Báo Cáo Tổng Kết Đề Tài Khoa Học: Thiết Kế Hệ Thống Phản Hồi Lực 3D Sử Dụng Lưu Chất MR

Tài liệu nghiên cứu Thiết kế chế tạo và thực nghiệm hệ thống phản hồi lực 3d sử dụng lưu chất mr, tổng hợp lý thuyết và thực hành, cung cấp kiến thức chuyên sâu về .

Chuyên ngành

Công Nghệ Cơ Khí

Người đăng

Ẩn danh

Thể loại

báo cáo đề tài khoa học

2024

89
5
0

Phí lưu trữ

30 Point

Mục lục chi tiết

CẢM ƠN

1. PHẦN I: THÔNG TIN CHUNG

1.1. Thông tin tổng quát

1.2. Kết quả nghiên cứu

1.3. Sản phẩm đề tài, công bố và kết quả đào tạo

1.4. Tình hình sử dụng kinh phí

1.5. Kiến nghị

1.6. Phụ lục sản phẩm

2. PHẦN II: BÁO CÁO CHI TIẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

2.1. MỤC LỤC

2.2. Danh Sách Các Chữ Viết Tắt

2.3. Danh Sách Các Bảng

2.4. Danh Sách Các Hình

2.5. Chương 1: GIỚI THIỆU CHUNG

2.5.1. 1.1 Giới thiệu chung

2.5.2. 1.2 Đặc điểm chung của MRF

2.5.2.1. Thành phần chính MRF
2.5.2.2. Nguyên lý hoạt động MRF

2.5.3. 1.3 Tổng quan tình hình nghiên cứu và tính cấp thiết tiến hành nghiên cứu

2.5.3.1. Tình hình nghiên cứu quốc tế
2.5.3.2. Tình hình nghiên cứu trong nước
2.5.3.3. Tính cấp thiết của đề tài
2.5.3.4. Mục tiêu nghiên cứu
2.5.3.4.1. Mục tiêu tổng quát
2.5.3.4.2. Mục tiêu cụ thể
2.5.3.5. Phạm vi nghiên cứu
2.5.3.5.1. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu
2.5.3.5.2. Cơ sở khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài
2.5.3.6. Kết quả đạt được của đề tài

2.6. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHẢN HỒI LỰC 3D

2.6.1. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống

2.6.1.1. Cấu tạo hệ thống phản hồi
2.6.1.2. Cấu hình và nguyên lý làm việc phanh MRF
2.6.1.3. Phân tích từ MRB với phương pháp PTHH
2.6.1.4. Mô hình toàn của MPB và động học của cần điều khiển
2.6.1.4.1. Tính toán mô men xoắn của MRB
2.6.1.4.2. Động học và quan hệ giữa mô men Tb và lực phản hồi F

2.6.2. Tối ưu hóa phanh MRB

2.6.2.1. Hàm mục tiêu của MRB
2.6.2.2. Phương pháp tối ưu PSO
2.6.2.3. Kết quả tối ưu hóa MRB

2.7. CHẾ TẠO MÔ HÌNH VÀ THỰC NGHIỆM

2.7.1. Thiết kế và kiểm tra bền mô hình

2.7.2. Chế tạo và hoàn thiện mô hình

2.7.3. Thiết lập mô hình thí nghiệm và kết quả thực nghiệm

2.8. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng Quan Hệ Thống Phản Hồi Lực 3D Lưu Chất MR IUH

Bài viết này giới thiệu về nghiên cứu Thiết Kế, Chế Tạo Và Thực Nghiệm Hệ Thống Phản Hồi Lực 3D Sử Dụng Lưu Chất MR tại Trường Đại học Công nghiệp TP.HCM (IUH). Mục tiêu là phát triển hệ thống xúc giác 3D mới, sử dụng cơ cấu gimbal và ba phanh xoay lưu biến từ (MRB). Nghiên cứu này bắt đầu bằng việc xem xét các công trình liên quan, đề xuất cấu hình cho cần điều khiển xúc giác 3D có phản hồi lực, sử dụng bộ truyền động MRF. Nghiên cứu này mở ra hướng đi mới cho các nghiên cứu về phản hồi lực trong điều khiển từ xa, đặc biệt là trong bối cảnh hệ thống Master-Slave. Nhóm nghiên cứu đã cố gắng bám sát các mục tiêu ban đầu, vượt qua nhiều khó khăn để hoàn thành các nội dung của đề tài. Báo cáo này sẽ trình bày chi tiết các khía cạnh của nghiên cứu, từ thiết kế đến thử nghiệm thực tế.

