Đồ án tốt nghiệp: Nghiên cứu thiết kế bộ định vị 03 xyθ bậc tự do sử dụng cơ cấu mềm

• Tác giả: Lê Quang Trường
• Người hướng dẫn: PGS. TS Lê Hiếu Giang
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy
• Đề tài: Nghiên cứu thiết kế kết cấu mới và chế bộ định vị 03 XYθ bậc tự do sử dụng cơ cấu mềm ứng dụng cho hệ thống định vị chính xác
• Loại tài liệu: đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2024
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

• LỜI CAM KẾT
• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT ĐỒ ÁN
• 1. CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU
• 1.1. Sự cần thiết của đề tài
• 1.2. Đóng góp của đề tài
• 1.3. Mục tiêu nghiên cứu
• 1.4. Đối tượng và phạm vi thực hiện nghiên cứu
• 1.4.1. Đối tượng được nghiên cứu
• 1.4.2. Phạm vi thực hiện nghiên cứu
• 1.5. Phương pháp được dùng để nghiên cứu
• 1.6. Cấu trúc của ĐATN
• 2. CHƯƠNG 2: KHÁI LƯỢC VỀ CƠ CẤU MỀM, KHỚP MỀM, BỘ ĐỊNH VỊ SỬ DỤNG CƠ CẤU MỀM
• 2.1. Khám phá lịch sử hình thành CCM
• 2.2. Tổng quan về cơ cấu mềm
• 2.3. Một số công trình nghiên cứu CCM tại Việt Nam
• 2.3.1. Design Optimization of Compliant Mechanisms for Vibration- Assisted Machining Applications Using a Hybrid Six Sigma, RSM-FEM, and NSGA-II Approach
• 2.3.2. Optimal design method for 3-DOF planar compliant mechanisms based on mapping matrix constraints
• 2.3.3. Effect of Flexure Hinge Type on A 3D Printed Fully Compliant Prosthetic Finger
• 3. CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 3.1. Phương pháp gia công
• 3.1.1. Cắt dây EDM
• 3.2. Phương pháp tối ưu hóa
• 3.2.1. Phân tích phần tử hữu hạn FEA
• 3.2.2. Phương trình Lagrange
• 3.2.3. Phương pháp PRBM
• 3.2.4. Phương pháp đáp ứng bề mặt RSM
• 4. CHƯƠNG 4: PHÂN TÍCH PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ
• 4.1. Lên ý tưởng thiết kế mô hình
• 4.2. Mô hình 1: Thiết kế BĐV tối ưu tần số
• 4.3. Mô hình 2: Thiết kế BĐV tăng hệ số chuyển vị
• 4.4. Phân tích phương án
• 5. CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN, TỐI ƯU BỘ ĐỊNH VỊ
• 5.1. Tính toán, tối ưu mô hình 1 ứng dụng vào robot đánh bóng vật liệu
• 5.1.1. Phân tích mô hình 1 thông qua FEA
• 5.1.2. Xây dựng bài toán tối ưu kết hợp phương pháp Lagrange và PRBM
• 5.1.3. Tối ưu mô hình bằng Matlab
• 5.2. Tối ưu hóa mô hình 2 ứng dụng khuếch đại chuyển vị
• 6. CHƯƠNG 6: CHẾ TẠO VÀ THỰC NGHIỆM
• 6.1. Chế tạo mô hình
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Thiết kế bộ định vị 03 xyθ bậc tự do

Thiết kế bộ định vị 03 xyθ bậc tự do là trọng tâm của nghiên cứu này. Bộ định vị này được thiết kế để đạt được độ chính xác cao trong không gian ba chiều (XYθ). Cơ cấu mềm được sử dụng để tạo ra sự linh hoạt và ổn định, giúp giảm thiểu sai số và tăng cường độ chính xác. Nghiên cứu tập trung vào việc tối ưu hóa tần số và chuyển vị đầu ra, đồng thời khuếch đại chuyển vị đầu ra lớn hơn 10 lần với hệ số an toàn lớn hơn 1.

1.1. Phương pháp thiết kế

Phương pháp thiết kế bao gồm việc sử dụng phân tích phần tử hữu hạn (FEA) để mô phỏng và kiểm nghiệm các kết quả lý thuyết. Phương trình Lagrange kết hợp với phương pháp giả cứng (PRBM) được sử dụng để xây dựng phương trình động học cho bộ định vị. Các biến thiết kế được tối ưu hóa bằng phương pháp bề mặt đáp ứng (RSM) và phần mềm Matlab.

1.2. Ứng dụng thực tế

Bộ định vị được ứng dụng trong hệ thống định vị chính xác, đặc biệt là trong chuyển động của cánh tay robot đánh bóng vật liệu. Thiết kế này giúp tăng cường độ chính xác và giảm thiểu sai số trong quá trình định vị, mang lại hiệu quả cao trong các ứng dụng công nghiệp.

II. Cơ cấu mềm trong hệ thống định vị

Cơ cấu mềm đóng vai trò quan trọng trong việc thiết kế bộ định vị 03 xyθ. Cơ cấu này giúp tạo ra sự linh hoạt và ổn định, đồng thời giảm thiểu sai số trong quá trình định vị. Nghiên cứu tập trung vào việc tối ưu hóa các đặc tính của cơ cấu mềm để đạt được hiệu suất cao nhất.

2.1. Đặc tính của cơ cấu mềm

Cơ cấu mềm có các đặc tính nổi bật như tính dẻo, độ đàn hồi cao và độ bền kéo lớn. Những đặc tính này phù hợp cho việc chế tạo các bộ phận trong hệ thống định vị chính xác. Nghiên cứu cũng khám phá các nguyên tắc mới về hoạt động của vật liệu mềm dưới tác động của ngoại lực.

2.2. Tối ưu hóa cơ cấu mềm

Việc tối ưu hóa cơ cấu mềm được thực hiện thông qua các phương pháp mô phỏng và tính toán tiên tiến. Phương pháp bề mặt đáp ứng (RSM) được sử dụng để tối ưu hóa các biến thiết kế, giúp đạt được chuyển vị đầu ra lớn hơn 10 lần với hệ số an toàn cao.

III. Hệ thống định vị chính xác

Hệ thống định vị chính xác là mục tiêu cuối cùng của nghiên cứu này. Bộ định vị 03 xyθ được thiết kế để tích hợp vào hệ thống này, giúp tăng cường độ chính xác và giảm thiểu sai số trong quá trình định vị. Nghiên cứu cũng tập trung vào việc cải tiến các phương pháp gia công và tối ưu hóa để đạt được hiệu suất cao nhất.

3.1. Phương pháp gia công

Các phương pháp gia công được sử dụng bao gồm cắt dây WEDM, phay CNC và in 3D. Những phương pháp này giúp chế tạo các bộ phận của bộ định vị với độ chính xác cao, đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật của hệ thống định vị chính xác.

3.2. Kiểm nghiệm và đánh giá

Các kết quả mô phỏng được kiểm nghiệm thông qua các thiết bị đo lường chuyên dụng. Sai lệch giữa kết quả thực nghiệm và mô phỏng được yêu cầu nhỏ hơn 10% để đảm bảo độ chính xác của bộ định vị.