Hcmute nghiên cứu thiết kế tối ưu bộ định vị tịnh tiến sang xoay sử dụng cơ cấu mềm ứng dụng cho hệ thống định vị kiểm tra độ cứng vật liệu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ TỐI ƯU BỘ ĐỊNH VỊ TỊNH TIẾN SANG XOAY SỬ DỤNG CƠ CẤU MỀM ỨNG DỤNG CHO HẸ THỐNG ĐỊNH VỊ KIỂM TRA ĐỘ CỨNG VẬT LIỆU MÃ SỐ: T2019 – 06TĐ SKC 0 9 Tp Hồ Chí Minh, tháng 04/2020 Luan van BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG TRỌNG ĐIỂM 2019 NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ TỐI ƯU BỘ ĐỊNH VỊ TỊNH TIẾN SANG XOAY SỬ DỤNG CƠ CẤU MỀM ỨNG DỤNG CHO HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ KIỂM TRA ĐỘ CỨNG VẬT LIỆU Mã số: T2019 – 06TĐ Chủ nhiệm đề tài: ThS ĐẶNG MINH PHỤNG TP HCM, Tháng 04/Năm 2020 Luan van TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ MÁY BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG TRỌNG ĐIỂM 2019 NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ TỐI ƯU BỘ ĐỊNH VỊ TỊNH TIẾN SANG XOAY SỬ DỤNG CƠ CẤU MỀM ỨNG DỤNG CHO HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ KIỂM TRA ĐỘ CỨNG VẬT LIỆU Mã số: T2019 – 06TĐ Chủ nhiệm đề tài: ThS ĐẶNG MINH PHỤNG Thành viên đề tài: PGS.TS LÊ HIẾU GIANG TS ĐÀO THANH PHONG TP HCM, Tháng 04/Năm 2020 Luan van TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc Khoa CKM Tp HCM, Ngày 10 tháng 04 năm 2020 THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Thông tin chung: - Tên đề tài: Nghiên cứu thiết kế tối ưu định vị tịnh tiến sang xoay sử dụng cấu mềm ứng dụng cho hệ thống định vị kiểm tra độ cứng vật liệu - Mã số: T2019 – 06TĐ - Chủ nhiệm: ThS Đặng Minh Phụng - Cơ quan chủ trì: Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh - Thời gian thực hiện: 1/2019-12/2019 Mục tiêu: Thiết kế định vị mềm tịnh tiến sang xoay Tiếp theo, tác giả phân tích ảnh hưởng thơng số hình đến đặc tính chất lượng định vị xoay Phát triển thuật toán tối ưu kết hợp để tối ưu hóa đa mục tiêu Cuối cùng, tác giả đánh giá kiểm chứng kết tối ưu Tính sáng tạo: (i) Thiết kế kết cấu định vị mềm tịnh tiến sang xoay (ii) Một giải thuật kết hợp đề xuất sử dụng tối ưu hóa đa mục tiêu cho đặc tính chất lượng định vị (iii) Tích hợp phương pháp tính trọng số dựa độ nhạy đáp ứng kết hợp với thống kê Kết nghiên cứu: STT Nội dung nghiên cứu theo Thuyết minh đề tài Tổng quan Nội dung nghiên cứu thực Tổng quan định vị mềm phương pháp tối ưu Phát triển định vị xoay - Đề xuất thiết kế dựa mềm biên dạng chân bọ - Đề xuất toán tối ưu - Đề xuất giả thuật tối ưu hóa đa mục tiêu kết hợp - Đánh giá độ nhạy biến thiết kế - Kết tối ưu phân tích thống kê - Xác nhận kết tối ưu Kết luận, kiến nghị - Kết luận kết nhiên cứu Luan van Tự đánh giá Đạt yêu cầu Đạt yêu cầu Đạt yêu cầu Sản phẩm: Một báo SCIE Hiệu quả, phương thức chuyển giao kết nghiên cứu khả áp dụng: Nghiên cứu đề xuất thiết kế tối ưu hóa định vị xoay mềm Phương pháp đề xuất giúp giảm thời gian thiết kế, đảm bảo độ tin cậy Ngoài ra, phương pháp đề xuất nghiên cứu có giá trị mặt học thuật Có thể ứng dụng đào tạo nghiên cứu Trưởng Đơn vị (ký, họ tên) Chủ nhiệm đề tài (ký, họ tên) ThS Đặng Minh Phụng Luan van INFORMATION ON RESEARCH RESULTS General information: Project title: Design optimization the of the new compliant rotary positioning stage intended to apply for checking the material hardness testing positioning system Code number: T2019 – 06TĐ Coordinator: ME Dang Minh Phung Implementing institution: HCMC University of Technology and Education Duration: from 1/2019 to 12/2019 Objective(s): A new compliant rotary positioning stage is designed and anlyzed Next, authors analyze the effect of the main parameters on the quality characteristics of the rotary stage In addition, a new hybrid optimization algorithm is developed to optimize multiple goals Finally, the optimal results are validated by FEA Creativeness and innovativeness: (i) New design for a compliant rotary positioning stage (ii) A new