Luận án Tiến sĩ: Phát triển & tối ưu kẹp mẫu trụ dùng cơ cấu khớp mềm, Ho Nhat Linh
Phát triển, tối ưu hóa tay kẹp cho mẫu hình trụ bằng cơ cấu khớp mềm. Nâng cao độ chính xác, hiệu quả trong quá trình thao tác mẫu.
Ho Chi Minh City University of Technology and Education
Kỹ thuật cơ khí
Luan An
luận án
Năm xuất bản
Số trang
242
Thời gian đọc
37 phút
Lượt xem
0
Lượt tải
0
Phí lưu trữ
50 Point
Mục lục chi tiết
Tóm tắt nội dung
I. Nền tảng và mục tiêu phát triển kẹp mẫu trụ hiệu quả
Luận văn tập trung vào việc giải quyết các thách thức trong thiết kế gá kẹp mẫu thử. Kẹp truyền thống thường có ma sát, độ mòn, và yêu cầu lắp ráp phức tạp. Đây là những hạn chế lớn trong các ứng dụng đòi hỏi độ chính xác cao. Nghiên cứu đề xuất sử dụng cơ cấu khớp mềm để khắc phục nhược điểm này. Cơ cấu khớp mềm tận dụng sự đàn hồi biến dạng của vật liệu, tạo ra chuyển động mà không cần khớp nối cơ học rời rạc. Điều này giúp tăng độ chính xác, giảm bảo trì và đơn giản hóa quá trình sản xuất. Mục tiêu chính là phát triển các giải pháp kẹp mẫu trụ tiên tiến, tích hợp công nghệ khớp mềm. Luận văn hướng đến việc cung cấp một khuôn khổ thiết kế và tối ưu hóa toàn diện. Nghiên cứu này đóng góp vào lĩnh vực cơ khí chính xác và công nghệ gá kẹp.
1.1. Bối cảnh nghiên cứu và vấn đề đặt ra
Ngành công nghiệp đòi hỏi kẹp mẫu trụ có độ chính xác, độ bền cao. Gá kẹp truyền thống gặp vấn đề về ma sát, độ rơ và sự phức tạp trong lắp ráp. Điều này ảnh hưởng đến hiệu suất và tuổi thọ hệ thống. Nhu cầu về một giải pháp kẹp gọn nhẹ, không ma sát, và dễ bảo trì là cấp thiết. Cơ cấu khớp mềm nổi lên như một công nghệ tiềm năng. Nó mang lại khả năng biến dạng đàn hồi, loại bỏ các chi tiết lắp ráp rời rạc. Giảm số lượng bộ phận, tăng độ tin cậy. Nghiên cứu tập trung vào khai thác ưu điểm này. Phát triển kẹp mẫu trụ tiên tiến, đáp ứng yêu cầu kỹ thuật nghiêm ngặt. Vấn đề đặt ra là làm thế nào để thiết kế và tối ưu hóa các cơ cấu này hiệu quả.
1.2. Mục tiêu chính của luận văn
Mục tiêu là phát triển và tối ưu hóa các kẹp mẫu trụ dựa trên cơ cấu khớp mềm. Đảm bảo khả năng kẹp chắc chắn, chính xác các vật thể hình trụ. Nghiên cứu tập trung vào thiết kế cấu trúc, phân tích hành vi cơ học. Đồng thời, tối ưu hóa các thông số thiết kế để đạt hiệu suất cao nhất. Một mục tiêu quan trọng khác là tích hợp cảm biến dịch chuyển vào các gá kẹp này. Cảm biến giúp theo dõi trạng thái kẹp, tăng cường khả năng điều khiển và phản hồi. Luận văn cũng nhằm đưa ra các phương pháp mô hình hóa và đánh giá hiệu quả. Các phương pháp này hỗ trợ quá trình thiết kế và kiểm chứng thực nghiệm. Đạt được một giải pháp kẹp mẫu trụ tiên tiến, hiệu quả cho ứng dụng công nghiệp.
1.3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
Về mặt khoa học, luận văn đóng góp vào việc phát triển lý thuyết về cơ cấu khớp mềm. Mở rộng hiểu biết về thiết kế và tối ưu hóa các hệ thống biến dạng đàn hồi. Cung cấp các phương pháp mô hình hóa và phân tích tiên tiến. Đặc biệt là ứng dụng phân tích phần tử hữu hạn (FEA) trong thiết kế kẹp mẫu trụ. Về mặt thực tiễn, nghiên cứu này mang lại giải pháp kẹp hiệu quả hơn. Giảm chi phí sản xuất và bảo trì cho các thiết bị gá kẹp mẫu thử. Nâng cao độ chính xác và độ tin cậy trong các quy trình công nghiệp. Sản phẩm có thể ứng dụng trong robot, thiết bị đo lường, và các hệ thống tự động hóa. Đề xuất một phương pháp tiếp cận mới trong thiết kế kẹp, thúc đẩy ứng dụng cơ cấu khớp mềm rộng rãi hơn.
