luận án tiến sĩ phát triển và tối ưu hóa cơ cấu cân bằng trọng lực sử dụng cơ cấu mềm

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (3.95 MB, 215 trang )

Trang 1<div class="page_container" data-page="1">

Bà GIÁO DĀC VÀ ĐÀO T¾O

TR¯âNG Đ¾I HâC S¯ PH¾M KỸ THU¾T THÀNH PHà Hâ CHÍ MINH

CHÂU NGâC LÊ

LU¾N ÁN TI¾N S) NGÀNH: K THUắT CĂ KH

Tp, Hò Chớ Minh, thỏng 5/2023

</div>Trang 2<div class="page_container" data-page="2">

Bà GIÁO DĀC VÀ ĐÀO T¾O

TR¯âNG Đ¾I HâC S¯ PH¾M KỸ THU¾T THÀNH PHà Hâ CHÍ MINH

CHÂU NGâC LÊ

NGÀNH: KỸ THU¾T C¡ KHÍ - 9520103

Ng°åi h°ãng d¿n khoa hãc 1: TS. Đào Thanh Phong Ng°åi h°ãng d¿n khoa hãc 2: PGS.TS. Lê HiÁu Giang

PhÁn bián 1: PhÁn bián 2: PhÁn bián 3:

Tp. Hß Chí Minh, tháng 5/2023

</div>Trang 4<div class="page_container" data-page="4">

Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cāu cÿa tơi.

Các số liáu, kÁt q nêu trong LuÁn án là trung thăc và ch°a từng đ°ÿc ai cơng bố trong bÃt kỳ cơng trình nào khác.

Tp. Hồ Chí Minh, ngày 25 tháng 5 năm 2023

(Ký tên và ghi rõ hã tên)

Châu Ngãc Lê

</div>Trang 5<div class="page_container" data-page="5">

BÅng tÃt cÁ tÃm lịng, tơi xin cÁm ¢n q thÅy cơ trong Ban giám hiáu, các phịng ban cÿa tr°ång ĐH S° ph¿m Kỹ thuÁt TP.HCM đã t¿o điÃu kián cho tôi đ°ÿc hãc tÁp, nghiên cāu t¿i nhà tr°ång.

Tôi cũng xin gÿi låi tri ân đÁn quý thÅy cô ban chÿ nhiám và q thÅy cơ khoa C¢ khí ChÁ t¿o máy tr°ång Đ¿i hãc S° Ph¿m Kỹ ThuÁt Thành Phố Hß Chí Minh đã tÁn tình giÁng d¿y cho tơi trong suốt quá trình hãc tÁp.

Đặc biát, em xin chân thành cÁm ¢n đÁn hai thÅy h°ãng d¿n khoa hóc: PGS. TS Lờ Hiu Giang (Phú hiỏu trỗng phā trách, tr°ång Đ¿i hãc S° Ph¿m Kỹ ThuÁt Thành phố Hß Chí Minh) và TS. Đào Thanh Phong (Vián Khoa hãc Tính tốn, tr°ång Đ¿i hãc Tơn Đāc ThÃng). NÁu không nhÁn đ°ÿc să giúp đỡ cÿa hai thÅy, tơi khó có thÅ hồn thành đ°ÿc nghiên cāu này.

Tơi cũng xin gÿi låi cÁm ¢n đÁn q đßng nghiáp cÿa tơi t¿i khoa Cơng nghá C¢ khí, tr°ång Đ¿i hãc Cơng nghiáp thành phố Hß Chí Minh đã giúp đỡ tơi trong q trình hãc tÁp và nghiên cāu. Xin chân thành cÁm ¢n đÁn các b¿n trong LAB C¢ CÃu MÃm đã đßng hành cùng tơi trong q trình nghiên cāu.

Tơi cũng xin gÿi låi cÁm ¢n đÁn q thÅy cơ đã dành thåi gian q báu cÿa mình đÅ tham gia phÁn bián khoa hãc và tham gia các hái đßng đánh giá ln án cÿa tơi.

Mát lÅn nāa, tơi xin chân thành cÁm ¢n.

</div>Trang 6<div class="page_container" data-page="6">

iii

Hián nay, số ng°åi bá đát quỵ ngày mát tăng và tuái cÿa ng°åi đát quỵ ngày mát trẻ. Đát quỵ dn n cỏc bin chng nh hỗng n hot ỏng hàng ngày. ĐiÃu này t¿o ra gánh nặng cho gia đình và xã hái. ĐÅ cÁi thián khÁ năng ho¿t đáng cÿa ng°åi bá đát quỵ, các thiÁt bá hß trÿ vÁn đáng và tÁp luyán phāc hßi chāc năng đã đ°ÿc phát triÅn. Trên các thiÁt bá này, c¢ cÃu cân bÅng trãng lăc th°ång đ°ÿc sÿ dāng.

C¢ cÃu cân bÅng trãng lăc là bá phn dựng loi b nh hỗng ca tróng lc do khối l°ÿng t¿o ra. Khi mát vÁt đ°ÿc di chun bÅng thiÁt bá có sÿ dāng c¢ cÃu cân bÅng trãng lăc, thì nó đ°ÿc xem nh° di chuyn trong mụi trồng lý tỗng. Lỳc ny, nng l°ÿng cÅn thiÁt đÅ di chuyÅn vÁt gÅn nh° bÅng khơng. Nhå đặc tính nái trái này, c¢ cÃu cân bÅng trãng lăc đã đ°ÿc āng dāng trong nhiÃu lĩnh văc nh°: khoa hãc, công nghá và đåi sống. Tuy nhiên, khi sÿ dāng trong các thiÁt bá hß trÿ vÁn đáng cho ng°åi khuyÁt tÁt, c¢ cÃu cân bÅng trãng lăc cÅn phÁi có kÁt cÃu nhỏ gãn, nhẹ và phÁi điÃu chßnh đ°ÿc tÁi tróng dò dng. Trong khi ú, cÂ cu cõn bÅng trãng lăc vừa nhỏ gãn, nhẹ và có thÅ điÃu chßnh tÁi trãng dß dàng hián nay ch°a đ°ÿc nghiên cāu nhiÃu. Vì vÁy, luÁn án này trình bày mát thiÁt kÁ c¢ cÃu cân bÅng trãng lăc sÿ dāng c¢ cÃu mÃm đÅ đ¿t đ°ÿc tính nhỏ gãn, nhẹ và dß điÃu chßnh khi tÁi trãng thay đái.

Dăa trên các phân tích vÃ c¢ cÃu cân bÅng trãng lăc, nghiên cāu này đÃ xuÃt nguyên lý cân bÅng vãi táng mô men tác dāng bÅng khơng. ThiÁt kÁ ngun lý cÿa c¢ cÃu cân bÅng đ°ÿc thăc hián bÅng să kÁt hÿp giāa lị xo phÇng và khãp xoay mÃm. Ngun lý v phÂng phỏp iu chònh ỏ cng ca lũ xo phÇng cũng đ°ÿc đÃ xuÃt trong nghiên cāu này. Bên c¿nh đó, giá trá đá cāng cÿa lị xo phÇng và khãp xoay mÃm cũng đ°ÿc tính toỏn tÂng ng vói mòi khi lng m cÂ cu cÅn di chun. Viác tính tốn này đ°ÿc thăc hián bÅng ph°¢ng pháp cân bÅng tĩnh.

Dăa trên kÁt q tính tốn, thiÁt kÁ, ln án này phát triÅn hai mơ hình cho khãp

</div>Trang 7<div class="page_container" data-page="7">

xn phÇng. Sau đó, thơng số thiÁt kÁ đ°ÿc tối °u bÅng să kÁt hÿp giāa ph°¢ng pháp phÅn tÿ hāu h¿n, đáp āng bÃ mặt và thuÁt toán tối °u bÅy đàn. KÁt quÁ cÿa khãp xoay thā nhÃt xác đánh đ°ÿc kích th°ãc chiÃu dày t= 0,94 mm và không gian R= 40 mm. KÁt q dă đốn đ°ÿc so sánh vãi kÁt q mơ phỏng vãi sai số 6,1 % cho khối l°ÿng, 1,68 % cho biÁn d¿ng và 5,6% cho āng suÃt. Mơ hình khãp xoay thā hai đ°ÿc phát triÅn bÅng cách kÁt hÿp ph°¢ng pháp tối °u hóa cÃu trúc Topo, phÅn tÿ hāu h¿n, m¿ng n¢ ron må thích nghi và giÁi thuÁt chu kỳ n°ãc 3 con thiêu thân. KÁt quÁ tối °u đã t¿o ra mát khãp xoay thā hai vãi các thông số hình hãc bao gßm r1= 0,5 mm, t1= 0,36 mm, t2= 0,41 mm,

l1= 11,3 mm, l2= 14,74 mm. So sánh vãi mô phỏng, sai số là 4,59% cho mô men, 4,16 % cho āng suÃt và 4,73% cho năng l°ÿng.

Dăa trên kÁt quÁ thiÁt kÁ nguyên lý cÿa c¢ cÃu cân bÅng trãng lăc, hai quy trình thiÁt kÁ, phân tích và tối °u hóa cho lị xo phÇng cũng đ°ÿc đÃ xt. Trong viác thiÁt kÁ tính tốn cho lị xo phÇng thā nhÃt, quy trình đ°ÿc t¿o ra là ph°¢ng pháp lai giāa mô phỏng phÅn tÿ hāu h¿n, đáp āng bÃ mặt và thuÁt toán tối °u di truyÃn đa māc tiêu. Dăa trên quy trình đÃ xuÃt, kÁt cÃu cÿa lị xo phÇng thā nhÃt đã đ°ÿc thiÁt kÁ và tối °u hóa. KÁt q đã tìm ra thơng số hình hãc có chiÃu dài 40,725 mm, chiÃu dày 0,940 mm và chiÃu ráng 9,602 mm. So sánh giāa kÁt q dă đốn và mơ phỏng tìm thÃy sai số nhỏ h¢n 0,001% cho khối l°ÿng, 5,78% cho āng suÃt và 1,65% cho biÁn d¿ng. Trong viác thiÁt kÁ tính tốn cho lị xo phÇng thā hai, quy trình đ°ÿc t¿o ra là kÁt hÿp giāa ph°¢ng pháp phân tích phÅn tÿ hāu h¿n, m¿ng n¢ ron hãc sâu và tht tốn chu kỳ n°ãc. Dăa trên quy trình đÃ xuÃt, kÁt cÃu cÿa lị xo phÇng thā hai đ°ÿc thiÁt kÁ và tối °u. KÁt q

đã tìm đ°ÿc kích th°ãc cÿa lũ xo phầng th hai gòm t= 1,029 mm, L= 45 mm, w= 9 mm và r= 0,3 mm. KÁt q sai số giāa dă đốn vãi kÁt q mơ phỏng là 1,87% cho năng

l°ÿng, 1,69% cho biÁn d¿ng và 3,06% cho āng suÃt.