1.1. Giới Thiệu Công Nghệ Phản Hồi Lực 3D và Giao Diện Haptic

Công nghệ phản hồi lực 3D đóng vai trò quan trọng trong các ứng dụng thực tế ảo, robotics và điều khiển từ xa. Nó cho phép người dùng tương tác với môi trường ảo một cách chân thực hơn, bằng cách cảm nhận lực, mô-men xoắn và các tác động vật lý khác. Các giao diện haptic (hệ thống xúc giác) cung cấp phương tiện để truyền tải các tín hiệu này đến người dùng. Việc tích hợp lưu chất MR vào các hệ thống haptic hứa hẹn mang lại hiệu suất cao và khả năng điều khiển chính xác.

1.2. Tầm Quan Trọng Của Nghiên Cứu Hệ Thống Phản Hồi Lực Tại IUH

Nghiên cứu và phát triển hệ thống phản hồi lực tại Trường Đại học Công nghiệp TP.HCM (IUH) có ý nghĩa quan trọng trong việc nâng cao năng lực nghiên cứu khoa học và đào tạo nguồn nhân lực chất lượng cao. Đề tài này không chỉ góp phần vào sự phát triển của lĩnh vực robotics và điều khiển tự động, mà còn mở ra cơ hội ứng dụng thực tế trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau.

II. Thách Thức Thiết Kế Ứng Dụng Lưu Chất MR trong 3D

Việc thiết kế và chế tạo hệ thống phản hồi lực 3D sử dụng lưu chất MR gặp nhiều thách thức. Một trong những khó khăn lớn nhất là tối ưu hóa hiệu suất của phanh MRB, đảm bảo lực phản hồi đủ mạnh, đáp ứng nhanh và hoạt động ổn định. Đồng thời, cần giảm thiểu khối lượng và chi phí sản xuất. Ngoài ra, việc điều khiển lưu chất MR một cách chính xác cũng đòi hỏi các thuật toán điều khiển phức tạp. Nghiên cứu này tập trung vào việc giải quyết các thách thức này thông qua các phương pháp thiết kế, mô phỏng và tối ưu hóa hiện đại.

2.1. Vấn Đề Độ Cứng Biến Đổi Của Lưu Chất MR Độ Chính Xác

Độ cứng biến đổi của lưu chất MR phụ thuộc vào cường độ từ trường, gây khó khăn trong việc điều khiển chính xác lực phản hồi. Cần có các biện pháp hiệu chỉnh và bù trừ để đảm bảo độ chính xác của hệ thống. Việc lựa chọn các thành phần, thiết bị, chất liệu để mang đến độ chính xác cao cho hệ thống cũng là một thách thức.

2.2. Hạn Chế Về Thời Gian Đáp Ứng Tính Ổn Định Của Hệ Thống

Thời gian đáp ứng của hệ thống phản hồi lực cần đủ nhanh để người dùng cảm nhận được sự tương tác một cách tự nhiên. Đồng thời, hệ thống phải đảm bảo tính ổn định trong quá trình hoạt động, tránh các hiện tượng rung lắc hoặc dao động không mong muốn. Yêu cầu đặt ra là phải có bộ điều khiển, và phải hiệu chỉnh hệ thống thường xuyên.

2.3. Bài Toán Tối Ưu Hóa Chi Phí Thiết Kế và Bảo Trì Hệ Thống

Chi phí thiết kếbảo trì hệ thống là một yếu tố quan trọng cần xem xét. Cần tìm kiếm các giải pháp thiết kế tối ưu, sử dụng các vật liệu và linh kiện có giá thành hợp lý, đồng thời đảm bảo độ bền và tuổi thọ của hệ thống. Bảo trì hệ thống định kì, theo dõi tình trạng thiết bị cũng là một bài toán cần giải quyết.