combined algorithm is proposed for using multi-objective optimization for the quality characteristics of the stage (iii) Integrating a weight factor caculating method based on the sensitivity of the responses combined with statistics Research results: No Content The research content has been done Overview Overview of the compliant positioning stage - Develop a new compliant rotary - Design for a new stage compliant rotary stage Propose hybrid optimal - Statement of optimization algorithm problem - Proposed hybrid optimal algorithm - Analyse the sensitivity of design variables on the quality responses - Optimal results and statistical analysis - Validation of optimal results by FEA Conclusions - Conclusions Luan van Self assessment Qualified Qualified Qualified Products: A SCIE paper Effects, transfer alternatives of reserach results and applicability: This study proposed a new hybrid method in order to design and optimize a compliant rotary stage The proposed method reduces design time and ensures reliability In addition, the method proposed in this study also has a good academic value It can be applied for training and researching Luan van DANH SÁCH NHỮNG THÀNH VIÊN THAM GIA NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI VÀ ĐƠN VỊ PHỐI HỢP CHÍNH STT Họ tên ThS Đặng Minh Phụng PGS.TS Lê Hiếu Giang TS Đào Thanh Phong Đơn vị công tác lĩnh vực chuyên môn Khoa Cơ Khí Chế Tạo Máy, Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh Nội dung nghiên cứu cụ thể giao Chủ nhiệm đề tài NCS, Khoa Cơ Khí Chế Tạo Máy, Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành Thành viên phố Hồ Chí Minh Viện Khoa Học Tính Tốn, Trường Đại Học Tơn Đức Thắng Luan van Thành viên Chữ ký T2019-06TĐ TÓM TẮT Bài viết đề xuất thuật tốn tối ưu hóa lai hiệu cho thiết kế tối ưu hóa đa mục tiêu định vị quay sử dụng cấu mềm định hướng ứng dụng cho hệ thống kiểm tra độ cứng vật liệu Bộ định vị tạo dựa cảm hứng từ linh hoạt biên dạng chân bọ Để đáp ứng nhu cầu thực tế định vị, thơng số hình học tối ưu hóa để cải thiện đặc tính chất lượng Trong cơng việc tại, phương pháp Taguchi sử dụng để bố xây dựng số lượng thí nghiệm số Sau đó, phương pháp phần tử hữu hạn xây dựng để lấy liệu số Các mơ hình tốn học sau thiết lập dựa phương pháp đáp ứng bề mặt Trước tiến hành thực tối ưu hóa, trọng số đáp ứng tính tốn xác Dựa mơ hình tốn thiết lập, đáp ứng tối ưu hóa đồng thời sử dụng thuật tốn tối ưu dựa dạy học Các trọng số hệ số an toàn chuyển vị 0,5995 (59,95%) 0,4005 (40,05%) Kết cho thấy hệ số an toàn tối ưu khoảng 1.558 chuyển vị tối ưu 2.096 mm Các xác nhận thỏa thuận tốt với kết dự đoán Phân tích độ nhạy thực để xác định ảnh hưởng biến đến đáp ứng Sử dụng kiểm tra thống kê phi thông số Wilcoxon Friedman, hiệu phương pháp lai đề xuất tốt so với thuật tốn tiến hóa khác Nó đảm bảo hiệu tốt để giải vấn đề tối ưu hóa đa mục tiêu phức tạp ThS Đặng Minh Phụng, TS Đào Thanh Phong, PGST.TS Lê Hiếu Giang Luan van i T2019-06TĐ MỤC LỤC TÓM TẮT .i CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1 Tổng quan tình hình nghiên cứu CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Cơ cấu mềm phạm vi ứng dụng 2.2 Khớp mềm .6 2.3 Bộ truyền động CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ BỘ ĐỊNH VỊ XOAY SỬ DỤNG CƠ CẤU MỀM 3.1 Cấu trúc động học .9 3.2 Bộ khuyếch đại chuyển vị kết hợp 3.3 Bộ định vị xoay mềm 12 CHƯƠNG 4: PHƯƠNG PHÁP TỐI ƯU 15 4.1 Xây dựng tốn tối ưu hóa đa mục tiêu 15 4.2 Phương pháp tối ưu tích hợp 16 CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 22 5.1 Thu thập liệu 22 5.2 Phân tích độ nhạy 24 5.3 Kết tối ưu phân tích thống kê 28 5.3.1 Kết tối ưu 28 5.3.2 Phân tích thống kê 28 5.4 Xác nhận 30 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 31 TÀI LIỆU THAM KHẢO 32 ThS Đặng Minh Phụng, TS Đào Thanh Phong, PGST.TS Lê Hiếu Giang Luan van ii T2019-05TĐ Bảng Phân tích ANOVA cho F1 Source DF Seq SS Contribution Adj SS Adj MS