BÁO cáo LITERATURE REVIEW CASE STUDY đề tài piezoelectric actuator

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN CƠ KHÍ BỘ MÔN CƠ SỞ THIẾT KẾ MÁY VÀ ROBOT -o0o - BÁO CÁO LITERATURE REVIEW & CASE STUDY HỌC PHẦN : MICRO ROBOT MÃ HỌC PHẦN : ME5609 Tên đề tài: Piezoelectric Actuator Giảng viên hướng dẫn: TS Nguyễn Xuân Hạ Nhóm sinh thực hiện: Nhóm Hà Nội, 07/2022 MicroRobotics GVHD: TS Nguyễn Xuân Hạ DANH SÁCH THÀNH VIÊN NHÓM STT Họ tên MSSV Nguyễn Thanh Tùng 20184661 Trần Quang Hiếu 20184448 Nguyễn Minh Hoàng 20184458 Đỗ Xuân Hiếu 20184441 Nguyễn Bá Đạt 20170687 MicroRobotics GVHD: TS Nguyễn Xuân Hạ BẢN NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN Giảng viên hướng dẫn: TS Nguyễn Xuân Hạ Sinh viên thực hiện: Nhóm Nhận xét giảng viên hướng dẫn  ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ………………………………………                                                          Hà Nội, ngày……….tháng………năm                                                                     Giảng viên hướng dẫn ký tên MicroRobotics GVHD: TS Nguyễn Xuân Hạ LỜI NÓI ĐẦU MicroRobotics lĩnh vực robot thu nhỏ, cung cấp khả tương tác với vật có kích thước vượt q khả sinh lý tự nhiên người Lưu ý định nghĩa đề xuất không thiết ngụ ý thân MicroRobot (robot vi mô) có quy mơ milimet Robot hoạt động vật thể có kích cỡ milimet khơng gian làm việc cỡ milimet, phân loại MicroRobot (robot vi mô) MicroRobotics xây dựng cở số ngành kỹ thuật xác, robotics vật lý ứng dụng, phát triển thành lĩnh vực riêng Trong thực tế, có nhiều lý giải thích cho hình thành lĩnh vực MicroRobotics: Giảm vật tư tiêu hao, tăng tốc độ đáp ứng cho hệ thống, nâng cao tính di động hết để thực nhiệm vụ phức tạp chuyên biệt mà hệ thống Robot truyền thống thực Ví dụ định hình phân tích tín hiệu ánh sáng; pha trộn, xử lý phân tích thể tích hóa chất siêu nhỏ; cảm biến tín hiệu học; khí thăm dị giải trình tự phân tử sinh học Những nhiệm vụ đảm nhận hệ thống MicroRobot Giờ đây, việc đẩy mảnh nghiên cứu hệ thống lắp ráp quy trình điều chế vi mơ tiến hành để phục vụ mục đích trên, hướng tới bứt phá mặt công nghệ tương lai Trong lĩnh vực MicroRobotics, Piezoelectric Actuator (bộ kích hoạt áp điện) hướng nghiên cứu quan trọng, có ứng dụng lớn lĩnh vực, việc dành nhiều quan tâm cho định hướng lẽ tất yếu Trong Literature Review này, nhóm sinh viên (có danh sách kèm theo) thực đề tài Piezoelectric Atuator nhằm làm sáng tỏ số nội dung vấn đề Nhóm chúng em xin chân thành cảm ơn TS Nguyễn Xuân Hạ giảng dạy tâm huyết, hướng dẫn tận tình quan tâm ân cần để giúp nhóm hồn thành lần Tuy cố gắng chắn cịn có nhiều thiếu sót, nhóm mong TS Nguyễn Xuân Hạ có góp ý, sửa đổi để hoàn thiện MicroRobotics GVHD: TS Nguyễn Xuân Hạ MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU DANH MỤC HÌNH VẼ LITERATURE REVIEW: PIEZOELECTRIC ACTUATOR 12 TỔNG QUAN VỀ PIEZOELECTRIC ACTUATOR 12 1.1. Hiệu ứng áp điện (piezoelectric effect) 12 1.2 Bộ kích hoạt áp điện 14 ĐẶC TRƯNG MỘT SỐ VẬT LIỆU ÁP ĐIỆN VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG 16 2.1 Vật liệu áp điện 16 2.1.1 Piezoelectric Single Crystals (Đơn tinh thể áp điện) 16 2.1.2 Piezoelectric Ceramics (Gốm áp điện) 17 2.1.3 Piezoelectric Polymers (Polyme áp điện) .18 2.2 Nguyên lý hoạt động gốm áp điện 20 PHÂN LOẠI, ƯU NHƯỢC ĐIỂM VÀ ỨNG DỤNG CỦA THIẾT BỊ ÁP ĐIỆN 22 3.1 Multilayer (stack) actuators 22 3.2 Bimorph (bender) actuators 24 3.3 Stick-slip actuators 27 3.3.1 Tổng quan Stick-Slip actuators 27 3.3.2 Một số tượng cấu Stick-Slip 30 3.4 Tube actuators .31 3.5 Bulk actuators 33 TÍNH TỐN THIẾT BỊ ÁP ĐIỆN 35 4.1 Bộ kích hoạt áp điện ngăn xếp .35 4.2 Bimorph (bender) actuators 37 4.3 Stick-slip actuators 39 4.4 Bộ kích hoạt ống áp điện .40 MƠ HÌNH HĨA BỘ VI ÁP ĐIỆN 42 5.1 Mơ hình hóa thiết bị truyền động ngăn xếp 42 5.1.1 Các mơ hình thiết bị truyền động ngăn xếp 42 MicroRobotics GVHD: TS Nguyễn Xn Hạ 5.1.2 Mơ hình tượng trễ (Hysteresis models) 44 KẾT LUẬN 48 CASE STUDY .49 I,Design and optimization of MEMS based piezoelectric actuator for drug delivery systems (Thiết kế tối ưu hóa truyền động áp điện dựa MEMS cho hệ thống phân phối thuốc) 49 Giới thiệu hệ thống 49 Cấu tạo hệ thống 49 kết thảo luận .54 Kết luận .62 II Design of a Linear Walking Stage based on Two Types of Piezoelectric Actuators (Thiết kế bậc di chuyển bước tuyến tính dựa hai loại thiết bị truyền động điện áp) 63 Giới thiệu chung hệ thống .63 Cấu tạo hệ thống 63 Nguyên lý hoạt động hệ thống .64 Thí nghiệm 66 4.1 Hệ thống thí nghiệm 66 4.2 Đặc điểm chuyển động bước 67 4.3 Tần số dẫn .67 4.4 Dung tải 68 Kết luận 70 III An Umbrella-shape Linear Piezoelectric Actuator based on Stick-Slip Motion Principle (Bộ truyền động áp điện tuyến tính hình dựa ngun tắc chuyển động Stick-Slip) 71 Giới thiệu chung hệ thống .71 Cấu tạo hệ thống 71 Nguyên lý hoạt động hệ thống .73 Thí nghiệm, kết đánh giá 74 4.1 Hệ thống thí nghiệm 74 4.2 Kết đánh giá 75 Kết luận 78 MicroRobotics GVHD: TS Nguyễn Xuân Hạ TÀI LIỆU THAM KHẢO 79 MicroRobotics GVHD: TS Nguyễn Xuân Hạ DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1 Hiệu ứng áp áp xảy thơng qua việc nén vật liệu áp điện Hình Hiệu ứng áp áp đảo ngược 10 Hình (a) ứng dụng vào bật lửa               (b) ứng dụng cảm biến để đo âm thanh, lực, 11 Hình Bộ kích hoạt điện áp ngăn xếp 20 Hình Cơ chế khuếch đại thủy lực kích hoat áp điện ngăn xếp .20 Hình Động truyền động quán tính 21 Hình Cơ cấu kẹp Zheng Li (bên trái) Das (bên phải) .21 Hình Bimorph piezoelectric