II. Tổng quan cơ cấu khớp mềm và ứng dụng thực tiễn
Cơ cấu khớp mềm (compliant mechanism) là nền tảng của nhiều thiết kế hiện đại. Chúng tận dụng sự đàn hồi biến dạng của vật liệu để truyền chuyển động và lực. Không cần các khớp nối truyền thống như bản lề hay ổ bi. Điều này giúp loại bỏ ma sát, độ rơ và giảm số lượng chi tiết lắp ráp. Từ đó tăng độ chính xác và độ tin cậy. Luận văn xem xét các định nghĩa, phân loại khác nhau của cơ cấu khớp mềm. Các phân loại này dựa trên phương pháp tạo độ đàn hồi, hình dạng biến dạng, hoặc chức năng. Nghiên cứu cũng khảo sát các ứng dụng thực tiễn của chúng. Từ cảm biến dịch chuyển đến các bộ gá kẹp mẫu thử. Đánh giá các nghiên cứu quốc tế và trong nước về lĩnh vực này. Phân tích các ưu nhược điểm của từng loại cơ cấu. Chuẩn bị cơ sở lý thuyết vững chắc cho việc phát triển kẹp mẫu trụ. Đảm bảo hiểu biết toàn diện về công nghệ compliant mechanism.
2.1. Định nghĩa và phân loại cơ cấu khớp mềm
Cơ cấu khớp mềm là một hệ thống truyền tải chuyển động hoặc lực thông qua sự đàn hồi biến dạng của vật liệu. Chúng không có các khớp nối riêng biệt. Thay vào đó, sự linh hoạt được tích hợp trực tiếp vào cấu trúc. Các cơ cấu này được phân loại theo nhiều tiêu chí. Có thể phân loại dựa trên cách tạo độ đàn hồi, ví dụ: khớp mềm phân tán hoặc khớp mềm tập trung. Phân loại khác dựa trên hình thức biến dạng, như uốn, kéo nén, hoặc xoắn. Một cách phân loại nữa là dựa trên mối liên hệ giữa các đoạn đàn hồi và đoạn chuyển động của cơ cấu. Hoặc phân loại theo chức năng, như cơ cấu khớp mềm dùng cho kẹp, cảm biến, hoặc bộ khuếch đại dịch chuyển. Hiểu rõ các phân loại này giúp lựa chọn thiết kế phù hợp cho kẹp mẫu trụ.
2.2. Các cơ cấu khớp mềm điển hình và ứng dụng
Nhiều cơ cấu khớp mềm đã được phát triển và ứng dụng rộng rãi. Các bản lề mềm (flexure hinges) là thành phần cơ bản. Chúng cho phép chuyển động quay với độ chính xác cao mà không có ma sát. Cơ cấu Scott-Russell là ví dụ về bộ khuếch đại dịch chuyển dùng khớp mềm. Nó chuyển đổi một dịch chuyển nhỏ thành một dịch chuyển lớn hơn. Các cảm biến dịch chuyển cũng được chế tạo dựa trên cơ cấu khớp mềm. Chúng tích hợp các cảm biến đo biến dạng (strain gauge) để đo chính xác chuyển vị nhỏ. Trong lĩnh vực gá kẹp mẫu thử, cơ cấu khớp mềm cung cấp giải pháp kẹp mềm mại, đồng đều. Kẹp mẫu trụ sẽ giảm nguy cơ làm hỏng mẫu. Ứng dụng phổ biến trong vi cơ học, robot chính xác và thiết bị y tế. Công nghệ này đang ngày càng trở nên quan trọng.
2.3. Nghiên cứu liên quan trong nước và quốc tế
Lĩnh vực cơ cấu khớp mềm đã thu hút sự quan tâm lớn từ các nhà khoa học trên thế giới. Nhiều nghiên cứu quốc tế tập trung vào phát triển lý thuyết, mô hình hóa và ứng dụng. Các nhà khoa học nước ngoài đã đóng góp đáng kể vào việc hiểu rõ hành vi đàn hồi biến dạng. Họ phát triển các phương pháp tối ưu hóa thiết kế hiệu quả. Đặc biệt là trong thiết kế khớp mềm và các bộ gá kẹp robot. Tại Việt Nam, nghiên cứu về cơ cấu khớp mềm và ứng dụng vẫn đang phát triển. Các công trình trong nước đã bắt đầu khám phá tiềm năng của công nghệ này. Cả trong thiết kế máy móc và hệ thống tự động hóa. Việc tổng hợp và phân tích các nghiên cứu này cung cấp cái nhìn toàn diện. Từ đó xác định khoảng trống và hướng đi cho luận văn. Giúp đảm bảo tính mới và giá trị khoa học của đề tài.