P-Value Model 0.017736 100.00% 0.017736 0.002217 Significant Linear 0.013606 76.71% 0.013606 0.003401 Significant A 0.008415 47.44% 0.008415 0.008415 Significant B 0.000134 0.76% 0.000134 0.000134 Significant C 0.005040 28.42% 0.005040 0.005040 Significant D 0.000016 0.09% 0.000016 0.000016 Significant Square 0.004130 23.29% 0.004130 0.001033 Significant A*A 0.000671 3.78% 0.000671 0.000671 Significant B*B 0.001926 10.86% 0.001926 0.001926 Significant C*C 0.001106 6.24% 0.001106 0.001106 Significant D*D 0.000427 2.41% 0.000427 0.000427 Significant Error Total 0.017736 100.00% Bảng Phân tích ANOVA cho F2 Source DF Seq SS Contribution Adj SS Adj MS P-Value Model 0.320994 99.97% 0.320994 0.045856 0.036 Linear 0.315632 98.30% 0.120716 0.030179 0.043 A 0.006475 2.02% 0.000033 0.000033 0.667 B 0.001059 0.33% 0.004390 0.004390 0.096 C 0.270810 84.34% 0.076496 0.076496 0.023 D 0.037288 11.61% 0.001507 0.001507 0.161 2-Way Interaction 0.005362 1.67% 0.005362 0.001787 0.172 A*B 0.000355 0.11% 0.000002 0.000002 0.910 A*C 0.001007 0.31% 0.003340 0.003340 0.109 B*C 0.004000 1.25% 0.004000 0.004000 0.100 Error 0.000101 0.03% 0.000101 0.000101 Total 0.321094 100.00% Bảng cho thấy kết phân tích ANOVA hệ số an tồn chuyển vị Phân tích thực mức ý nghĩa 5% mức tin cậy 95% Trong Bảng 7, kết tỷ lệ đóng góp vào hệ số an toàn F1 A C tương tác B B có ý nghĩa so với thông số thiết kế khác với 47,44%, 28,42% ThS Đặng Minh Phụng, TS Đào Thanh Phong, PGST.TS Lê Hiếu Giang Luan van 23 T2019-05TĐ 10,86% Ngược lại, tỷ lệ đóng góp F1 B D, tương tác C C, tương tác A A tương tác D D nhỏ tương ứng với 0,76%, 0,09%, 6,24%, 3,78% 2,41% Do đó, để tăng hệ số an tồn, A C cần kiểm sốt đáng kể Hơn nữa, đưa Bảng 7, tỷ lệ đóng góp C lên chuyển vị F2 cao với 84,34% tỷ lệ D lên F2 cao thứ mức 11,61% Trong đó, yếu tố hiệu ứng khác liệt kê có tỷ lệ đóng góp nhỏ nhiều Tỷ lệ A B tương tác A B, tương tác A C tương tác B C 2,02%, 0,33%, 0,11%, 0,31% 1,25% Do đó, để tăng giá trị F2, tham số C D cần kiểm soát đáng kể Ngồi ra, phần trăm đóng góp sai số 0% 0,03% cho F1 F2 5.2 Phân tích độ nhạy Kỹ thuật thống kê sử dụng để xác định mức độ ảnh hưởng biến thiết kế đáp ứng đầu Như thấy Hình 5.1, yếu tố A cho thấy phạm vi từ 51 mm đến 52 mm, thông số ảnh hưởng giảm nhẹ cho F1 F2, phạm vi từ 52 mm đến 53 m, tác động giảm mạnh cho F1 tăng nhẹ cho F2 Ngoài ra, yếu tố B phạm vi từ mm đến 1,1 mm, ảnh hưởng giảm đáng kể đến F1 gây tăng nhẹ lên F2, nhiên, từ 1,1 mm đến 1,2 mm, ảnh hưởng tăng mạnh lên F1 tăng dần lên F2 (b) (a) Hình 5.1 Sơ đồ ảnh hưởng A B đến: (a) hệ số an toàn (b) chuyển vị đầu ThS Đặng Minh Phụng, TS Đào Thanh Phong, PGST.TS Lê Hiếu Giang Luan van 24 T2019-05TĐ Như vẽ hình 5.2, yếu tố C phạm vi từ 0,5 mm đến 0,6 mm, ảnh hưởng giảm dần xuống F1 gây giảm mạnh F2, nhưng, từ 0,6 mm đến 0,7 mm, có gia tăng mạnh hai đến F1 F2 Cuối cùng, yếu tố D cho thấy phạm vi từ 0,5 mm đến 0,6 mm, ảnh hưởng đến việc tăng dần lên F1 gây tăng nhẹ lên F2, nhiên, từ 0,6 mm đến 0,7 mm, giảm dần cho F1 F2 (b) (a) Hình 5.2 Sơ đồ ảnh hưởng C D đến: (a) hệ số an toàn (b) chuyển vị đầu Tóm tắt, ảnh hưởng tổng thể biến thiết kế minh họa, Hình 5.3 Nó phạm vi tăng giảm yếu tố Từ đó, nhà thiết kế kiểm sốt yếu tố để đạt thiết kế tốt cho định vị đề xuất Hình 5.3 Sơ đồ độ nhạy tham số điều khiển lên đáp ứng đầu Therefore, it illustrates that the displacement had an significant grade higher than that of the safety factor for the rotary stage This was an agreement with the author’s specialized knowledge and design experiences in the compliant mechanism area ThS Đặng Minh Phụng, TS Đào Thanh Phong, PGST.TS Lê Hiếu Giang Luan van 25 T2019-05TĐ Dựa kết số từ Bảng 6, giá trị tỷ lệ S/N (1 2) tính phương trình (9), đưa Bảng Và sau đó, giá trị trung bình phạm vi trung bình cho tỷ lệ S/N chuẩn hóa tính toán cho cấp độ tham số cách sử dụng phương trình (10) kết minh họa Bảng 10 Sử dụng phương trình (11), trọng số