Từ kÁt quÁ thiÁt kÁ tối °u, c¢ cÃu cân bÅng trãng lăc đ°ÿc chÁ t¿o và thiÁt lÁp thăc nghiám. KÁt quÁ thăc nghiám chāng minh c¢ cÃu cân bÅng đÃ xuÃt đ¿t đ°ÿc cân bÅng

</div>Trang 9<div class="page_container" data-page="9">

Nowadays, large numerous amounts of people having a stroke are increasing while the age of stroked people is getting younger and younger. The stroke has strictly influenced on the life and movement of disabled people. This creates a burden on the family and society. To enhance the moving ability of stroked people, mobility and rehabilitation training devices have been developed. In these devices, gravity balancing mechanism (GBM) is always employed.

GBMs are utilized to eliminate the gravity influence which is caused by mass. By using a gravity balancer, when an object is moved, it is considered as a movement in an ideal environment. As a result, the required energy is almost equal to zero. Due to this outstanding feature, numerous GBMs have been applied in many fields of science, engineering, technology, and life. For disabled mobility aids, gravity balancers should have a compact size, a lightweight, and a simple load adjustment. Nevertheless, such these GBMs have not been researched and developed yet. Therefore, this thesis presents a design synthesis and analysis of a new GBM based on compliant mechanisms.

Based on the analysis of the previous studies on GBMs, the principle of balance is determined via total torques on the mechanism are equal to zero. The principal design of the proposed GBM is developed by a combination of a planar spring and a compliant rotary joint. The principle and the adjusting procedure of the stiffness for the planar spring are presented under different balanced loads. In addition, the stiffnesses of the planar spring and the rotary joint are computed through a static equilibrium method.

In this thesis, two models for the compliant rotary joint are developed. The first model is developed using the tortional springs. The geometrical parameters of the 1st rotary joint are optimally determined through a combination of the finite element analysis method, response surface method, and swarm optimization algorithm. The

</div>Trang 10<div class="page_container" data-page="10">

vii

predicted results are compared with the simulation results with an error of 6.1% for mass, 1.68% for strain, and 5.6% for stress. The 2nd rotary joint is developed based on a combination of the Topology method, finite element analysis method, adaptive network-based fuzzy inference system, and water cycle-moth flame optimization algorithm. The results of 2nd rotary joint identified the best factors at r1= 0.5 mm, t1= 0.36 mm, t2= 0.41 mm, l1= 11,3 mm, and l2= 14.74 mm. The estimated values are also compared with the simulation with an error of 4.59% for moment, 4.16% for stress and 4.73% for energy.

Based on the calculating results of the proposed GBM, this thesis introduces two design synthesis processes for the planar spring. In the 1st model of the planar spring, the design process is built via a combination of finite analysis method, response surface method, and multi-objective genetic optimization algorithm. The results of the 1st planar spring determined the optimal parameters, including a length of 40.725 mm, a thickness of 0.940 mm, and a width of 9.602 mm. The error between the predicted and the simulation is less than 0.001% the mass, 5.78% for the stress, and 1.65% for the strain. In the 2nd model of planar spring, the design process is formulated by a hybridization of finite element analysis method, deep forward neural network, and water cycle algorithm. The results of the 2nd planar spring found the best factors at t= 1.029 mm, L= 45 mm, w= 9 mm, and r= 0.3 mm. The comparison between the prediction and the simulation shows

that the energy error is about 1.87%, the strain is 1.69%, and the stress is 3.06%.

Finally, the GBM is fabricated and experimentally set up. Experimental results show that the proposed GBM achieves a balance when the load is changed from 250 grams to 1000 grams. When the developed GBM works at 30.6 degrees, the errors between the torque caused by the mass and the torque retrieved from the mechanism are calculated. These errors are approximately 2.91% 4.5%, 2.86%, 3.27%, 0.25% and 3% with respect to a change in the load from 250 grams, 400 grams, 600 grams, 800 grams, 900 grams and 1000 grams. The adjustment process does not require energy.

</div>Trang 11<div class="page_container" data-page="11">

viii

QuyÁt đánh giao đÃ tài

LäI CAM ĐOAN ... i

CÀM T¾ ...ii

TÓM TÂT ... iii

ABSTRACT ... vi

MĀC LĀC ... viii

DANH SÁCH CHĀ VIÀT TÂT ... xiv

DANH SÁCH CÁC KÝ HIàU KHOA HâC ... xv

DANH SÁCH CÁC HÌNH ... xvii

DANH SÁCH CÁC BÀNG ... xx

Mæ ĐÄU ... 1

1. Lý do chãn đÃ tài ... 1

2. Māc tiêu nghiên cāu ... 3

3. Nhiám vā nghiên cāu ... 3

4. Ph¿m vi nghiên cāu ... 4

5. H°ãng tiÁp cÁn và ph°¢ng pháp nghiên cāu ... 4

6. Ý nghĩa khoa hãc và thăc tißn cÿa nghiên cāu ... 5

7. CÃu trúc cÿa luÁn án ... 6

CH¯¡NG 1 TàNG QUAN ... 7

1.1 Giãi thiáu chung ... 7

1.1.1 C¢ cÃu cân bÅng trãng lăc ... 7

1.1.1.1 Cân bÅng trãng lăc chÿ đáng ... 8

1.1.1.2 Cân bÅng trãng lăc bá đáng ... 8

1.1.2 C¢ cÃu mÃm ... 10

1.1.2.1 Khái niám ... 10

</div>Trang 12<div class="page_container" data-page="12">

1.1.2.3 Nh°ÿc điÅm ... 11

1.1.2.4 Āng dāng cÿa c¢ cÃu mÃm ... 12

1.2 Các nghiên cāu liên quan ... 13

1.2.1 Nghiên cāu trong n°ãc ... 13

1.2.1.1 Nghiên cāu vÃ c¢ cÃu cân bÅng trãng lăc ... 14

1.2.1.2 Nghiên cāu vÃ c¢ cÃu mÃm ... 15

1.2.2 Nhāng nghiên cāu ngoài n°ãc ... 16

1.2.2.1 Trong lĩnh văc c¢ cÃu cân bÅng ... 16

1.2.2.2 Trong lĩnh văc c¢ cÃu mÃm ... 20

1.3 Tính cÃp thiÁt và ý nghĩa khoa hãc cÿa đÃ tài ... 22

1.3.1 Tính cÃp thiÁt ... 22

1.3.2 Ý nghĩa khoa hãc thăc tißn cÿa đÃ tài ... 23

1.4 Māc tiêu nghiên cāu ... 24

1.5 Đối t°ÿng nghiên cāu ... 24

1.6 Nhiám vā và ph¿m vi nghiên cāu ... 24

1.6.1 Nhiám vā nghiên cāu ... 24

1.6.2 Ph¿m vi nghiên cāu ... 25

1.7 Ph°¢ng pháp nghiên cāu ... 25

CH¯¡NG 2 C¡ Sæ LÝ THUYÀT ... 26

2.1 C¢ cÃu cân bÅng trãng lăc ... 26

2.1.1 Nguyên lý cân bÅng trãng lăc ... 26

2.1.2 Nguyên lý điÃu chònh cho cÂ cu cõn bng tróng lc ... 27

2.1.2.1 ĐiÃu chßnh điÅm kÁt nối cÿa lị xo ... 27

2.1.2.2 ĐiÃu chßnh đá cāng cÿa lị xo ... 28

2.2 ThiÁt kÁ thăc nghiám ... 29

2.2.1 ThiÁt kÁ thăc nghiám đÅy đÿ yÁu tố ... 29

</div>Trang 13<div class="page_container" data-page="13">

2.4 Ph°¢ng pháp tối °u hóa ... 37

2.4.1 Tht tốn tối °u hóa di trun đa māc tiêu ... 38

2.4.2 Tht tốn chu kỳ n°ãc ... 40

2.4.3 Tht tốn tối °u hóa bÅy đàn ... 43

2.4.4 Tht tốn tối °u hóa chu kỳ n°ãc kÁt hÿp con thiêu thân ... 44

2.4.4.1 ThuÁt toán con thiêu thân ... 45

2.4.4.2 KÁt hÿp thuÁt toán chu kỳ n°ãc vãi thuÁt toán con thiêu thân ... 45

</div>Trang 14<div class="page_container" data-page="14">

4.1 Yêu cÅu thiÁt kÁ ... 62

4.2 Phát triÅn khãp xoay mÃm dăa trên FEM kÁt hÿp RSM và PSO ... 62

4.2.1 Giãi thiáu ... 62

4.2.2 ThiÁt kÁ khãp xoay ... 63

4.2.3 ĐÃ xuÃt quy trình thiÁt kÁ khãp xoay ... 64

4.2.4 Tối °u kích th°ãc khãp xoay ... 67

4.2.4.1 Bài toán tối °u ... 67

4.2.4.2 Mơ hình hóa các đặc tính cÿa khãp xoay mÃm... 68

4.2.4.3 KÁt quÁ tối °u hóa ... 73

4.2.5 Xác nhÁn kÁt quÁ tối °u ... 76

4.3 Phát triÅn khãp xoay mÃm dăa trên ph°¢ng pháp tối °u hóa cÃu trúc kÁt hÿp FEM, m¿ng n¢ ron må thích nghi và tht tốn tối °u hóa chu kỳ n°ãc 3 con thiêu thân ... 77

