Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong bối cảnh cuộc Cách mạng Công nghiệp 4.0, tự động hóa và điều khiển học đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao năng suất, cải thiện độ chính xác và giảm thiểu sự can thiệp trực tiếp của con người vào các môi trường lao động nguy hiểm. Các hệ thống robot điều khiển từ xa (teleoperation) được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực đặc thù như công nghiệp điện hạt nhân, xử lý hóa chất độc hại, khai thác hầm mỏ, cứu hộ - phòng cháy chữa cháy, cũng như hỗ trợ phẫu thuật y tế chuyên sâu.

Một hệ thống điều khiển từ xa tiêu chuẩn thường được cấu thành từ hai bộ phận chính: cơ cấu chủ động (master - phía người vận hành) và cơ cấu bị động (slave - phía cánh tay robot thao tác). Tuy nhiên, các hệ thống điều khiển truyền thống tồn tại hạn chế lớn là thiếu thông tin phản hồi xúc giác và lực (haptic feedback) từ khâu tác động cuối của cơ cấu bị động truyền ngược về tay cầm của người điều khiển. Sự thiếu hụt này làm giảm đáng kể tính linh hoạt, cảm giác tiếp xúc thực tế và độ chính xác trong quá trình thao tác.

Bên cạnh đó, các cơ cấu tạo lực phản hồi thông thường sử dụng động cơ điện truyền thống thường có kích thước cồng kềnh, khối lượng lớn, tiêu hao nhiều năng lượng và gặp khó khăn trong việc giải quyết lực ma sát cơ khí. Để giải quyết bài toán này, việc ứng dụng vật liệu thông minh, cụ thể là lưu chất từ biến (Magnetorheological Fluid - MRF) với các ưu điểm phản ứng nhanh, mô-men cản lớn trên một đơn vị thể tích nhỏ và tiêu thụ năng lượng thấp, trở thành một hướng tiếp cận kỹ thuật khả thi. Đề tài "Thiết kế chế tạo hệ thống phản hồi lực 3 chiều bằng phanh lưu chất từ biến" được thực hiện tại Trường Đại học Công nghiệp TP. Hồ Chí Minh nhằm mục đích nghiên cứu, tính toán tối ưu và hiện thực hóa mô hình cơ cấu phanh MRF ứng dụng cho thiết bị phản hồi lực 3D.

Mục tiêu cụ thể của đề tài bao gồm:

  1. Tính toán thiết kế mô hình hệ thống phản hồi lực (haptic) 3 chiều ứng dụng phanh lưu chất từ biến MRF.
  2. Tối ưu hóa kết cấu phanh MRF nhằm đạt mô-men cản theo yêu cầu kỹ thuật ($T \ge 5\text{ N.m}$) với khối lượng tổng thể nhỏ nhất.
  3. Lập quy trình công nghệ, thiết kế đồ gá và gia công chế tạo mô hình cơ khí phanh MRF.
  4. Lắp ráp và tiến hành thực nghiệm đo đạc, kiểm tra, đánh giá mô-men cản của phanh dưới các điều kiện cấp dòng điện khác nhau.

Đối tượng nghiên cứu của đồ án là cơ cấu phanh từ biến MRF dạng đĩa quay và hệ thống đo kiểm lực phản hồi 3 chiều. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào việc mô hình hóa toán học, mô phỏng từ trường và tối ưu hóa kết cấu trên phần mềm chuyên dụng, gia công cơ khí các chi tiết chính (điển hình là trục phanh Thép C45) trong điều kiện sản xuất hàng loạt lớn, và thử nghiệm mô-men phanh tại phòng thí nghiệm Bộ môn Công nghệ Chế tạo máy, Khoa Cơ khí, Trường Đại học Công nghiệp TP. Hồ Chí Minh (khóa tốt nghiệp tháng 06/2023).