actuator 22 Hình Cấu trúc bimorph, unimorph triple layer benders, (a) bimorph bender chuỗi kết nối, (b) bimorph bender kết nối song song, (c) triple layer bender, (d) unimorph bender, (e) thiết bị cầu vồng (QM Wang, X Du, B Xu, LE Cross, 1999) .23 Hình 10 Động quay quán tính hai bậc tự bố trí bimorph piezo (S Zhang, Y Liu, J Deng, X Tian, X Gao, 2021) 23 Hình 11 Mơ tả nguyên lý hoạt động động Zhang (S Zhang, Y Liu, J Deng, X Tian, X Gao, 2021) 24 Hình 12 Sơ đồ nguyên lý chuyển động dính-trượt (Nicolas Chaillet, Stéphane Régnier, 2010) 24 Hình 13 Mơ hình Stick-slip actuator Zhang (Y Zhang, Y Peng, Z Sun, H Yu, 2018)26 Hình 14 Mơ hình Stick-slip actuator Xu (Z Xu, H Huang, J Dong, 2020) .26 Hình 15 Biến dạng nhấp nhô chuyển vị đầu tác dụng ngoại lực .27 Hình 16 Quan hệ độ lớn biên độ dao động độ lớn bước dịch chuyển PTCH.28 Hình 17 Tube actuators 29 Hình 18 Cơ cấu bậc tự do, bậc tự do, toàn bậc vật liệu áp điện [18] 30 Hình 19 Sơ đồ thiết kế IDE cấu chấp hành 31 Hình 20 Thiết kế chuyển động hỗn hợp IDE 31 Hình 21 Piezoelectric actuator .32 Hình 22 Các thơng số cấu hình ngăn xếp 32 Hình 23 Đặc tính tĩnh thiết bị truyền động ngăn xếp áp điện (XLi FBi hành trình tự lực chặn điện áp Vi, i = 1, 2, 3) 33 Hình 24 Bộ kích hoạt áp điện Bimorph 34 Hình 25 Nguyên tắc hoạt động bimorph 34 Hình 26 Các thơng số cấu hình bimorph .35 Hình 27 Nguyên tắc hoạt động chế độ bước [BRE 98] .36 Hình 28 (a) Chế độ xem bùng nổ microrobot (b) Ảnh toàn 36 Hình 29 Mặt cắt ngang kích hoạt ống áp điện 37 Hình 30 Mơ hình tham số gộp phi tuyến 39 Hình 31 Mơ hình lớp piezoceramics 39 Hình 32 Tốn tử vùng chết phía 43 Hình 33 Thiết kế đề xuất micropump 46 MicroRobotics GVHD: TS Nguyễn Xuân Hạ Hình 34 sơ đồ truyền áp điện 47 Hình 35 mặt bên tryền động 48 Hình 36 cấu áp điện hình chữ nhật 48 Hình 37 biểu diễn sơ đồ hiệu ứng áp điện ngược .50 Hình 38 tính chất gốm áp điện gốm thay .50 Hình 39 phân tích theo phương thức tần số truyền động tròn Tần số A 60Hz B 85Hz C 72Hz D 98Hz E 81Hz F 111Hz 52 Hình 40 Phân tích theo phương thức tần số truyền động hình chữ nhật a 5Hz,b 30Hz, c 12Hz, d 34Hz,e 25Hz,f 45Hz 53 Hình 41 phân tích ứng suất cấu chuyền động trịn có độ dày khác biểu diễn đồ hoạ tương ứng cảu MFS=1 A 0.1µm, b 0.2 µm, c 0.3 µm d 0.4 µm 54 Hình 42 phân tích ứng suất cấu chuyền động hình chữ nhật có độ dày khác biểu diễn đồ hoạ tương ứng cảu MFS=1 A 0.6µm, b 0.8 µm, c 1.0 µm d 1.2 µm 55 Hình 43 độ lệch đồng a truyền động trịn có chiều dày 0.1µm, b truyền động trịn có độ dày 0.2µm, c truyền động hình chữ nhật có độ dày 0.6 µm,c truyền động hình chữ nhật có độ dày 0.8µm 57 Hình 44 phân tích dịch chuyển truyền động tròn cách thay đổi diện áp đầu vào cho độ dày khác lớp áp điện .58 Hình 45 phân tích dịch