I. Tối ưu hóa cơ cấu chuyển động
Phần này tập trung vào tối ưu hóa cơ cấu chuyển động, đặc biệt là cơ cấu chuyển động thẳng hai bậc tự do. Nghiên cứu đề cập đến việc thiết kế và tối ưu hóa một cơ cấu vi định vị hai bậc tự do (2-DOF) sử dụng cơ cấu đàn hồi. Mục tiêu chính là tạo ra một cơ cấu có độ chính xác cao, phạm vi chuyển động từ 0.5 đến 500 µm, độ phân giải 0.1 µm, và độ cứng cao hơn 5% so với các thiết kế hiện có. Các chỉ tiêu khác bao gồm tăng không gian hoạt động 10% và giảm chuyển động không mong muốn 7%. Nghiên cứu khoa học HCMUTE đã ứng dụng phần mềm mô phỏng cơ cấu như ANSYS Workbench, ANSYS APDL và MATLAB trong quá trình thiết kế và tối ưu hóa. Một giải thuật tối ưu mới được đề xuất, kết hợp với phương pháp gia công mới tích hợp rung động (Vibration-Assisted Machining - VAM) để nâng cao hiệu quả sản xuất. Kỹ thuật cơ khí đóng vai trò quan trọng trong việc hiện thực hóa thiết kế này. Kết quả nghiên cứu được công bố trong bài báo: "Optimization Design of a 2-DOF Compliant Parallel Mechanism Using NSGA-II Algorithm for Vibration- Assisted Milling". Ứng dụng cơ khí của nghiên cứu này rất tiềm năng.
1.1 Mô hình hóa và phân tích cơ cấu chuyển động
Phần này tập trung vào mô hình hóa bài toán thiết kế và phân tích cơ cấu chuyển động. Mô hình toán học được xây dựng để mô tả chuyển vị và tần số tự nhiên của cơ cấu. Phần mềm mô phỏng cơ cấu ANSYS được sử dụng để phân tích phần tử hữu hạn (FEM) và xác định ứng suất, chuyển vị của cơ cấu. Thuật toán tối ưu hóa đa mục tiêu dựa trên giải thuật di truyền (GA) được tích hợp với MATLAB và ANSYS để tối ưu hóa thiết kế. Hai hàm mục tiêu chính là đạt chuyển vị lớn nhất và tần số tự nhiên lớn nhất, trong khi vẫn đảm bảo ứng suất lớn nhất nhỏ hơn giới hạn cho phép và chuyển động ký sinh nhỏ hơn 0. Các biến thiết kế bao gồm kích thước các khâu cứng, bán kính và độ dày của khớp mềm. Thiết kế cơ cấu chuyển động cần đảm bảo độ chính xác cao và độ ổn định. Nghiên cứu HCMUTE đã tập trung vào việc tối ưu hóa các thông số thiết kế để đạt hiệu suất cao nhất. Phân tích động học cũng là một phần quan trọng trong quá trình thiết kế và tối ưu hóa này. AutoCAD cơ khí và Solidworks cơ khí có thể được sử dụng trong quá trình thiết kế chi tiết. Việc tối ưu hóa bằng phương pháp số đảm bảo độ chính xác của kết quả.
1.2 Thiết kế và chế tạo cơ cấu
Phần này tập trung vào thiết kế và chế tạo cơ cấu. Dựa trên kết quả tối ưu hóa, một thiết kế cụ thể của cơ cấu vi định vị hai bậc tự do được đưa ra. Thiết kế cơ cấu đàn hồi đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo độ chính xác và độ nhạy của cơ cấu. Kỹ thuật gia công chính xác được áp dụng để chế tạo các bộ phận của cơ cấu. Gia công cơ khí chính xác là một yếu tố quan trọng để đảm bảo chất lượng của cơ cấu. Phần mềm thiết kế cơ khí như AutoCAD và Solidworks được sử dụng để tạo bản vẽ kỹ thuật. Chế tạo cơ cấu yêu cầu độ chính xác cao để đảm bảo hoạt động của cơ cấu. Thử nghiệm cơ cấu được thực hiện để kiểm tra hiệu suất của cơ cấu. Cơ cấu chấp hành piezoelectric được sử dụng để tạo chuyển động đầu vào. Việc thiết kế cơ cấu chuyển động chính xác cần sự kết hợp giữa lý thuyết và thực hành. Kỹ thuật chế tạo tiên tiến đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo chất lượng của cơ cấu. Kết quả thử nghiệm chứng minh được hiệu quả của thiết kế và phương pháp tối ưu hóa đề xuất.
1.3 Ứng dụng và đánh giá
Phần này trình bày ứng dụng và đánh giá của nghiên cứu. Cơ cấu chuyển động thẳng hai bậc tự do này có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như chế tạo máy, tự động hóa, robot vi mô. Kết quả nghiên cứu đã chứng minh được hiệu quả của thiết kế và phương pháp tối ưu hóa đề xuất. Hiệu suất cơ cấu chuyển động được đánh giá thông qua các chỉ tiêu như độ chính xác, phạm vi chuyển động, độ cứng, và chuyển động ký sinh. Phân tích hiệu quả của phương pháp gia công rung động hỗ trợ (VAM) cũng được trình bày. Nghiên cứu HCMUTE đã đóng góp vào việc phát triển kỹ thuật cơ khí tại Việt Nam. Đánh giá tổng thể cho thấy nghiên cứu này có giá trị khoa học và ứng dụng thực tiễn cao. Việc ứng dụng công nghệ tiên tiến trong thiết kế và chế tạo đã tạo ra một sản phẩm có chất lượng cao. Nghiên cứu này có thể được mở rộng để ứng dụng trong các lĩnh vực khác như y tế, hàng không vũ trụ. Kết quả nghiên cứu được công bố tại các hội thảo quốc tế, góp phần nâng cao uy tín của nghiên cứu khoa học HCMUTE.