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết và mô hình lưu biến

Lưu chất từ biến (MRF) là dạng chất lỏng phi Newton bao gồm ba thành phần chính: các hạt kim loại có từ tính kích thước micromet (như sắt, sắt carbonyl, hợp kim oxit sắt), chất lỏng nền (dầu khoáng, dầu silicon, dầu paraffin hoặc dầu thủy lực) và các chất phụ gia chống lắng.

Ở trạng thái bình thường không có từ trường tác động, các hạt từ tính phân tán tự do trong chất lỏng nền, MRF thể hiện tính chất của chất lỏng Newton với độ nhớt biểu kiến thấp. Khi có từ trường xuyên qua, các hạt từ tính bị phân cực và nhanh chóng liên kết với nhau tạo thành các chuỗi lưỡng cực song song với đường sức từ. Cấu trúc này ngăn cản chuyển động trượt của các lớp chất lỏng, làm thay đổi trạng thái của lưu chất từ dạng lỏng sang dạng sệt hoặc bán rắn trong thời gian tính bằng mili-giây.

Đặc tính cơ học của MRF trong đề tài được mô hình hóa theo mô hình dẻo Bingham (Bingham Plastic Model): $$\tau = \tau_0 + \mu \cdot \dot{\gamma}$$

Trong đó:

  • $\tau$: Ứng suất cắt tổng cộng sinh ra trong khe hở lưu chất ($\text{Pa}$).
  • $\tau_0$: Ứng suất chảy do từ trường điều khiển ($\text{Pa}$), phụ thuộc trực tiếp vào mật độ từ thông $B$.
  • $\mu$: Độ nhớt động học cơ bản của lưu chất nền ($\text{Pa}\cdot\text{s}$).
  • $\dot{\gamma}$: Tốc độ biến dạng cắt ($\text{s}^{-1}$).

Mô hình toán học mô-men phanh

Cơ cấu phanh MRF cấu tạo gồm trục dẫn động, đĩa phanh quay bên trong lòng vỏ phanh chứa lưu chất MRF và cuộn dây kích từ tích hợp. Mô-men cản đầu ra tổng cộng của phanh ($T_{out}$) được tính toán thông qua tích phân ứng suất cắt trên các bề mặt tiếp xúc của khe hở lưu chất: $$T_{out} = T_{11} + T_{12} + T_r + T_s$$

Trong đó:

  • $T_{11}$: Mô-men ma sát sinh ra trên đoạn khe hở phẳng $L_{11}$.
  • $T_{12}$: Mô-men ma sát sinh ra trên đoạn khe hở nghiêng $L_{12}$.
  • $T_r$: Mô-men ma sát sinh ra trên bề mặt trụ ngoài giữa đĩa phanh và thành trong của vỏ.
  • $T_s$: Mô-men ma sát của phớt chắn dầu (lip seal). Mô-men ma sát của ổ lăn được đánh giá là không đáng kể và được bỏ qua trong phương trình tính toán.

Phương pháp nghiên cứu và tối ưu hóa

  • Phương pháp mô hình hóa và tối ưu hóa số: Sử dụng module tối ưu hóa thiết kế trên môi trường ANSYS Workbench kết hợp mã lệnh ANSYS APDL để phân tích phần tử hữu hạn điện từ trường. Thuật toán quy hoạch phi tuyến hàm Lagrange bậc hai (Nonlinear Programming by Quadratic Lagrangian - NLPQL) được áp dụng để giải bài toán tối ưu đơn mục tiêu có ràng buộc.
  • Phương pháp công nghệ chế tạo máy: Sử dụng phương pháp tra bảng và tính toán giải tích để xác định dạng sản xuất, lập thứ tự nguyên công, tính chế độ cắt (vận tốc cắt $v$, bước tiến dao $s$, chiều sâu cắt $t$, công suất cắt $N_c$), và tính toán thiết kế đồ gá chuyên dùng định vị 5 bậc tự do.
  • Phương pháp thực nghiệm: Lắp ráp trạm thử nghiệm tích hợp động cơ kéo 24VDC, cảm biến mô-men xoay, bộ thu thập dữ liệu chuyển đổi analog sang cổng USB và phần mềm giám sát TM201 để đo đạc mô-men phanh tại các mức cường độ dòng điện $0\text{ A}$, $0.5\text{ A}$, $1.0\text{ A}$, $1.5\text{ A}$, $2.0\text{ A}$ và $2.5\text{ A}$.