đáp ứng tính tốn Như thể Bảng 11 12, kết trọng số hệ số an toàn chuyển vị 0,5995 (59,95%) 0,4005 (40,05%) Các giá trị xác định xác dựa tập hợp phương trình thiết lập sau chúng gán cho q trình tối ưu hóa thuật tốn TLBO Do đó, minh họa hệ số an tồn có mức đáng kể cao so với chuyển vị cho định vị quay Đây thỏa thuận phù hợp với kiến thức chuyên môn kinh nghiệm thiết kế lĩnh vực cấu mềm Bảng Kết thí nghiệm số tỷ lệ S/N f2 (mm) 1 f1 (dB) 2 f2 TT f1 1.5800 2.1726 3.9731 (dB) 6.7396 1.5645 1.8280 3.8875 5.2395 1.5348 1.6166 3.7210 4.1721 1.5587 1.7421 3.8553 4.8215 1.4766 1.6637 3.3853 4.4215 1.5866 2.0411 4.0093 6.1973 1.4634 1.5807 3.3073 3.9770 1.4821 1.9220 3.4176 5.6751 1.5091 1.9174 3.5744 5.6543 Bảng 10 Các giá trị tỷ lệ S/N chuẩn hóa (zi) S/N ratios Normalized S/N ratios (zi) 1 2 (dB) z1 of 1 z2 of 2 6.7396 0.9484 1.0000 3.8875 5.2395 0.8265 0.4570 3.7210 4.1721 0.5893 0.0706 3.8553 4.8215 0.7805 0.3057 3.3853 4.4215 0.1111 0.1609 (dB) 3.9731 ThS Đặng Minh Phụng, TS Đào Thanh Phong, PGST.TS Lê Hiếu Giang Luan van 26 T2019-05TĐ Mức Mức Mức Mức Khoảng rij 4.0093 6.1973 1.0000 0.8037 3.3073 3.9770 0.0000 0.0000 3.4176 5.6751 0.1571 0.6147 3.5744 5.6543 0.3804 0.6071 Bảng 11 Trọng số cho hệ số an tồn Giá trị trung bình tỷ lệ S/N chuẩn hóa mức A B C D 0.7881 0.5764 0.7019 0.4800 0.6306 0.3649 0.6625 0.6088 0.1792 0.6566 0.2858 0.5090 0.6089 0.2917 0.4160 0.1288 Trọng số cho hệ số an toàn: w1 = 0.5995 Bảng 12 Trọng số cho chuyển vị đầu Mức Mức Mức Mức Khoảng rij Giá trị trung bình tỷ lệ S/N chuẩn hóa mức A B C D 0.5092 0.4352 0.8036 0.5893 0.4234 0.4109 0.4202 0.4202 0.4073 0.4938 0.2821 0.3303 0.1019 0.0830 0.5215 0.2590 Trọng số cho chuyển vị đầu ra: w2 = 0.4005 ThS Đặng Minh Phụng, TS Đào Thanh Phong, PGST.TS Lê Hiếu Giang Luan van 27 T2019-05TĐ 5.3 Kết tối ưu phân tích thống kê 5.3.1 Kết tối ưu Q trình tối ưu hóa triển khai phần mềm MATLAB 2017 Các kết tối ưu tìm thấy A = 51 mm, B = mm, C = 0.5 mm, D = 0.6674 mm, F1 = 1.558 and F2 = 2.096 mm Hiệu thuật toán đề xuất so sánh với thuật tốn tiến hóa khác, chẳng hạn thuật tốn tiến hóa vi phân thích nghi (AEDE) [9] 5.3.2 Phân tích thống kê Để đánh giá ứng xử thống kê thuật tốn tối ưu hóa kết hợp, phân tích thống kê sử dụng nghiên cứu Bài kiểm tra xếp hạng Wilcoxon áp dụng để mơ tả ứng xử thuật tốn đề xuất Các mơ tính tốn tiến hành 40 lần chạy cho thuật toán Kiểm tra Wilcoxon thực mức đáng kể 5% khoảng tin cậy 95% Kết kiểm tra Wilcoxon đưa Bảng 13 14 Như biết, giả thuyết khống giả định khơng có khác biệt đáng kể giá trị trung bình hai thuật tốn Như đưa Bảng 13 14, kết cho thấy giá trị p nhỏ 0,05 (mức ý nghĩa 5%) chứng mạnh mẽ chống lại giả thuyết khống Nó có nghĩa có khác biệt thống kê thuật tốn đề xuất thuật tốn AEDE Nó cho thấy thuật toán lai đề xuất tốt thuật toán AEDE việc giải thiết kế tối ưu hóa đa mục tiêu báo Bảng 13 So sánh Wilcoxon thuật toán đề xuất với AIDE hệ số an toàn Wilcoxon Number for tests Estimated median p-value statistic 40 0.0020 0.000 820 Bảng 14 So sánh Wilcoxon thuật toán đề xuất với AIDE cho dịch chuyển Wilcoxon Sample for tests Estimated median p-value statistic 40 0.00175 0.000 820 Một cách khác, kiểm tra Friedman phương pháp không tham số, thay cho ANOVA chiều biện pháp đo lặp lặp lại Cách tiếp cận xác định khác biệt phương pháp tối ưu hóa lai đề xuất thuật tốn AEDE mức đáng kể α = 0,05 Thử nghiệm Friedman cho hệ số an toàn chuyển vị tiến hành riêng rẽ Các mơ tính tốn tiến hành 40 lần chạy cho thuật toán Kết cho thấy giá trị p nhỏ 0,05 kết giả thuyết khống bị bác bỏ Có thể kết luận có khác biệt phương pháp tối ưu hóa lai đề xuất AEDE, đưa Bảng 15-16 ThS Đặng Minh Phụng, TS Đào Thanh Phong, PGST.TS Lê Hiếu Giang Luan van 28 T2019-05TĐ Bảng 15 Kiểm tra Friedman cho hệ số an tồn Số lần kiểm tra Trung bình Tổng Hệ số an toàn theo phương pháp đề xuất 40 1.5586 80.0 Hệ số an toàn AEDE 40 1.5566 40.0 Overall 80 1.5576 Chi-Square P-Value 40.00 0.000 Đáp