III. Cơ sở lý thuyết và phương pháp tối ưu hóa thiết kế
Để phát triển và tối ưu kẹp mẫu trụ hiệu quả, cần một nền tảng lý thuyết vững chắc. Phần này trình bày các nguyên tắc cơ bản của khớp mềm. Đặc biệt là về bản lề mềm (flexure hinges). Chúng là thành phần cốt lõi của cơ cấu khớp mềm. Luận văn cũng đề cập đến các công thức toán học tổng quát mô tả hành vi của chúng. Việc mô tả chính xác đàn hồi biến dạng là rất quan trọng. Phương pháp đo biến dạng bằng cảm biến (strain gauge) cũng được trình bày. Đây là một công cụ thiết yếu để đánh giá hiệu suất của kẹp. Các phương pháp mô hình hóa và phân tích cơ cấu khớp mềm được thảo luận. Bao gồm phân tích phần tử hữu hạn (FEA) và các cách tiếp cận dựa trên dữ liệu. Trình bày chi tiết về thiết kế thực nghiệm (DOE). Nắm vững các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tối ưu hóa đa mục tiêu. Đặc biệt là việc xác định các trọng số phù hợp. Điều này đảm bảo quá trình tối ưu hóa thiết kế đạt được kết quả mong muốn.
3.1. Lý thuyết cơ bản về khớp mềm
Lý thuyết về bản lề mềm (flexure hinges) là trọng tâm. Các bản lề này hoạt động như các khớp nối không ma sát. Chúng cho phép chuyển động quay thông qua sự biến dạng đàn hồi của vật liệu. Các mô hình toán học tổng quát được sử dụng để dự đoán hành vi của khớp mềm. Chúng bao gồm các phương trình liên quan đến độ cứng, độ bền và giới hạn dịch chuyển. Hiểu rõ các công thức này giúp thiết kế khớp mềm tối ưu. Đặc biệt là cho các ứng dụng đòi hỏi độ chính xác cao như kẹp mẫu trụ. Các yếu tố như vật liệu, hình dạng hình học, và tải trọng ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất của bản lề mềm. Nắm vững lý thuyết này là bước đầu tiên để xây dựng một compliant mechanism hiệu quả.
3.2. Phương pháp mô hình hóa và phân tích
Việc mô hình hóa và phân tích cơ cấu khớp mềm là rất quan trọng. Phân tích phần tử hữu hạn (FEA) là công cụ chính. Phần mềm như ANSYS được sử dụng để mô phỏng hành vi của kẹp mẫu trụ. FEA giúp xác định phân bố ứng suất, biến dạng và chuyển vị dưới các điều kiện tải khác nhau. Nó cho phép đánh giá hiệu suất của thiết kế trước khi chế tạo. Ngoài FEA, các phương pháp mô hình hóa dựa trên dữ liệu cũng được xem xét. Các phương pháp này sử dụng dữ liệu thực nghiệm hoặc mô phỏng để xây dựng mô hình dự đoán. Điều này giúp tăng cường độ chính xác và hiệu quả của quá trình thiết kế. Việc kết hợp cả hai phương pháp giúp có cái nhìn toàn diện về hành vi cơ học của compliant mechanism.
3.3. Các yếu tố ảnh hưởng tối ưu đa mục tiêu
Quá trình tối ưu hóa thiết kế kẹp mẫu trụ thường bao gồm nhiều mục tiêu. Ví dụ: tối đa hóa lực kẹp, tối thiểu hóa khối lượng, hoặc tối thiểu hóa biến dạng không mong muốn. Đối mặt với các mục tiêu xung đột, cần có một phương pháp tối ưu đa mục tiêu. Việc xác định các biến thiết kế là bước đầu tiên. Tiếp theo là định nghĩa các hàm mục tiêu và ràng buộc. Một yếu tố quan trọng là việc xác định trọng số (weighting factors) cho từng mục tiêu. Trọng số này phản ánh mức độ ưu tiên của mỗi mục tiêu. Nó ảnh hưởng lớn đến kết quả tối ưu cuối cùng. Các phương pháp tối ưu hóa như thuật toán di truyền hoặc phương pháp gradient được sử dụng. Chúng tìm kiếm bộ thông số thiết kế tốt nhất. Đảm bảo đáp ứng tất cả các yêu cầu kỹ thuật và hiệu suất.