Thiết kế và quy trình công nghệ chế tạo

Tối ưu hóa kích thước hình học phanh MRF

Bài toán tối ưu đặt mục tiêu giảm thiểu khối lượng tổng thể của cụm phanh $m_p$ với hàm mục tiêu phụ thuộc vào thể tích và khối lượng riêng của các chi tiết: đĩa phanh ($V_d, \rho_d$), vỏ phanh ($V_h, \rho_h$), trục phanh ($V_s, \rho_s$), cuộn dây đồng ($V_c, \rho_c$) và lưu chất ($V_{mr}, \rho_{mr}$).

Ràng buộc kỹ thuật nghiêm ngặt đặt ra là mô-men phanh sinh ra khi hoạt động phải đạt $T \ge 5\text{ N.m}$. Các thông số biến thiết kế bao gồm: chiều cao cuộn dây ($h_c$), bề rộng cuộn dây ($w_c$), bán kính ngoài đĩa ($R_d$), bán kính trong đĩa ($R_{di}$), vị trí đặt cuộn dây ($R_{ci}$), chiều dày đĩa ($t_d$), và chiều dày vỏ ($t_h, t_{ho}$).

Thông số hình học và vận hành Giá trị tối ưu
Khối lượng tổng thể phanh $0.679\text{ kg}$
Mô-men phanh đầu ra cực đại $5.0021\text{ N.m}$
Số vòng lặp hội tụ (NLPQL) 66 vòng lặp (evaluations)
Cường độ từ trường lớn nhất $2.4681\text{ T}$
Cường độ từ trường nhỏ nhất $0.4570\text{ T}$
Số lượng vòng dây quấn 136 vòng (34 lớp $\times$ 4 vòng/lớp)
Cấu trúc cuộn dây trên mỗi phanh 2 cuộn dây đồng

Quy trình công nghệ gia công chi tiết trục phanh

Chi tiết trục phanh có chức năng liên kết với đĩa phanh bên trong buồng chứa MRF và nhận truyền động xoay. Vật liệu chế tạo là Thép C45 với khối lượng riêng $\gamma = 7.85\text{ kg/dm}^3$, thể tích chi tiết $V = 3946.276\text{ mm}^3$, và khối lượng $Q = 0.028\text{ kg}$. Với sản lượng kế hoạch $N_1 = 10000$ sản phẩm/năm, tính toán lượng dự phòng phế phẩm ($\alpha = 15%$) và sản phẩm dự trữ ($\beta = 4%$), sản lượng thực tế đạt $N = 11960$ chi tiết/năm. Căn cứ vào khối lượng và sản lượng, dạng sản xuất được xác định là hàng loạt lớn.

Phôi được lựa chọn là phôi đúc trong khuôn kim loại nhằm đạt cấp chính xác kích thước IT15, độ nhám bề mặt $R_z = 80,\mu\text{m}$, tiết kiệm vật liệu và giảm lượng dư gia công. Quy trình công nghệ gia công cơ khí được chọn theo Phương án 2 gồm 6 nguyên công chính nhằm đảm bảo độ đồng tâm giữa các bậc trục:

Nguyên công Nội dung công việc Thiết bị & Dụng cụ Chuẩn định vị & Kẹp chặt
NC 1 Tiện vạt mặt đầu (mặt 1 và 7), khoan 2 lỗ tâm Máy tiện vạn năng T616, dao BK3 Chuẩn thô $\varnothing 18$, mâm cặp 3 chấu khống chế 4 bậc tự do
NC 2 Tiện thô, bán tinh, tinh bề mặt $\varnothing 18$ (mặt 4) Máy tiện T616, dao tiện ngoài BK3 2 mũi chống tâm khống chế 5 bậc tự do
NC 3 Tiện thô, bán tinh, tinh bề mặt $\varnothing 10$ (mặt 3 và 5) Máy tiện T616, dao xén vai BK3 2 mũi chống tâm khống chế 5 bậc tự do
NC 4 Tiện thô, bán tinh, tinh bề mặt $\varnothing 8$ (mặt 2 và 6) Máy tiện T616, dao xén vai BK3 2 mũi chống tâm khống chế 5 bậc tự do
NC 5 Khoan 4 lỗ ngang $\varnothing 3$ (bề mặt số 8) Máy phay vạn năng 6M81SH, mũi khoan Đồ gá chuyên dùng: 2 khối V và chốt tỳ phụ khống chế 5 bậc tự do
NC 6 Kiểm tra kích thước và độ đảo hình học Thước cặp, đồng hồ so Bàn kiểm chuẩn

Thiết kế đồ gá chuyên dùng cho nguyên công khoan

Đồ gá được thiết kế chuyên biệt cho nguyên công số 5 để khoan 4 lỗ $\varnothing 3$ trên thân trục:

  • Nguyên lý định vị: Sử dụng 2 khối V (1 khối V cố định khống chế 3 bậc tự do, 1 khối V di động khống chế 2 bậc tự do) định vị vào mặt trụ ngoài $\varnothing 8$, kết hợp một chốt tỳ phụ tự điều chỉnh tỳ vào mặt bậc $\varnothing 10$ để hạn chế tổng cộng 5 bậc tự do.
  • Cơ cấu kẹp chặt: Sử dụng cơ cấu kẹp liên động tay đòn kết hợp bánh cam nhằm tạo lực kẹp $W$ lớn hơn lực cắt sinh ra trong quá trình khoan, thao tác tháo lắp nhanh.
  • Sai số gá đặt: Sai số gá đặt tổng cộng được tính toán đạt $\varepsilon_{gd} = 67.67,\mu\text{m}$, đáp ứng điều kiện sai số cho phép đối với kích thước gia công lỗ trên thân trục.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan

Chương 1 trình bày tổng quan về cuộc Cách mạng Công nghiệp 4.0 và vai trò của ngành cơ khí chế tạo máy trong việc phát triển các thiết bị tự động hóa. Tác giả phân tích tính cấp thiết của hệ thống robot điều khiển từ xa làm việc trong môi trường nguy hiểm và chỉ ra nhược điểm thiếu tín hiệu phản hồi lực ở các cơ cấu chấp hành hiện nay. Chương này giới thiệu tiềm năng của các vật liệu thông minh (Piezo, ERF, SMA, MRF), trong đó MRF nổi bật với khả năng đáp ứng nhanh và điều khiển mô-men linh hoạt. Từ đó, nhóm tác giả xác định mục tiêu, nhiệm vụ và kế hoạch nghiên cứu thiết kế hệ thống phản hồi lực 3 chiều sử dụng phanh MRF.

Chương 2: Cơ sở về lưu chất MRF

Chương 2 tập trung trình bày cơ sở lý thuyết về lưu chất từ biến MRF. Nội dung chi tiết bao gồm lịch sử phát triển từ phát minh của Jacob Rabinow (cuối thập niên 1940) đến các nghiên cứu thương mại hóa của Lord Corporation (thập niên 1990). Tác giả phân tích cấu trúc 3 thành phần (hạt từ tính, chất lỏng nền, chất phụ gia), cơ chế tạo chuỗi hạt lưỡng cực dưới tác động của từ trường ngoài, và các trạng thái biến đổi vật lý của lưu chất. Mô hình dẻo Bingham được thiết lập làm cơ sở toán học để mô tả quan hệ giữa ứng suất cắt $\tau$, ứng suất chảy $\tau_0$ và tốc độ trượt $\dot{\gamma}$.