ứng DF H₀: Tất hiệu xử lý không Giả thuyết Null H₁: Không phải tất hiệu xử lý không Giả thuyết thay Table 16 Kiểm tra Friedman cho chuyển vị Số lần kiểm tra Đáp ứng Trung bình Chuyển vị theo phương pháp đề xuất 40 Chuyển vị theo AEDE 40 2.094 Tổng 80 2.095 Chi-Square P-Value 40.00 0.000 DF Giả thuyết Null Giả thuyết thay 2.096 Tổng 80.0 40.0 H₀: Tất hiệu xử lý không H₁: Không phải tất hiệu xử lý không ThS Đặng Minh Phụng, TS Đào Thanh Phong, PGST.TS Lê Hiếu Giang Luan van 29 T2019-05TĐ 5.4 Xác nhận Các thông số tối ưu (A = 51 mm, B = mm, C = 0.5 mm, D = 0.6674 mm, F1 = 1.558 F2 = 2.096 mm) sử dụng để tạo nguyên mẫu 3D Sau đó, xác nhận thử nghiệm FEA tiến hành để đánh giá kết dự đốn Q trình thực với ràng buộc chuyển vị đầu vào giống Tối đa biến dạng khoảng 2.096 mm hệ số an toàn tối thiểu khoảng 1.558 Bảng 17 minh họa sai số kết dự đoán xác nhận cho hệ số dịch chuyển hệ số an tồn 6,82% 0,3% Nó có nghĩa giải pháp dự đoán phù hợp tốt với kết xác nhận So với thiết kế ban đầu, kết tối ưu tốt so với thiết kế ban đầu Một cải thiện sau tối ưu hóa cho hệ số an tồn khoảng 3,708% cho dịch chuyển khoảng 18,498%, đưa Bảng 18 Nó cho thấy thuật toán lai đề xuất cách tiếp cận hiệu cho thiết kế tối ưu hóa đa mục tiêu định vị xoay Bảng 17 Sai số kết dự đoán kết xác nhận Đáp ứng Dự đoán Xác nhận Sai số (%) F1 1.558 1.5533 0.30 F2 (mm) 2.096 1.9621 6.82 Bảng 18 Sự cải tiến thiết kế ban đầu thiết kế tối ưu Đáp ứng Thiết kế ban Thiết kế tối Cải thiện (%) đầu ưu F1 1.5023 1.558 3.708 F2 (mm) 1.7688 2.096 18.498 ThS Đặng Minh Phụng, TS Đào Thanh Phong, PGST.TS Lê Hiếu Giang Luan van 30 T2019-05TĐ KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Bài viết trình bày thuật tốn tối ưu hóa kết hợp hiệu cho định vị quay xoay mềm Bộ định vị sử dụng để định hướng ứng dụng cho hệ thống kiểm tra độ cứng vật liệu Nó bắt chước ứng xử sinh học bọ cánh cứng để đạt dịch chuyển tuyến tính linh hoạt Để tăng cường hành trình làm việc, tham số hình học CRPS đề xuất tối ưu hóa thơng qua thuật toán lai TM, FEM, RSM TLBO Hệ số an toàn chuyển vị coi hai hàm mục tiêu hình thành từ tích hợp TM, FEM RSM Và sau đó, hệ số trọng số hai đáp ứng tính cách thiết lập phương trình Kết cho thấy trọng số hệ số an toàn chuyển vị 0,5995 (59,95%) 0,4005 (40,05%) Các giá trị trọng số gán cho thuật toán TLBO để giải vấn đề tối ưu hóa đa mục tiêu Phân tích độ nhạy phân tích ANOVA thực để xác định ảnh hưởng đóng góp đáng kể biến thiết kế đáp ứng chất lượng Kết thơng số tối ưu tìm thấy A = 51 mm, B = mm, C = 0,5 mm, D = 0,6674 mm Hơn nữa, kết hệ số an toàn tối ưu 1,558 chuyển vị tối ưu khoảng 2,096 mm Nó cho thấy kết dự đoán thỏa thuận tốt với kết xác nhận Dựa kiểm tra thống kê phi thông số Wilcoxon Friedman, thuật tốn tối ưu hóa kết hợp đề xuất tốt thuật toán AEDE Ngoài ra, cách tiếp cận hiệu để giải vấn đề tối ưu hóa đa mục tiêu cho thiết kế phức tạp TT Nội Dung Đăng ký Kết đạt 01 Bài báo Tạp chí Mathematical Problems in Engineering https://doi.org/10.1155/2019/4191924 Minh Phung Dang, Thanh-Phong Dao, Ngoc Le Chau, Hieu Giang Le, Bài báo khoa học đăng Effective Hybrid Algorithm of Taguchi tạp chí tốn quốc tế Method, FEM, RSM and Teaching thuộc danh mục ISI Learning-Based Optimization for Multi(SCIE) Objective Optimization Design of a Compliant Rotary Positioning Stage for Nanoindentation Tester, Journal of Mathematical Problems in Engineering, 2019 Mức độ hoàn thành Đạt Lời cảm ơn Nhóm tác giả xin chân thàn cảm ơn hỗ trợ tài từ Đại học SPKT TP HCM, Việt Nam, theo mã số T2019-06TĐ ThS Đặng Minh Phụng, TS Đào Thanh Phong, PGST.TS Lê Hiếu Giang Luan van 31 T2019-05TĐ TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] Z Hu, Kevin J Lynne, Sai P Markondapatnaikuni, F Delfanian, “Material elastic-plastic property characterization by nanoindentation testing coupled with computer modeling,” Mater Sci Eng A 2013; 587: 268–282 J Nohava, N.X Randall, N Conté, “Novel ultra nanoindentation