IV. Phát triển và tối ưu kẹp mẫu trụ phi đối xứng đàn hồi
Phần này đi sâu vào thiết kế cụ thể của một gá kẹp mẫu thử phi đối xứng. Cơ cấu này dựa trên compliant mechanism và tích hợp cảm biến dịch chuyển. Thiết kế phi đối xứng mang lại những đặc tính hoạt động độc đáo. Nó có thể đáp ứng các yêu cầu kẹp đặc biệt. Luận văn mô tả chi tiết cấu trúc cơ khí và nguyên lý làm việc của cảm biến dịch chuyển. Cảm biến này đóng vai trò quan trọng trong việc giám sát quá trình kẹp. Các yêu cầu kỹ thuật nghiêm ngặt được đặt ra cho cảm biến. Đảm bảo độ chính xác và độ nhạy cần thiết. Hành vi của cảm biến được phân tích kỹ lưỡng, đặc biệt là mối quan hệ giữa ứng suất và biến dạng. Đây là cơ sở để hiểu rõ phản ứng của vật liệu. Cuối cùng, quá trình tối ưu hóa thiết kế được thực hiện. Nó bao gồm việc xác định các biến thiết kế, hàm mục tiêu và ràng buộc. Đảm bảo kẹp mẫu trụ đạt hiệu suất tối ưu và độ tin cậy cao.
4.1. Thiết kế cấu trúc và nguyên lý hoạt động
Cấu trúc của kẹp mẫu trụ phi đối xứng được thiết kế đặc biệt. Nó sử dụng cơ cấu khớp mềm để tạo ra chuyển động kẹp. Thiết kế này tích hợp một cảm biến dịch chuyển trực tiếp vào cấu trúc. Cảm biến có cấu tạo đơn giản nhưng hiệu quả. Nguyên lý làm việc dựa trên sự biến dạng đàn hồi của vật liệu. Khi gá kẹp mẫu thử tác động lực, cấu trúc biến dạng. Sự biến dạng này được cảm biến ghi nhận. Từ đó suy ra dịch chuyển và lực kẹp. Cảm biến được thiết kế để có độ nhạy cao. Nó có thể phát hiện những thay đổi nhỏ trong vị trí kẹp. Thiết kế phi đối xứng mang lại khả năng kẹp linh hoạt. Nó có thể thích ứng với các hình dạng mẫu trụ có dung sai khác nhau. Điều này làm tăng tính ứng dụng của kẹp.
4.2. Phân tích hành vi và yêu cầu kỹ thuật
Hành vi của kẹp mẫu trụ và cảm biến tích hợp được phân tích toàn diện. Phân tích phần tử hữu hạn (FEA) được sử dụng để nghiên cứu phân bố ứng suất và biến dạng. Điều này giúp xác định các vùng có nguy cơ hỏng hóc hoặc biến dạng quá mức. Mối quan hệ giữa ứng suất và biến dạng (strain versus stress) được đánh giá chi tiết. Từ đó hiểu rõ đặc tính đàn hồi của vật liệu. Các yêu cầu kỹ thuật cho cảm biến dịch chuyển bao gồm độ nhạy, dải đo, và độ tuyến tính. Đảm bảo cảm biến hoạt động ổn định và chính xác trong điều kiện vận hành. Mục tiêu là đạt được một cảm biến có khả năng đo lường đáng tin cậy. Thông tin này cần thiết cho việc điều khiển vòng kín của hệ thống kẹp. Tuân thủ các tiêu chuẩn kỹ thuật giúp nâng cao chất lượng sản phẩm.
4.3. Tối ưu hóa thiết kế cảm biến tích hợp
Quá trình tối ưu hóa thiết kế tập trung vào cảm biến dịch chuyển tích hợp. Mục tiêu là tối đa hóa độ nhạy của cảm biến trong khi duy trì độ bền cơ học. Các biến thiết kế bao gồm kích thước hình học, độ dày của các bản lề mềm, và loại vật liệu. Các hàm mục tiêu có thể bao gồm tối đa hóa tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu hoặc tối thiểu hóa kích thước. Các ràng buộc được đặt ra liên quan đến ứng suất tối đa cho phép và giới hạn dịch chuyển. Luận văn sử dụng phương pháp tối ưu đa mục tiêu để giải quyết bài toán này. Phương pháp này cân bằng giữa các mục tiêu đối lập. Xác định các trọng số phù hợp là bước quan trọng. Kết quả tối ưu hóa cung cấp bộ thông số thiết kế lý tưởng. Đảm bảo cảm biến hoạt động hiệu quả, chính xác trong gá kẹp mẫu thử.
V. Mô hình hóa và tối ưu kẹp mẫu trụ đối xứng dùng FEA
Phần này tập trung vào một thiết kế kẹp mẫu trụ đối xứng sử dụng cơ cấu khớp mềm. Phương pháp mô hình hóa và tối ưu hóa chi tiết được trình bày. Thiết kế đối xứng thường được ưu tiên do sự cân bằng lực và đơn giản trong chế tạo. Xây dựng mô hình tính toán là bước đầu tiên. Mô hình này phản ánh chính xác cấu trúc hình học và đặc tính vật liệu. Phân tích hiệu suất được thực hiện chủ yếu bằng phân tích phần tử hữu hạn (FEA). Sử dụng phần mềm ANSYS là công cụ mạnh mẽ. FEA giúp đánh giá các thông số quan trọng như lực kẹp, biến dạng, và độ cứng. Mục tiêu là đảm bảo kẹp mẫu trụ có khả năng kẹp chắc chắn và đồng đều. Chiến lược tối ưu hóa được phát triển để cải thiện các đặc tính này. Luận văn trình bày các kết quả tối ưu hóa. Thảo luận về ảnh hưởng của các thông số thiết kế đến hiệu suất tổng thể của gá kẹp mẫu thử. Từ đó đưa ra những đề xuất thiết kế cuối cùng.