Chương 3: Tính toán tối ưu hóa phanh lưu chất từ biến MRF

Chương 3 xây dựng mô hình toán học giải tích xác định mô-men cản của phanh MRF dựa trên cấu trúc đĩa quay và các khe hở chứa chất lỏng. Bài toán tối ưu hóa hai mục tiêu xung đột (giảm khối lượng kết cấu và tăng mô-men phanh) được thiết lập trên phần mềm ANSYS Workbench với thuật toán NLPQL. Kết quả mô phỏng cho thấy quá trình tối ưu hội tụ sau 66 bước đánh giá, đưa khối lượng phanh về mức $0.679\text{ kg}$ trong khi vẫn đảm bảo mô-men phanh đạt $5.0021\text{ N.m}$. Chương này cũng phân tích sự phân bố đường sức từ và mật độ từ thông trong lõi thép, cuộn dây và khe hở MRF.

Chương 4: Thiết kế và chế tạo mô hình 3D hệ thống phản hồi lực

Chương 4 giải quyết bài toán công nghệ chế tạo cơ khí cho các chi tiết của cụm phanh MRF. Tác giả xác định dạng sản xuất hàng loạt lớn ($N = 11960$ chiếc/năm) cho chi tiết trục phanh, lựa chọn phương pháp chế tạo phôi đúc khuôn kim loại, và xây dựng tiến trình công nghệ 6 nguyên công tối ưu. Chế độ cắt gọt (vận tốc, bước tiến, chiều sâu, công suất máy) được tính toán chi tiết cho từng bước gia công tiện trên máy T616 và khoan trên máy phay vạn năng. Ngoài ra, chương 4 hoàn thành bản vẽ kết cấu và tính toán độ chính xác cho bộ đồ gá khoan 4 lỗ thân trục sử dụng cơ cấu định vị khối V và kẹp chặt bánh cam.

Chương 5: Kết quả thực nghiệm và đánh giá

Chương 5 trình bày toàn bộ quá trình lắp ráp hoàn thiện 3 cụm phanh MRF và thiết lập hệ thống thử nghiệm đo mô-men cản. Tác giả nêu rõ quy trình quấn 136 vòng dây đồng, phương pháp làm kín trục bằng phớt lip seal và kỹ thuật bơm nạp lưu chất MRF vào khoang hở nhằm tránh rò rỉ hoặc hiện tượng nhiễm điện. Kết quả đo đạc mô-men xoắn thông qua cảm biến và phần mềm TM201 khi thay đổi cường độ dòng điện kích từ từ $0\text{ A}$ đến $2.5\text{ A}$ được thống kê, vẽ biểu đồ và phân tích so sánh giữa 3 cụm phanh chế tạo thực tế.

Kết quả và đóng góp

Kết quả kỹ thuật đạt được

  1. Mô hình hóa và tối ưu hóa kết cấu: Thiết lập thành công mô hình phần tử hữu hạn điện từ trường cho phanh MRF trên ANSYS. Cấu trúc sau tối ưu hóa đạt khối lượng nhỏ gọn ($0.679\text{ kg}$) nhưng vẫn tạo ra mô-men phanh lý thuyết $5.0021\text{ N.m}$ tại mật độ từ trường cực đại $2.4681\text{ T}$.
  2. Quy trình chế tạo cơ khí: Hoàn thành quy trình công nghệ gia công chi tiết trục phanh Thép C45 với dung sai hình học và độ nhám đáp ứng điều kiện làm việc trong môi trường lưu chất. Thiết kế thành công đồ gá khoan chuyên dùng đạt sai số gá đặt $\varepsilon_{gd} = 67.67,\mu\text{m}$.
  3. Thực nghiệm kiểm chứng: Chế tạo hoàn chỉnh 3 bộ phanh MRF và thử nghiệm trên hệ thống đo haptic. Mô-men cản của phanh biến thiên tỷ lệ thuận với cường độ dòng điện kích từ từ $0\text{ A}$ đến $2.5\text{ A}$. Tại dòng điện định mức, cả 3 bộ phanh đều sinh ra mô-men đạt ngưỡng yêu cầu kỹ thuật $\ge 5\text{ N.m}$.

