Nhìn chung, những khía cạnh và vẫn đề được công bố chưa cho thấy một nghiên cứu và thiết kế nào mang tính bao quát, hoàn chỉnh về những vấn đề rất cơ bản và quan trọng trong tính toán th
Trang 1
BO KHOA HOC VA CONG NGHE
SO KHOA HOC VA CONG NGHE TP HCM
aK
CHUONG TRINH KH&CN TRONG DIEM CAP NHA NUOC ¬"
“NGHIÊN CỨU, PHÁT TRIÊN VÀ ÚNG DỤNG CÔNGNGHẸ | `
Tên tổ chức chủ trì đề tài:
TRUNG TÂM THIẾT KÉ VÀ CHÉ TẠO THIẾT BỊ MỚI
SỞ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ TP HCM Địa chỉ: 244 Điện Biên Phủ, Q 3, Tp Hồ Chí Minh Tên tổ chức tham gia phối hợp thực hiện đề tài:
TRUNG TÂM NGHIÊN CỨU- PHÁT TRIEN CONG NGHE CAO
DAI HQC BACH KHOA HA NOI
Trang 2CHƯƠNG TRÌNH KH&CN TRỌNG ĐIÊỄM CÁP NHÀ NƯỚC
“NGHIÊN CỨU, PHÁT TRIÊN VA UNG DUNG CONG NGHE
TAM GIA CONG CHE TAO 5 TRUC AO”
Mã số: KC.03 _ /06-10
Chủ trì đề tài: PGS.TS Lê Hoài Quốc
Tên tổ chức chủ trì đề tài:
TRUNG TAM THIET KE VÀ CHÉ TẠO THIET BI MOI
SO KHOA HOC VA CONG NGHE TP HCM Địa chỉ: 244 Điện Biên Phủ, Q 3, Tp Hồ Chí Minh Tên tổ chức tham gia phối hợp thực hiện dé tài:
DAI HOC BACH KHOA HA NOI Địa chỉ: Số 1 Đại Cô Việt, Hà Nội
Tp Hồ Chí Minh, năm 2008
Trang 3
CHUONG TRINH KH&CN TRONG DIEM CAP NHA NUOC
“NGHIEN CUU, PHAT TRIEN VA UNG DUNG CONG NGHE
TU DONG HOA”, KC.03/06-10
TAI LIEU LIEN QUAN DE TAI
““NGHIEN CUU THIET KE VA CHE TAO ROBOT SONG SONG (GOUGH-STEWART PLATFORM) SU DUNG TRONG HE THONG THIET BI TAO CHUYEN DONG PHUC HOP, HINH THANH TRUNG
TAM GIA CONG CHE TAO 5 TRUC AO”
Lý lịch khoa học của cá nhân chủ trì đề tài và thực hiện chính của để tài
TL lịch khoa học của cá nhân tham gia thực hiện dé tài, 10B1-4-LLCN Văn bản xác nhận sự đẳng ý ý của tô chức đăng ký phối hợp nghiên cứu, 10B1-5-PHNC
7z Phụ lục bỗ sung: đặc điểm kỹ thuật của một số robot song song — Hexapod của các hãng tiêu biểu trên thể giới
AwWAWN
Chủ nhiệm đề tài: PGS TS Lê Hoài Quốc
Cơ quan chủ trì: Trung tâm thiết kê chế tạo thiết bị mới - NEPTECH —
Sở Khoa học và Công nghệ TP HCM
TP Hỗ Chí Minh, năm 2008
Trang 4
CHUONG TRINH KH&CN TRONG DIEM CAP NHA NUOC
“NGHIEN CUU, PHAT TRIEN VA UNG DUNG CONG NGHE
TU DONG HOA”, KC.03/06-10
CHU TRI THUC HIEN DE TAI
DE TAI NGHIEN CUU THIET KE VA CHE TAO ROBOT SONG SONG (GOUGH-STEWART PLATFORM) SU DUNG TRONG HE THONG THIET BI TAO CHUYEN ĐỘNG PHỨC HỢP, HÌNH THÀNH TRUNG
TAM GIA CONG CHE TAO 5 TRUC AO”
Mã số: KC.03. /06-10
Chủ nhiệm đề tài: PGS TS Lê Hoài Quốc
Cơ quan chủ trì: Trung tâm thiệt kê chế tạo thiết bị mới - NEPTECH —
Sở Khoa học và Công nghệ TP HCM
TP Hồ Chí Minh, năm 2008
Trang 5
Biéu B1-1-DONTC
DON DANG KY CHU TRI THUC HIEN
ĐỀ TÀI, DỰ ÁN SXTN CẤP NHÀ NƯỚC (Kèm theo Quyết định số 10/ 2007 /QĐ-BKHCN ngày 11 tháng 5 năm 2007
của Bộ trưởng Bộ Khoa học và Công nghệ)
B1-1-DONTC CONG HOA XA HOI CHU NGHIA VIET NAM
Độc lập - Tu do - Hạnh phúc
ĐƠN ĐĂNG KÝ'
CHU TRI THUC HIEN DE TÀI, DỰ ÁN SXTN
CAP NHA NUGC
Kính gửi: Bộ Khoa học và Công nghệ Căn cứ thông báo của Bộ Khoa học và Công nghệ về việc tuyển chọn, xét chọn tổ chức và cá nhân chủ trì thực hiện Đề tài, Dự án SXTN năm 2009, chúng
tÔI:
SỞ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ TP HÒ CHÍ MINH
- _ Địa chỉ: 244 Điện Biên Phủ, P.7, Q.3, TP Hồ Chí Minh
(Tên, địa chỉ của tổ chức đăng ký tuyển chọn, xét chọn làm cơ quan chủ trì Đề tài, Dự
án SXTN)
b) LÊ HOÀI QUỐC, PGS TS., PGĐ Sở, Giám Đốc Trung tâm NEPTECH
(kiêm nhiệm)
- - Địa chỉ: 34/16 Lữ Gia, P.15, Q 11, TP Hồ Chí Minh
(Họ và tên, học vị, chức vụ địa chỉ cá nhân đăng ký tuyển chọn, xét chọn làm chủ
nhiệm Đề tài, Dự án SXTN)
xin đăng ký chủ trì thực hiện đề tài nghiên cứu và phát triển:
NGHIEN CUU THIET KE VA CHE TAO ROBOT SONG SONG (GOUGH-
STEWART PLATFORM) SU DUNG TRONG HE THONG THIET BI TAO
CHUYEN DONG PHUC HỢP, HÌNH THÀNH TRUNG TÂM GIA CONG CHÉ
Trang 6Thuộc Chương trình KH&CN (nếu có):
