Phát triển hệ thống phản hồi lực dùng lưu chất từ biến - D. Bảo Trí (ĐHSPKTTPHCM)

Nghiên cứu phát triển hệ thống phản hồi lực sử dụng lưu chất từ biến, áp dụng trong điều khiển tự động và cơ khí. Phân tích nguyên lý hoạt động, ưu điểm và ứng

• Tác giả: Diệp Bảo Trí
• Người hướng dẫn: PGS. Nguyễn Quốc Hưng
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Cơ kỹ thuật
• Đề tài: Phát triển hệ thống phản hồi lực dùng lưu chất từ biến
• Loại tài liệu: Luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2021
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng quan về hệ thống phản hồi lực dùng lưu chất từ biến

Tự động hóa đóng vai trò quan trọng trong Công nghiệp 4.0. Các hệ thống robot điều khiển từ xa được phát triển để làm việc trong môi trường nguy hiểm như lò phản ứng hạt nhân, phòng thí nghiệm hóa chất, dây chuyền sản xuất thuốc trừ sâu hoặc hoạt động phá bom mìn. Hệ thống chủ-tớ giải quyết bài toán truyền tải tín hiệu phản hồi về vị trí, lực và mô-men cho người vận hành. Lưu chất từ biến Magneto-Rheological Fluid là vật liệu thông minh được nghiên cứu rộng rãi. MRF chứa các hạt sắt vi phân phân tán trong dầu nền. Khi có từ trường tác động, các hạt sắp xếp thành chuỗi dọc theo đường sức từ. Quá trình này làm thay đổi mạnh đặc tính lưu biến của chất lỏng. Hệ thống phản hồi lực dùng lưu chất từ biến khai thác nguyên lý biến đổi trạng thái của MRF. Thiết bị hoạt động ở ba chế độ chính gồm chế độ van, chế độ cắt và chế độ nén. Mỗi chế độ phù hợp với từng ứng dụng cụ thể trong công nghiệp và y tế.

1.1. Khái niệm lưu chất từ biến và thành phần cấu tạo

MRF là hỗn hợp gồm các hạt sắt vi phân có kích thước micromet phân tán đều trong dầu nền như dầu silicone hoặc dầu khoáng. Chất hoạt động bề mặt được thêm vào để ngăn hiện tượng lắng tụ và đảm bảo tính ổn định lâu dài. Khi không có từ trường, MRF hoạt động như chất lỏng Newton thông thường với độ nhớt thấp. Khi có từ trường tác động, các hạt sắt bị nhiễm từ và sắp xếp thành cấu trúc chuỗi dọc theo đường sức từ. Hiện tượng này biến đổi MRF thành trạng thái bán rắn với ứng suất chảy tăng đáng kể. Quá trình chuyển đổi xảy ra trong vài mili giây và hoàn toàn có đảo ngược khi tắt từ trường.

1.2. Nguyên lý hoạt động của hệ thống phản hồi lực MRF

Hệ thống phản hồi lực MRF hoạt động dựa trên nguyên lý thay đổi đặc tính lưu biến của chất lỏng khi có từ trường. Thiết bị bao gồm cuộn dây điện tạo từ trường, khe chứa MRF và bộ phận truyền lực. Khi dòng điện chạy qua cuộn dây, từ trường sinh ra làm tăng ứng suất chảy của MRF trong khe. Ba chế độ hoạt động chính được áp dụng. Chế độ van sử dụng áp suất đẩy MRF qua khe hẹp có từ trường. Chế độ cắt dựa trên chuyển động tương đối giữa hai bề mặt chứa MRF. Chế độ nén tạo lực bằng cách ép MRF trong khe hẹp có từ trường. Lượng lực phản hồi tỷ lệ thuận với cường độ dòng điện kích thích.