4.3.1 Giãi thiáu ... 77

4.3.2 ĐÃ xuÃt quy trình thiÁt kÁ, tối °u ... 78

4.3.2.1 Tối °u hóa cÃu trúc Topo (Topology) ... 79

4.3.2.2 Xây dăng mơ hình thay thÁ bÅng m¿ng n¢ ron thích nghi må ... 80

4.3.2.3 Tối °u hóa kích th°ãc ... 82

4.3.3 Bài toán tối °u ... 83

4.3.4 KÁt quÁ và thÁo luÁn ... 84

4.3.4.1 ThiÁt kÁ ban đÅu cÿa khãp xoay ... 84

4.3.4.2 KÁt quÁ tối °u cÃu trúc Topo (Topology) ... 84

4.3.4.3 Tối °u hóa kích th°ãc ... 86

</div>Trang 15<div class="page_container" data-page="15">

xii

5.2.1 Giãi thiáu ... 101

5.2.2 ThiÁt kÁ cÃu trúc cho lị xo phÇng ... 102

5.2.3 Xây dăng bài toán tối °u ... 104

5.2.3.1 BiÁn thiÁt kÁ ... 104

5.2.3.2 Hàm māc tiêu ... 104

5.2.3.3 Ràng buác ... 105

5.2.4 ĐÃ xuÃt quy trình thiÁt kÁ tối °u ... 105

5.2.5 KÁt quÁ và thÁo luÁn ... 110

5.2.5.1 Đánh giá thiÁt kÁ ban đÅu ... 110

5.2.5.2 Mô phỏng số ... 111

5.2.5.3 Mơ hình Kriging ... 111

5.2.5.4 Đánh giá đá nh¿y ... 114

5.2.5.5 KÁt quÁ tối °u ... 117

5.2.5.6 Đánh giá kÁt quÁ tối °u ... 118

5.3 Phát triÅn và tối °u lị xo phÇng dăa trên FEM, DFNN và WCA ... 119

5.3.4 Quy trình thiÁt kÁ, tối °u ... 123

5.3.4.1 Giai đo¿n 1: ThiÁt kÁ c¢ khí. ... 123

5.3.4.2 Giai đo¿n 2: T¿o dā liáu số ... 124

5.3.4.3 Giai đo¿n 3: Mơ hình hóa bÅng DFNN ... 126

5.3.4.4 Giai đo¿n 4: Tối °u hóa sÿ dāng tht tốn chu kỳ n°ãc ... 128

5.3.5 KÁt quÁ và thÁo luÁn ... 128

</div>Trang 16<div class="page_container" data-page="16">

xiii

5.3.5.2 Tối °u hóa cÃu trúc cÿa DFNN ... 130

5.3.5.3 KÁt quÁ tối °u ... 138

5.3.5.4 Xác nhÁn kÁt quÁ tối °u ... 140

5.4 KÁt luÁn ... 141

CH¯¡NG 6 THĂC NGHIàM KIÄM CHĀNG ... 142

6.1 Mô hình c¢ cÃu cân bÅng trãng lăc ... 142

6.2 ChÁ t¿o và lÃp ráp c¢ cÃu cân bÅng trãng lăc ... 144

6.3 ThiÁt lÁp thăc nghiám ... 144

6.4 KÁt quÁ thăc nghiám ... 148

6.5 KÁt luÁn ... 157

KÀT LUÀN VÀ KIÀN NGHà... 158

1. KÁt luÁn ... 158

2. H°ãng nghiên cāu trong t°¢ng lai... 160

TÀI LIàU THAM KHÀO ... 161

PHĀ LĀC A ... 173

PHĀ LĀC B ... 178

PHĀ LĀC C ... 180

</div>Trang 17<div class="page_container" data-page="17">

xiv FEM: Ph°¢ng pháp phÅn tÿ hāu h¿n FEA: Phân tích phÅn tÿ hāu h¿n CCD: ThiÁt kÁ táng hÿp trung tâm RMSE: Sai số bình ph°¢ng trung bình

MOGA: Tht tốn tối °u hóa di truyÃn đa māc tiêu WCA: ThuÁt toán chu kỳ n°ãc

PSO: Tht tốn tối °u hóa bÅy đàn MF: ThuÁt toán con thiêu thân DE: Tht tốn tiÁn hóa vi phân

ER-WCA: Tht tốn chu kỳ n°ãc dăa trên bốc h¢i

S/N: Tß số tín hiáu trên nhißu R2: Há số xác đánh

R2ad: Há số xác đánh hiáu chßnh Topology: Tối °u hóa cÃu trúc Topo

FZLC: Lị xo có chiÃu dài tă do bÅng khơng ANOVA: Phân tích ph°¢ng sai

</div>Trang 18<div class="page_container" data-page="18">

Tr: Mô men xoÃn cÿa khãp xoay

TP: Mơ men xn cÿa lị xo phÇng

Tm: Mơ men cÿa khối l°ÿng đ: Góc xoay cÿa c¢ cÃu cân bÅng

Fr: Lăc tiÁp tuyÁn do khãp xoay t¿o ra

Fp: Lc n hòi ca lũ xo phầng

m1: Khối l°ÿng cÿa thanh liên kÁt

m2: Khối l°ÿng cÿa tÁi trãng

g: Gia tốc trãng tr°ång

a, b: KhoÁng cách từ tâm đÁn điÅm kÁt nối cÿa lò xo

a, b: L°ÿng thay đái cÿa khoÁng cách từ tâm đÁn điÅm kÁt nối m: Giá trá khối l°ÿng thay đái

K: Giá trá đá cúng lò xo thay đái

y: Giá trá đáp āng

</div>Trang 19<div class="page_container" data-page="19">

xvi

P: Giá trá cÿa hàm đÅu ra

rand: Mát số ng¿u nhiên không âm

X: Vec t¢ biÁn thiÁt kÁ

ch: Giãi h¿n bÃn chÁy cÿa vÁt liáu

E: Mô đun đàn hßi cÿa vÁt liáu

[S]: Há số an tồn cho phép

</div>Trang 20<div class="page_container" data-page="20">

xvii

Hình 1.1: ThiÁt bá hß trÿ vÁn đáng cánh tay [9] ... 8

Hình 1.2: C¢ cÃu cân bÅng trãng lăc theo nguyên lý c¢ cÃu Scotch Yoke [30] ... 14

Hình 1.3: C¢ cÃu cân bÅng trãng lăc sÿ dāng c¢ cÃu mÃm [29] ... 19

Hình 1.4: C¢ cÃu cân bÅng 1 bÁc tă do t iu chònh [11] ... 20

Hỡnh 1.5: CÂ cu cân bÅng trãng lăc tă điÃu chßnh [57] ... 20

Hình 2.1: Mơ hình tĩnh hãc cÿa c¢ cÃu cân bÅng trãng lăc ... 27

Hình 2.2: CÃu trúc cÿa DFNN ... 34

Hình 2.3: CÃu trúc m¿ng n¢ ron thích nghi må ... 37

Hình 3.1: Quy trình thiÁt kÁ ... 49

Hình 3.2: Lị xo có chiÃu dài tă do bÅng 0 a) chiÃu dài bÅng 0, b) chiÃu dài l ... 53

Hình 3.3: SÂ ò nguyờn lý ca cÂ cu ... 53

Hỡnh 3.4: CÃu t¿o cÿa lị xo phÇng ... 57

Hình 3.5: Mơ hình hóa cÿa lị xo phÇng ... 58

Hình 3.6: Mối quan há giāa số phân đo¿n làm viác và đá cāng ... 59

Hình 3.7: Đá cāng cÿa lị xo a) tr¿ng thái 1, b) tr¿ng thái 2 ... 60

Hình 4.1: KÁt cÃu cÿa khãp xoay mÃm ... 64

Hình 4.2: Quy trình thiÁt kÁ và tối °u hóa đÃ xt ... 65

Hình 4.3: Mơ hình chia l°ãi ... 68

Hình 4.4: Giá trá Skewness ... 68

Hình 4.5: Phân tích đá nh¿y cho khối l°ÿng ... 70

Hình 4.6: Phân tích đá nh¿y cho āng suÃt... 70

Hình 4.7: KÁt quÁ FEA cho āng suÃt ... 76

Hình 4.8: Quy trình thiÁt kÁ khãp xoay ... 78

</div>Trang 21<div class="page_container" data-page="21">

xviii

Hình 4.10: KÁt quÁ Topology: a) mơ hình 1, b) mơ hình 2 ... 85

Hình 4.11: CÃu trúc thiÁt kÁ cÿa khãp xoay: a) thiÁt kÁ 1, b) thiÁt kÁ 2 ... 86

Hình 4.12: KÁt quÁ kiÅm tra āng suÃt: a) thiÁt kÁ 1, b) thiÁt kÁ 2 ... 87

Hình 4.13: ThiÁt kÁ cÿa khãp xoay ... 87

Hình 4.14: Giá trá S/N cÿa RSME cho āng suÃt ... 92

Hình 4.15: Giá trá S/N cÿa RSME cho mơ men ... 94

Hình 4.16: Giá trá S/N cÿa RSME cho năng l°ÿng ... 96

Hình 4.17: KÁt quÁ FEA cÿa āng suÃt ... 99

Hình 4.18: KÁt quÁ FEA cÿa năng l°ÿng ... 99

Hình 5.1: CÃu trúc cÿa lị xo phÇng ... 103

Hình 5.2: Quy trình thiÁt kÁ ... 107

Hình 5.3: Mơ hình chia l°ãi và điÃu kián biên ... 110

Hình 5.4: ChÃt l°ÿng l°ãi theo tiêu chuẩn Skewness ... 110

Hình 5.5: BiÅu đß biÅu dißn tính phù hÿp cÿa mơ hình xÃp xß: a) mơ hình Kriging, . 113 Hỡnh 5.6: nh hỗng ca L v t: a) biÁn d¿ng, b) khối l°ÿng và c) āng suÃt ... 114

Hỡnh 5.7: nh hỗng ca L v w: a) biÁn d¿ng, b) khối l°ÿng và c) āng suÃt ... 115

Hỡnh 5.8: nh hỗng ca t v w: a) bin d¿ng, b) khối l°ÿng và c) āng suÃt ... 116

Hình 5.9: BiÅu đß phân tích đá nh¿y ... 117

Hình 5.10: KÁt cÃu lị xo phÇng... 121

Hình 5.11: Thơng số cÿa mát phân đo¿n ... 121

Hình 5.12: Quy trình thiÁt kÁ ... 125

Hình 5.13: Mơ hình chia l°ãi và điÃu kián biên ... 129

Hình 5.14: ChÃt l°ÿng l°ãi theo tiêu chuẩn Skewness ... 129

Hình 5.15: KÁt q phân tích S/N cho mơ hình biÁn d¿ng ... 133

Hình 5.16: KÁt q phân tích S/N cho mơ hình āng st ... 134

Hình 5.17: KÁt q phân tích S/N cho mơ hình năng l°ÿng biÁn d¿ng ... 135

</div>Trang 22<div class="page_container" data-page="22">

xix

Hình 6.1: Mơ hình 3D cÿa c¢ cÃu cân bÅng trãng lăc ... 142

Hình 6.2: Mơ hình phân rã cÿa c¢ cÃu cân bÅng trãng lăc ... 143

Hình 6.3: C¢ cÃu cân bng tróng lc ... 144

Hỡnh 6.4: SÂ ò thc nghiỏm ... 145

Hình 6.5: Mơ hình phân rã cÿa mơ hình thiÁt lÁp thăc nghiám ... 146

Hình 6.6: Loadcell CSBA-L10... 147Hình 6.7: Loadcell YZC-113 ... 147Hình 6.8: Mơ hình thăc nghiám ... 147