Chương trình KHCN trọng điểm cấp Nhà nước về nghiên cứu, phát triển và ứng
3 Lý lịch khoa học của 10 cá nhân đăng ký chi nhiém vd tham gia chính
Đề tài, Dự án SXTN theo biểu B1-4-LLCN;
4 Văn bản xác nhận về sự đồng ý của các tổ chức đăng ký phối hợp nghiên cứ theo biểu B7-5-PHNC;
5 Các văn bản pháp lý chứng minh khả năng huy động vốn từ nguồn khác (nếu có kê khai huy động vốn từ nguồn khác);
6 Các văn bản khác (bản sao Biên bản nghiệm thu của Hội đồng KH&CN cấp Nhà nước, chứng từ nộp kinh phí thu hồi, )
Chúng tôi xin cam đoan những nội dung và thông tin kê khai trong Hồ sơ này là đúng sự thật
Thành phố Hô Chí Minh, ngày 29 tháng 5 năm 2008
CÁ NHÂN ĐĂNG KÝ CHỦ NHIỆM THỦ TRƯỞNG TỔ CHỨC ĐĂNG KÝ CHỦ TRÌ
KT Giám đốc TT _„==ePhó Giám đốc TT
Trang 7
BO KHOA HOC VA CONG NGHE
SO KHOA HQC VA CONG NGHE TP HCM
kxw*
CHUONG TRINH KH&CN TRONG DIEM CÁP NHÀ NƯỚC
“NGHIEN CUU, PHAT TRIEN VA UNG DUNG CONG NGHE
TU DONG HOA”, KC.03/06-10
THUYET MINH DE TAI
“NGHIEN CUU THIET KE VA CHE TAO ROBOT SONG SONG
(GOUGH-STEWART PLATFORM) SU DUNG TRONG HE THONG THIET BI TAO CHUYEN DONG PHUC HỢP, HÌNH THÀNH TRUNG
TAM GIA CONG CHE TAO 5 TRUC AO”
Mã số: KC.03 — /06-10
Chủ nhiệm đề tài: PGS TS Lê Hoài Quốc
Cơ quan chủ trì: Trung tâm thiết kê chế tạo thiết bị mới - NEPTECH —
Sở Khoa học và Công nghệ TP HCM
TP Hồ Chí Minh, năm 2008
Trang 8
THUYET MINH DE TAI NGHIEN CUU
KHOA HOC VA PHAT TRIEN CONG NGHE'
I THONG TIN CHUNG VE DE TAI
tuyển)
Nghiên cứu thiết kế và chế tạo robot song song (Gough-
Stewart Platform) si dung trong hệ thống thiết bị tạo
chuyên động phức hợp, hình thành trung tâm gia công chế
L] Thuộc Chương trình (Ghi rõ tên chương trình, nếu có),
NGHIÊN CỨU VÀ PHÁT TRIÊỄN CÔNG NGHỆ TỰ ĐỘNG HOA
Mã số: KC.03/06-10
L] Thuộc dự án KH&CN;
L] Đề ti độc lập;
! Bản Thuyết minh này dùng cho hoạt động nghiên cứu ứng dụng và phát triển công nghệ thuộc 4 lĩnh vực khoa
học nêu tại mục 7 của Thuyết minh Thuyết minh được trình bày và in trên khỗ A4
Trang 9
Chi nhiém dé tai
Ho va tén: LE HOAI QUOC
Học hàm, học vị: Phó giáo sư, Tiến sĩ
thiết kế chế tạo thiết bị mới NEPTECH, Trưởng mô đun Robotics, PTN TĐ Điều khiển số và
Kỹ thuật hệ thống - ĐHBK —- ĐHQG TP.HCM
Điện thoại:
Tên tổ chức đang công tác: SỞ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ TP.HCM
Địa chỉ tổ chức: 244 Điện Biên Phủ, Q 3, TP Hồ Chí Minh
Địa chỉ nhà riêng: 34/16 Lữ Gia, P 15, Q.11, TP.HCM
Họ và tên: Lê Văn Định
Học hàm, học vị: Thạc sĩ kỹ thuật
Điện thoại:
Tên tổ chức đang công tác: Trung tâm thiết kế chế tạo thiết bị mới NEPTECH, thuộc
SỞ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ TP.HCM Địa chỉ tổ chức: 244 Điện Biên Phủ, Q 3, TP Hồ Chí Minh
Địa chỉ nhà riêng: 33B đường số 7, Tăng Nhơn Phú B, Q.9, TP HCM
Tổ chức chủ trì đề tài
Tên tổ chức chủ trì đề tài: Trung tâm thiết kế chế tạo thiết bị mới - NEPTECH
E-mail: info.neptech@neptech.com.vn
Website: neptech.net
Địa chỉ: 244 Điện Biên Phủ, Q.3, TP Hồ Chí Minh
Họ và tên thủ trưởng tổ chức: Lê Hoài Quốc
Số tài khoản: 007 100.1261215
Trang 10
Kho bạc Nhà nước/Ngân hàng: Ngân Hàng Ngoại thương, Thành phố Hồ Chí Minh
Tên cơ quan chủ quản đề tài: SỞ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ TP HCM
11 | Các tổ chức phối hợp chính thực hiện đề tài (nếu có)
Tổ chức I: Trung tâm Nghiên cứu — Triển khai công nghệ cao
Tên cơ quan chủ quản: Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
Địa chỉ: Số 1 Đại Cô Việt, Hà Nội
Họ và tên thủ trưởng tô chức: PGS TS Bùi Quốc Khánh
(Ghi những người có đóng góp khoa học và chủ trì thực hiện những nội dụng chính thuộc tổ chức chủ
tri và tô chức phôi hợp tham gia thực hiện đề tài, không quá 10 người kê cả chủ nhiệm dé tai)
quy đổi?)
1 Lê Hoài Quốc, TT NEPTECH | Nghiên cứu thiệt kế cấu trúc cơ| 24 tháng
lực học cơ hệ và xây dựng chương