II. Phân tích ưu nhược điểm của hệ thống phản hồi lực MRF

Hệ thống phản hồi lực dùng lưu chất từ biến sở hữu nhiều ưu điểm kỹ thuật nổi bật. Thời gian đáp ứng cực nhanh, thường dưới 10 mili giây. Mức tiêu thụ năng lượng thấp do chỉ cần dòng điện nhỏ để kích hoạt từ trường. Thiết bị tạo được lực và mô-men xoắn lớn với kích thước compact. Tuy nhiên, công nghệ này vẫn tồn tại nhiều hạn chế cần giải quyết. Kết cấu cơ học của các hệ thống hiện tại còn cồng kềnh. Nguyên nhân do cơ cấu tác động chưa được tối ưu hóa về mặt hình học và vật liệu. Lực ma sát trong trạng thái nghỉ là vấn đề đáng quan tâm. Lực này làm giảm độ nhạy của hệ thống phản hồi. Bên cạnh đó, đặc tính phi tuyến của MRF gây khó khăn trong việc xây dựng mô hình toán học chính xác. Mô hình Bingham và mô hình Herschel-Bulkley được sử dụng phổ biến nhưng vẫn có sai số nhất định. Độ trễ của van điều khiển cũng ảnh hưởng đến chất lượng phản hồi. Cụ thể, thời gian giảm áp suất từ 1,0 MPa xuống 0,25 MPa đạt khoảng 150 mili giây.

2.1. Ưu điểm vượt trội so với công nghệ truyền thống

Hệ thống phản hồi lực dùng MRF có nhiều ưu điểm so với công nghệ truyền thống như servo thủy lực hoặc cơ cấu chấp hành điện. Thời gian đáp ứng cực nhanh, thường dưới 10 mili giây, nhanh hơn nhiều so với van thủy lực điện từ. Tiêu thụ năng lượng thấp vì chỉ cần dòng điện nhỏ vài ampe để tạo từ trường điều khiển. MRF tạo được lực và mô-men xoắn lớn với kích thước nhỏ gọn. Thiết kế cơ khí đơn giản hơn vì không cần piston, xi lanh hay hộp số phức tạp. Hệ thống ít bộ phận chuyển động nên giảm yêu cầu bảo trì. MRF hoạt động ổn định trong dải nhiệt độ rộng và không bị ảnh hưởng bởi bụi bẩn hay độ ẩm.

2.2. Hạn chế và thách thức kỹ thuật hiện tại

Hạn chế lớn nhất của hệ thống phản hồi lực MRF là kết cấu còn cồng kềnh. Cơ cấu tác động chưa được tối ưu hóa về mặt hình học dẫn đến thiết bị có kích thước lớn hơn cần thiết. Lực ma sát trong trạng thái nghỉ ảnh hưởng đến độ nhạy và chất lượng phản hồi lực. Đặc tính phi tuyến của MRF gây khó khăn trong mô hình hóa toán học. Các mô hình như Bingham, Herschel-Bulkley hay Bouc-Wen đều có sai số trong một số điều kiện vận hành. Độ trễ của van điều khiển cũng là vấn đề cần giải quyết. Nghiên cứu cho thấy thời gian giảm áp suất từ 1,7 MPa xuống 0,25 MPa mất khoảng 200 mili giây, chưa đáp ứng yêu cầu ứng dụng thời gian thực.

III. Giải pháp tối ưu hóa hệ thống phản hồi lực dùng lưu chất từ biến

Giải pháp tối ưu hóa hệ thống phản hồi lực MRF tập trung vào hai hướng chính. Hướng thứ nhất là cải tiến thiết kế cơ cấu tác động. Hướng thứ hai là nâng cao thuật toán điều khiển dòng điện tạo từ trường. Về thiết kế cơ học, việc tối ưu hóa hình học rãnh trên đĩa phanh giúp tăng diện tích tiếp xúc với MRF. Thiết kế kết hợp rãnh thẳng và rãnh nghiêng cải thiện đáng kể mô-men ma sát. Phương pháp tính toán mô-men trên rãnh nghiêng sử dụng phần tử ống MRF nhỏ dựa trên mô hình dẻo Bingham. Về điều khiển, bộ điều khiển PID cải tiến kết hợp bộ lọc thông thấp giúp giảm hiện tượng overshoot. Hệ thống phản hồi lực tuyến tính dùng MRF áp dụng cấu trúc bạc trượt trên trục phanh tịnh tiến. Thiết kế này đơn giản hóa cấu trúc đồng thời tăng độ tin cậy hoạt động. Công nghệ vật liệu cũng đóng vai trò quan trọng. Việc nghiên cứu loại MRF có đặc tính lưu biến tốt hơn giúp cải thiện biên độ lực phản hồi đáng kể.