Hình 6.9: Lăc tiÁp tun và đàn hßi āng vãi tÁi 250 gr ... 148

Hình 6.10: Lăc tiÁp tuyÁn và đàn hßi āng vãi tÁi 400 gr ... 149

Hình 6.11: Lăc tiÁp tuyÁn và đàn hßi āng vãi tÁi 600 gr ... 150

Hình 6.12: Lăc tiÁp tuyÁn và đàn hßi āng vãi tÁi 800 gr ... 151

Hình 6.13: Lăc tiÁp tuyÁn và đàn hßi āng vãi tÁi 900 gr ... 151

Hình 6.14: Lăc tiÁp tun và đàn hßi āng vãi tÁi 1000 gr ... 152

Hình 6.15: Đß thá biÅu dißn mơ men cân bÅng vãi tÁi 250 gr ... 153

Hình 6.16: Đß thá biÅu dißn mơ men cân bÅng vãi tÁi 400 gr ... 153

Hình 6.17: Đß thá biÅu dißn mơ men cân bÅng vãi tÁi 600 gr ... 154

Hình 6.18: Đß thá biÅu dißn mơ men cân bÅng vãi tÁi 800 gr ... 154

Hình 6.19: Đß thá biÅu dißn mơ men cân bÅng vãi tÁi 900 gr ... 155

Hình 6.20: Đß thá biÅu dißn mơ men cân bÅng vãi tÁi 1000 gr ... 155

Hình 6.21: C¢ cÃu cân bÅng vãi tÁi 250 gr: a) thÇng đāng, b) 15o, c) 30o ... 156

Hình 6.22: C¢ cÃu cân bÅng vãi tÁi 1000 gr a) thÇng đāng, b) 15o, c) 30o ... 157

</div>Trang 23<div class="page_container" data-page="23">

BÁng 1.1: Các nghiên cāu vÃ c¢ cÃu cân bÅng ... 16BÁng 2.1: Giá trá Skewness và chÃt l°ÿng l°ãi [77] ... 33BÁng 3.1: C¢ tính cÿa vÁt liáu Al7075 ... 51BÁng 3.2: Thơng số cÿa c¢ cÃu cân bÅng đÃ xuÃt ... 55BÁng 3.3: Giá trá đá cāng k1 và k2 ... 56

BÁng 4.1: Phân māc biÁn thiÁt kÁ ... 69BÁng 4.2: KÁt q mơ phỏng ... 69BÁng 4.3: KÁt q phân tích ph°¢ng sai cho khối l°ÿng ... 71BÁng 4.4: KÁt quÁ phân tích ph°¢ng sai cho góc xoay ... 71BÁng 4.5: KÁt q phân tích ph°¢ng sai cho āng st ... 72BÁng 4.6: KiÅm đánh tính chính xác cÿa mơ hình ... 73BÁng 4.7: KÁt quÁ tối °u ... 75BÁng 4.8: So sánh kÁt quÁ FEA vãi kÁt quÁ tối °u ... 77BÁng 4.9: KÁt quÁ phân tích ANOVA ... 88BÁng 4.10: Māc cÿa các yÁu tố cÿa cÃu trúc ANFIS ... 90BÁng 4.11: MÁng trăc giao L16 vãi giá trá RSME và S/N cho āng suÃt ... 91

BÁng 4.12: Trá số cÿa S/N cho bá dā liáu āng suÃt ... 92

BÁng 4.13: MÁng trăc giao L16 vãi giá trá RSME và S/N cho mô men ... 93

BÁng 4.14: Trá số cÿa S/N cho bá dā liáu mô men ... 94

BÁng 4.15: MÁng trăc giao L16 vãi giá trá RSME và S/N cho năng l°ÿng ... 95

BÁng 4.16: Trá số cÿa S/N cho bá dā liáu năng l°ÿng ... 96

BÁng 4.17: KÁt quÁ tối °u hóa cho cÃu trúc ANFIS ... 97BÁng 4.18: KÁt quÁ tối °u ... 98BÁng 4.19: KÁt quÁ đánh giá sai số ... 99

</div>Trang 24<div class="page_container" data-page="24">

xxi

BÁng 5.2: KÁt quÁ mô phỏng ... 111BÁng 5.3: Tính phù hÿp cÿa các mơ hình thay thÁ ... 112BÁng 5.4: Thông số thiÁt lÁp MOGA ... 118BÁng 5.5: Các āng viên ... 118BÁng 5.6: Đánh giá kÁt quÁ tối °u ... 119BÁng 5.7: Các biÁn thiÁt kÁ vãi 3 māc ... 129BÁng 5.8: ThiÁt kÁ thăc nghiám sÿ dāng mÁng trăc giao L9 ... 131

BÁng 5.9: KÁt q MSE cho mơ hình biÁn d¿ng ... 131BÁng 5.10: KÁt q MSE cho mơ hình āng st ... 132BÁng 5.11: KÁt q MSE cho mơ hình năng l°ÿng biÁn d¿ng ... 132BÁng 5.12: KÁt quÁ xÁp h¿ng cho mô hình biÁn d¿ng ... 133BÁng 5.13: KÁt quÁ xÁp h¿ng cho mơ hình āng st ... 134BÁng 5.14: KÁt q xÁp h¿ng cho mơ hình năng l°ÿng biÁn d¿ng ... 134BÁng 5.15: CÃu trúc tối °u cÿa DFNN ... 136BÁng 5.16: Giá trá R2 cÿa mơ hình DFNN và mơ hình tun tính ... 138

BÁng 5.17: Giá trá MSE cÿa mơ hình DFNN và mơ hình tun tính ... 138

BÁng 5.18: KÁt quÁ tối °u hóa ... 139BÁng 5.19: Đánh giá kÁt quÁ tối °u ... 140BÁng 6.1: Thông số cÿa loadcell ... 146

</div>Trang 25<div class="page_container" data-page="25">

1. Lý do chãn đÁ tài

Hàng năm trên thÁ giãi có hàng triáu ng°åi bá đát quỵ vãi đá tuái ngày càng trẻ [1]. Theo Budhota (2021) [2], trong số nhāng ng°åi sống sót sau đát quỵ thì có đÁn khoÁng 40% bá h¿n chÁ khÁ năng vÁn đáng chi trên. Nhāng ng°åi này th°ång bá giÁm ph¿m vi ho¿t đáng cÿa các khãp vai và khãp khuỷu tay. Theo Cirstea (2000) [3], khãp khuỷu tay cÿa ng°åi sau đát quỵ chß có ph¿m vi ho¿t đáng trong khoÁng 27,6 đá. Theo Reinkensmeyer (2001) [4], khãp khuỷu tay cÿa ng°åi sau đát quỵ có ph¿m vi ho¿t đáng khoÁng 22,5 đá theo ph°¢ng đāng và 20 đá theo ph°¢ng ngang. Do ph¿m vi ho¿t đáng bá h¿n chÁ và lăc nâng c¢ tay giÁm, ng°åi bá tai biÁn gặp rÃt nhiÃu khó khăn trong sinh ho¿t hàng ngày. ĐÅ hß trÿ cho ng°åi bá đát quỵ, gia đình bánh nhân cÅn phÁi phân công ng°åi trÿ giúp. ĐiÃu này gây ra gánh nặng cho gia đình và xã hái. ĐÅ giúp ng°åi đát quỵ trong viác thăc hián các ho¿t đáng hàng ngày, các nhà nghiên cāu đã phát triÅn các thiÁt bá hß trÿ vÁn đáng và tÁp luyỏn phc hòi chc nng cho ngồi bỏ yu cÂ. Hián nay, thiÁt bá hß trÿ vÁn đáng và tp luyỏn phc hòi chc nng cho ngồi yu cÂ chi trên nhÁn đ°ÿc rÃt nhiÃu quan tâm [5, 6]. ĐÅ hß trÿ hiáu quÁ cho bánh nhân thăc hián các thao tác cÅm, nâng, h¿ các đß vÁt, các thiÁt bá hß trÿ vÁn đáng th°ång tích hÿp thêm c¢ cÃu cân bÅng.

C¢ cÃu cân bÅng đ°ÿc sÿ dāng nhÅm lo¿i bỏ hoặc giÁm nh hỗng ca tróng lc do khi lng to ra. ĐiÃu này cho phép máy móc, thiÁt bá, tiêu hao ít năng l°ÿng h¢n trong q trình vÁn hành. ĐÅ đáp āng nhu cÅu cân bÅng trãng lăc, các nhà khoa hãc đã nghiên cāu và đ°a vào āng dāng nhiÃu lo¿i c¢ cÃu cân bÅng khác nhau nh°: C¢ cÃu cân bÅng chÿ đáng, c¢ cÃu cân bÅng bá đáng, c¢ cÃu cân bÅng sÿ dāng đối trãng, c¢ cÃu cân bÅng sÿ dāng cỏc chi tit bin dng n hòi, cÂ cu cõn bÅng kÁt hÿp đối trãng và chi