trình giao tiếp điều khiển CNC
điều khiển toàn máy
3 Lê Anh Tuấn, TTNC&TK | Tham gia thiết kế hệ thống điện 18 tháng
Ths Công nghệ cao | động lực và bộ điều khiển
4 | Nguyễn Minh Thạnh, | Trường ĐHSPKT Nghiên cứu thiêt kế cấu trúc cơ
lực học cơ hệ
5 Lê Văn Định, TTNEPTECH | Thiết kế cơ khí và tham gia chế | 24tháng
6 | Nguyễn Việt Cường, | TT NEPTECH Thiết kế cơ khí và tham gia chế | 18 tháng
Trang 11
8 | Luong Hitu Thinh, TT NEPTECH | Thiết kế cơ khí và tham gia chế | 18 tháng
9 | Nguyễn Tiến Hiếu, TTNC&TK |Thiết kế cấu trúc và chế tạo| 18 thang
- Mục tiêu của đề tài này là thiết kế và chế tạo một máy phay CNC § trục ảo cỡ nhỏ dựa trên nguyên
lý Stewart Platform với chuyên động của bàn máy (mang phôi) được vận hành và điều khiên bởi 6
chân (Hexapod) sử dụng các động cơ tuyến tính nhằm:
e Lam chu thiết kế và công nghệ chế tạo robot song song có 6 chuỗi tác động, mỗi chuỗi với
bậc tự do 1 (Hexapod - Parallel kinematics)
e Tao ra kha năng chế tạo robot song song - Hexapod trong nước để sử dụng vào thực tế công
nghiệp Kết hợp với hệ thông thiết bị hiện có của các Trung tâm thực hiện đề tài nghiên cứu
để tiến tới làm chủ công nghệ tạo hình công nghệ cao
14 | Tình trạng đề tài
L ] Kế tiếp nghiên cứu của người khác
15 | Tổng quan tình hình nghiên cứu, luận giải về mục tiêu và những nội dung nghiên cứu
của Đề tài
15.1 Đánh giá tẵng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực của Đề tài
Ngoài nước (Phán tích đánh giá được những công trình nghiên cứu có liên quan và ¡ những kết quả
nghiên cứu mới nhất trong lĩnh vực nghiên cứu của đê tài; nêu được những bước tiến về trình độ
KH&CN của những kết quả nghiên cứu đó)
Robot song song là một cấu trúc gồm nhiều chuỗi động kín với một nhóm các trục và cơ cấu tác
động cuối mắc song song nhau Do hình thành từ những chuỗi động kín (closed-loop
mechanism) gồm nhiều chuỗi động nối tiếp (serial kinematics chains) cùng nối với khâu chấp
hành (platform) và nền (base) như vậy sẽ làm tăng độ cứng vững của khâu chấp hành cuối trên
robot Hơn thế nữa, ta có thể đặt tất cả các cơ cấu chấp hành lên giá nếu cần nhằm làm cho các
phần di chuyển của kết cấu trở nên gọn nhẹ, nhờ đó tận dụng được phần lớn năng lượng trực
tiếp từ trục động cơ đồng thời giảm được sai số vị trí của cơ cấu tác động cuối Nhờ những đặc
điểm này mà các robot song song chiếm ưu thế trong tốc độ tác động cao với độ chính xác cao,
tải trọng lớn và có độ cứng vững cao hơn hẵn các loại tay máy nối tiếp
Trang 12
Hình 3: Xuất phát từ ý tưởng về một hệ
thống phục vụ giải trí sinh động, tạo
cảm giác cho người xem trên cơ sở sử dụng tấm sàn có chuyển động song
song, dựa trên cơ hệ có cầu trúc cơ cầu song song (parallel machanism) của James Gwinnett, ý tưởng một rạp chiếu phim thực tại ảo đã được cấp bằng sáng chế tại Mỹ vào năm 1931
Trang 13
Năm 1947, tai Birmingham, Anh quéc, tién si Eric Gough
đã cho ra đời bản thiết kế đầu tiên về Parallel Robot Sau
đó được hoàn thiện dẫn và chế tạo vào năm 1954 tại hãng Dunlop Rubber Mục đích ban đầu là dùng để đáp ứng việc nâng chuyển các tải trọng nặng Ông qua đời năm
1973
Hình 5: Thiết kế đầu tiên về robot song song của Eric Gough được hoàn thiện và chế tạo vào năm 1954 tai hãng Dunlop Rubber với mục đích sử dụng để nâng
chuyển các tải trọng nặng
Năm 1965, tại IMechE, Anh Quốc, xuất hiện công bố ý tưởng của Tiến sĩ M Stewart, bài báo này mô tả một ứng dụng tắm chuyển động (platform) 6 bậc tự do dùng để mô phỏng và huấn luyện bay Sau đó là những tranh luận về
nó, có cả tiến sĩ Gough Chính bản thiết kế này đã gây "' tác động rất lớn đến việc hình thành các dạng robot song -'? song sau nay
Tuy nhiên những ứng dụng thực tiễn về Hexapod lại được triển khai và ngày càng được phát triển
nhanh chóng tại Mỹ Những hình ảnh này chụp năm 1960 tại Mỹ khi Klaus Cappel giới thiệu