5.1. Xây dựng mô hình tính toán cho kẹp đối xứng
Mô hình tính toán cho kẹp mẫu trụ đối xứng được xây dựng chi tiết. Mô hình này bao gồm các yếu tố hình học của cơ cấu khớp mềm. Nó bao gồm các bản lề mềm, các cánh tay kẹp và điểm đặt lực. Vật liệu được sử dụng thường là vật liệu đàn hồi có tính chất cơ học ổn định. Các đặc tính vật liệu như mô đun Young, tỷ số Poisson được đưa vào mô hình. Mục tiêu là tạo ra một mô hình số hóa chính xác. Mô hình này phải phản ánh hành vi vật lý của kẹp. Nó là cơ sở cho các phân tích tiếp theo bằng phương pháp FEA. Các giả định về điều kiện biên và tải trọng cũng được xác định rõ ràng. Điều này giúp đảm bảo kết quả mô phỏng đáng tin cậy. Xây dựng mô hình là bước quan trọng để tiến hành phân tích và tối ưu.
5.2. Phân tích hiệu suất bằng phương pháp FEA
Phân tích phần tử hữu hạn (FEA) là công cụ chính để đánh giá hiệu suất của kẹp mẫu trụ đối xứng. Phần mềm ANSYS được sử dụng để thực hiện các mô phỏng. Phân tích ứng suất giúp xác định các vùng tập trung ứng suất cao. Điều này giúp tránh hỏng hóc hoặc biến dạng vĩnh viễn. Phân tích biến dạng cho biết chuyển vị của các điểm trên cơ cấu dưới tác động của lực kẹp. Đánh giá độ cứng của hệ thống là một phần quan trọng của phân tích. Nó ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng giữ mẫu. FEA cũng cho phép nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số hình học khác nhau. Ví dụ: độ dày khớp mềm, chiều dài cánh tay kẹp. Nó giúp hiểu sâu hơn về hành vi cơ học của compliant mechanism. Từ đó đưa ra các cải tiến thiết kế.
5.3. Chiến lược tối ưu hóa và kết quả
Chiến lược tối ưu hóa được phát triển để cải thiện hiệu suất của kẹp mẫu trụ đối xứng. Các mục tiêu tối ưu có thể bao gồm tối đa hóa lực kẹp, giảm biến dạng không mong muốn, hoặc tối thiểu hóa khối lượng. Các biến thiết kế được xác định, bao gồm các kích thước quan trọng của cơ cấu khớp mềm. Các ràng buộc được đặt ra liên quan đến giới hạn vật liệu và không gian làm việc. Phương pháp tối ưu đa mục tiêu được áp dụng để tìm kiếm giải pháp tối ưu. Kết quả tối ưu hóa cung cấp một bộ thông số thiết kế lý tưởng. Bộ thông số này cân bằng giữa các mục tiêu khác nhau. Luận văn trình bày các kết quả mô phỏng, so sánh hiệu suất trước và sau tối ưu. Thảo luận chi tiết về lợi ích của việc tối ưu hóa trong việc nâng cao khả năng của gá kẹp mẫu thử. Đảm bảo kẹp hoạt động hiệu quả và bền bỉ.
Tải xuống file đầy đủ để xem toàn bộ nội dung
Tải đầy đủ (242 trang)Trích đoạn nội dung luận án
Tải xuống để đọc toàn bộMINISTRY OF EDUCATION AND TRAINING HO CHI MINH CITYUNIVERSITY OF TECHNOLOGY AND EDUCATION PH. DISSERTATION HO NHAT LINH DEVELOPMENT AND OPTIMIZATION OF GRIPPERS FOR CYLINDRICAL SAMPLE USING COMPLIANT MECHANISMS MAJOR: MECHANICAL ENGINEERING SKA 0 0 0 0 6 1 Ho Chi Minh City, November 2023 MINISTRY OF EDUCATION AND TRAINING HCM CITY UNIVERSITY OF TECHNOLOGY AND EDUCATION HO NHAT LINH DEVELOPMENT AND OPTIMIZATION OF GRIPPERS FOR CYLINDRICAL SAMPLE USING COMPLIANT MECHANISMS PH. DISSERTATION MAJOR: MECHANICAL ENGINEERING CODE: 9520103 Supervisor 1: Assoc. Le Hieu Giang Supervisor 2: Dr.