III. Phương Pháp Thiết Kế Tối Ưu Phanh MRB Mô Phỏng 3D

Nghiên cứu này sử dụng phương pháp kết hợp giữa thiết kế cơ khí, phân tích phần tử hữu hạn (FEA) và tối ưu hóa bằng thuật toán bầy đàn (PSO). Đầu tiên, cơ cấu gimbal tích hợp với ba phanh xoay MR được thiết kế để cung cấp phản hồi lực cho chuyển động quay theo các trục X, Y và Z. Sau đó, các MRB được thiết kế và mô phỏng bằng FEA, sử dụng mô hình Bingham, tập trung vào việc giảm thiểu khối lượng và chi phí sản xuất. Cuối cùng, thuật toán PSO được áp dụng để tối ưu hóa các thông số của MRB, đảm bảo hiệu suất cao nhất. Việc xây dựng mô hình toán học và mô phỏng 3D giúp đánh giá và cải thiện thiết kế trước khi chế tạo nguyên mẫu.

3.1. Ứng Dụng Mô Hình Bingham Trong Phân Tích Lưu Chất MR

Mô hình Bingham được sử dụng để mô tả đặc tính lưu biến của lưu chất MR. Mô hình này cho phép tính toán ứng suất chảy dẻo và độ nhớt của lưu chất dưới tác dụng của từ trường, từ đó dự đoán hiệu suất của phanh MRB. Việc sử dụng mô hình Bingham giúp tăng độ chính xác của các kết quả mô phỏng và thiết kế.

3.2. Tối Ưu Hóa Bầy Đàn PSO Cho Phanh MRB Bí Quyết

Thuật toán tối ưu hóa bầy đàn (PSO) được sử dụng để tìm kiếm các thông số tối ưu của phanh MRB, như kích thước, hình dạng và vật liệu. PSO là một phương pháp hiệu quả để giải quyết các bài toán tối ưu hóa phức tạp, với nhiều ràng buộc và mục tiêu khác nhau. Kết quả tối ưu hóa giúp giảm thiểu khối lượng và tăng lực phản hồi của phanh MRB.

3.3. Cách Phân Tích Phần Tử Hữu Hạn FEA Độ Bền Cơ Cấu

Phân tích phần tử hữu hạn (FEA) được sử dụng để kiểm tra độ bền và độ cứng của cơ cấu gimbal và phanh MRB. FEA cho phép xác định các vùng tập trung ứng suất và nguy cơ hỏng hóc, từ đó đưa ra các biện pháp gia cường và cải thiện thiết kế. FEA đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo tính an toàn và độ tin cậy của hệ thống.

IV. Kết Quả Đánh Giá Hiệu Suất Hệ Thống Phản Hồi Lực 3D

Sau khi thiết kế và chế tạo nguyên mẫu, hệ thống phản hồi lực 3D được đánh giá hiệu suất thông qua các thử nghiệm thực tế. Các thông số như lực phản hồi, thời gian đáp ứng và độ chính xác được đo lường và so sánh với các yêu cầu thiết kế. Kết quả cho thấy hệ thống có khả năng phản hồi lực chính xác, đáp ứng nhanh và hoạt động ổn định. Điều này chứng minh tính khả thi của việc sử dụng lưu chất MR trong các ứng dụng phản hồi xúc giác.

4.1. Thực Nghiệm Đo Lường Lực Phản Hồi Thời Gian Đáp Ứng

Các thử nghiệm thực nghiệm được thực hiện để đo lường lực phản hồithời gian đáp ứng của hệ thống. Các kết quả cho thấy hệ thống có khả năng tạo ra lực phản hồi đủ mạnh để người dùng cảm nhận được sự tương tác một cách chân thực. Thời gian đáp ứng cũng đủ nhanh để đảm bảo trải nghiệm người dùng mượt mà.

4.2. Phân Tích Độ Chính Xác Tính Ổn Định Của Hệ Thống

Độ chính xáctính ổn định của hệ thống được đánh giá thông qua các thử nghiệm lặp lại và phân tích thống kê. Các kết quả cho thấy hệ thống có độ chính xác cao và hoạt động ổn định trong điều kiện làm việc khác nhau. Điều này chứng minh tính tin cậy của hệ thống.

4.3. So Sánh Với Các Hệ Thống Phản Hồi Lực 3D Hiện Có

Hiệu suất của hệ thống được so sánh với các hệ thống phản hồi lực 3D hiện có trên thị trường. Các kết quả cho thấy hệ thống có những ưu điểm vượt trội về lực phản hồi, thời gian đáp ứng và chi phí sản xuất. Điều này khẳng định tính cạnh tranh của hệ thống do IUH phát triển.