Hexapod tại viện kỹ thuật Franklin Về sau ông được cấp bằng sáng chế về loại Hexapod 8
mặt Sau đó các hãng Link, CAE vào cuộc trong việc chế tạo Hexapod để mô phỏng bay
Hình 7: Klaus Cappel giới thiệu Hexapod tại viện kỹ thuật Franklin và các thiết bị Hexapod mô
hong va huan luyén bay cha Hang Link, CAE
Trang 14
những loại máy song song Nhưng chính nét độc đáo của Hexapod khiến người ta quan tâm nhiều hơn về robot song song
cấu 6 chân —- 8 mặt hay gọi là Hexapod để mô phỏng bay thì giờ đây đã có hàng trăm phiên bản khác nhau của nó ra đời
Chính từ bài báo nổi tiếng của M
Stewart và các phát minh của E
Gough, Kappel đã mở đầu cho một
khuynh hướng nghiên cứu mới trong lĩnh vực robot là robot song song (parallel robot)
Hình 9: Sơ đồ cấu tạo thiết bị mô phỏng và huấn luyện bay
Và những tiêu điểm sau đó:
- Năm 1979: Những nghiên cứu một cách có hệ thống về robot song song ra đời, đánh dấu
bước phát triển đầu tiên của robot song song
- Năm 1980: Giáo sư Reymond Clavel thiết kế ra Delta robot, sau này trở thành một trong
những robot song song nổi tiếng nhất
- Năm 1985: Robot song phẳng ra đời dựa trên các cơ cấu phẳng 3 bậc tự do dùng khớp trụ
và tịnh tiến
- Năm 1987: Parallel Kinematic Machine ra đời
- Năm 2002: Hội nghị khoa học về robot song song được tổ chức tại ĐH Laval, Quebec,
Canada đưa ra những định hướng phát triển quan trọng về robot song song, nhấn mạnh hơn
khía cạnh ứng dụng
- Hang nam déu có những Hội nghị khoa học quốc tế do IFAC, IEEE, ICRA, IROS tổ chức về
những phát triên và ứng dụng mới vệ robot song song Đại học EPFL - Thụy Sĩ là nơi thường
Trang 15
đăng cai những nghiên cứu ứng dụng robot song song trong phâu thuật
Đặc điểm của parallel robot:
Bài toán động học ngược đơn giản
Robot song song dựa trên nguyên lý Gough — Stewart Platform còn có nhiều ứng dụng rất đa
dạng Một số ứng dụng trong sản xuất công nghiệp tiêu biểu có thể kể đến là các robot phẫu thuật,
Ở ứng dụng gia công cắt gọt trong lĩnh vực chế tạo máy, các chuyển động của Stewart Platform cho
phép thực hiện các chuyển động tương đối giữa dụng cụ cắt và phôi có tính năng tạo hình tương
đương với máy phay 5 trục Đây là một ưu thế có tính mới trong ứng dụng của loại robot ‘song song
này nhờ ở kết cầu gọn, độ cứng vững của cơ hệ cao, có thể chấp nhận được cho các chuyển động có
tải khi cắt gọt tạo hình các bề mặt phúc tạp với một lượng dư gia công không lớn Nhiều dự án ở
các nước như CHLB Đức, Thụy Sĩ, Hoa Kỳ đã được triển khai trên cơ sở ứng dụng robot song song
— Hexapod như các dự án sau:
Dự án NIST (National Institute of Standards and Technology) với mục tiêu là đo đạc và
mở rộng khả năng của máy dựa trên nguyên lý Stewart Platform - Hexapod được triển khai từ
năm 1998 đến năm 2001 theo tiến độ như sau:
e_ 1990: Phát triển kỹ thuật đo và xác định sai số
s 2000: Giao tiếp Web với công cụ mô phỏng Hexapod và dữ liệu thực nghiệm
© 2000 : Phát triển đo lường phản hồi
se 2001 : Thực hiện thử các phần phức tạp của máy
e 2001 : Hình thành chuẩn vào B5 và ISO 230
© 2001 : Phat triển điều khiển (nhiệt độ, bộ dò, thuật toán điều khiển)
8
Trang 16
Dự án Cubic Hexapod hợp tác giữa Đại học Washington và Tập đoàn công nghệ Hood kéo dài 6 năm từ năm 1998 đến năm 2004 Dự án này được phát triển từ Stewart platform dé loai triv nhiễu trong các hệ thống chính xác (Hình 2), điều khiển vị trí với độ chính
xác Ì nanômét)
Dự án Hexaglide được triển khai ở Viện robot của Thụy sỹ bắt đầu từ năm 1996, Máy là hệ cấu trúc song song 6 bậc tự
do, sử dụng máy phay tốc độ cao với không gian làm việc 700 x 600 x 500
mm, sử dụng hệ điều khiển VME-Bus
và hệ thống thời gian thực Ưu điểm là
có thể thực hiện các chuyển động nhanh, độ cứng vững và độ chính xác cao (Hình 12)
