Design of Transformable Doubly Curved Surface Composed of Scissor Linkage Mechanisms

Abstract

Bu çalışma, başlangıç formundan istenen nihai forma dönüşebilen ve çift eğrilikli yüzeyler tanımlayabilen, çok döngülü makas mekanizmaları elde etmeye odaklanmaktadır. Mevcut literatür incelendiğinde farklı durumlar arasındaki eğrilik dönüşümünü ele alan sınırlı sayıda çalışma ortaya çıkmaktadır. Tek serbestlik derecesine sahip dönüştürülebilir tasarımların çoğu düzlemsel hareketlerle sınırlı iken üç boyutlu formlar ise genellikle düzlemsel makas mekanizmalarının ötelemeli tekrarı yoluyla elde edilebilmektedir. Buna ek olarak, düzlemsel makas mekanizmalarıyla ızgarada düzeninde bir yüzey tanımlayabilen formlar oluşturulduğunda, genellikle birden fazla serbestlik derecesine sahip olmaktadır ve bu da form dönüşümlerinin kontrolünü zorlaştırır. Bu tezde, belirtilen eksikliklerden yola çıkarak, önceden tanımlanmış eğriler arasında dönüşüme olanak tanıyan düzlemsel makas mekanizmaları için yeni bir geometrik tasarım yöntemi sunulmaktadır. Önerilen yaklaşım, farklı kavisli formlar elde edebilen düzlemsel makas mekanizmalarını oluşturmak için dörtgen döngülerden yararlanmaktadır. Bu çalışma, belirtilen yöntemden yola çıkarak, önceden tanımlanmış yüzey geometrileri arasında eğriliklerini dinamik olarak değiştirebilen uzaysal makas mekanizmalarını bu konsepte dahil etmektedir. Araştırma, birincil yöntemler olarak simülasyon ve modellemeyi kullanmaktadır. Önerilen modelleri geliştirmek için bilgisayar simülasyonları kullanılırken, geometrik davranışlarını analiz etmek için 3 boyutlu yazdırılmış prototipler üretilmiştir. Bu araçlar, tasarlanan mekanizmaların dönüştürülebilirliğinin ve yapısal performanslarının kapsamlı bir şekilde incelenmesini kolaylaştırmaktadır.

This study focuses on obtaining multi-loop scissor linkages capable of defining doubly curved surfaces that can transform from an initial form to a desired final form. A review of the existing literature reveals a limited number of studies addressing curvature transformation between different states. Most transformable designs are restricted to planar movements, while three-dimensional forms are typically achieved through the translational repetition of planar scissor linkages. Additionally, when scissor linkages are arranged in a grid, they often exhibit multiple degrees of freedom, making controlled transformations challenging. To address these limitations, this research introduces a novel geometric design method for multi-loop planar scissor linkages that enables transformation between predefined curves. The proposed approach utilizes quadrilateral loops to construct planar scissor linkages capable of achieving distinct curved forms. Furthermore, the study extends this concept to spatial scissor linkages that can dynamically alter their curvature between predefined surface geometries. The research employs simulation and modeling as primary methods. Computer simulations are used to develop the proposed models, while 3D-printed prototypes are produced to analyze their geometric behavior. These tools facilitate a comprehensive investigation of the transformability and structural performance of the designed mechanisms.