Dao Thanh Phong Reviewer 1: Assoc. Nguyen Quoc Hung Reviewer 2: Assoc. Pham Huy Hoang Reviewer 3: Assoc. Luong Hong Sam Ho Chi Minh City, November 2023 i SCIENTIFIC CURRICULUM VITAE I.
Full name: HO NHAT LINH 2. Birthday: 01/01/1982 Place of birth: Long An 3. Nationality: Vietnam Sex: Male 4. Academic degree: Master of Engineering - 2016 5.
Office Home 2nd Floor, No.63, Xuan Hong B69/4, My Hoa 2, Xuan street, 12 Ward, Tan Binh District, Thoi Dong Ward, Hoc 1 Address HCMC, Viet Nam Mon District, HCMC, Viet Nam 2 Phone/ (+84) 944.004 fax 3 Email honhatlinh01011982@gmail. Education background (latest): Level Time Institution Major/Specialty HCMC University of Mechanical BS. 2005 Technology and Education, Engineering Viet Nam Ho Chi Minh City Mechanical MS. 2016 University of Technology, Engineering Viet Nam II.
Work experience Time Organization Position From to ii CÔNG TY TNHH VIE-PAN – 06/2005 01/2007 Mechanical Engineer Việt nam CTY TNHH IKEBA SANGYO 01/2007 05/2009 Mechanical Engineer – Nhật Bản CTY TNHH SEKO SANGYO 06/2009 10/2012 Mechanical Engineer – Nhật Bản CTY TNHH NIDEC 12/2012 09/2013 Mechanical Engineer SEIMITSU VIET NAM 09/2013 Present CTY TNHH KOEI VIET NAM Sales engineer III. Dao Thanh Phong Office: Faculty of Mechanical Engineering, HCMC University of Technology and Education Email: dtphong@hcmute. Le Hieu Giang Office: HCMC University of Technology and Education Email: gianglh@hcmute.vn Commitment: I hereby guarantee that all the above declaration is the truth and only the truth. I will fully take responsibility if there is any deception.
Ho Chi Minh City, November 2023 Signature and Full name Ho Nhat Linh iii CONTENTS CONTENTS. iv ORIGINALITY STATEMENT. xi LIST OF ABBREVIATIONS. xii LIST OF SYMBOLS.
xiv LIST OF FIGGURES. xvii LIST OF TABLES. xxii Chapter 1 INTRODUCTION. Background and motivation.
Problem description of proposed compliant grippers. Objects of the dissertation. Objectives of the dissertation. The scientific and practical significance of the dissertation.
Outline of the dissertation .9 Chapter 2 LITERATURE REVIEW. Overview of compliant mechanism. Definition of compliant mechanism. Categories of compliant mechanism.
Compliance-driven classification. Deformation-based classification. Classification based on the association of the compliance and movement segments of the mechanism. Classified based on the function.
Compliant joints or flexure hinges. Displacement amplification based on the compliant mechanism. The Scott-Russell mechanism. Displacement sensors based on compliant mechanisms.
Compliant grippers based on embedded displacement sensors. International and domestic research. Research works in the field by foreign scientists. Study on compliant mechanisms by foreign scientists.
Study on robotic grippers and compliant grippers by foreign scientists. Research works in the field by domestic scientists. Research on compliant mechanisms by domestic scientists. Research on robotic grippers and compliant grippers by domestic scientists .43 Chapter 3 THEORETICAL FOUNDATIONS.
The basic theory of flexure hinges. Generic mathematical formulation. Strain gauge-based displacement sensor. Design of experiments.
Modeling methods and approaches for compliant mechanisms. Data-driven modeling methods. Weighting factors in multi-objective optimization problems .68 Chapter 4 DESIGN, ANALYSIS AND OPTIMIZATION OF AN ASYMMETRICALLY STRUCTURED GRIPPER BASED ON A COMPLIANT MECHANISM WITH AN INTEGRATED DISPLACEMENT SENSOR. Research targets of displacement sensor for compliant gripper.
Structural design of proposed displacement sensor. Mechanical design and working principle of a proposed displacement sensor. Description of the structure of the displacement sensor. The working principle of a displacement sensor.
Technical requirements of a proposed displacement sensor. Behavior analysis of the displacement sensor. Strain versus stress. Design optimization of a proposed displacement sensor.
Description of optimization problem of a proposed displacement sensor. Definition of design variables. Definition of objective functions. Definition of constraints.
The proposed method for optimizing the displacement sensor. Optimal Results and Discussion. Determining Weight Factor .120 Chapter 5 COMPUTATIONAL MODELING AND OPTIMIZATION OF A SYMMETRICAL COMPLIANT GRIPPER FOR CYLINDRICAL SAMPLES. Basic application of symmetrical compliant gripper for cylindrical sample.
