Thiết kế và tối ưu hóa các cơ cấu mềm cho hệ tay gắp chính xác

Nhằm có thể thiết kế các cơ cấu mềm cho hệ tay gắp chính xác, có chuyển động trực giao, có thể khuếch đại hành trình chuyển vị, giảm chuyển động theo và gia tăng tốc độ gắp. Phân tích độ bền mỏi của hệ tay gắp để xác định giới hạn truyền động cũng như ảnh hưởng của thông số hình học của cơ cấu mềm đến hiệu quả của hệ tay gắp.

Đánh giá đặc tính của hệ gắp dùng phần mềm mô phỏng tính toán, tiến hành chế tạo, thực nghiệm kiểm chứng các kết quả phân tích và tối ưu đồng thời phát triển các giải thuật tối ưu hóa để tối ưu hiệu quả thực hiện của các cơ cấu mềm, nhóm nghiên cứu do TS Đào Thanh Phong, Đại học Tôn Đức Thắng đứng đầu đã thực hiện đề tài: “Thiết kế và tối ưu hóa các cơ cấu mềm cho hệ tay gắp chính xác”.

Đề tài đã hoàn thành trong thời gian là 20 tháng, từ 14/04/2017 đến 14/12/2018, sớm hơn so với dự kiến là 4 tháng.

Trong nghiên cứu này, nhóm đề tài đã thiết kế các cơ cấu mềm cho hệ tay gắp chính xác. Hệ tay gắp có thể gắp nhiều vật thể có biên dạng phức tạp. Họ tiếp tục phát triển nhiều giải thuật tối ưu hóa cho việc tối ưu cơ cấu mềm.

Các bước chính thực hiện trong nghiên cứu:

a. Về thiết kế, đề tài tiến hành nghiên cứu tài liệu các khớp mềm, cơ cấu mềm, các loại cơ cấu khuếch đại chuyển vị, các hệ tay gắp khác nhau. Họ tiến hành phân tích ưu nhược điểm của chúng. Sau đó đề xuất nhiều mô hình khác nhau và mô tả nguyên lý hoạt động của chúng. Cuối cùng là xác định vật liệu, đặc tính hoạt động, không gian làm việc, khả năng chịu tải, phạm vi gắp, các loại đối tượng sẽ gắp, độ chính xác và độ tin cậy cần đạt được.

b. Về phân tích, đề tài thiết lập nhiều mô hình toán học để phân tích các đặc tính tĩnh học, động học, khả năng làm việc, ứng suất, biến dạng, bất ổn định cấu trúc, và phân tích độ bền mỏi. Từ đó, mô tả được ảnh hưởng các biến thông số hình học của cơ cấu mềm đến hiệu quả gắp. Đề tài cũng kết hợp phân tích giải tích với mô phỏng tính toán.

c. Về tối ưu hóa, dựa trên mô hình toán học, để thiết lập hàm mục tiêu, biến thiết kế, các điều kiện ràng buộc của biến thiết kế, ràng buộc ứng xử. Một số dạng bài toán tối ưu hóa thực hiện trong nghiên cứu này gồm có: (1) Tối ưu hóa biên dạng của cơ cấu mềm chịu ràng buộc ứng suất và hành trình làm việc, (2) Tối ưu hóa cực đại phạm vi gắp chịu ràng buộc không gian làm việc và ứng suất, (3) Tối ưu hóa cực đại tần số riêng của hệ tay gắp để gia tăng tốc độ gắp, (4) Tối ưu hóa cực tiểu chuyển động theo, (5) Tối ưu hóa cực tiểu số lượng bộ dao động, (6) Tối ưu hóa cực tiểu nguyên vật liệu chế tạo và giá thành gia công, (7) Tối ưu hóa cực đại độ bền mỏi chịu ràng buộc ứng suất và giới hạn đàn hồi vật liệu, (8) Tối ưu hóa đa mục tiêu thiết kế với độ tin cậy cao.

d. Về thực nghiệm, đề tài chế tạo nhiều mô hình thực tế và tiến hành đo lường, kiểm tra tất cả đặc tính, khả năng làm việc, xác nhận lại các kết quả.

Các kết quả đạt được của đề tài như sau:

- Thiết kế được các cơ cấu mềm mới cho hệ tay gắp chính xác. Các cơ cấu mềm có thể khuếch đại phạm vi gắp.

- Thiết kế được các cơ cấu khuếch đại hành trình có chuyển động trực giao để giảm chuyển động theo, nhờ đó độ chính xác gắp gia tăng.

- Phân tích và đánh giá được các ảnh hưởng thông số hình học của cơ cấu mềm đến hiệu quả thực hiện đầu ra của tay gắp.

- Phát triển được các giải thuật tối ưu hóa mới để tối ưu hiệu quả thực hiện các cơ cấu mềm.

Các kết quả nghiên cứu của đề tài này cung cấp các phương pháp hữu ích cho lĩnh vực thiết kế và tối hóa cơ cấu mềm. Kết quả nghiên cứu sẽ tạo ra nhiều mô hình cơ cấu mềm mới có thể tự khuếch đại hành trình chuyển vị. Chúng có thể được áp dụng cho lĩnh vực định vị chính xác và truyền động lắp ráp vi cơ điện tử. Thêm vào đó, kết quả nghiên cứu này sẽ tạo ra các giải thuật tối ưu hóa cải tiến với độ tin cậy cao. Các giải thuật tối ưu hóa được phát triển có thể ứng dụng cho nhiều lĩnh vực khoa học kỹ thuật liên quan.

Các kết quả được công bố trên tạp chí uy tín như Mathematical Problems in Engineering, Arabian Journal for Science and Engineering, Journal of Technical Education Science, The Official Journal of the World Federation on Soft Computing (WFSC) và Hội nghị Cơ học toàn quốc lần thứ X tại Hà Nội.

Có thể tìm đọc toàn văn Báo cáo kết quả nghiên cứu của Đề tài (Mã số 15724/2018) tại Cục Thông tin Khoa học và Công nghệ Quốc gia.

Theo Vista.gov.vn