Hình 12: Dự án Hexaglide
Hiện nay robot song song - Hexapod vẫn đang là để tài nghiên cứu của nhiều trường đại học trên
thế giới, là đề tài của nhiều luận văn Thạc sỹ và Tiến sỹ đã và đang được triển khai ở khắp nơi
trên thế giới trong đó có Việt Nam
Trong nước (Phân tích, đánh giá tình hình nghiên cứu trong nước thuộc lĩnh vực nghiên cứu cua
đề tài, đặc biệt phải nêu cụ thể được những kết quả KH&CN liên quan đến đề tài mà các cán bộ
tham gia đề tài đã thực hiện Nếu có các đề tài cùng bản chất đã và đang được thực hiện ở cấp
khác, nơi khác thì phải giải trình rð các nội dung kỹ thuật liên quan đến đề tài này; Nếu phái hiện
có đề tài đang tiền hành mà đề tài này có thể phối hợp nghiên cứu được thì cần ghi rõ Tên đề tài,
Tên Chủ nhiệm đề tài và cơ quan chủ trì để tài đó)
Kẻ từ Hội nghị toàn quốc lần thứ nhất về Cơ điện tử vào năm 2002, đến nay robot song song —
Hexapod đã được nhiều nhà khoa học trong nước quan tâm nghiên cứu Có thể kế ra những kết qua
nghiên cứu ban đầu thể hiện qua các bài báo được nêu dưới đây:
I Từ Diệp Công Thành - Đặng Văn Nghìn: Bộ điều khiển Parallel Roboi, HNTQ lần I vé
CDT, Ha Ndi, 2002
Trang 17
Nhận xét: Bài báo giới thiệu tôm tắt và sơ lược về một mạch điều khiển đơn giản sử dụng vì xứ
ly IC 8255 áp dụng trên mô hình Hexapod tự chế trong Phòng Thí nghiệm Giải pháp giới thiệu
chỉ phù hợp cho mô hình rất đơn giản trong Phòng thí nghiệm, còn nhiều khiếm khuyế Không
có khả năng áp dung trong thực tế
2 Bùi Quang Được - Đặng Văn Neghin: Thiét ké va ché tao Robot Crane: HNTQ lần 1 vé
CĐT, Hà Nội, 2002 Nhận xét: Cũng tương tự như bài báo trên, bài báo này giới thiệu tóm tắt và sơ lược về một mô
hình điêu khiên bằng 6 sợi cáp làm dịch chuyển tắm di động 8 mat theo nguyén ly Stewart
Plaform Giải pháp giới thiệu chỉ phù hợp cho mô hình thí nghiệm rát đơn giản trong Phòng
thí nghiệm
3 Lê Thanh Thủy, Phạm Anh Tuấn, Phạm Văn Bich Ngoc, Dé Tran Thang: Mé phỏng động
lực học robot cơ cấu song song; HNTQ lần I về CĐT, Hà Nội, 2002
Nhận xét: Bài báo giới thiệu tóm tắt về thuật toán giải bài toán động lực học và mô phỏng kết
quả tính toán động lực học cơ hệ Hexapod
4 Hồ Đắc Hiền: Giải bài toán động học ngược cơ cấu Hexapod 6 CTC, HNTQ lần I về CDT,
Hà Nội, 2002
Nhận xét: Bài báo giới thiệu tóm tắt về giải thuật cho bài toán động học và mô phỏng kết quá
tính toán động hoc co hé Hexapod 6 CTC tại PTN của đơn vị Bài báo đóng góp thông tin về
cách giải bài toán động học cơ hệ Hexapod
3 Phạm Văn Ngọc Bạch, Vũ Thanh Quang, Đỗ Trần Thắng, Pham Anh Tuan: Mo phỏng và
thiết kê Hexapod cho gia công cơ khí chính xác; HNTQ lần II về CĐT, TP.HCM, 2004
Nhận xét: Bài báo giới thiệu về một giải pháp hỗ trợ tính toán thiết kế vờ mô phỏng kết quả tính
toán thiết kê cơ hệ Hexapod dựa trên những giả thiết về tải trọng dự kiến
6 Dinh Công Huấn, Vương Thị Diệu Hương, Đỗ Thị Ngọc Oanh, Nguyễn Huy Thụy, Phạm
Anh Tuân: Một giải pháp điều khiển robot cơ cấu song song; HNTQ lan Il vé CDT,
TP.HCM, 2004
Nhận xét: Bài báo đề nghị một giải pháp điều khiển cơ hệ robot song song - Hexapod dua trên
những giả thiết vê tai trọng dự kiến
7 Hồ Đắc Hién: Thiét kế động học máy cắt gọt kim loại Hexapod bằng mô phỏng, HNTQ lần
II về CĐT, TP.HCM, 2004
Nhận xét: Bài báo giới thiệu vé mot giải pháp hỗ trợ tinh toán thiết kế và mô phỏng kết quả tính
toán thiết kê động học cơ hệ Hexapod trong ứng dụng như máy gia công cắt got
§ Nguyễn Minh Tuần, Đặng Văn Nghìn: Những kết quá nghiên cứu ban đâu về Hexapod;
HNTQ lân H về CĐT, TP.HCM, 2004
Nhận xét: Bài báo mang tính giới thiệu tổng quan về một số tính toán động học và thiết kế cơ hệ
Hexapod
9 Nguyễn Minh Tuan, Dang Van Nghin: Phân tích lực và biến đạng trong hệ chân Hexapod
bang phan mém MATLAB; HNTQ lần II về CĐT, TP.HCM, 2004