</div>Trang 26<div class="page_container" data-page="26">

tiÁt biÁn d¿ng đàn hßi. Phân lo¿i theo tÁi trãng làm viác thay đái, c¢ cÃu cân bÅng đ°ÿc phân thành hai lo¿i chính: (i) C¢ cÃu khơng có khÁ năng điÃu chßnh tÁi trãng và (ii) cÂ cu cú kh nng iu chònh ti tróng. Hián nay, các c¢ cÃu cân bÅng đ°ÿc phát triÅn và đ°a vào āng dāng th°ång sÿ dāng lo¿i th nht (cÂ cu khụng iu chònh). Trong trồng hÿp này, khi tÁi trãng làm viác thay đái thì điÃu kián cân bÅng bá phá hÿy. Trong thăc tÁ, bánh nhân bá đát quỵ hàng ngày phÁi thăc hián các ho¿t đáng nh° ăn, uống, vá sinh cá nhân. Hã phÁi nâng vÁt thÅ có khối l°ÿng khác nhau. Vì vÁy, c¢ cÃu khơng có khÁ năng điÃu chßnh tÁi trãng (i) là khơng phù hÿp đÅ lÃp trên thiÁt bá hß trÿ vÁn đáng chi trên. ĐÅ khÃc phāc nh°ÿc điÅm cÿa lo¿i cân bÅng (i), mát số c¢ cÃu cân bÅng cho phép điÃu chßnh tÁi trãng (ii) đã đ°ÿc phát triÅn nhÅm duy trì cân bÅng khi thay đái tÁi trãng làm viác. C¢ cÃu cân bÅng lo¿i (ii) có °u điÅm nái trái là chúng có thÅ đ¿t đ°ÿc cân bÅng vãi các tÁi trãng khác nhau. Tuy nhiên, khi tÁi trãng thay đái, viác điÃu chßnh yêu cÅu mát ngn năng l°ÿng lãn. Đây chính là nh°ÿc điÅm cÿa c¢ cÃu cân bÅng lo¿i (ii) khi sÿ dāng trong lĩnh văc phāc hßi chāc năng v hò tr vn ỏng cho ngồi yu cÂ vỡ lăc c¢ bÃp cÿa bánh nhân khơng đÿ. NÁu phÁi sÿ dāng ngn năng l°ÿng từ bên ngồi nh° đáng c¢ đián, khí nén, v.v. thì kÁt cÃu phāc t¿p. Bên c¿nh đó, ngn năng l°ÿng đÅ vÁn hành có thÅ khơng đÿ vì phÁi tiÁt kiám cho các chāc năng khác. ĐÅ khÃc phāc viác điÃu chßnh cÅn năng l°ÿng, mát số nhà khoa hãc đã nghiên cāu và phát triÅn các c¢ cÃu cân bÅng trãng lăc có khÁ năng điÃu chßnh phi năng l°ÿng (iii). Tuy nhiên, các c¢ cÃu cân bÅng lo¿i này có kÁt cÃu khá phāc t¿p, cơng kÃnh, không phù hÿp đÅ gÃn lên xe lăn hay mang trên ng°åi. NhÅm khÃc phāc nh°ÿc điÅm cÿa c¢ cÃu cân bÅng trãng lăc (iii), mát số nhà khoa hãc đã cố gÃng phát triÅn các c¢ cÃu cân bÅng có kÁt cÃu nhỏ gãn bÅng cách sÿ dāng c¢ cÃu mÃm.

C¢ cÃu mÃm (compliant mechanism) cũng có thÅ thăc hián các chāc năng nh° c¢ cÃu trun thống nh°ng nó khơng sÿ dāng các khâu, khãp đáng nh° c¢ cÃu truyÃn thống mà sÿ dāng các khãp mÃm (flexure hinge). Khác vãi c¢ cÃu trun thống, c¢ cÃu mÃm có mát số °u điÅm nái bÁt nh°: KÁt cÃu nhỏ gãn, chun đáng chính xác, khơng có ma

</div>Trang 27<div class="page_container" data-page="27">

sát, dß chÁ t¿o, khơng cÅn bÁo trì, v.v. Mặc dù c¢ cÃu mÃm có nhiÃu °u điÅm có thÅ dùng đÅ phát triÅn các c¢ cÃu cân bÅng trãng lăc có kÁt cÃu nhỏ gãn, nh°ng đÁn nay v¿n ch°a có nghiên cāu nào sÿ dāng c¢ cÃu mÃm đÃ phát triÅn các c¢ cÃu cân bÅng trãng lăc cho phép điÃu tÁi tróng chònh phi nng lng. Xut phỏt t ỏng cÂ này, tác giÁ đÃ xuÃt āng dāng c¢ cÃu mÃm đÅ phát triÅn c¢ cÃu cân bÅng trãng lăc có thÅ điÃu chßnh tÁi trãng phi năng l°ÿng. C¢ cÃu cân bÅng trãng lăc đ°ÿc phát triÅn đánh h°ãng sÿ dāng cho thiÁt bá hß trÿ vÁn đáng trong t°¢ng lai.

2. Māc tiêu nghiên cāu

Māc tiêu nghiên cāu cÿa luÁn án là phát triÅn mát c¢ cÃu cân bÅng mãi, có kÁt cÃu nhỏ gãn đÅ có thÅ gÃn lên thiÁt bá hß trÿ vn ỏng chi trờn. CÂ cu cho phộp iu chònh đá cāng cÿa lị xo đÅ duy trì tr¿ng thái cân bÅng khi tÁi trãng thay đái. Ph°¢ng pháp điÃu chßnh khơng sÿ dāng năng l°ÿng đ°ÿc áp dāng. Bên c¿nh đó luÁn án cũng phát triÅn các quy trình thiÁt kÁ, tối °u đÅ thiÁt kÁ các cho tiÁt quan trãng trong c¢ cÃu cân bÅng trãng lăc.

3. Nhiám vā nghiên cāu

Nái dung nghiên cāu cÿa luÁn án bao gßm:

- ThiÁt kÁ, phân tích c¢ cÃu cân bÅng trãng lăc có khÁ năng điÃu chßnh tÁi trãng mà khơng cÅn năng l°ÿng.

- Xây dăng các quy trình đÅ thiÁt kÁ, phân tích và tối °u cho các chi tiÁt đàn hòi (Lũ xo phầng v khóp xoay mm).

- ThiÁt kÁ, phân tích và tối °u kích th°ãc cho các chi tiÁt quan trãng trong c¢ cÃu cân bÅng trãng lăc (Lị xo phÇng và khãp xoay mÃm).

- Thí nghiám khÁ năng cân bÅng cho c¢ cÃu bÅng trãng lăc dùng lị xo phÇng và khãp xoay mÃm.

</div>Trang 28<div class="page_container" data-page="28">

4. Ph¿m vi nghiên cāu

C¢ cÃu cân bÅng trãng lăc sÿ dāng cho thiÁt bá hß trÿ vÁn đáng cho ng°åi yÁu c¢ cÅn có ph¿m vi làm viác phù hÿp. Theo Sirtea (2000) [3] và Reinkensmeyer (2001) [4], ph¿m vi ho¿t đáng cÿa khãp khuỷu tay cÿa ng°åi bá đát quỵ có giãi h¿n nhỏ h¢n 30 đá. Trong sinh ho¿t hàng ngày, ng°åi bá đát quỵ cÅn phÁi thăc hián các hành đáng nh° ăn, uống, vá sinh, v.v. Do đó, c¢ cÃu cân bÅng phÁi cho phép điÃu chßnh đÅ duy trì cân bÅng vãi các tÁi trãng khác nhau. Khi thăc hián các thao tác trong sinh ho¿t hàng ngày, ng°åi bá đát quỵ chß mang hoặc nâng nhāng vÁt có khối l°ÿng nhỏ. VÁt thÅ đ°ÿc nâng có khối l°ÿng khơng v°ÿt q 1 kg. Do đó trong nghiên cāu này, tác giÁ phát triÅn c¢ cÃu cân bÅng trãng lăc h°ãng đÁn sÿ dāng cho thiÁt bá hß trÿ chi trên vãi ph¿m vi nghiên cāu nh° sau:

- ThiÁt kÁ c¢ cÃu cân bÅng trãng lăc bá đáng, mát bÁc tă do h°ãng đÁn sÿ dāng cho thiÁt bá hß trÿ vÁn đáng chi trên.

- C¢ cÃu cân bÅng trãng lăc đ¿t đ°ÿc cân bÅng trong ph¿m vi 0 đÁn 300.

- CÂ cu cõn bng tróng lc cho phộp iu chònh tÁi trãng trong giãi h¿n từ 250 gr đÁn 1000 gr mà không cÅn sÿ dāng năng l°ÿng.

- C¢ cÃu cân bÅng sÿ dāng khãp xoay mÃm và lị xo phÇng.

- Xây dăng quy trình đÅ thiÁt kÁ, phân tích và tối °u cho khãp xoay mÃm và lị xo phÇng.

5. H°áng ti¿p c¿n và ph°¢ng pháp nghiên cāu H°áng ti¿p c¿n:

ĐÅ thăc hián nghiên cāu này, tác giÁ sÿ dāng cách tiÁp cÁn nh° sau:

- ĐÅu tiên, phân tích các c¢ cÃu cân bÅng hián có. Xác đánh nhāng °u điÅm và nh°ÿc điÅm cÿa các lo¿i c¢ cÃu cân bÅng đÅ từ đó đ°a ra h°ãng phát triÅn c¢ cÃu cân bÅng có thÅ tích hÿp vào thiÁt bá hß trÿ vÁn đáng chi trên.

</div>Trang 29<div class="page_container" data-page="29">

- KÁ tiÁp, phân tích, tính tốn, thiÁt kÁ c¢ cÃu cân bÅng trãng lăc. Xác đánh các thơng số c¢ bÁn cÿa c¢ cÃu.

- Sau đó, đÃ xt các ph°¢ng pháp đÅ thiÁt kÁ, phân tích, mơ hình hóa và tối °u. - Cuối cùng, xây dăng mơ hình, chÁ t¿o, lÃp ráp và thăc nghiám đÅ đánh giá khÁ

năng làm viác cÿa c¢ cÃu cân bÅng.

Ph°¢ng pháp nghiên cāu:

ĐÅ thăc hián luÁn án này, tác giÁ sÿ dāng các ph°¢ng pháp sau: - Ph°¢ng pháp kinh nghiám và tham chiÁu chuyên gia.

- Ph°¢ng pháp mơ phỏng số.

- Ph°¢ng pháp thống kê qui ho¿ch thăc nghiám.

- Ph°¢ng pháp mơ hình hóa giÁi tích và các ph°¢ng pháp mơ hình hóa thơng minh dăa trên trí t nhân t¿o.

- Ph°¢ng pháp tối °u hóa. - Ph°¢ng pháp thăc nghiám.

6. Ý ngh*a khoa hãc và thăc tißn cÿa nghiên cāu

Mặc dù đã có nhiÃu cơng trình nghiên cāu vÃ c¢ cÃu cân bÅng trãng lăc cho phép điÃu chßnh tÁi trãng mà không sÿ dāng năng l°ÿng. Tuy nhiên, các c¢ cÃu đ°ÿc thiÁt kÁ tr°ãc đây ch°a đáp āng hoàn toàn cho yêu cÅu cÿa thiÁt bá hò tr vn ỏng cho ngồi yu cÂ chi trên. Thêm vào đó, kÁt cÃu cÿa c¢ cÃu cân bÅng trãng lăc kÁt hÿp mát lị xo phÇng và mát khãp xoay mÃm cũng ch°a đ°ÿc thăc hián nghiên cāu. Trong nghiên cāu này, khãp xoay mÃm và lị xo phÇng là nhāng chi tiÁt biÁn d¿ng n hòi trong cÂ cu mm, mỏt lnh vc c¢ khí phi trun thống. Hián nay, viác phân tích, táng hÿp, mơ hình hóa cho các lo¿i chi tiÁt này v¿n cịn rÃt nhiÃu khó khăn. Do đó, nghiên cāu này có các ý nghĩa nh° sau:

</div>Trang 30<div class="page_container" data-page="30">

VÁ thăc tißn bao gãm:

- C¢ cÃu phát triÅn có tiÃm năng āng dāng thăc tißn cao và cung cÃp giÁi pháp hāu ích thăc tißn cho hß trÿ chāc năng vÁn đáng cho ng°åi và robot.