chuyển truyền động trịn cách thay đổi diện áp đầu vào cho độ dày khác lớp áp điện .59 Hình 46 Bậc di chuyển bước tuyến tính dựa hai loại thiết bị truyền động điện áp … 62 Hình 47 Tín hiệu điện áp đầu vào gốm điện áp…………………………………… 63 Hình 48 Quá trình chuyển động cấu chấp hành kiểu di chuyển bước đề xuất vòng tròn làm việc…………………………………………………………… 64 Hình 49 Hệ thống thí nghiệm bậc…………………………………………………… 66 Hình 50 Dịch chuyển nhau…………………… 66 đầu điện áp dẫn động khác Hình 51 Mối quan hệ vận tốc tần số chuyển động……………………………… 67 Hình 52 Dịch chuyển đầu …………………………………….67 Hình 53 Hệ thống thí nghiệm ra……………………………………….68 bậc(200 kiểm V, tra 30 Hz) tải đầu MicroRobotics GVHD: TS Nguyễn Xuân Hạ Hình 54 Vận tốc bậc nhau……………………………………….69 Hình 55: Cấu tạo hành……………………………………………… 71 tải cấu khác chấp Hình 56: Nguyên lý chuyển động cấu uốn hình ơ………………………….72 Hình 57: Ngun lý hoạt động truyền động áp điện tuyến tính hình đề xuất……………………………………………………………………………………….73 Hình 58: Hệ thống thí nghiệm…………………………………………………………… 73 Hình 59: Mối quan hệ điện áp đầu vào độ dịch chuyển…………………………74 Hình 60: Mối quan hệ tần số đầu vào độ dịch chuyển bước U= 120V……… 75 Hình 61: Mối quan hệ độ dịch chuyển bước tải trường hợp U =120 V f = 1Hz……………………………………………………………………………………….75 10 MicroRobotics GVHD: TS Nguyễn Xn Hạ Hình 49 Hệ thống thí nghiệm bậc 4.2 Đặc điểm chuyển động bước Theo tín hiệu điện áp đầu vào phân tích phần 2.2, đặc tính chuyển động bậc kiểm tra Các dịch chuyển đầu điện áp truyền động tuyến tính khác từ 50 V đến 200 V thể Hình 11 Dịch chuyển động lớn (2Δd) trượt bước 0,86 μm với điện áp 200 V tần số Hz, dễ quan sát kiểm soát, nhỏ chút so với giá trị số từ phép tính MATLAB / Simulink (0,93 μm) Điều tính phi tuyến trễ kéo gốm áp điện xảy gốm điện áp không hoạt động điện áp đầy đủ Sai lệch kết mơ kết thí nghiệm 8,1% Kết chứng minh thêm tính hợp lệ mơ hình động đề xuất Bậctạo bước nhảy đơn vị kẹp di chuyển lần Hình 50 Dịch chuyển đầu điện áp dẫn động khác 4.3 Tần số dẫn 67 MicroRobotics GVHD: TS Nguyễn Xuân Hạ Tần số dẫn yếu tố quan trọng có liên quan đến vận tốc giai đoạn Kết đầu thể Hình 12, điện áp đặt vào kéo gốm 200 V với tần số biến thiên từ Hz đến 90 Hz Theo phương pháp bình phương nhỏ nhất, đường cong quan hệ vận tốc tần số truyền động vừa hợp Khi tần số tăng, vận tốc tăng, đạt vận tốc cực đại 28,1 μm / s tần số 30 Hz hình 13 giảm Về lý thuyết, vận tốc tối đa tăng lên khoảng 45 μm / s điện áp truyền động kéo gốm áp điện đạt 320V Mối quan hệ vận tốc tần số truyền động có tuyến tính tốt tần số nhỏ 30 Hz Mối quan hệ mơ tả gần sau v = 0.95 f +0.62 Tuy nhiên, vận tốc giảm tần số lái xe cao 30 Hz Điều chuyển động kéo gốm tạo trượt chồng bước đệm tần số dẫn cao Hình 51 Mối quan hệ vận tốc tần