Nhận xét: Bài báo giới thiệu về một phương pháp tính toán lực và biến đạng dựa trên những
giả thiết về tải trọng dự kiến làm cơ sở ban đầu cho việc thiết kế cơ hệ Hexapod
Trang 18
10 Bodo Heimann, Martin Grotijahn and Johan Kuhn — Univ of Hannover, Germany: Friction
and Rigid Body Identification of Robots with Parallel Kinematic; The 8" Int] Conference on Mechatronics Technology (HNQT lan 8 vé CDT), Hanoi, 2004
Nhận xét: Bài báo giới thiệu VỀ một phương pháp xác định ma sát và động lực học cơ hệ có cấu
trúc gầm các chuối động song songgôm hai bước tiếp cận nhằm xây dựng cơ sở tính toán để
xác định độ cứng vững động lực học cho việc thiết kế cơ hệ Hexapod
11 Jong-Gug Bae, Ho-Seok Shim and Jeh Won Lee ~ Yeungnam Univ Korea: Active Control
of a Ship Cabin Motion Using 3-DOF Parallel Mechanisms; The 8" Intl Conference on Mechatronics Technology, Hanoi, 2004
Nhận xét: Bài báo giới thiệu một tô hình ứng dụng cơ cấu song song 3 bác tw do cho san cua
tàu khách cao tốc để giúp bao dam ổn định cho tàu khách cao tóc trên cơ sở phân tích mỗi quan
hệ động học dé bao dam ổn định về vị trí và hướng, của sàn tàu Các tác giả cũng tính toản mô
phỏng số hai mô hình 3 RPS và 3 SPR để so sánh kết quả
12 Le Xuan Huy, Hoang Nga, Do Tran Thang and Pham Minh Tuan, Institute of Mechanics,
Vietnamese Academy of Science and Technology, Vietnam: Determination of Control Data
based on Dynamic Simulation for Hexapod: The 8" Intl Conference on Mechatronics
Technology, Hanoi, 2004
Nhận xét: Bài báo giới thiệu một phương pháp xác định dữ liệu điều khiển dựa trên mô phỏng
động lực học của Hexapod Thông tin điều khiển dựa trên các số liệu cho từ các phan mém tinh
toán va mô phỏng động lực học giả định như ADAMS, DADS, Alaska,
13 Dinh Cong Huan, Vuong Thi Dieu Huong, Vu Minh Hung, Do Thi Ngoc Oanh, Nguyen
Huy Thuy and Pham Anh Tuan, Vietnamese Academy of Science and Technology,
Vietnam: Development of a Control System for Hexapod; The 8" Intl Conference on
Mechatronics Technology, Hanoi, 2004
Nhận xét: Bài báo giới thiệu một phương án thiết kế bộ điều khiển lexapod dựa trên bộ điều
khiển khả lập trình (PLC) Simatic S7-300 với các dữ liệu hỗ trợ từ phần mễm mô phỏng và điều
khiển robot
14 Thái Thị Thu Hà, Hồ Thanh Tâm, ĐHBK ~ ĐHQG TP.HCM: Ứng dung robot song song
trong máy đo tọa độ CMM; HNTQ lần VI về Tự động hóa, Hà Nội, 2005
Nhận xét:
15 Vii Minh Hung, Dé Thi Ngoc Oanh, Nguyễn Huy Thụy, Phạm Anh Tuấn: Điểu khiển phối
VI về Tự động hóa, Hà Nội, 2005
16 Đặng Bảo Lâm, Phạm Minh Hải, Phan Văn Đồng, ĐHBK Hà Nội: Thuật toán tùm miễn làm
việc của họ robot song song phăng 3 bậc tự do; HNTQ lần VI về Tự động hóa, Hà Nội,
2005
17 Nguyễn Thiện Phúc, Trần Minh Nghĩa, Nguyễn Đình Nin, ĐHBK Hà Nội: Nghiên cứu tạo
dựng robot song song dạng Hexa; HNTQ lần VI về Tự động hóa, Hà Nội, 2005,
18 Houssem Abdellatif and Bodo Heimann, Univ of Hannover: Dynamics and Control of
Robots with Parallel Kinematic Structures, HNTQ lan Ill vé CDT, Ha N6i, 2006
Nhận xét: Bài báo giới thiệu thông tin tổng quan vẻ những phương pháp cần thiết áp dụng để
bảo đảm điều khiến chính xác các robot song song, trong đó ba vẫn để cơ bản được đề cáp bao
II
Trang 19
gom: tinh toán chính xác và xử ý thời gian thực cho mô hình bài toán động lực học nguge,
nhận dang chính xác các thông số của mô hình và kiến trúc điều khiển xấp xi trên cơ sở kết hợp
hai mô hình điều khiển gồm điều khiển feedback va à feedforward với bộ lặp giúp giảm thiểu ảnh
hưởng của nhiễu Bài báo có giá trị học thuật và ứng dung cao, can được quan tâm trong
nghiên cứu thiết kế chế tạo và điều khiển trên thiết bị thực tế như đề tài nghiên cứu này dự kiến
sẽ triển khai thực hiện
19 Nguyễn Hồng Thái, BM CSTKM & Robot, ĐHBK Hà Nội: Mới kiếu máy khoan cao tốc 2
bậc tự do có cấu trúc động học song song; HNTQ lần 1II về CĐT, Hà Nội, 2006