3.1. Thiết kế cơ cấu tác động và tối ưu hóa hình học

Tối ưu hóa hình học cơ cấu là giải pháp then chốt để thu nhỏ kích thước hệ thống. Thiết kế đĩa phanh với kết hợp rãnh thẳng và rãnh nghiêng tăng đáng kể diện tích tiếp xúc với MRF. Phương pháp tính toán sử dụng phần tử ống MRF nhỏ dựa trên mô hình dẻo Bingham cho phép dự đoán chính xác mô-men ma sát. Các thông số hình học quan trọng cần tối ưu bao gồm bán kính trong, bán kính ngoài của đĩa, góc nghiêng rãnh và khoảng cách khe chứa MRF. Mô-men ma sát trên mặt trụ ngoài và trong của đĩa được tính bằng công thức tích phân dựa trên ứng suất tác dụng. Thiết kế tối ưu giúp giảm 20% lực hãm không cần thiết đồng thời tăng hiệu suất truyền lực.

3.2. Điều khiển dòng điện và thuật toán phản hồi

Điều khiển dòng điện tạo từ trường là yếu tố quyết định chất lượng phản hồi lực. Bộ điều khiển PID cải tiến kết hợp bộ lọc thông thấp giúp giảm hiện tượng overshoot và dao động. Hệ thống sử dụng cảm biến lực để tạo vòng lặp phản hồi đóng, đảm bảo lực đầu ra theo đúng giá trị đặt. Thuật toán điều khiển thích ứng cho phép hệ thống tự điều chỉnh tham số theo điều kiện vận hành thực tế. Bộ khuếch đại công suất điều khiển dòng điện qua cuộn dây với độ chính xác cao. Mạch điều khiển tích hợp bộ chuyển đổi analog-số tốc độ cao để xử lý tín hiệu cảm biến thời gian thực. Kết hợp với phần mềm điều khiển trên máy tính, hệ thống đạt được độ chính xác lực phản hồi trong biên độ cho phép.

IV. Ứng dụng và triển vọng của hệ thống phản hồi lực MRF

Hệ thống phản hồi lực dùng lưu chất từ biến có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực. Trong công nghiệp, công nghệ này phục vụ robot cộng tác, thiết bị mô phỏng và hệ thống điều khiển từ xa. Ngành y tế ứng dụng MRF trong thiết bị phục hồi chức năng và chân tay giả thông minh. Trong lĩnh vực quốc phòng và an ninh, hệ thống phản hồi lực MRF hỗ trợ robot phá bom mìn và hoạt động chống khủng bố. Các ứng dụng trong môi trường độc hại như lò phản ứng hạt nhân hoặc phòng thí nghiệm hóa chất cũng được quan tâm phát triển. Triển vọng tương lai của công nghệ này rất hứa hẹn. Nghiên cứu tập trung vào thu nhỏ kích thước thiết bị đồng thời tăng lực phản hồi. Việc phát triển loại MRF mới với thời gian đáp ứng nhanh hơn và dải nhiệt độ làm việc rộng hơn đang được đẩy mạnh. Tích hợp trí tuệ nhân tạo vào hệ thống điều khiển mở ra khả năng tự động thích ứng với điều kiện vận hành thay đổi. Đây là hướng nghiên cứu then chốt để hệ thống phản hồi lực MRF đáp ứng yêu cầu ngày càng cao của sản xuất công nghiệp hiện đại.

4.1. Ứng dụng trong công nghiệp và y tế

Trong lĩnh vực công nghiệp, hệ thống phản hồi lực MRF được ứng dụng rộng rãi trong robot cộng tác và thiết bị mô phỏng. Công nghệ này đặc biệt hữu ích trong các môi trường làm việc nguy hiểm như lò phản ứng hạt nhân, phòng thí nghiệm hóa chất độc hại hoặc dây chuyền sản xuất thuốc trừ sâu. Robot phẫu thuật sử dụng phản hồi lực MRF giúp bác sĩ cảm nhận lực tác động lên mô cơ thể bệnh nhân. Trong ngành y tế, chân tay giả tích hợp hệ thống phản hồi lực MRF mang lại khả năng vận động tự nhiên hơn cho người khuyết tật. Thiết bị phục hồi chức năng sử dụng MRF điều chỉnh mức kháng lực phù hợp với từng giai đoạn trị liệu. Ưu điểm về kích thước nhỏ gọn và tiêu thụ năng lượng thấp khiến MRF trở thành lựa chọn lý tưởng cho các ứng dụng cấy ghép y sinh.