method with extremely low thermal drift: Principle and experimental results,” J Mater Res., Vol 24, No 3, Mar 2009 W O’Brien, "Long-range motion with nanometer precision," Photonics Spectra pp 80–81, 2005 L.J Lai, Z.N Zhu, “Design, modeling and testing of a novel flexure-based displacement amplification mechanism,” Sensors and Actuators A: Physical 266 (2017) 122-129 S Polit and J Dong, "Development of a High-Bandwidth XY Nanopositioning Stage for High-Rate Micro-/Nanomanufacturing," IEEE/ASME Transactions on Mechatronics Vol 16(4), pp 724–733, 2011 MG Song, HW Baek, NC Park, KS Park, T Yoon, YP Park, SC Lim, "Development of small sized actuator with compliant mechanism for optical image stabilization," IEEE Transactions on Magnetics Vol 46:2369–2372, 2010 T.-P Dao and S.-C Huang, "Compliant thin-walled joint based on zygoptera nonlinear geometry,"Journal of Mechanical Science and Technology, vol 31, pp 1293-1303, 2017 R.-F Fung, Y.-L Hsu, and M.-S Huang, "System identification of a dual-stage XY precision positioning table," Precision Engineering, vol 33, pp 71-80, 2009 T.P Dao, et al., "Analysis and optimization of a micro-displacement sensor for compliant microgripper,"Microsystem Technologies 23.12 (2017) 5375-5395 T.P Dao and S.C Huang, "Design and multi-objective optimization for a broad self-amplified 2-DOF monolithic mechanism," Sādhanā 42 (2017) 1527-1542 Wu-Le Zhu, Zhiwei Zhu, Ping Guo, Bing-Feng Ju, "A novel hybrid actuation mechanism based XY nanopositioning stage with totally decoupled kinematics," Mechanical Systems and Signal Processing, vol 99, 15 January 2018, 747-759 H Kim, D Ahn, and D Gweon, “Development 3-degrees of freedom flexure based positioning system,” Rev Sci Instrum 83, 055114 (2012) Q Xu, "Design of a Large-range compliant rotary micropositioning stage with angle and torque sensing," IEEE Sensors 15.4 (2015) 2419-2430 T.-P Dao and S.-C Huang, "Design and multi-objective optimization for a broad self-amplified 2-DOF monolithic mechanism," Sādhanā, vol 42, pp 1527-1542, 2017 S.-C Huang and T.-P Dao, "Design and computational optimization of a flexurebased XY positioning platform using FEA-based response surface methodology," ThS Đặng Minh Phụng, TS Đào Thanh Phong, PGST.TS Lê Hiếu Giang Luan van 32 T2019-05TĐ [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] International Journal of Precision Engineering and Manufacturing, vol 17, pp 1035-1048, 2016 N L Chau, T P Dao, V T T Nguyen “Optimal Design of a Dragonfly-Inspired Compliant Joint for Camera Positioning System of Nanoindentation Tester Based on a Hybrid Integration of Jaya-ANFIS,” Mathematical Problems in Engineering, 2018 (2018) N L Ho, T P Dao, H G Le, N L Chau “Optimal Design of a Compliant Microgripper for Assemble System of Cell Phone Vibration Motor Using a Hybrid Approach of ANFIS and Jaya,” Arabian Journal for Science and Engineering, 116, 2018 Le Chau, V A Dang, H G Le, and T.-P Dao, "Robust Parameter Design and Analysis of a Leaf Compliant Joint for Micropositioning Systems," Arabian Journal for Science and Engineering, vol 42, pp 4811-4823, 2017 E Burman, D Elfverson, P Hansbo, M G Larson, and K Larsson, "Shape optimization using the cut finite element method," Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, vol 328, pp 242-261, 2018 A Albanesi, F Bre, V Fachinotti, and C Gebhardt, "Simultaneous ply-order, plynumber and ply-drop optimization of laminate wind turbine blades using the inverse finite element method," Composite Structures, vol 184, pp 894-903, 2018 A Karamanlı and T P Vo, "Size dependent bending analysis of two directional functionally graded microbeams via a quasi-3D theory and finite element method," Composites Part B: Engineering, vol 144, pp 171-183, 2018 T.H Hou, C.H Su, W.L Liu, "Parameters optimization of a nano-particle wet milling process using the Taguchi method, response surface method and genetic algorithm," Powder Technology 173 (2007) 153-162 T.P Dao, S.C Huang, P T Thang, "Hybrid Taguchi-cuckoo search algorithm for optimization of a compliant focus positioning platform," Applied Soft Computing 57 (2017): 526-538 S.