Nhận xét: Bài báo giới thiệu một trường hợp ứng dụng cấu trúc động học song song trên máy
khoan
20 Nguyễn Hồng Thái, BM CSTKM & Robot, ĐHBK Hà Nội: Chế tạo thứ nghiệm Robot
Hexagiide; HNTQ lần III về CĐT, Hà Nội, 2006
Nhận xét: Bài báo giới thiệu mội số kết quá thực nghiệp bước đầu khi chế tao robot song song
kiéu Hexaglide ứng dụng làm cơ cấu mang dụng cụ cắt trong gia công các bê mặt phức tạp
21.Cong Bang Pham, Song Huat Yeo and Guilin Yang, Nanyang Technological Univ.,
Singapore: Analytical Force-closure workspace of Cable-driven planar Parallel
Nhận xét: Bài báo giới thiệu một trường hợp ứng dụng cầu trúc động học song song điều khiển
bằng dây cáp để di chuyển tấm di động có thể áp dụng cho các thiết bị vận chuyển, bốc xếp
trong vùng không gian hoạt động lớn
22 Bodo Heimann, Houssem Abdelatif, Leibniz Univ of Hannover, Germany: Dynamics and
Control of Robots with parallel kinematical Structures; HNKHCN [an tht 10, DHBK —
DHQG_HCM, TP HCM, 2007
Nhận xét: Bài báo giới thiệu về ệ phương pháp tính toán động lực học và điều khiển tương tự bài
báo 18 với một số đề xuất cải tiến hơn trong giải thuật Cũng tương tự bài báo 18, bài báo này
chứa đựng nhiễu giá trị nghiên cứu mang tính học thuật cao và có tính tham kháo cao cho
những ứng dụng thực tế
23.Huy Hoang Pham, I-Ming Chen, Nanyang Technological Univ., Singapore: Stiffness
Analysis of a 6-DOF Flexure Parallel Mechanism; HNKHCN lần thr 10, DHBK —
DHQG_HCM, TP HCM, 2007
Nhận xét: Bài báo trình bày một phương pháp tính toán dựa trên phân tích độ cứng vững của
cơ hệ song song với các khâu có dạng uốn cong Đây là một nghiên cứu phái triển có gia tri
tham khảo tối
Qua các công bố trong nước tiêu biểu đã nêu trên đây, c các tác giả trong nước tham gia các
HNKH đã công bố về những kết quả nghiên cứu bước đầu của mình trong từng vẫn đề được đề
cập Nhìn chung, những khía cạnh và vẫn đề được công bố chưa cho thấy một nghiên cứu và
thiết kế nào mang tính bao quát, hoàn chỉnh về những vấn đề rất cơ bản và quan trọng trong tính
toán thiết kế hệ thống tạo hình và hoạt động điều khiển phối hợp của các trục (6 trục) liên kết
tạo chuyển động cho bàn máy (hoặc dụng cụ cắt) được thực hiện
Các vấn đề được đề cập của các tác giả đến từ ĐH Hannover, CHLB Duc ở các bài báo 10, 18
và 21có giá trị học thuật và tham khảo cao cho nghiên cứu triển khai thực tế
15.2 Luận giải về việc đặt ra mục tiêu và những nội dung cần nghiên cứu của Để tài
12
Trang 20
(Trên cơ sở đánh giá tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước, phân tích những công trình nghiên
cứu có liên quan, những kết quả mới nhất trong lĩnh vực nghiên cứu đề tài, đánh giá những khác
biệt về trình độ KH&CN trong nước và thé giới, những vấn đè đã được giải quyết, cần nêu rõ
những vấn đề còn tân tại, chỉ ra những hạn chế cụ thể, từ đó nêu được hướng giải quyết, mới - luận
giải và cụ thể hoá mục tiêu đặt ra của để tài và những nội dung cẩn thực hiện trong Đề tài dé dat
được mục tiêu)
Đánh giá tình hình nghiên cứu trong nước: Qua tổng hợp những công bố nghiên cứu và triển
khai trong nước hiện nay, có thể nhận thấy chưa có đơn vị nghiên cứu nào quan tâm giải quyết
những vẫn đề rất cơ bản va quan trong trong tinh toán thiết kế hệ thống, xác định các thông SỐ
cấu trúc và động học tối ưu cho hệ thống, các vấn đề gia công tạo hình trên cơ sở phối hợp và
điều khiển hoạt động phối hợp của các trục (6 trục) liên kết tạo chuyên động cho bàn máy (hoặc
dụng cụ cắt) được thực hiện
Phân tích những công trình nghiên cứu ngoài nước có liên quan, thê hiện qua một số công bố
tiêu biểu đã nêu ở phân trên, những vấn đề mang tính thực tiễn cao năm ở các phương pháp tính
toán cấu trúc tối ưu, mô hình động lực học có tính đến ma sát và độ cứng vững của hệ thống, độ