V. Ứng Dụng Thực Tế Tiềm Năng Của Lưu Chất MR trong Công Nghiệp

Hệ thống phản hồi lực 3D sử dụng lưu chất MR có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực công nghiệp, như điều khiển từ xa, thực tế ảo, robotics, y tế và giáo dục. Trong điều khiển từ xa, hệ thống cho phép người vận hành điều khiển các thiết bị từ xa một cách chính xác và an toàn, đặc biệt trong các môi trường nguy hiểm. Trong thực tế ảo, hệ thống mang lại trải nghiệm tương tác chân thực hơn, giúp người dùng cảm nhận được thế giới ảo một cách sống động.

5.1. Ứng Dụng Trong Y Tế Phẫu Thuật Từ Xa Phục Hồi Chức Năng

Trong lĩnh vực y tế, hệ thống phản hồi lực có thể được sử dụng trong phẫu thuật từ xa, cho phép các bác sĩ thực hiện các ca phẫu thuật phức tạp từ xa với độ chính xác cao. Ngoài ra, hệ thống cũng có thể được sử dụng trong phục hồi chức năng, giúp bệnh nhân cải thiện khả năng vận động và cảm nhận.

5.2. Robotics Điều Khiển Robot Tương Tác Môi Trường

Trong lĩnh vực robotics, hệ thống phản hồi lực cho phép điều khiển robot một cách chính xác và linh hoạt, đặc biệt trong các nhiệm vụ tương tác với môi trường phức tạp. Robot có thể cảm nhận được lực, mô-men xoắn và các tác động vật lý khác, từ đó đưa ra các quyết định điều khiển phù hợp.

5.3. Giáo Dục Giải Trí Mô Phỏng Trải Nghiệm Tương Tác

Trong lĩnh vực giáo dụcgiải trí, hệ thống phản hồi lực có thể được sử dụng để tạo ra các mô phỏng và trải nghiệm tương tác chân thực hơn. Học sinh, sinh viên có thể học tập và thực hành các kỹ năng một cách trực quan, sinh động. Người dùng có thể tham gia vào các trò chơi và ứng dụng giải trí với cảm giác tương tác cao.

VI. Kết Luận Hướng Phát Triển Nghiên Cứu Phản Hồi Lực 3D

Nghiên cứu Thiết Kế, Chế Tạo Và Thực Nghiệm Hệ Thống Phản Hồi Lực 3D Sử Dụng Lưu Chất MR tại Trường Đại học Công nghiệp TP.HCM (IUH) đã đạt được những kết quả đáng khích lệ. Hệ thống có khả năng phản hồi lực chính xác, đáp ứng nhanh và hoạt động ổn định. Nghiên cứu này mở ra hướng đi mới cho việc ứng dụng lưu chất MR trong các hệ thống phản hồi xúc giác. Trong tương lai, cần tiếp tục nghiên cứu và phát triển các thuật toán điều khiển phức tạp hơn, cải thiện hiệu suất của phanh MRB và mở rộng phạm vi ứng dụng của hệ thống.

6.1. Xu Hướng Nghiên Cứu Phản Hồi Lực 3D Tương Lai Công Nghệ

Xu hướng phản hồi lực 3D ngày càng phát triển mạnh mẽ, với nhiều ứng dụng tiềm năng trong tương lai. Các nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào việc tích hợp các cảm biến và bộ xử lý thông minh, tạo ra các hệ thống phản hồi xúc giác tự động và linh hoạt hơn.

6.2. Đề Xuất Nghiên Cứu Chuyên Sâu về Vật Liệu Lưu Chất MR Mới

Nghiên cứu chuyên sâu về các vật liệu lưu chất MR mới có thể giúp cải thiện hiệu suất và giảm chi phí sản xuất của hệ thống phản hồi lực. Cần tìm kiếm các loại lưu chất có độ nhớt thấp, độ ổn định cao và khả năng phản ứng nhanh với từ trường.

6.3. Hợp Tác Nghiên Cứu Chuyển Giao Công Nghệ Tại IUH

Hợp tác nghiên cứuchuyển giao công nghệ giữa Trường Đại học Công nghiệp TP.HCM (IUH) và các doanh nghiệp là cần thiết để đưa các kết quả nghiên cứu vào ứng dụng thực tế. Cần xây dựng các mối quan hệ hợp tác chặt chẽ với các đối tác trong và ngoài nước.

