realizado no desalinhamento lingual, nos dois deslocamentos e na configuração simétrica. O teste em 3 pontos com braquetes foi realizado no desalinhamento lingual e vestibular, nos dois deslocamentos e na configuração simétrica e assimétrica. Por meio da ANOVA, foram comparados, entre os dois tipos de teste: (A) as grandezas e o coeficiente de atrito e (B) o coeficiente de atrito gerado apenas no braquete de 2º pré-molar. Utilizando-se do mesmo teste estatístico foram comparados, no teste em 3 pontos com braquetes: (A) na configuração simétrica, algumas grandezas e o coeficiente de atrito advindos da variação da marca de fio-braquete, do deslocamento, do desalinhamento e do tipo de braquete; (B) algumas grandezas e o coeficiente de atrito gerados na configuração simétrica e assimétrica; (C) os valores das 3 formas de cálculo do coeficiente de atrito na configuração simétrica; e (D) algumas grandezas e o coeficiente de atrito encontrados nos 10 ciclos. Resultados: (A) a maioria dos valores das grandezas e do coeficiente de atrito gerados pelos dois tipos de teste foram diferentes estatisticamente; (B) o braquete de 2º pré-molar apresentou valores de coeficiente de atrito diferentes entre os dois tipos de teste; (C) na configuração simétrica, as variáveis foram estatisticamente significantes na maioria dos casos para as grandezas analisadas e para o coeficiente de atrito; (D) houve diferença entre a configuração simétrica e assimétrica; (E) o coeficiente de atrito baseado nas duas normais e na força de atrito se aproximou mais da realidade clínica e foi sensível à variação da geometria da relação fio-braquete; e (F) os 10 ciclos para lingual foram semelhantes entre si em 70% dos casos e os 10 ciclos para vestibular foram diferentes em 57% dos casos. Conclusões: o teste em 3 pontos com braquetes é diferente do teste de resistência ao deslizamento; a variação das configurações geométricas e da marca de fio-braquete pode influenciar nos valores das grandezas e do coeficiente de atrito cinético; os 10 ciclos para lingual foram mais semelhantes entre si que os 10 ciclos para vestibular. / The main objective of the study is to compare the three-bracket bending test with the resistance to sliding test using a new device that performs simultaneous measurement of coefficient of friction, the forces and moments on the anchor brackets and deactivation force in misaligned bracket, exercised by orthodontic wires. Secondary objectives were to develop the device and compare, in the three-bracket bending test: (i) the influence, on the physical quantities and on the kinetic friction coefficient, of the variation of the symmetry in the inter-bracket distance, of the type of anchor bracket (canine or 2nd premolar), of displacement (3 or 5mm) and misalignment (buccal or lingual) of the central bracket, and of the wire and bracket brand; (ii) the three ways to calculate the coefficient of kinetic friction; (iii) the 10 cycles, for buccal or lingual, to see if they are similar or not. Self-ligating brackets were used (teeth 13, 14 and 15) and wires 0.014 \'\' NiTi and CuNiTi of Aditek and Ormco brands. The resistance to sliding test was conducted on the lingual misalignment, on both displacements and on symmetrical configuration. The three-bracket bending test was held at the lingual and vestibular misalignment, at both displacements and at the symmetrical and asymmetrical configuration. Through ANOVA, were compared, between the two types of tests: (A) the quantities and the coefficient of friction and (B) the coefficient of friction generated only in the second premolar bracket. Using the same statistical test were compared, in three-bracket bending test: (A) in symmetrical configuration, the quantities and the coefficient of friction arising from the variation in the wire and bracket brands, displacement, misalignment and the type of bracket; (B) the quantities and the coefficient of friction generated by the symmetric and asymmetric configuration; (C) the values of the three ways of calculating friction coefficient; and (D) the quantities and the coefficient of friction encountered in 10 cycles. Results: (A) most of the values of the quantities and the coefficient of friction generated by the two types of test were statistically different; (B) the 2nd premolar bracket showed different friction coefficient values between the two types of test; (C) in the symmetrical configuration, the variables were statistically significant in the most of cases for quantities and the friction coefficient; (D) was found difference between symmetric and asymmetric configuration; (E) the friction coefficient based on both normal forces and frictional force was closer to the clinical reality and was sensitive to variations in the geometry of the wire-bracket relationship; and (F) the 10 cycles for lingual were similar in 70% of cases and the 10 cycles for buccal desalignment were different in 57% of cases. Conclusions: The three-bracket bending test is different from the resistance to sliding test; the variation of geometric configurations and wire and bracket brands may influence the values of the quantities and the coefficient of kinetic friction; the 10 cycles for lingual were more similar to each other than the 10 cycles for buccal.