Đóng góp của đề tài

  • Đề xuất giải pháp kết cấu phanh từ biến kích thước nhỏ gọn có thể tích hợp trực tiếp vào các trục khớp của thiết bị phản hồi lực 3D, thay thế cho các cơ cấu cồng kềnh truyền thống.
  • Cung cấp phương pháp tích hợp giữa mô phỏng phần tử hữu hạn (ANSYS APDL) và thuật toán tối ưu hóa (NLPQL) trong thiết kế thiết bị chấp hành sử dụng vật liệu thông minh MRF.
  • Đưa ra giải pháp công nghệ chế tạo cơ khí hoàn chỉnh từ khâu chọn phôi, lập quy trình tiện - phay đến thiết kế đồ gá chuyên dụng cho dạng sản xuất hàng loạt lớn.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế được ghi nhận

  • Hiện tượng rò rỉ lưu chất ban đầu: Trong quá trình thử nghiệm ban đầu ở bộ phanh thứ nhất, hiện tượng rò rỉ dung dịch MRF đã xuất hiện do lực siết bu-lông mặt bích chưa đủ chặt, đòi hỏi phải điều chỉnh lại quy trình lắp ráp và làm kín phớt chắn dầu.
  • Biến thiên mô-men do quấn dây thủ công: Biểu đồ mô-men của phanh số 2 có sự dao động và biến thiên lớn hơn ở dải dòng điện $1.5\text{ A} - 2.0\text{ A}$ so với phanh số 1. Nguyên nhân được xác định là do quá trình quấn dây đồng bằng máy chưa đạt độ đồng đều tuyệt đối giữa các lớp dây, dẫn đến phân bố từ trường cục bộ không đồng nhất.

Hướng nghiên cứu tiếp theo

  • Chuẩn hóa quy trình quấn cuộn dây tự động để đảm bảo mật độ từ thông đồng đều tuyệt đối trên tất cả các sản phẩm.
  • Tích hợp cụm phanh MRF vào toàn bộ cơ cấu cơ khí cánh tay phản hồi lực 3 bậc tự do và xây dựng thuật toán điều khiển vòng kín theo thời gian thực (real-time haptic control).

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu tham khảo chuyên ngành hữu ích đối với:

  • Sinh viên và học viên ngành Kỹ thuật Cơ khí, Cơ điện tử và Robot: Tham khảo phương pháp tính toán lực/mô-men của cơ cấu chấp hành sử dụng vật liệu thông minh (MRF) và cách ứng dụng mô hình dẻo Bingham trong kỹ thuật.
  • Kỹ sư thiết kế và công nghệ chế tạo máy: Tham khảo hồ sơ thiết kế công nghệ hoàn chỉnh cho chi tiết dạng trục (tính chế độ cắt, tra bảng công suất, lập phiếu nguyên công) và phương pháp tính toán sai số, thiết kế đồ gá chuyên dùng kẹp chặt bằng cơ cấu bánh cam.
  • Nhóm nghiên cứu về thiết bị Haptic/Teleoperation: Tham khảo mô hình bố trí trạm đo kiểm thực nghiệm mô-men xoắn thời gian thực sử dụng cảm biến và phần mềm TM201.