23/05/2025

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1.1 Giói thiệu chung Hiện nay ngành công nghiệp đã phát triển rất mạnh về mọi mặt nhưng vẫn có một số trường hợp phải làm việc trong môi trường khắc nghiệt, độc hại là điều không thể tránh khỏi như trong những lĩnh vực hạt nhân, hóa chất độc hại, phòng cháy chữa cháy, rà phá bom mìn, phẫu thuật y khoa. Do đó để đảm bảo an toàn cho những người phải làm việc trong các môi trường trên thì một trong những giải pháp được áp dụng phổ biến nhất hiện nay là sử dụng Robot điều khiển từ xa đó là hệ thống robot chủ-tớ (Master-Slave). Với công nghệ hiện đại như là kỹ thuật camera đã được sử dụng để quan sát môi trường làm việc, tuy vậy việc thiếu thông tin tương tác trực tiếp của hệ thống như lực, mô men, chuyển vị. đã ảnh hưởng không nhỏ đến khả năng vận hành, cũng như độ chính xác khi người vận hành điều khiển hệ thống.

Nên việc nghiên cứu và phát triển một hệ thống phản hồi lực rất cần thiết đặc biệt là sử dụng vật liệu thông minh như SMA, MRF, ERF. đã và đang nghiên cứu rất mạnh. Mục tiêu của hệ thống này là mô tả hệ tay máy 3 bậc tự do xoay tương ứng với ba góc quay và ba góc quay này được kiểm soát bởi 3 phanh lưu chất MRB được đặt tại 3 vị trí tương ứng. Hệ này được tính toán thiết kế, mô phỏng tối ưu sao cho tại các MRB đạt mô men theo yêu cầu và có khối lượng là nhỏ nhất, từ đó sẽ thực nghiệm đánh giá khả năng đáp ứng của hệ thống về khả năng phản hồi lực.2 Đặc điểm chung của MRF Chất từ biến (Magneto Rheological Fluid - MRF) là một dạng lưu chất thay đổi các tính chất lưu biến như độ nhớt, ứng suất chảy dưới tác dụng của từ trường, là một trong số các loại vật liệu thông minh (Smart Materials) thông dụng trong kỹ thuật.

Lưu chất này có khả năng chuyển từ trạng thái lỏng sang dạng trạng thái sệt (Semisolid) khi có từ trường đi qua lưu chat. MRF đã được Jacob Rabinow nghiên cứu tại Cục tiêu chuẩn quốc gia Hoa Kỳ vào cuối những năm 1940s [1]. MRF bao gồm chất lỏng nền, các hạt từ tính phân cực và chất phụ gia. Các hạt từ tính phân cực có vai trò cơ bản trong các hiệu ứng của từ trường bên ngoài đưa vào.

Chất phụ gia được dùng để giảm bớt sự lắng đọng của các hạt từ tính, vì sự lắng đọng của hạt từ tính ảnh hưởng khá lớn đến khả năng lưu biến của MRF. Đặc điểm từ tính của MRF bao gồm ứng suất chảy dẻo, độ nhớt sau chảy dẻo và độ lắng đọng [2, 3]. Tính lưu biến này phụ thuộc vào các 1 Báo cáo đề tài khoa học IUH tham số biến đổi khác nhau như tỷ trọng hạt từ tính, loại hạt từ tính, mật độ các hạt từ tính, cường độ từ trường, nhiệt độ, tính chất của chất lỏng nền và loại chất phụ gia [4]. Tính lưu biến của MRF như độ nhớt, tính đàn hồi hay tính dẻo của MRF phụ thuộc vào từ trường đi qua lưu chất.

Khi từ trường đi qua lưu chất thì các đặc tính của MRF được biểu diễn qua mô hình Bingham [5].1 Thành phần chính MRF. MRF gồm ba thành phần chính đó là: hạt từ tính (1), chất lỏng nền (2), chất phụ gia, được thể hiện bởi Hỉnh 1.1: Thành phần chính MRF. Các hạt từ tính của MRF hiện nay được sử dụng như sắt, hợp kim sắt, oxit sắt, nitrat sắt, cacbua sắt, sắt carbonyl, niken và coban [6, 7]. Trong đó hạt phản ứng từ thường được sử dụng để chế tạo MRỈ' là sắt carbonyl, ứng suất cực đại của MRF đạt được khi cường độ từ trường áp dụng vào MRT làm cho bão hòa từ của các hạt từ tính được xác lập.