Research targets of symmetrical compliant gripper. Mechanical design of symmetrical compliant gripper. Description of structural design. Technical requirements of proposed symmetrical compliant gripper.
Behavior analysis of the proposed compliant gripper. Design optimization of the compliant gripper. Problem statement of optimization design. Determination of design variables.
Determination of objective functions. Determination of constraints. Proposed optimization method for the compliant gripper. Optimized results and validations .146 Chapter 6 CONCLUSIONS AND FUTURE WORKS .151 LIST OF AUTHOR’S PUBLICATIONS .173 viii ORIGINALITY STATEMENT I, Ho Nhat Linh, confirm that this dissertation is the product of my efforts, carried out under the guidance of Assoc.
Le Hieu Giang and Dr. Dao Thanh Phong, to the best of my understanding. The information and findings presented in this dissertation are authentic and have not been previously published. ix ACKNOWLEDGMENTS First of all, I am grateful to my adviser, Assoc.
Le Hieu Giang and Dr. Dao Thanh Phong have supported me with his knowledge and dedication throughout my Ph. studies and provided me with the perspective required to conduct research in the field of Compliant mechanisms. I would want to thank my compliance team members, who will follow me throughout my research career.
Also, I would like to thank for the financial support from the HCMC University of Technology and Education, Vietnam, under Grant No. T2018-16TÐ, and Vietnam National Foundation for Science and Technology Development (NAFOST ED) under grant No. To conclude, I extend my heartfelt appreciation to my spouse and parents for their motivation, assistance, and endurance. Ho Nhat Linh x ABSTRACT Developing a gripper with accurate grasping and positioning tasks has been a daunting challenge in the assembly industry.
To meet these requirements, this thesis aims to develop two new types of compliant grippers. The first gripper with an asymmetrical structure is capable of integrating displacement sensors. The second gripper with a symmetrical structure is served for assembly. The hypothesized grasping objects are small-sized cylinders as the shaft of the vibration motor used in mobile phones or electronic devices ( 0.
In the first part, a displacement sensor for self-identifying the stroke of an asymmetric compliant gripper is analyzed and optimized. Strain gauges are placed in the flexible beams of the gripper and turn it into the displacement sensor with a resolution of micrometers. In addition, static and dynamic equations of the gripper are built via the pseudo-rigid-body model (PRBM) and Lagrange’s principle. To increase the stiffness and frequency, silicone rubber is filled the open cavities of the gripper.
Taguchi-coupled teaching learning-based optimization (HTLBO) method is formulated to solve the multi-response optimization for the gripper. Initial populations for the HTLBO are generated using the Taguchi method (TM). The weight factor (WF) for each fitness function is properly computed. The efficiency of the proposed method is superior to other optimizers.
The results determined that the displacement is 1924.15 µm and the frequency is 170. In the second part, a symmetric compliant gripper consisting of two symmetrical jaws is designed for the assembly industry. The kinematic and dynamic models are analyzed via PRBM and the Lagrange method. An intelligent computational technique, adaptive network-based fuzzy inference system-coupled Jaya algorithm, is proposed to improve the output responses of the gripper.
The WF of each cost function is computed. The results achieved a displacement of 3260 µm. Besides, the frequency was 61. Physical experiments are implemented to evaluate the effectiveness of both compliant grippers.
The experimental results are relatively agreed with the theoretical results. xi LIST OF ABBREVIATIONS Abbreviation Full name CAD Computer-aided design FEM Finite element method FEA Finite element analysis CG Compliant gripper CM Compliant mechanism PEA Piezoelectric actuator MDS Micro-displacement sensor SR Silicon rubber TM Taguchi method ANOVA Analysis of variance S/N Signal-to-Noise AVONSNR Average value of normalized S/N ratios RSM Response surface methodology PRBM Pseudo-rigid-body model TLBO Teaching learning-based optimization HTLBO Hybrid teaching learning-based optimization GA Genetic algorithm PSO Particle swarm optimization xii Abbreviation Full name AEDE Adaptive elitist differential evolution ANFIS Adaptive neuro-fuzzy inference system technique WF Weight factor DA Displacement amplification MOO Multi-objective optimization MOOP Multi-objective optimization problem NSGA-II Nondominated sorting genetic algorithm II WEDM Wire electrical discharged machining FH Flexure hinge xiii LIST OF SYMBOLS Abbreviation Full name S Safety factor y Yield strength of the material f Frequency E Young’s modulus ε Strain σ Stress y The quality response i The number of experiments q The number of replicates of experiment ‘i’ nd The population size X The vector of design variables xi Design variable UL,i Upper limit of the design variable UL,i Lower limit of the design variable pop The population r Random value TF The teaching factor xiv Abbreviation Full name m(.) Average value of the data set. S/N Signal-to-noise ratio zi Normalized mean S/N i S/N ratio m The number of responses R The resistance G Gauge factor Vo The output of the circuit Vex The excitation voltage of the circuit Fy Force in the y direction S Sensitivity N The number of failure cycles Sut The ultimate strength Se The endurance strength limit M The bending moments dφ/ds The differentiation of deflection W External work Fi Input force Fo Output force xv Abbreviation Full name kPEA The stiffness of PEA Fpreload Preload force of the piezoelectric actuator Ms The entire mass of the gripper Ks The stiffness of the gripper li Length of the ith flexure hinge ti Thickness of the ith flexure hinge W Width of the positioning platform L Length of the positioning platform H Hight of the positioning platform xvi LIST OF FIGGURES Figure 1.1: Several types of grippers in the industry : a) vacuum grippers [7], b) pneumatic grippers [7], c) hydraulic grippers [8], d) magnetic grippers [7], and e) electric grippers [9]. 2: A miniatured vibrating motor: a) mobile phone, b) vibrating mobile- phone motor, c) miniatured motor [14].