-C Huang and T.-P Dao, "Multi-objective Optimal Design of a 2-DOF FlexureBased Mechanism Using Hybrid Approach of Grey-Taguchi Coupled Response Surface Methodology and Entropy Measurement," Arabian Journal for Science and Engineering, vol 41, pp 5215-5231, 2016 R.V Rao, V Patel, "Multi-objective optimization of heat exchangers using a modified teaching-learning-based optimization algorithm,” Applied Mathematical Modelling 37 (2013) 1147-1162 R.V Rao, V.J Savsani, D.P Vakharia, "Teaching–learning-based optimization: A novel method for constrained mechanical design optimization problems,” Computer-Aided Design, vol 43, 2011, pp 303-315 R.V Rao, V.J Savsani, D.P Vakharia, "Teaching–Learning-Based Optimization: ThS Đặng Minh Phụng, TS Đào Thanh Phong, PGST.TS Lê Hiếu Giang Luan van 33 T2019-05TĐ [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] An optimization method for continuous non-linear large scale problems,” Information Sciences, 2012, pp 1-15 Q Xu, "Design and testing of a novel multi-stroke micropositioning system with variable resolutions,” Scientific Instruments 85 (2014) 025002 P Wang, Q Xu, "Design of a flexure-based constant-force XY precision positioning stage,” Mechanism and Machine Theory 108 (2017) 1-13 W Hua, X Zhang, "Input coupling analysis and optimal design of a 3-DOF compliant micro-positioning stage,” Mechanism and Machine Theory 43 (2008) 400-410 E Cuevas, J Gálvez, S Hinojosa, O Avalos, D Zaldívar, M Pérez-Cisneros “A comparison of evolutionary computation techniques for IIR model identification,” Journal of Applied Mathematics, 2014 (2014) S García, D Molina, M Lozano, F Herrera “A study on the use of nonparametric tests for analyzing the evolutionary algorithms’ behaviour: a case study on the CEC’2005 special session on real parameter optimization,” Journal of Heuristics, 15(6), 617 (2009) M Friedman, “A comparison of alternative tests of signiffcance for the problem of m rankings,” Annals of Mathematical Statistics, (1940) 11, 86-92 Thanh-Phong Dao, Shyh-Chour Huang, Ngoc Le Chau, “Robust parameter design for a compliant microgripper based on hybrid Taguchi-differential evolution algorithm,” Microsystem Technologies, DOI 10.1007/s00542-017-3534-2 L L Howell, Compliant Mechanisms, John Wiley & Sons, Inc United States of America, 2001 K Lu et al., “Technical Briefs,” vol 127, no November 2005, pp 981–989, 2016 A H Slocum, R Ma, J F Bean, and M L Culpepper, “Design of an Ankle Rehabilitation Device Using Compliant,” vol 5, no March 2011, pp 1–7, 2016 F Lotti, P Tiezzi, G Vassura, and A Zucchelli, “Mechanical Structures for Robotic Hands based on the ‘ Compliant Mechanism ’ Concept,” no 1, pp 1–8 D Rodríguez-Cianca, M Weckx, D Torricelli1, J Gonzalez, D Lefeber, and J L Pons, A Compliant 2-DoF Ankle-Foot System for a Biologically Inspired Humanoid Robot, 2015 IEEE-RAS 15th International Conference on Humanoid Robots (Humanoids) November 3-5, 2015, Seoul, Korea J Wei and etc., Single-Mask Fabrication of Temperature Triggered MEMS Switch for Cooling Control in SSL System, Eurosensors 2012, Procedia Engineering 47 (2012) 849 – 852 K Cai, Y Tian, X Liu, D Zhang, J Shang, B Shirinzadeh, Development and control methodologies for 2-DOF micro/nano positioning stage with high out-ofplane payload capacity, Journal of Robotics and Computer Integrated ThS Đặng Minh Phụng, TS Đào Thanh Phong, PGST.TS Lê Hiếu Giang Luan van 34 T2019-05TĐ [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54] [55] [56] [57] Manufacturing 56 (2019) 95–105 E Garcia M Goldfarb N Lobontiu, J S N Paine, Corner-filleted flexure hinges Transactions of the ASME, 123:346–352, 2001 W L Paros M.J., “How