Kích thước hạt từ tính trong MRF thường nằm trong khoảng 0,1-10 pm. Chất lỏng nền được sử dụng trong MRF có thể là dầu silicon, dầu khoáng, dầu paraíin, dầu thủy lực, chất lỏng hữu cơ như halogen, diesters, polyoxyalkylen, silic fluoride, nước và dầu hydrocarbon tổng họp [7]. Chất phụ gia thêm vào nhằm làm giảm sự lắng đọng của các hạt từ tính trong MRF [8]. Hiện tượng lắng đọng có thể gây ra hiện tượng suy giảm độ nhớt của MRF [9].

Khi sự lắng đọng của MRỈ' 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 [10] 2 Báo cáo đề tài khoa học IUH 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 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 kill cường độ từ trường cao thì sự phân bố các hạt từ tính sẽ đinh hình rõ ràng hơn (Hình 1. Khả năng hên kết của các hạt từ tính phụ thuộc rất lớn vào cường độ từ trường bên ngoài tác dụng vào MRF. Từ trường áp dụng Lưu chất MR (hạt từ tính) •• o • a) c) Hình 1.2: Các trạng thái MRF.3 Tổng quan tình hình nghiên cúu và tính cấp thiết tiến hành nghiên cúu 1.1 Tình hình nghiên cứu quốc tế Trong những năm hiện nay việc sử dụng bộ điều khiển từ xa trong môi trường nguy hiểm, bao gồm cả robot phiêu lưu, đã chứng kiến sự phổ biến ngày càng tăng trong các ngành công nghiệp hiện đại [11]. Tuy nhiên, một thách thức đáng kể trong các hệ thống điều khiển từ xa là thiếu phản hồi lực và mô-men xoắn, làm ảnh hưởng đến độ chính xác và tính hull hoạt của việc điều khiển của người vận hành [12], Để khắc phục hạn chế này, việc tích hợp phản hồi lực, được gọi là hệ thống xúc giác từ xa, đã đạt được kết quả đảng kể trong nghiên cứu [ 13].

Vì vậy, một hệ thống điều khiển từ xa có phản hồi lực tới người vận hành (hệ thống xúc giác từ xa) là rất quan trọng. Chất lưu biến từ (MRF) đã được biết như một vật liệu đầy triển vọng cho nhiều ứng dụng 3 Báo cáo đề tài khoa học ỈUH khác nhau nhờ các đặc tính lưu biến độc đáo của nó dưới tác dụng của từ trường bên ngoài [14, 15, 16], Các nghiên cứu trước đây chủ yếu tập trung vào các hệ thống xúc giác sử dụng bộ truyền động từ tính (MR). Ví dụ, Yamaguchi và cộng sự. đã đề xuất một hệ thong xúc giác đa bậc tụ do (DOF) với phanh MR tương đối lớn, nhưng hệ thống này phải chịu khối lượng lớn và lực ngoài trạng thái hạn chế [17], Winter và Bouzit đã phát triển găng tay phản hồi lực sử dụng phanh MR tuyến tính, nhưng họ gặp phải những thách thức như lực lệch trạng thái cao và kích thước phanh lớn [18], Bullion và Gurocak đã thiết kế một chiếc găng tay xúc giác 3-DOF với phanh MR xoay, cung cấp lực phản hồi cho các ngón tay cụ thể, nhưng vẫn thiếu các thử nghiệm xác nhận [19], Berk Gonenc [20] đã phát triển hệ phản hồi hỗn họp bao gồm phanh MRF dạng tang trống kết họp với động cơ DC servo thể hiện bởi Hình 1.

Hệ thong này mô phỏng lại việc cắt mô cho các loại kéo phẫu thuật nhưng chỉ có một bậc tự do nên chưa thế áp dụng cho các thao tác phức tạp của việc phẫu thuật từ xa. Thiết kế này sau khi tối ưu hình học có mô men của phanh đạt 1,5 Nm còn cả hệ tối đa là 1,77 Nm.3 Mô hình thử nghiệm của Berk Gonenc [20], Doruk Senkal và cộng sự [21] đã nghiên cứu chế tạo cơ cấu khóp quay phản hồi lực đa hướng dùng phanh MRF dạng cầu biểu diễn bởi Hình 1. Đường kính quả cầu phanh là D = 76,2 mm mô men tạo ra lên đến 3,7 Nm. Tuy nhiên, hệ này không thể điều khiển mô men riêng rẽ theo mỗi phương, kết cấu phức tạp và lực tác động không 4 Báo cáo đề tài khoa học ỈUH phản hồi lên tay người điều khiên.