số chuyển động Hình 52 Dịch chuyển đầu bậc(200 V, 30 Hz) 4.4 Dung tải 68 MicroRobotics GVHD: TS Nguyễn Xuân Hạ Trong thiết kế bậc điện áp di chuyển bước tuyến tính, khả chịu tải tham số hiệu suất ảnh hưởng đến ứng dụng hệ thống Theo Mục 3.1.2 Mục 3.2 đề cập trên, biết vật liệu tiếp xúc trượt kéo gốm áp điện ảnh hưởng đến khả chịu tải bậc thông qua hệ số ma sát Trong loại giấy này, người ta dán lớp kính cường lực lên bề mặt kéo gốm áp địên để tăng hệ số ma sát bề mặt tiếp xúc Một trọng lượng tiêu chuẩn thêm vào mặt sau trượt thông qua sợi dây để tạo tải biết có khối lượng thay đổi từ 0,049 N đến 4,9 N Một tín hiệu có điện áp 200 V tần số 1Hz đưa vào hệ thống thí nghiệm để kiểm tra khả chịu tải bậc Theo mơ hình động lực học, hàm lý thuyết khả chịu tải bậcvà tải trọng nhn c nh sau: ms xă ( t )=F pzt 1−F load =f v x˙ ( t )−¿ mw khối lượng xấp xỉ vật nặng tiêu chuẩn Mối quan hệ vận tốc tải trọng mw suy ( ms + mw ) v˙ −f v v+ mw g=0 Hệ thống thí nghiệm kiểm tra tải đầu thiết lập hình 14 Từ kết thực nghiệm hình 15, nhận thấy công suất phụ tải đầu tiếp tục tăng đến 4.9 N giai đoạn khơng thể hoạt động ổn định , phù hợp với kết lý thuyết kết thí nghiệm có chút sai lệch so với giá trị lý thuyết, độ trễ phi tuyến thiết bị truyền động trượt Do đó, cơng suất tải định danh lớn giai đoạn đặt 4,9 N Hình 53 Hệ thống thí nghiệm kiểm tra tải đầu 69 MicroRobotics GVHD: TS Nguyễn Xuân Hạ Hình 54 Vận tốc bậc tải ngồi khác Kết luận Một bậc áp điện di chuyển trượt tuyến tính hai bước cho độ phân giải cao có khả tự khóa đề xuất phân tích Lị xo nén sử dụng để đạt chức tự khóa khả chịu tải lớn Mơ hình lý thuyết giai đoạn đề xuất xây dựng để tính tốn dịch chuyển đầu cấu kẹp trượt mặt lý thuyết Các kết lý thuyết mô so sánh để xác minh độ xác mơ hình Một ngun mẫu Chúng tơi tun bố chúng tơi khơng có lợi ích tài mối quan hệ cá nhân cạnh tranh ảnh hưởng đến công việc báo cáo báo chế tạo tiến hành loạt thí nghiệm để kiểm tra hiệu suất cơng việc mẫu thử nghiệm xác minh thêm tính đắn mơ hình tính khả thi giai đoạn đề xuất Theo kết thử nghiệm, chuyển động tối đa sân khấu bước 0,86 μm với điện áp 200 V tần số Hz, nhỏ chút so với giá trị mô (0,93 μm) Giai đoạn đề xuất đạt tốc độ đầu tối đa 28,1 μm / s 30 Hz, lực đầu tối đa 4,9 N Hz với điện áp ổ đĩa 200 V độ phân giải 30 nm điện áp ổ đĩa 13,5 V Các hoạt động tương lai tập trung vào việc cải thiện hiệu suất đầu bậc thông qua việc sử dụng khuếch đại cơng suất cao điều khiển vịng kín bậc để loại bỏ ảnh hưởng tính trễ phi tuyến gốm điện áp 70 MicroRobotics III GVHD: TS Nguyễn Xuân Hạ An Umbrella-shape Linear Piezoelectric Actuator based on Stick-Slip Motion Principle (Bộ truyền động áp điện tuyến tính hình dựa ngun tắc chuyển động Stick-Slip) Giới thiệu chung