4.2. Định hướng phát triển và nghiên cứu tương lai

Nghiên cứu tương lai tập trung vào phát triển loại MRF có đặc tính lưu biến vượt trội hơn. Mục tiêu là tăng biên độ ứng suất chảy đồng thời giảm thời gian đáp ứng xuống dưới 5 mili giây. Vật liệu nền mới và phương pháp phủ bề mặt hạt sắt đang được nghiên cứu để cải thiện tính ổn định lâu dài. Việc thu nhỏ kích thước thiết bị mà vẫn duy trì lực phản hồi lớn là thách thức kỹ thuật quan trọng. Tích hợp trí tuệ nhân tạo vào hệ thống điều khiển mở ra khả năng học hỏi và thích ứng tự động. Nghiên cứu cũng hướng tới giảm độ trễ của van điều khiển xuống mức chấp nhận được cho ứng dụng thời gian thực. Các kết quả nghiên cứu hiện tại là nền tảng vững chắc cho phát triển hệ thống phản hồi lực MRF thế hệ mới.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1 cường độ từ trường thấp và có độ ổn định tốt hơn so với chỉ dùng carbonylpowder sắt nguyên chất. Chất phụ gia thêm vào nhằm làm giảm sự lắng đọng của các hạt từ tính trong MRF [13]. Hiện tượng lắng đọng có thể gây ra hiện tượng suy giảm độ nhớt của MRF [14]. Khi sự lắng đọng của MRF tăng lên thì dưới tác động của ứng suất cao và tốc độ cắt cao trong một thời gian dài làm cho chất lỏng sẽ đặc lại [15].

Hiện tượng lắng đọng này sẽ làm giảm hiệu suất của MRF, khi đó các hạt của lưu chất lắng xuống tạo thành một lớp cứng, bao gồm các hạt sơ cấp liên kết chắc chắn dẫn tới hình thành chuỗi không hoàn chỉnh [16]. Lớp phủ polymer cho các hạt từ tính cũng ảnh hưởng đến khả năng từ tính của các hạt, nhưng nó lại làm cho các hạt từ tính dễ dàng phân tán lại sau khi từ trường không tác dụng [17, 18]. Tuy nhiên, cũng làm suy giảm ứng suất cắt của MRF khi thêm nhiều lớp phủ polymer [19, 20]. Ngoài ra, một số chất phụ gia được thêm vào MRF để cải thiện khả năng chống oxy hóa hoặc chống mài mòn.

Các thành phần trên sẽ tạo thành một hỗn hợp đồng nhất mà nó quyết định đến ứng suất chảy dẻo lớn nhất, độ từ thẩm. Vì vậy, nếu có sự khác nhau về tỷ lệ các thành phần trên sẽ cho ra các loại MRF khác nhau như Bảng 1.1: Thành phần các MRF của hãng Lord Corporation (Mỹ). Loại MRF MRF-122EG MRF-132DG MRF-140CG Độ nhớt (Pa.s), (40 0C) 0,042 ± 0,020 0,112 ± 0,02 0,280 ± 0,070 Tỷ trọng (g/cm3) 2,28 2,98 3,54 Tỷ lệ hạt từ (%) 72 80,98 85,44 Nhiệt độ hoạt động (0C) - 40 đến + 150 Cường độ từ trường (kA/m) 150 - 250 Ứng suất dẻo (kPa) 50 - 100 Thời gian đáp ứng Vài ms 1.2 Nguyên lý hoạt động MRF. Khi MRF ở trạng thái bình thường (khi từ trường không đi qua MRF), các hạt từ tính chuyển động tự do, MRF ứng xử như lưu chất Newton (Hình 1.

Khi MRF ở trạng thái có tác dụng của từ trường bên ngoài vào thì các hạt từ tính sẽ gắn kết và sắp xếp lại với nhau theo hình dạng phân bố của đường sức từ. Các hạt từ này có khả 3 Chương 1 năng chống lại sự phá vỡ liên kết, làm cho lưu chất sệt lại. Khi cường độ từ trường ở mức thấp thì sự phân bố các hạt từ tính chưa rõ ràng (Hình 1.2 b), còn khi cường độ từ trường cao thì sự phân bố các hạt từ tính sẽ định hình rõ ràng hơn (Hình 1. Khả năng liên kết của các hạt từ tính phụ thuộc rất lớn vào cường độ từ trường bên ngoài tác dụng vào MRF.2: Các trạng thái MRF.3 Các chế độ làm việc của MRF.

Dựa vào đặc tính của MRF thì có ba chế độ làm việc của MRF đã được nghiên cứu [21] đó là: chế độ dòng chảy (valve mode), chế độ trượt (shear mode) và chế độ nén (squeeze mode). Chế độ dòng chảy: chế độ dòng chảy được sử dụng thiết kế van MRF, trong đó dòng chảy của MRF được bố trí ở giữa các tấm đứng yên biểu diễn bởi Hình 1. Từ trường được đưa từ ngoài vào có hướng vuông góc với hướng của dòng chảy của MRF (Hình 1.3 a), nhằm để thay đổi các tính chất lưu biến của MRF để kiểm soát dòng chảy. Do đó, sự gia tăng ứng suất hoặc độ nhớt làm thay đổi cấu hình vận tốc của chất lỏng giữa hai tấm cố định.