- KÁt quÁ cÿa luÁn án là tài liáu tham khÁo cho các nghiên cāu sau.

7. CÃu trúc cÿa lu¿n án

CÃu trúc cÿa luÁn án đ°ÿc bố cāc nh° sau:

</div>Trang 31<div class="page_container" data-page="31">

Ch°¢ng 1 TäNG QUAN

Ch°¢ng 1 giãi thiáu táng quan vÃ c¢ cÃu cân bÅng trãng lăc, c¢ cÃu mÃm, trình bày s¢ l°ÿc vÃ tình hình nghiên cāu trong và ngồi n°ãc đÅ từ đó nêu ra lý do nghiên cāu và giãi h¿n ph¿m vi nghiên cāu. Ngồi ra, ch°¢ng này cũng nêu ra cách tiÁp cÁn, ph°¢ng pháp s¿ sÿ dāng và trình bày ý nghĩa cÿa luÁn án.

1.1 Giái thiáu chung

1.1.1 C¢ cÃu cân bÃng trãng lăc

C¢ cÃu cân bÅng trãng lăc là c¢ cu cú th loi b nh hỗng ca lc hp d¿n do trãng l°ÿng cÿa vÁt cÅn nâng t¿o ra. Nh° vÁy, c¢ cÃu cân bÅng trãng lăc giúp cho thiÁt bá, máy móc đ¿t đ°ÿc tr¿ng thái t do ỗ mói vỏ trớ lm viỏc. Khi cỏc thiÁt bá đ¿t tr¿ng thái cân bÅng, nó cho phép thiÁt bá có thÅ chuyÅn đáng gÅn giống vãi chuyÅn đáng trong môi tr°ång chân không. Lúc này, năng l°ÿng cÅn thiÁt đÅ thăc hián các chuyÅn đáng là rÃt nhỏ, ngußn năng l°ÿng này chÿ yÁu đÅ thÃng lăc ma sát và lăc qn tính. Vì vÁy, c¢ cÃu cân bÅng trãng lăc đ°ÿc āng dāng phá biÁn trong rÃt nhiÃu lĩnh văc khác nhau chầng hn nh: (i) CÂ cu cõn bng cho giá đỡ đèn sÿ dāng cho nha sĩ đÅ cho phép nha sĩ có thÅ điÃu chßnh vá trí ca ốn ỗ mói vỏ trớ mong mun [7], (ii) c¢ cÃu cân bÅng trãng lăc cho các cÅn cẩu, c¢ cÃu cân bÅng trãng lăc trong các thiÁt bá dân dāng nh° đèn đÅ bàn, (iii) c¢ cÃu cân bÅng trong các cánh tay robot công nghiáp, (iv) c¢ cÃu cân bÅng trãng lăc cho robot phāc vā, (v) c¢ cÃu cân bÅng trãng lăc cho thiÁt bá hß trÿ vÁn đáng (hình 1.1), v.v. Hián nay, có nhiÃu cách khác nhau đÅ thăc hián cân bÅng trãng lăc cho thiÁt bá, máy móc. Các ph°¢ng pháp này có thÅ đ°ÿc chia thành các lo¿i nh° sau [8]: (a) C¢ cÃu cân bÅng chÿ đáng và (b) c¢ cÃu cân bÅng bá đáng.

Hình 1.1 là thiÁt bá hß trÿ vÁn đáng và tÁp luyán phāc hßi chāc năng cho ng°åi bá u c¢ chi trên có gÃn c¢ cÃu cân bÅng trãng lăc [9]. C¢ cÃu cân bÅng này có cÃu trúc là

</div>Trang 32<div class="page_container" data-page="32">

8 c¢ cÃu hình bình hành kÁt hÿp chi tiÁt đàn hßi.

Hình 1.1: ThiÁt bá hß trÿ vÁn đáng cánh tay [9]

1.1.1.1 Cân bÃng trãng lăc chÿ đßng

Cân bÅng trãng lăc chÿ đáng đ°ÿc thăc hián theo nguyên lý phÁn hßi [10]. Nghĩa là dăa vào tín hiáu phÁn hßi từ đÅu ra mà bá truyÃn đáng s¿ thăc hián cung cÃp năng l°ÿng đÅu vào đÅ đÁm bÁo cân bÅng. Ph°¢ng pháp cân bÅng chÿ đáng có nhāng °u điÅm nái trái là khÁ năng đáp āng cao, đÁm bÁo cân bÅng cho kÁt cÃu. Tuy nhiên, ph°¢ng pháp này địi hỏi kÁt cÃu và điÃu khiÅn phāc t¿p, q trình điÃu khiÅn ln có đá trÅ.

1.1.1.2 Cân bÃng trãng lăc bá đßng

Cân bÅng trãng lăc bá đáng th°ång sÿ dāng các c¢ cÃu cân bÅng trãng lăc. Các c¢ cÃu cân bÅng trãng lăc đ°ÿc chia làm ba lo¿i bao gòm [8]: (i) CÂ cu cõn bng tróng lc sÿ dāng đối trãng. Lo¿i c¢ cÃu này sÿ dāng ngun lý táng mơ men tác dāng lên c¢ cÃu bÅng không, nghĩa là đÅ đ¿t cân bÅng cÂ cu phi bỏ sung mỏt khi lng ỗ vỏ trí đối nghách vãi trãng lăc. C¢ cÃu lo¿i này sÿ dāng hiáu quÁ trong các cÅn cẩu và robot cơng nghiáp. Nhìn chung, c¢ cÃu cân bÅng trãng lăc này đÁm bÁo cân bÅng tốt, tuy nhiên khó sÿ dāng khi thiÁt bá có số bÁc tă do lãn. Ngoài ra, lo¿i này phÁi sÿ dāng mát khối l°ÿng đÅ cân bÅng, chính khối l°ÿng ny lm cho thit bỏ trỗ nờn nng n, còng kÃnh, khơng phù hÿp cho thiÁt bá địi hỏi nhỏ gãn. H¢n nāa, khối l°ÿng này cũng làm phát sinh lăc

</div>Trang 33<div class="page_container" data-page="33">

quán tính trong quá trình làm viác. (ii) Cân bÅng trãng lăc sÿ dāng các chi tiÁt biÁn d¿ng đàn hßi nh° dây thun và lị xo. C¢ cÃu cân bÅng trãng lăc lo¿i này đ°ÿc sÿ dāng nhiÃu trong các máy móc và dāng cā. ¯u điÅm nái bÁt cÿa nó là khối l°ÿng cÿa lị xo nhỏ. Do đó, lăc qn tính sinh ra nhỏ. Tuy nhiên, các thiÁt kÁ cÿa c¢ cÃu cân bÅng trãng lăc này th°ång phāc t¿p và khó áp dāng trong tr°ång hÿp thiÁt bá có nhiÃu bÁc tă do. (iii) C¢ cÃu cân bÅng trãng lăc kÁt hÿp giāa lò xo và đối trãng. Lo¿i cân bÅng này sÿ dāng tốt cho các robot công nghiáp. Tuy nhiên, kÁt cÃu cÿa nó khá phāc t¿p.

Ngồi cách phân lo¿i ç trên, c¢ cÃu cân bÅng trãng lăc cịn đ°ÿc chia làm hai lo¿i dăa trên tÁi trãng tác dāng lên c¢ cÃu: (1) C¢ cÃu cân bÅng trãng lăc không thÅ thay đái tÁi trãng. Vãi lo¿i c¢ cÃu cân bÅng trãng lăc này, khi tÁi trãng làm viác bá thay đái thì điÃu kián cân bÅng s¿ bá phá vỡ. C¢ cÃu cân bÅng trãng lăc lo¿i này khơng có khÁ năng thay đái tÁi trãng. (2) C¢ cÃu cân bÅng trãng lăc cú th iu chònh ti tróng. Vói cÂ cu cân bÅng lo¿i này, khi tÁi trãng làm viác thay đái, ng°åi điÃu khiÅn s¿ thăc hián mát quá trình điÃu chßnh đÅ duy trì tr¿ng thái cân bÅng. C¢ cÃu cân bÅng trãng lăc có thÅ điÃu chßnh tÁi trãng đ°ÿc chia làm hai nhóm dăa trên nng lng dựng iu chònh: (2a) CÂ cu cân bÅng trãng lăc có khÁ năng thay đái tÁi trãng nh°ng khi điÃu chßnh cÅn phÁi sÿ dāng năng l°ÿng (Nonenergy-free adjustment). Lo¿i c¢ cÃu này, khi muốn điÃu chßnh phÁi tác dāng mát lăc khá lãn. PhÂng phỏp iu chònh ny cú mỏt s nhc im đó là trong tr°ång hÿp ngn năng l°ÿng bên ngồi bá thiÁu hoặc khơng đÿ thì khơng thÅ điÃu chònh c. (2b) CÂ cu cõn bng tróng lc có khÁ năng điÃu chßnh tÁi trãng khơng cÅn năng l°ÿng (energy free adjustment). Vãi c¢ cÃu lo¿i này ng°åi sÿ dāng có thÅ điÃu chßnh thiÁt bá đÅ duy trì tr¿ng thái cân bÅng khi thay đái tÁi trãng mà khơng cÅn ngn năng l°ÿng từ bên ngồi [11].