Câu hỏi thường gặp

1. Phanh MRF trong đồ án sử dụng mô hình lưu biến nào để tính toán mô-men cản?

Phanh MRF được tính toán dựa trên mô hình dẻo Bingham ($\tau = \tau_0 + \mu \cdot \dot{\gamma}$). Khi không có dòng điện kích từ, MRF đóng vai trò như chất lỏng Newton với mô-men cản ban đầu rất nhỏ. Khi có dòng điện chạy qua cuộn dây sinh ra từ trường, ứng suất chảy $\tau_0$ tăng lên, làm chất lỏng cứng lại và sinh ra mô-men cản chống lại chuyển động quay của đĩa phanh.

2. Thuật toán nào được sử dụng để tối ưu hóa phanh MRF và kết quả tối ưu đạt được là gì?

Nhóm tác giả sử dụng thuật toán quy hoạch phi tuyến hàm Lagrange bậc hai (NLPQL) tích hợp trong ANSYS Workbench. Quá trình tối ưu hội tụ sau 66 lần lặp, cho ra kết quả khối lượng phanh giảm xuống còn $0.679\text{ kg}$ trong khi mô-men phanh đầu ra đạt $5.0021\text{ N.m}$ (thỏa mãn điều kiện ràng buộc $T \ge 5\text{ N.m}$).

3. Dạng sản xuất của chi tiết trục phanh được xác định như thế nào?

Chi tiết trục chế tạo từ Thép C45 có khối lượng $Q = 0.028\text{ kg}$ ($< 4\text{ kg}$) và sản lượng tính toán hàng năm là $N = 11960$ chiếc/năm ($> 5000$ chiếc/năm). Đối chiếu theo bảng tiêu chuẩn xác định dạng sản xuất trong công nghệ chế tạo máy, chi tiết thuộc dạng sản xuất hàng loạt lớn, phù hợp với phương pháp tạo phôi đúc trong khuôn kim loại cấp chính xác IT15.

4. Đồ gá khoan nguyên công 5 định vị chi tiết bằng những cơ cấu nào và khống chế bao nhiêu bậc tự do?

Đồ gá khoan 4 lỗ $\varnothing 3$ định vị tổng cộng 5 bậc tự do cho chi tiết trục, bao gồm: 1 khối V cố định tiếp xúc mặt trụ ngoài khống chế 3 bậc tự do ($OX, OY, OZ$), 1 khối V di động khống chế 2 bậc tự do ($OY, OZ$), kết hợp 1 chốt tỳ phụ tự điều chỉnh tỳ vào mặt bậc trục. Lực kẹp được truyền động thông qua cơ cấu tay đòn và bánh cam.

5. Hệ thống thực nghiệm đo mô-men phanh MRF gồm những thiết bị chính nào?

Hệ thống thử nghiệm bao gồm: động cơ dẫn động 24VDC, cảm biến mô-men xoay (Torque Sensor), cụm phanh MRF cần đo, 2 khớp nối mềm kích thước $8\times 40\text{ mm}$ và $14\times 40\text{ mm}$, bộ nguồn cấp điện DC điều chỉnh $0 - 2.5\text{ A}$, bộ chuyển đổi tín hiệu analog sang USB, và máy tính cài đặt phần mềm giám sát TM201.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp đã hoàn thành toàn diện nhiệm vụ thiết kế, tối ưu hóa, chế tạo cơ khí và thử nghiệm thực nghiệm hệ thống phanh lưu chất từ biến MRF phục vụ cơ cấu phản hồi lực 3 chiều. Kết quả mô phỏng và đo đạc thực tế khẳng định cơ cấu phanh đạt mô-men cản trên $5\text{ N.m}$ với khối lượng tối ưu $0.679\text{ kg}$, đáp ứng tốt các tiêu chí kỹ thuật đề ra. Nghiên cứu mở ra hướng ứng dụng thực tiễn của vật liệu thông minh MRF trong việc nâng cao độ chính xác và cảm giác xúc giác cho các hệ thống robot điều khiển từ xa hoạt động trong môi trường phức tạp.