hệ thống Bộ truyền động áp điện sử dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực nghiên cứu cơng nghiệp chúng đạt độ xác định vị cao Tuy nhiên, hành trình làm việc loại thiết bị ln bị hạn chế làm giảm khả ứng dụng thiết bị truyền động Cơ cấu chấp hành áp điện nói chung chia thành hai loại loại đẩy trực tiếp loại bước Cơ cấu chấp hành kiểu đẩy trực tiếp có đặc điểm cấu tạo đơn giản, khơng có ma sát đáp ứng nhanh hành trình làm việc vài micromet biến dạng nhỏ vật liệu áp điện Rất nhiều nỗ lực thực để cải thiện hành trình áp dụng chế phóng đại lề uốn để khuếch đại độ dịch chuyển đầu phần tử áp điện Tuy nhiên, hành trình làm việc đạt vài trăm micromet tần số làm việc giảm xuống rõ rệt Để cải thiện hành trình làm việc thiết bị truyền động áp điện, thiết bị truyền động kiểu bước đề xuất, sử dụng chuyển động kiểu bước Mặc dù bước chu kỳ chuyển động nhỏ tích lũy lại đạt hành trình làm việc lớn Cơ cấu chấp hành loại chia thành ba loại: loại siêu âm, loại inchworm loại trượt dính Bộ truyền chuyển động kiểu siêu âm đạt hành trình làm việc lớn dựa hiệu ứng áp điện nghịch đảo nguyên tắc rung siêu âm Truyền động kiểu siêu âm có ưu điểm cấu tạo đơn giản, nhiễu bị mài mịn nhiều khơng thích hợp để hoạt động liên tục Bộ truyền động áp điện kiểu inchworm có độ xác cao Tuy nhiên, cấu tạo hệ thống điều khiển phức tạp Nghiên cứu đề xuất cấu hình ơ, dựa nguyên lý trượt chế uốn hình ô, truyền động áp điện đạt hành trình lớn Cấu tạo hệ thống Cơ cấu chấp hành áp điện tuyến tính hình bao gồm trượt tuyến tính, hai ngăn xếp PZT, hai cặp khối nêm, bốn vít, hai núm micromet, cấu uốn hình đế hình 1a Thanh trượt tuyến tính cấu uốn cong hình tiếp xúc với gắn chặt vào đế vít Hai ngăn xếp PZT khối nêm lắp ráp bên cấu uốn hình Hình 1b cho thấy kích thước cấu uốn hình Kích thước chung thiết bị truyền động 60 x 50 x 18 mm 71 MicroRobotics GVHD: TS Nguyễn Xuân Hạ Hình 55: Cấu tạo cấu chấp hành 1- trượt tuyến tính 6-núm micromet 2,3- ngăn xếp PZT 7-cơ cấu uốn hình 4- khối nêm 8- đế 5-vít 72 MicroRobotics GVHD: TS Nguyễn Xuân Hạ Nguyên lý hoạt động hệ thống Nguyên lý hoạt động hệ thống Hình 56: Nguyên lý chuyển động cấu uốn hình Hình mơ tả ngun lý hoạt động cấu uốn hình M điểm tiếp xúc cấu uốn hình ô trượt A, B, C, D, E, H lề uốn tròn, N điểm tiếp xúc ngăn xếp đoạn EH Khi ngăn xếp nhận cấp điện giãn cấu hình ô bị biến dạng điểm M di chuyển đến vị trí M’ làm cho trượt chuyển động có ma sát Cơ cấu hình thiết kế đối xứng, trượt di chuyển ngược lại ngăn xếp cấp điện 73 MicroRobotics GVHD: TS Nguyễn Xuân Hạ Hình 57: Nguyên lý hoạt động truyền động áp điện tuyến tính hình đề xuất Hình minh họa nguyên lý hoạt động thiết bị truyền động hình đề xuất Ban đầu, tất phận lắp ráp hình 3.1 Quá trình chuyển