Biên dạng vận tốc điển hình với mô hình dẻo Bingham của chế độ van được thể hiện bởi Hình 1.3 b 4 Chương 1 Hình 1.3: Chế độ dòng chảy của MRF [22].3 b thì biên dạng vận tốc chứa vùng trước chảy dẻo, trong đó độ dốc vận tốc bằng không trên vùng cấm. Cấu hình vận tốc của MRF giữa hai bản song song được biểu diễn bằng quan hệ sau [44]: 𝑛 ∆𝑃 1/𝑛 𝑑−𝛿 1+1/𝑛 2𝑦+𝛿 1+1/𝑛 𝑢1 (𝑦) = ( ) [( ) +( ) ] (1-1) 𝑛+1 𝐾𝐿 2 2 𝑛 ∆𝑃 1/𝑛 𝑑−𝛿 1+1/𝑛 𝑢2 ( 𝑦 ) = ( ) ( ) (1-2) 𝑛+1 𝐾𝐿 2 𝑛 ∆𝑃 1/𝑛 𝑑−𝛿 1+1/𝑛 2𝑦−𝛿 1+1/𝑛 𝑢3 ( 𝑦 ) = ( ) [( ) −( ) ] (1-3) 𝑛+1 𝐾𝐿 2 2 Trong đó: n = 1, u1 và u3 là biên dạng vận tốc của các vùng dòng chảy sau chảy dẻo tiếp giáp với các tấm chắn, u2 là biên dạng vận tốc trên miền gần vùng trung tâm hay vùng cấm; 𝛿 là độ dày vùng cấm là tham số chính của dòng chảy. Khi vùng cấm tăng thì độ dày trước chảy dẻo cũng tăng, do đó hạn chế dòng chảy qua ống dẫn, làm gia tăng sụt áp. Chế độ van được sử dụng nhiều trong ứng dụng như bộ giảm chấn, van và các bộ truyền động [23].

Grunwald [24] và các cộng sự đã thiết kế chế tạo cơ cấu van dùng lưu chất MRF132-AD. Với áp suất được kiểm soát giảm xuống nhỏ 0,05 MPa tại 5 cm³/s. Độ trễ của van cao lên đến 25 ms, cụ thể là cần 150 ms để giảm áp suất từ 1,0 Mpa xuống 0,25 Mpa và khoảng 200 ms để giảm từ 1,7 MPa xuống 0,25 MPa. Tuy nhiên, khả năng đáp ứng và thời gian phản hồi cần cải thiện hơn nữa, có thể được sử dụng MRF loại khác đáp ứng tốt hơn, nghiên cứu này làm cơ sở cho các nghiên cứu phát triển trong tương lai sau này.

5 Chương 1 Hình 1. Chế độ cắt: ở chế độ này thì MRF nằm giữa hai bề mặt, theo đó một mặt trượt hoặc xoay so với mặt kia, với từ trường được đặt vuông góc với hướng chuyển động của các bề mặt được thể hiện trên Hình 1.5: Chế độ cắt của MRF [22]. Spencer và cộng sự [25] đã cải tiến mô hình trễ của Bouc-Wen trong thiết kế giảm chấn MR. Hơn nữa, Wereley và cộng sự [26] đã đề xuất một cách tiếp cận không giới hạn để mô hình hóa các loại giảm chấn khác nhau (chế độ tuyến tính, quay và giảm chấn).

Lee và các cộng sự [27] đề xuất mô hình cắt Herschel- Bulkley để phân tích hiệu suất của các hệ thống giảm xóc chủ động. Chế độ cắt được sử dụng trong thiết kế giảm chấn, phanh, ly hợp… E. Garcia và các cộng sự [28] phát triển một mẫu chân ngựa giả biểu diễn bởi Hình 1.6 bao gồm giảm chấn MRF (MRD), phanh MRF (MRB) và các khớp đặc biệt 6 Chương 1 nhằm mô tả lại hoạt động của chân con ngựa. Ưu điểm của hệ này giảm được 20% lực hãm đầu gối khi hoạt động.