Tóm l¿i, c¢ cÃu cân bÅng trãng lăc đã đ°ÿc phát triÅn vãi nhiÃu lo¿i khác nhau. Tuy nhiên, các c¢ cÃu cân bÅng có thÅ điÃu chßnh phi năng l°ÿng thì kÁt cÃu phāc t¿p, kích th°ãc lãn, khơng phù hÿp đÅ lÃp trên thit bỏ hò tr vn ỏng. Nhng cÂ cu s

</div>Trang 34<div class="page_container" data-page="34">

dāng c¢ cÃu mÃm có kÁt cÃu nhỏ gãn, có thÅ lÃp lên thiÁt bá hß trÿ vÁn đáng chi trên thì khơng thÅ điÃu chßnh phi năng l°ÿng, do đó khơng đáp āng cân bÅng cho sinh ho¿t hàng ngày cÿa bánh nhân bá đát quỵ. Vì vÁy, viác phát triÅn mát kÁt cÃu mãi cho c¢ cÃu cân bÅng trãng lăc là nhu cÅu cÃp thiÁt hián nay. Trong luÁn án này, c¢ cÃu cân bÅng trãng lăc đ°ÿc phát triÅn bÅng cách sÿ dāng c¢ cÃu mÃm có thÅ điÃu chßnh phi năng l°ÿng đÅ có thÅ tích hÿp trên thiÁt bá hß trÿ vÁn đáng chi trên.

1.1.2 C¢ cÃu mÁm 1.1.2.1 Khái niám

Cỏc cÂ cu cÂ khớ truyn thng bao gòm cỏc khâu đáng đ°ÿc kÁt nối vãi nhau bÅng các khãp bÁn lÃ, tánh tiÁn, khãp cao phÇng, v.v. và đ°ÿc dùng đÅ truyÃn hoặc biÁn đái năng l°ÿng, chuyÅn đáng, lăc. C¢ cÃu mÃm cũng nh° c¢ cÃu truyÃn thống, chúng cũng có khÁ năng truyÃn hoặc biÁn đái năng l°ÿng, chuyÅn đáng, lăc. Tuy nhiên, c¢ cÃu này có cÃu trúc khác vãi c¢ cÃu trun thống. Nó gßm các khâu đáng đ°ÿc liên kÁt vãi nhau bÅng các khãp mÃm hoặc các thanh mÃm [12, 13]. Vãi tính năng t°¢ng tă nh° c¢ cÃu c¢ khí trun thống nh°ng c¢ cÃu mÃm có nhāng °u điÅm nái trái mà c¢ cÃu trun thống khơng có, nên c¢ cÃu mÃm đ°ÿc āng dāng nhiÃu trong mát số thiÁt bá đòi hỏi nhỏ gãn.

1.1.2.2 ¯u điÃm cÿa c¢ cÃu mÁm

C¢ cÃu mÃm nhÁn đ°ÿc nhiÃu să quan tâm cÿa các nhà khoa hãc trong thåi gian gÅn đây vì chúng có nhāng đặc tính nái bÁt [14-16].

- Dò ch to. CÂ cu mm cú th c ch t¿o bÅng các ph°¢ng pháp nh° dÁp, cÃt bÅng tia n°ãc, cÃt dây, cÃt bÅng tia laser, in 3D, v.v. Ngoi ra cỏc cÂ cu mm cng dò dàng đ°ÿc chÁ t¿o từ công nghá dÁp tÃm.

- Số l°ÿng chi tiÁt cÅn thiÁt trong mát c¢ cÃu đÅ thăc hián mát số chāc năng đ°ÿc giÁm đÁn māc tối thiÅu. Số l°ÿng chi tiÁt cÅn thiÁt giÁm là do c¢ cÃu sÿ dāng các chi tiÁt biÁn d¿ng đàn hßi thay vì sÿ dāng các lò xo, các khãp bÁn lÃ và các

</div>Trang 35<div class="page_container" data-page="35">

11 chân đÁ.

- Thåi gian lÃp ráp cÿa c¢ cÃu nhỏ. Thơng th°ång các cÂ cu truyn thng bao gòm nhiu chi tit lÃp ráp l¿i vãi nhau, trong khi đó c¢ cÃu mÃm th°ång đ°ÿc chÁ t¿o nguyên khối do đó nó giÁm thåi gian cho viác lÃp ráp.

- C¢ cÃu mÃm ít sÿ dāng các khãp bÁn lÃ, khãp phÇng, v.v. Do đó, giÁm u cÅu bơi tr¢n, ít bá mịn. Ngồi ra, viác giÁm số l°ÿng các khãp có khÁ năng chuyÅn đáng cũng làm gim khe hỗ trong cỏc mi lp, giỳp tng ỏ chính xác vá trí và chun đáng cÿa c¢ cÃu.

- Các khãp cÿa c¢ cÃu mÃm sÿ dāng ngun lý biÁn d¿ng đàn hßi. Do đó, nó có khÁ năng tích lũy năng l°ÿng đÅ sinh cơng nh° các lị xo bá kéo, nén.

- Giá thành chÁ t¿o thÃp.

- C¢ cÃu mÃm có khÁ năng thu nhỏ đÅ sÁn phẩm có kích th°ãc nhỏ gãn, giúp cho c¢ cÃu có trãng l°ÿng nhỏ. Đây là mát trong nhāng đặc tính nái bÁt giúp cho c¢ cÃu mÃm có thÅ āng dāng trong các thiÁt bá hß trÿ vÁn đáng, phāc hßi chāc năng, giÁi ph¿u, v.v.

1.1.2.3 Nh°ÿc điÃm

C¢ cÃu mÃm cũng có nhāng nh°ÿc điÅm nh° sau:

- C¢ cÃu mÃm khó phân tích, táng hÿp h¢n c¢ cÃu cāng truyÃn thống rÃt nhiÃu bỗi vỡ nú l cu trỳc nguyờn khi. Mc dự các nhà khoa hãc đã phát triÅn nhiÃu lý thuyÁt giÁi tích tiên tiÁn nh°ng đối vãi āng xÿ có tính phi tun cao, lý thut giÁi tích khó đ¿t đ°ÿc låi giÁi chính xác.

- Khi sÿ dāng c¢ cÃu mÃm cho chāc năng truyÃn năng l°ÿng, q trình biÁn d¿ng đàn hßi cÿa các khãp s¿ hÃp thu mát phÅn năng l°ÿng làm cho hiáu suÃt cÿa c¢ cÃu giÁm.

- Khi thăc hián các chuyÅn đáng quay, c¢ cÃu mÃm th°ång bá hián t°ÿng sai lách tâm quay.

</div>Trang 36<div class="page_container" data-page="36">

- ChuyÅn vá t¿o ra cÿa c¢ cÃu mÃm khơng lãn do đá cāng cao.

1.1.2.4 Āng dāng cÿa c¢ cÃu mÁm

Do c¢ cÃu mÃm có nhāng °u điÅm nái bÁt, nên nó đ°ÿc nghiên cāu và đánh h°ãng āng dāng trong nhiÃu lĩnh văc khác nhau [17] .

a. Dāng cā cÅm tay

Nhå đặc tính chÁ t¿o liÃn khối giúp cho kÁt cÃu nhỏ gãn. Vì vÁy c¢ cÃu mÃm đã đ°ÿc āng dāng đÅ phát triÅn các dāng cā cÅm tay. Howell và Midha (1994) [18] đã sÿ dāng c¢ cÃu mÃm đÅ thiÁt kÁ kÃm cáng lăc. ThiÁt bá có kÁt cÃu gßm các khãp bÁn lÃ uốn có kích th°ãc rÃt nhỏ so vãi các liên kÁt cāng. Nhå kÁt cÃu này mà c¢ cÃu có thÅ khuÁch đ¿i lăc đÅu ra. Ananthasuresh và các cáng să (1995) [19] đã āng dāng c¢ cÃu mÃm đÅ chÁ t¿o dāng cā bÃm kim. Fuzi và các cáng să (2019) [20] đã sÿ dāng c¢ cÃu mÃm đÅ thiÁt kÁ, chÁ t¿o dāng cā ph¿u thuÁt nái soi. Ibrahim và các cáng să (2020) [21] ó nghiờn cu nh hỗng ca cỏc lo¿i vÁt liáu khác nhau đÁn chuyÅn vá, āng suÃt và biÁn d¿ng cÿa kÃm cáng lăc sÿ dāng c¢ cÃu mÃm. Shuib và các cáng să (2021) [22] đã āng dāng c¢ cÃu mÃm đÅ thiÁt kÁ dāng cā ph¿u thuÁt cÅm tay hai bÁc tă do.

b. Bß đánh vá chính xác

Nhå khơng có các khãp nh° c¢ cÃu truyÃn thống, nên c¢ cÃu mÃm có thÅ chun đáng chính xác. C¢ cÃu mÃm đã đ°ÿc āng dāng đÅ chÁ t¿o các bá đánh vá chính xác nh° sau. Dang và các cáng să (2021) [23] đã sÿ dāng c¢ cÃu mÃm đÅ thiÁt kÁ bàn đánh vá hai bÁc tă do sÿ dāng cho thiÁt bá đo đá cāng. Ho và các cáng să (2019) [24] đã sÿ dāng c¢ cÃu mÃm đÅ phát triÅn tay gÃp chính xác. Nguyen và các cáng să (2021) [25] đã sÿ dāng c¢ cÃu mÃm đÅ thiÁt kÁ c¢ cÃu ch¿y dao chính xác. Gräser và các cáng să (2021) đã āng dāng c¢ cÃu mÃm đÅ phát triÅn bàn đánh vá chính xác hai bÁc tă do, v.v.

c. C¢ cÃu cân bÃng trãng lăc

Nhå tính chÃt có thÅ thu nhỏ sÁn phẩm mà c¢ cÃu mÃm cũng đã đ°ÿc nghiên cāu

</div>Trang 37<div class="page_container" data-page="37">

āng dāng cho c¢ cÃu cân bÅng trãng lăc. Gallego và Herder (2010) [26] đã āng dāng c¢ cÃu mÃm đÅ thiÁt kÁ c¢ cÃu cân bÅng trãng lăc. Tác giÁ đã sÿ dāng các cÃu trúc đặc biát cÿa c¢ cÃu đÅ t¿o ra c¢ cÃu cân bÅng. Tuy nhiờn, cÂ cu ny khụng th iu chònh duy trì tr¿ng thái cân bÅng khi tÁi trãng thay đái. Radaelli và Herder (2016) [27] đã sÿ dāng c¢ cÃu mÃm đÅ phát triÅn c¢ cÃu cân bÅng trãng lăc. Tác giÁ đã sÿ dāng kÁt cÃu đặc biát cÿa c¢ cÃu mÃm đÅ cân bÅng vãi trãng lăc hoặc mát lăc không đái tác dāng theo phÂng thầng ng m khụng gõy ra chuyn vá theo ph°¢ng ngang. Tuy nhiên, c¢ cÃu cân bÅng này khơng có khÁ năng thay đái tÁi trãng. Radaelli và Herder (2017) [28] đã sÿ dāng c¢ cÃu mÃm đÅ thiÁt kÁ c¢ cÃu cân bÅng trãng lăc. Tác giÁ đã sÿ dāng hình d¿ng đặc biát cÿa mát lò xo lá phi tuyÁn đÅ t¿o ra lăc khơng đái nh°ng c¢ cÃu khơng có khÁ năng thay đái tÁi trãng. Yang và Lan (2015) [29] đã sÿ dāng c¢ cÃu mÃm đÅ phát triÅn c¢ cÃu cân bÅng trãng lăc. Tác giÁ đã sÿ dāng hai lị xo phÇng trong đó mát lị xo cháu kéo và mát lò xo cháu nén. Mặc dù c¢ cÃu cân bÅng đ°ÿc phát triÅn có kÁt cÃu nhỏ gãn, có khÁ năng thay đái tÁi trãng nh°ng q trình điÃu chßnh cÅn phÁi dùng lăc lãn đÅ t¿o ra biÁn d¿ng ban đÅu cho lũ xo phầng.