động truyền động áp điện hình cưa chia thành bước Bước 1, điện hình cưa tăng dần từ a đến b Ngăn xếp PZT giãn từ từ khiến cấu hình bị biến dạng làm cho trượt di chuyển Bước 2, điện áp giảm mạnh từ b xuống c, ngăn xếp PZT lùi lại cách nhanh chóng chế hình lùi lại tương ứng Tuy nhiên, trượt gần đứng yên lực quán tính, nghĩa trượt di chuyển khoảng ΔS theo phương x so với vị trí ban đầu Lặp lại chu trình thu hành trình làm việc lớn Hướng chuyển động thay đổi cách sử dụng ngăn xếp PZT khác Thí nghiệm, kết đánh giá 4.1 Hệ thống thí nghiệm Hệ thống thí nghiệm gồm máy tính cá nhân (PC), tạo tín hiệu (9400, Tabor Electronics), nguyên mẫu thiết bị truyền động hình cảm biến laser Trong q 74 MicroRobotics GVHD: TS Nguyễn Xn Hạ trình thí nghiêm, tín hiệu điện hình cưa tạo tạo tín hiệu khuếch đại lên Sau tín hiệu điện áp đặt lên ngăn xếp Cảm biến laser phát thông tin dịch chuyển trượt di chuyển Thơng tín dịch chuyển hiển thị hình PC Hình 58: Hệ thống thí nghiệm 4.2 Kết đánh giá Hình cho thấy mối quan hệ điện áp đầu vào độ dịch chuyển f = Hz Hình 7a cho thấy dịch chuyển theo thời gian với hiệu điện khác Nhìn chung, độ dịch chuyển tăng theo thời gian Trong bước chuyển động, người ta thấy chuyển động lùi tuần hoàn xuất theo sau chuyển động phía trước ma sát cấu hình trượt cấu hình ô vị trí ban đầu Chuyển vị bước thực tế là: ΔL=Lđi−Lvề Hình 7b cho thấy mối quan hệ độ dịch chuyển bước điện áp đầu vào Bước dịch chuyển ΔL tăng dần từ 0,495 µm đến 1,412 µm điện áp đầu vào tăng từ 30 V đến 120 V Hệ số tương quan R = 0,9762 hệ thống hoạt động ổn định Dịch chuyển bước tuyến tính hóa hàm số: ΔL=0.0107 U +0.1909 75 MicroRobotics GVHD: TS Nguyễn Xuân Hạ Hình 59: Mối quan hệ điện áp đầu vào độ dịch chuyển Hình cho thấy mối quan hệ tần số đầu vào chuyển vị bước U = 120 V Sự dịch chuyển bước dao động từ 1,12 µm đến 1,52 µm f = 100Hz giảm xuống 0,882 µm f = 200Hz Sau bước dịch chuyển đạt cực đại 2,481 µm f = 400Hz giảm xuống 0,019 µm f = 1300Hz Điều f lớn, ngăn xếp PZT không kịp kéo hết chiều dài Nguyên mẫu giữ ổn định tần số đầu vào vượt 400Hz U =120 V 76 MicroRobotics GVHD: TS Nguyễn Xuân Hạ Hình 60: Mối quan hệ tần số đầu vào độ dịch chuyển bước U= 120V Hình 61: Mối quan hệ độ dịch chuyển bước tải trường hợp U =120 V f = 1Hz Trong trình thử nghiệm, loạt trọng lượng tiêu chuẩn đặt lên trượt Hình cho thấy chuyển vị bước giảm tuyến tính tăng tải trọng Hệ số tương quan R2 =0,9432 cho thấy hệ thống ổn định Chuyển vị bước biểu thị hàm số: 77 MicroRobotics GVHD: TS Nguyễn Xuân Hạ ΔL=−0,0041 m+ 1,1213 Nếu tải m > 220 ngun mẫu khơng thể hoạt động ổn định Kết luận Nghiên cứu cho thấy truyền động áp điện tuyến tính hình khả thi đạt hành trình lớn độ xác cao Kết dịch chuyển cho thấy độ dịch chuyển bước