Tuy nhiên mức tiêu hao năng lượng tương đối lớn.6: Mẫu thiết kế của E. Chế độ nén: chế độ nén của MRF thể hiện trong Hình 1. Chế độ nén hoạt động khi hướng lực tác dụng lên các tấm cùng hướng của từ trường nhằm để giảm hoặc mở rộng khoảng cách giữa các tấm song song gây ra trong dòng chảy.7: Chế độ nén của MRF [29]. Các chuyển vị trong chế độ nén tương đối rất nhỏ (vài milimet) nhưng đòi hỏi lực lớn.

Do đó, các nghiên cứu có hệ thống đã được thực hiện bởi nhiều nhà nghiên cứu để đánh giá các tính chất cơ học và điện của MRF trong dòng chảy nén. Mặc dù trên thực tế là mô hình dẻo Bingham được sử dụng để mô tả hoạt động của chất lỏng MRF ở chế độ cắt. 7 Chương 1 Kulkarni [29] không khuyến khích sử dụng mô hình đó ở chế độ nén. Các tham số được thử nghiệm từ chế độ cắt không được dùng trong tính toán ứng xử MRF ở chế độ nén.

Ứng suất được tạo ra bởi chế độ nén là ứng suất cao nhất trong số các chế độ của MRF và được sử dụng trong các trường hợp rung động giảm xóc với biên độ thấp và lực tác động lớn. Trong cách ly dao động của hệ thống, dao động không mong muốn trong dải tần số tương đối cao có thể suy giảm bằng cách sử dụng các cơ cấu sử dụng MRF. Zhang Li và các cộng sự [30] đã thiết kế chế tạo van giảm áp sử dụng MRF, khả năng giảm áp suất lên đến 10,8 Mpa với dòng điện cung cấp cho cuộn dây là 1,0 A và tỷ lệ tiêu thụ điện năng thấp 1/400. Do đó, thiết bị này cung cấp một giải pháp thay thế đầy hứa hẹn cho các hệ thống thủy lực hoặc cơ điện tử, nhưng hiệu suất nhất thời và độ trễ của thiết cũng là những hạn chế.8: Van MRF dựa trên chế độ nén [30].3 Tình hình nghiên cứu hệ thống phản hồi lực hiện nay.1 Nghiên cứu trong nước.

Hiện nay, các nghiên cứu liên quan đến hệ thống phản hồi lực trong nước còn ít quan tâm, như nghiên cứu liên quan hệ tay máy Master và Slave sao chép chuyển động điều khiển từ xa (Tele-Manipulator) của tác giả Từ Diệp Công Thành [31]. Nghiên cứu này tập trung vào thuật toán điều khiển hệ thống, áp dụng bộ điều khiển PID kết hợp với mạng thần kinh nhân tạo. Chức năng điều khiển chỉ thực hiện sao 8 Chương 1 chép chuyển động. Các thiết bị nghiên cứu của đề tài chỉ là mô hình thí nghiệm nhỏ, không đề cập đến việc ứng dụng trong môi trường thực tế.

Ngoài ra, đề tài chỉ giới hạn việc sao chép vị trí mà không đề cập đến việc phản hồi thông tin về lực từ cơ cấu chấp hành của tay máy slave lên người điều khiển. Nguyễn Ngọc Điệp và cộng sự [32] đã thực hiện đề tài “Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo mô hình tay máy sao chép chuyển động và phản hồi lực ” biểu diễn bởi Hình 1. Nghiên cứu [32] là một tay máy công nghiệp 3 bậc tự do dạng elbow (khớp nối), tay máy Master được thiết kế là sao chép lại kích thước chuỗi động của tay máy bị động. Bằng việc sử dụng bộ điều khiển PID, hệ thống sao chép chuyển động từ tay máy Master qua tay máy Slave rất tốt, tuy nhiên khả năng phản hồi lực từ lúc đầu làm việc của tay máy Slave lên người điều khiển tay máy Master chưa tốt do lực ma sát lớn và do bài toán ngược để xác định mô men tại các khớp của tay máy không có lời giải tường minh.9: Mô hình tay máy 3 bậc tự do [32] 1.2 Nghiên cứu nước ngoài.

Hiện nay trên thế giới đã có rất nhiều nghiên cứu về cơ cấu phản hồi lực và một số nghiên cứu đã được thương mại hóa. Trước đây, hầu hết các cơ cấu phản hồi lực đều sử dụng các động cơ điện và cơ cấu khí nén để phản ánh lực và mô men trong môi trường làm việc lên người điều khiển [33, 34].