Cần điều khiên Hệ thống vị tri quang học Cám biến lực MRB dạng cầu Hình 1.4 Cơ cấu phản hồi lực dùng phanh MRF cầu [21], Li w. H cùng các cộng sự [22] đã đưa ra cơ cấu phản hồi lực joystick 2D với hai phanh quay sử dụng MRF thể hiện bởi Hình 1. Các phanh này có thông số cơ bản là D = 156 mm, L = 21 mm, mô men tạo ra từ 0,7 Nm đến 6 Nm. Các phanh được sử dụng vẫn là các phanh truyền thống (các cuộn dây quấn ở vỏ ngoài) và việc tối ưu hoá hình học chưa được xem xét nên kết cấu phanh còn khá lớn.

Trong nghiên cứu này, tác giả đã sử dụng các MRB để tạo mô men phản hồi, người điều khiển chỉ cảm nhận được lực tác động khi thực hiện chuyển động cần điều khiến do vậy khi cần điều khiển không chuyển động lực tác động không phản hồi lên tay người điều khiển. Mô hình phản hồi lực joystick 2D [22], 5 Báo cáo đề tài khoa học IUH Nguyen p. B và các cộng sự [23] đã thiết kế và chế tạo cơ cấu joystick 2D biểu diễn bởi Hình 1.6 có phản hồi lực, sử dụng cơ cấu quay hai chiều dùng MRF. Đối với hệ này thì mô men ma sát có thể được khử và hệ thống có thể phản ánh được mô men rất nhỏ lên tay người điều khiển do đó người điều khiển có thể cảm nhận được lực tác động ngay cả kin cần điều khiển không chuyển động.

Tuy nhiên vẫn như các nghiên cứu trước kia, kiểu quấn dây truyền thống (cuộn dây bố trí ở mặt trụ của vỏ) dẫn tới hiện tượng thắt nút cổ chai và việc tối ưu hoá hình học chưa được xem xét nên kết cấu hai chiều còn khá lớn, mô men phản hồi không cao (1,2 Nm). Mô hình phản hồi lực 2D của Nguyen p. Oh J s và các cộng sự [24] đã thiết kế và chế tạo hệ thống điều khiển có phản hồi lực 4 DOF ứng dụng vào hệ thống phẫu thuật biểu diễn bởi Hình 1. về bản chất, nghiên cứu này là sự phát triển tiếp theo của nghiên cứu do Nguyen p B [23] và các cộng sự thực hiện.

Nội dung được bảo vệ bản quyền — Tải xuống đầy đủ

Tài liệu "Thiết Kế Hệ Thống Phản Hồi Lực 3D Sử Dụng Lưu Chất MR Tại Trường Đại Học Công Nghiệp TP.HCM" trình bày một nghiên cứu sâu sắc về việc ứng dụng công nghệ lưu chất MR (Magnetorheological) trong thiết kế hệ thống phản hồi lực 3D. Nghiên cứu này không chỉ mang lại cái nhìn mới về cách thức hoạt động của các hệ thống phản hồi lực mà còn mở ra cơ hội ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như cơ khí, tự động hóa và giáo dục kỹ thuật.

Độc giả sẽ tìm thấy những lợi ích thiết thực từ tài liệu này, bao gồm việc hiểu rõ hơn về nguyên lý hoạt động của lưu chất MR và cách thức tối ưu hóa thiết kế hệ thống phản hồi lực. Để mở rộng kiến thức, bạn có thể tham khảo thêm các tài liệu liên quan như Luận văn thạc sĩ kỹ thuật công nghiệp nghiên cứu sử dụng giải thuật di truyền lập thời khóa biểu cho trường trung học phổ thông, nơi bạn có thể tìm hiểu về ứng dụng của thuật toán trong giáo dục, hay Luận văn thạc sĩ khoa học máy tính phân lớp dữ liệu chồng lấp cho bài toán dự báo sớm trạng thái học tập của sinh viên, giúp bạn nắm bắt cách thức phân tích dữ liệu trong giáo dục. Cuối cùng, Luận văn thạc sĩ khoa học giáo dục phát triển hiểu biết của học sinh về hàm số tuần hoàn sẽ cung cấp thêm thông tin về việc phát triển tư duy toán học cho học sinh. Những tài liệu này sẽ giúp bạn mở rộng kiến thức và khám phá thêm nhiều khía cạnh thú vị trong lĩnh vực nghiên cứu và ứng dụng công nghệ.