nhỏ 0,495 µm điện áp U = 30 V f = 1Hz, tải tối đa m = 220 g; độ dịch chuyển bước lớn 2,481 µm f = 400 Hz U = 120 V, tốc độ cực đại đạt 992,4 µm/s Chúng tơi đề xuất làm giảm hệ số ma sát cấu hình trượt để tăng hiệu suất cách làm tăng độ bóng trượt 78 MicroRobotics GVHD: TS Nguyễn Xuân Hạ TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] KK Sappati, S Bhadra, “Piezoelectric polymer and paper substrates: a review,” 2018 [2] Z Li, L Zhao, X Yu, “A novel stick-slip piezoelectric actuator based on two-stage flexible hinge structure,” 2020 [3] TK Das, B Shirinzadeh, M Ghafarian, “Design, analysis, and experimental investigation of a single-stage and low parasitic motion piezoelectric actuated microgripper,” 2020 [4] S Zhang, Y Liu, J Deng, X Tian, X Gao, “Development of a two-DOF inertial rotary motor using a piezoelectric actuator constructed on four bimorphs,” 2021 [5] Z Xu, H Huang, J Dong, “A stick-slip piezoelectric actuator with measurable contact force,” 2020 [6] X Gao, J Yang, J Wu, X Xin, Z Li, X Yuan, “Piezoelectric actuators and motors: materials, designs, and applications,” 2020 [7] Digvijay S Raghunvanshi, Steven I Moore, Andrew John Fleming, Yuen Kuan Yong, "Electrode Configurations for Piezoelectric Tube Actuators With Improved Scan Range and Reduced Cross-Coupling," 2020 [8] S M Afonin, "Structural-Parametric Model of Electromagnetoelastic Actuator for Nanomechanics, " 2018 [9] K Srinivasa Rao, Md Hamza1, P Ashok Kumar1, K Girija Sravani, “Design and optimization of MEMS based piezoelectric actuator for drug delivery systems,” 2019 [10] Jingnan Cai, Fangxin Chen, Lining Sun, Wei Dong, “Design of a Linear Walking Stage based on Two Types of Piezoelectric Actuators”, 2021 [11] Jiafeng Yao, Junjie Cai, Yili Hu, Jianming Wen, Nen Wan, Hao Wang, and Jianping Li, “An Umbrella-Shaped Linear Piezoelectric Actuator Based on Stick-Slip Motion Principle”, 2019 [12] Ahsan Ali, Riffat Asim Pasha, Hassan Elahi, “Investigation of Deformation in Bimorph Piezoelectric Actuator: Analytical, Numerical and Experimental Approach”, 2019 [13] 79 MicroRobotics GVHD: TS Nguyễn Xuân Hạ 80 MicroRobotics GVHD: TS Nguyễn Xuân Hạ 81 ... DANH MỤC HÌNH VẼ LITERATURE REVIEW: PIEZOELECTRIC ACTUATOR 12 TỔNG QUAN VỀ PIEZOELECTRIC ACTUATOR 12 1.1. Hiệu ứng áp điện  (piezoelectric effect) 12 1.2... Xuân Hạ 11 MicroRobotics GVHD: TS Nguyễn Xuân Hạ LITERATURE REVIEW: PIEZOELECTRIC ACTUATOR TỔNG QUAN VỀ PIEZOELECTRIC ACTUATOR 1.1. Hiệu ứng áp điện  (piezoelectric effect) Hiệu ứng áp điện phát hai... MicroRobotics, Piezoelectric Actuator (bộ kích hoạt áp điện) hướng nghiên cứu quan trọng, có ứng dụng lớn lĩnh vực, việc dành nhiều quan tâm cho định hướng lẽ tất yếu Trong Literature Review này,