1: Clamp: a) traditional rigid-body clamp and b) compliant clamp [17]. 2: Classification of compliant mechanism based on compliance [19]. 3: Classified based on the static deformation of a structure [19]. 4: A compliant active mechanism with two flexible segments [20].
5: A passive compliant mechanism with four rigid links and a flexible link [20]. 6: Four types of typical CM : a) inverter, b) compliant platform, c) microgripper, and d) positioning stage [21]. 7: Three principal categories of FH arrangements: a) single-axis; b) multiple-axis; and c) two-axis [29]. 8: Complex type of FHs: (a) cross hinge, (b) cartwheel hinge, (c) leaf spring, (d) hyperbolic hinge [29].
9: Flexure hinges with notch shape [30]: a) circular hinge, b) filleted leaf hinge, c) elliptical hinge, d) V shape hinge, e) hyperbolic hinge, f) parabolic hinge. 10: Actuators: a) piezoelectric actuators [34]; b) electrostrictive actuators [35]; c) magnetostrictive actuators [34]; d) shape memory alloy (SMA) actuators [36]; and e) pneumatic actuators [37]. 12: Lever mechanism for in-compliant grippers: a) a hybrid amplifying structure [38]; b) single lever mechanism [41]; c) serial lever mechanisms [42]; d) different lever mechanisms [43]. 13: Schematic of Scott-Russell mechanism: a) the principle of operation; b) analysis of the amplification ratio.
14: Application of Scott-Russell mechanism in gripper design: a) micro- gripper with Scott-Russell mechanism [45]; b) a large-range micro-gripper with Scott-Russell mechanism [46]. 15: Schematic of bridge mechanism: a) displacement of bridge mechanism; b) amplification factor analysis of a bridge mechanism [47]. 16: Bridge mechanism for compliant grippers: a) half of the bridge mechanism [48], b) serial bridge mechanism [49], c) two stage-bridge mechanism [51], d) orthogonal bridge mechanism [52].
Nội dung được bảo vệ bản quyền — Tải xuống đầy đủ
Câu hỏi thường gặp
Luận án "Phát triển và tối ưu kẹp mẫu trụ dùng cơ cấu khớp mềm" nghiên cứu về vấn đề gì?
Phát triển, tối ưu hóa tay kẹp cho mẫu hình trụ bằng cơ cấu khớp mềm. Nâng cao độ chính xác, hiệu quả trong quá trình thao tác mẫu.
Luận án "Phát triển và tối ưu kẹp mẫu trụ dùng cơ cấu khớp mềm" được bảo vệ tại trường nào?
Luận án này được bảo vệ tại Ho Chi Minh City University of Technology and Education. Năm bảo vệ: 2023.
Luận án "Phát triển và tối ưu kẹp mẫu trụ dùng cơ cấu khớp mềm" thuộc chuyên ngành gì?
Luận án "Phát triển và tối ưu kẹp mẫu trụ dùng cơ cấu khớp mềm" thuộc chuyên ngành Kỹ thuật cơ khí. Danh mục: Thiết Kế Chế Tạo Máy.
Luận án "Phát triển và tối ưu kẹp mẫu trụ dùng cơ cấu khớp mềm" có bao nhiêu trang?
Luận án "Phát triển và tối ưu kẹp mẫu trụ dùng cơ cấu khớp mềm" có 242 trang. Bạn có thể xem trước một phần tài liệu ngay trên trang web trước khi tải về.
Cách tải luận án "Phát triển và tối ưu kẹp mẫu trụ dùng cơ cấu khớp mềm" về máy như thế nào?
Để tải luận án về máy, bạn nhấn nút "Tải xuống ngay" trên trang này, sau đó hoàn tất thanh toán phí lưu trữ. File sẽ được tải xuống ngay sau khi thanh toán thành công. Hỗ trợ qua Zalo: 0559 297 239.