to design flexure hinges.pdf.” pp 151–156, 1965 S T Smith, V G Badami, J S Dale, and Y Xu, “Elliptical flexure hinges,” vol 68, no October 1996, pp 1474–1483, 1997 N Lobontiu and E Garcia, “Stiffness characterization of corner-filleted flexure hinges,” vol 75, no 11, pp 4896–4905, 2004 J S N Paine, “Design of Circular Cross-Section Corner-Filleted Flexure Hinges for Three-Dimensional Compliant Mechanisms,” vol 124, no September 2002, pp 479–484, 2016 J S N Paine and C F Hinges, “Corner-Filleted Flexure Hinges,” vol 123, no September 2001, pp 346–352, 2016 [43] N Lobontiu and E Garcia, “Analytical model of displacement amplification and stiffness optimization for a class of flexure-based compliant mechanisms,” vol 81, pp 2797–2810, 2003 G Zong S Bi X Pei, J.Yu The stiffness model of leaf-type isosceles-trapezoidal flexural pivots Journal of Mechanical Design, 130:082303, 2008 G Zong S Bi Z Yu X Pei, J Yu Analysis of rotational precision for an isosceles-trapezoidal flexural pivot Journal of Mechanical Design, 130:052302, 2008 P Xu, Y Jingjun, Z Guanghua, and B Shusheng, “The Stiffness Model of LeafType,” vol 130, no August 2008, pp 1–6, 2016 P Xu, Y Jingjun, Z Guanghua, B Shusheng, and Y Zhiwei, “Analysis of Rotational Precision for an Isosceles-Trapezoidal Flexural Pivot,” vol 130, no May 2008, pp 1–9, 2016 E Garcia N Lobontiu, Analytical model of displacement amplification and stiffness optimization for a class of flexure-based compliant mechanisms, Computers & Structures, 81:2797–2810, 2003 J S N Paine N Lobontiu, Design of circular cross-section corner-filleted flexure hinges for three-dimensional compliant mechanisms, Journal of Mechanical Design, 124:479–484, 2002 D.l C Handley Y K Yong, T Lu Review of circular flexure hinge design equations and derivation of empirical formulations, Precision Engineering, 32:63– 70, 2008 E Garcia N Lobontiu Static response of plannar compliant devices with small-deformation flexure hinges Mechanics Based Design of Structures and Machines, 32:459–490, 2004 E Garcia N Lobontiu Stiffness characterization of corner-filleted flexure hinges Review of Scientific Instruments, 75:4896–4905, 2004 ThS Đặng Minh Phụng, TS Đào Thanh Phong, PGST.TS Lê Hiếu Giang Luan van 35 T2019-05TĐ [58] [59] [60] [61] [62] [63] J S N Paine N Lobontiu Design of circular cross-section corner-filleted flexure hinges for three-dimensional compliant mechanisms Journal of Mechanical Design, 124:479–484, 2002 Y.Takase N.i Noda Gemeraozed stress intensity factors of v-shaped notch in a round bar under torsion, tension, and bending Engineering Fracture Mechanics, 70:1447–1466, 2003 D Zhang Y Tian, B Shirinzadeh Closed-form compliance equations of filleted v-shaped flexure hinges for compliant mechanism design Precision Engineering, 34:92–100, 2010 Z Li G Chen, J Jia On hybrid flexure hinges IEEE Networking, Sensing and Control:700–704, 2005 Y M Tseytlin Notch flexure hinges: An effective theory Review of Scientific Instruments, 73:3363–3368, 2002 Maluf, N An Introduction to Microelectromechanical Systems Engineering Meas Sci Technol 2002, 13, 229 ThS Đặng Minh Phụng, TS Đào Thanh Phong, PGST.TS Lê Hiếu Giang Luan van 36 S K L 0 Luan van ... KHOA CƠ KHÍ MÁY BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG TRỌNG ĐIỂM 2019 NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ TỐI ƯU BỘ ĐỊNH VỊ TỊNH TIẾN SANG XOAY SỬ DỤNG CƠ CẤU MỀM ỨNG DỤNG CHO HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ KIỂM TRA ĐỘ CỨNG... nhiên, định vị xoay sử dụng cấu mềm (CRPS) định hướng ứng dụng cho hệ thống kiểm tra độ cứng vật liệu nghiên cứu Trong nghiên cứu này, chuyển động tịnh tiến tính sang xoay để xác định vị trí mẫu vật. .. xuất thuật tốn tối ưu hóa lai hiệu cho thiết kế tối ưu hóa đa mục tiêu định vị quay sử dụng cấu mềm định hướng ứng dụng cho hệ thống kiểm tra độ cứng vật liệu Bộ định vị tạo dựa cảm hứng từ linh