Túm li, cÂ cu mm ó đ°ÿc āng dāng nhiÃu trong công nghiáp, kỹ thuÁt và các thiÁt bá chính xác, v.v. Đặc biát nó đ°ÿc āng dāng đÅ thiÁt kÁ c¢ cÃu cân bÅng trãng lăc nhÅm đ¿t đ°ÿc kÁt cÃu nhỏ gãn, nhẹ. Tuy nhiên các c¢ cÃu cân bÅng trãng lăc sÿ dāng c¢ cÃu mÃm hián nay khơng cho phép điÃu chßnh tÁi trãng hoặc cho phép điÃu chßnh nh°ng phÁi dùng ngn năng l°ÿng lãn. Do đó, c¢ cÃu cân bÅng trãng lăc hián nay ch°a phù hÿp cho gÃn vào thiÁt bá hß trÿ vÁn đáng chi trên cho ng°åi bá đát quỵ. XuÃt phát từ đáng c¢ này, viác phát triÅn c¢ cÃu cân bÅng trãng lăc có khÁ năng điÃu chßnh phi năng l°ÿng dăa trên c¢ cÃu mÃm là nhu cÅu cÃp thiÁt.

1.2 Các nghiên cāu liên quan 1.2.1 Nghiên cāu trong n°ác

</div>Trang 38<div class="page_container" data-page="38">

1.2.1.1 Nghiên cāu vÁ c¢ cÃu cân bÃng trãng lăc

Thåi gian gÅn đây, có mát số nhóm tác giÁ đã nghiên cāu và phát triÅn c¢ cÃu cân bÅng trãng lăc. Nguyßn Hßng Nguyên và các cáng să (2018) [30, 31] đã tính tốn, thiÁt kÁ c¢ cÃu cân bÅng trãng lăc sÿ dāng nguyên lý cÿa c¢ cÃu Scotch Yoke. Dăa trên nguyên lý này, nhóm tác giÁ đã phát triÅn c¢ cÃu cân bÅng mát bÁc tă do nh° Hình 1.8 và sÿ dāng c¢ cÃu này đÅ phát triÅn cánh tay ba bÁc tă do. Tuy nhiên, c¢ cÃu này khơng có khÁ năng điÃu chßnh tÁi trãng. Huỳnh Quốc BÁo (2018) [32] đã nghiên cāu khÁ năng làm viác cÿa c¢ cÃu cân bÅng trãng lăc mát bÁc tă do sÿ dāng nguyên lý làm viác cÿa c¢ cÃu Scotch Yoke.

Hình 1.2: C¢ cÃu cân bÅng trãng lăc theo nguyên lý c¢ cÃu Scotch Yoke [30] Nghiên cāu sinh và các cáng să (2020) [33] đã phát triÅn c¢ cÃu cân bÅng trãng lăc có khÁ năng điÃu chßnh tÁi trãng mà q trình điÃu chßnh tÁi trãng chß cÅn dùng lăc nhỏ. C¢ cÃu sÿ dāng kÁt hÿp mát lị xo phÇng và mát khãp xoay mÃm. ThiÁt kÁ đ°ÿc thăc hián có kÁt cÃu nhỏ gãn.

Tóm l¿i, hián nay trong n°ãc có rÃt ít nghiên cāu vÃ c¢ cÃu cân bÅng trãng lăc. Ngồi nghiên cāu cÿa tác giÁ và cáng să, nhāng c¢ cÃu đã đ°ÿc phát triÅn cÿa các nhóm khác có kích th°ãc lãn, khơng có khÁ năng điÃu chßnh tÁi trãng. Do đó, khó āng dāng cho thiÁt bá hß trÿ vÁn đáng chi trên. Vì vÁy, ln án này đÃ xuÃt mát c¢ cÃu cân bÅng trãng lăc có thÅ điÃu chßnh đ°ÿc tÁi trãng. Bên c¿nh đó, c¢ cÃu mÃm cũng đ°ÿc āng

</div>Trang 39<div class="page_container" data-page="39">

15 dāng đÅ đ¿t đ°ÿc kÁt cÃu nhỏ gãn và trãng l°ÿng nhẹ.

1.2.1.2 Nghiên cāu vÁ c¢ cÃu mÁm

Trong lĩnh văc nghiên cāu vÃ c¢ cÃu mÃm, có mát số nhóm nghiên cāu nái bÁt nh° sau. Nhóm nghiên cāu cÿa Ph¿m Huy Tuân và cáng să đã phát triÅn các c¢ cÃu d¿n h°ãng chính xác dăa trên c¢ cÃu mÃm [25]. Trong nghiên cāu này, nhóm tác giÁ đã phát triÅn c¢ cÃu d¿n h°ãng, đánh giá đá nh¿y cÿa các biÁn thiÁt kÁ, thiÁt lÁp mơ hình t°¢ng đ°¢ng và cuối cùng là tối °u hóa thơng số hình hãc cÿa c¢ cÃu bÅng tht tốn tối °u đa māc tiêu. Nhóm tác giÁ này đã thiÁt kÁ các c¢ cÃu hai vá trí [34]. Trong nghiên cāu này, nhóm tác giÁ đã thiÁt kÁ, phân tích và mơ hình hóa cho c¢ cÃu. Āng dāng c¢ cÃu mÃm trong lĩnh văc y sinh [35]. Nhóm tác giÁ đã thiÁt kÁ, mơ phỏng và phân tích cho khãp mÃt cá cÿa bàn chân giÁ. ThiÁt kÁ phân tích khãp xoay mÃm có mơ men khơng đái cho thiÁt bá phāc hßi chāc năng [36], v.v.

Nhóm cÿa TrÅn Ngãc Đăng Khoa và cáng să đã có nhiÃu nghiên cāu vÃ c¢ cÃu mÃm nh° sau. Phát triÅn các c¢ cÃu 2 vá trí dăa trên c¢ cÃu mÃm [37]. Nhóm tác giÁ đã thiÁt kÁ và mơ hình hóa cho c¢ cÃu này. Phát triÅn các c¢ cÃu ba vá trí dăa trên c¢ cÃu mÃm [38]. Nhóm tác giÁ đã thiÁt kÁ c¢ cÃu sau đó phân tích các āng xÿ và sau cùng là tối °u hóa kích th°ãc cho c¢ cÃu. ThiÁt kÁ và mơ hình hóa c¢ cÃu kẹp sÿ dāng c¢ cÃu mÃm [39].

Nhóm nghiên cāu cÿa Đào Thanh Phong và nghiên cāu sinh cũng đã nghiên cāu đánh h°ãng āng dāng c¢ cÃu mÃm đÅ thiÁt kÁ các tay gÃp [40]. Nghiên cāu, thiÁt kÁ cÃu trúc, phân tích āng xÿ, mơ hình hóa và tối °u kích th°ãc cÿa các khãp mÃm [41]. ThiÁt kÁ cÃu trúc, phân tích, mơ hình hóa các āng xÿ cho các bàn đánh vá chính xác sÿ dāng các khãp mÃm [23, 42, 43]. Nghiên cāu, thiÁt kÁ, phân tích, mơ hình hóa và tối °u hóa kích th°ãc cÿa các c¢ cÃu hai vá trí sÿ dāng c¢ cÃu mÃm [44, 45]. Phát triÅn các c¢ cu mm ly ý tỗng t t nhiờn, nhúm tác giÁ dăa trên nhāng cÃu trúc sinh hãc trong tă nhiên đÅ thiÁt kÁ các khãp mÃm. Sau đó, mơ hình hóa và tối °u thơng số hình hãc cho

</div>Trang 40<div class="page_container" data-page="40">

các lo¿i khãp này [46, 47]. Āng dāng c¢ cÃu mÃm đÅ thiÁt kÁ các chi tiÁt, khãp sÿ dāng trong lĩnh văc y sinh [48].

Tóm l¿i, các nghiên cāu trong n°ãc hián nay chÿ yÁu là phát triÅn các khãp mÃm, āng dāng c¢ cÃu mÃm đÅ thiÁt kÁ tay, chân giÁ, bàn đánh vá, tay gÃp, c¢ cÃu nhiÃu vá trí án đánh và phát triÅn các ph°¢ng pháp thiÁt kÁ, mơ hình hóa, tối °u kích th°ãc cho c¢ cÃu mÃm, v.v. Tuy nhiên, v¿n ch°a có nghiên cāu āng dāng c¢ cÃu mÃm cho c¢ cÃu cân bÅng trãng lăc có thÅ lÃp lên thiÁt bá hß trÿ vÁn đáng. Vì vÁy, tác giÁ chãn nghiên cāu thiÁt kÁ c¢ cÃu cân bÅng trãng lăc sÿ dāng c¢ cÃu mÃm.

1.2.2 Nhāng nghiên cāu ngoài n°ác 1.2.2.1 Trong l*nh văc c¢ cÃu cân bÃng

C¢ cÃu cân bÅng có nhiÃu āng dāng trong thăc tißn, khoa hãc, kỹ thuÁt và đåi sống. Đặc biát là āng dāng cho thiÁt bá hß trÿ vÁn đáng. Do đó, có rÃt nhiÃu nghiên cāu vÃ c¢ cÃu cân bÅng trãng lăc. BÁng 1.1 táng hÿp mát số nghiên cāu vÃ c¢ cÃu cân bÅng trãng lăc trên thÁ giãi.

BÁng 1.1: Các nghiên cāu vÃ c¢ cÃu cân bÅng

C¢ cÃu cân bÅng 1 bÁc tă do sÿ dāng cho khãp vai cÿa robot phāc vā và robot hình ng°åi

Lò xo

</div>