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[en] MECHANISM DESIGN, KINEMATIC AND DYNAMIC ANALYSIS OF A ROBOTIC MANIPULATOR DRIVEN BY AN ACTIVE CARDAN JOINT WITH THREE DEGREES OF FREEDOM / [pt] PROJETO DE MECANISMO, ANÁLISE CINEMÁTICA E DINÂMICA DE UM MANIPULADOR ROBÓTICO ACIONADO POR JUNTA CARDÂNICA ATIVA COM TRÊS GRAUS DE LIBERDADEJEAN CARLO FERREIRA DE OLIVEIRA 24 September 2020 (has links)
[pt] O uso de juntas cardânicas ativas é restrito pela capacidade de torque de
pequenos motorredutores e, atualmente, os dispositivos embarcados são
obrigatórios para as aplicações robóticas. O controle dinâmico é essencial para
estudar as limitações desse dispositivo, portanto, o objetivo deste estudo foi
controlar a junta cardânica ativa de três graus de liberdade usando simulações
numéricas e experimento em bancada de testes. O manipulador foi projetado com
apenas uma junta cardânica para que a sua cinemática e dinâmica sejam exploradas;
por esse motivo, a junta foi construída com sensores de carga na base e sensor de
unidade de movimento inercial na parte superior do efetuador do manipulador.
Além disso, foram fabricadas três placas de controle: a primeira foi projetada para
controlar os três acionamentos dos motores de passo; a segunda, para ler o sensor
da unidade de movimento inercial; e a última, para ler os sensores de carga. Quatro
problemas foram descritos para testar os limites deste dispositivo, analisando, além
da cinemática e dinâmica, o atrito do rolamento, a identificação da folga e o torque
do impacto. O primeiro problema mantém a posição do efetuador do manipulador
constante enquanto transmite rotação entre os eixos. O segundo problema, o
efetuador recebe um caminho planejado, por exemplo, um círculo, mas não
transmite rotação entre os eixos. O terceiro problema é a combinação dos
movimentos anteriores, em que o efetuador transmite rotação entre os eixos,
enquanto segue por um caminho planejado. Para o quarto problema: uma nova
abordagem é aplicada para mover o efetuador de um ponto para outro usando
rotação cônica. / [en] The use of active cardan joints is restricted by torque capacity of small
motors, and currently embedded devices have been mandatory for robotic
applications. The dynamic control is essential to learn the limitations of this device,
thus the objective of this study is to control active cardan joints of three degrees of
freedom using numerical simulations and bench experiment. The manipulator was
designed with only one cardan joint to understand its kinematics and dynamics and,
for this reason, it was built with load sensors on its base and inertial motion unit
sensor at the top of the manipulator end-effector. Furthermore, three control boards
were manufactured: the first was designed to control the three stepper motor drives,
the second was designed to read the inertial motion unit sensor, and the last was
designed to read the load sensors. Four problems were described to test the limits
of this device, analysing not only the kinematics and dynamics, but also the bearing
friction, the backlash identification, and the impact torque. The first problem keeps
the position of the manipulator end-effector constant transmitting rotation between
the shafts. The second problem is given a planned path to the manipulator endeffector,
such as a circle, but it does not transmit rotation between the shafts. The
third problem is the combination of the previous motions, where the manipulator
end-effector applies the output spin, while it follows by a planned path. The fourth
problem, a new approach is applied to move the manipulator end-effector from one
point to another point using a conical rotation.
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