chính xác và xử lý thời gian thực cho mô hình bài toán động lực học ngược, nhận dạng chính
xác các thông số của mô hình và kiến trúc điều khiển xấp xỉ trên cơ sớ kết hợp hai mô hình điều
khiển gồm điều khiển feedback và feedforward với bộ lặp giúp giảm thiểu ảnh hưởng của nhiễu
là những vấn đề cần phải được quan tâm giải quyết trong đề tài nghiên cứu này
Sự khác biệt về trình độ KH&CN trong nước và thế giới thể hiện qua những kết quả, mới nhất
trong lĩnh vực nghiên cứu của để tài khưu trú trong giới hạn của ứng dụng gia công cắt gọt, tạo
hình trên cơ sở robot song song — Hexapod bao gồm vấn để tính toán tối ưu kích thước động
học của các khâu, tính toán độ cứng vững động lực học cho cơ hệ dưới tác động gia công ở tốc
độ cao bảo đảm độ chính xác gia công tạo hình và đáp ứng tiêu chuẩn của hệ thống CNC để có
thé dé dang két nối với các phần mềm CAD/CAM
Hướng giải quyết mới — luận giải và cụ thể hóa mục tiêu và những nội dung đặt ra:
Trên cơ sở những phân tích nêu trên, với mục tiêu đặt ra cho đề tài là nghiên cứu thiết kế và chế
tạo/tích hợp một robot song song - Hexapod hoàn chỉnh cho mục đích gia công cắt gọt - có năng
lực tạo hình tương đương một máy phay CNC 5 trục, các nội dung nghiên cứu chính mà đề tài
sé quan tâm triển khai bao gồm:
- Xây dựng CƠ SỞ phương pháp luận để xác định cấu trúc và kích thước động nhằm đạt mục tiêu tối ưu về kích thước của vùng không gian họat động của tấm/bộ phận chuyển động (moving platform) trong hai trường hợp: là bàn máy hoặc là dụng cụ cắt Từ đó lựa giải pháp thiết kế
- Nghiên cứu thiết kế cơ hệ Hexapod dựa trên mô hình bài toán bảo đảm độ cứng vững động lực học dưới tác động của hệ lực làm việc, mô phỏng kết quả tính toán bằng các phần mém
hỗ trợ tính toán và mô phỏng động lực học cơ hệ làm cơ sở để chế tạo và tích hợp phần kết cấu cơ khí của toàn may
- Nghiên cứu thiết kế bộ điều khiển cho robot song song - Hexapod Trong đó quan tâm đến các phương pháp tính toán chính xác và xử lý thời gian thực cho mô hình bài toán động lực học ngược, nhận dạng chính xác các thông số của mô hình và kiến trúc điều khiển cho phép giảm thiểu ảnh hưởng của nhiễu
- Nghiên cứu lựa chọn giải pháp và thiết kế hệ thống truyền động trên cơ sở kết cấu và kích thước hệ thống cơ đã được xác định Giải pháp lựa chọn ưu tiên là truyền động thẳng trực tiếp (truyền động tuyến tính) nhằm bảo đảm yêu cầu về lực và đặc tính động học Nghiên cứu thiết kế các bộ điều khiển truyền động
13
Trang 2116 | Liệt kê danh mục các công trình nghiên cứu, tài liệu có liên quan đến đề tài đã trích dẫn
khi đúnh giá tông quan
(Tên công trình, tác giả, nơi và năm công bố, chỉ nêu những danh mục đã được trích dẫn để
luận giải cho sự cần thiết nghiên cứu đề tài)
[1] B Denkena, C Holz, and H Abdelatif, “Model-based control of a hexapod with linear direct
drives” Int Journal of Computer Integrated Manufacturing, vol 19, no 5, pp 463-472, 2006
[2] J.-P Merlet, Parallel Robots, ser Solid Mechanics and its Applications Dordrecht: Kluwer
Academic Publishers, 2000
[3] L -W Tsai, “Solving the inverse dynamics of a Stewart-Gough manipulator by the principle
of virtual work”, ASME Journal of Mechanical Design, vol 122, no 5, pp 3-9, 2000
[4] M Grotjahn, J Kuehn, B Heimann, and H Grendel, “Dynamic equations of parallel robots
in minimal dimensional parameter-linear form”, in Proc Of the 14'" CISM-IFToMM Symp
On the theory and Practice of Robots and Manipulators (RoManSy), Udine, Italy, 2002, pp
67-76
[5] J.-P Merlet, “Jacobian, manipulability, condition number, and accuracy of parallel robots”
Journal of Mechanical Design, vol 128, no 1, pp 199-206, 2006
[6] Y Ting, Y.-S Chen, and H —C Jar, “Modeling and control for a gough-stewart platform
CNC-machine”, Journal of Robotic Systems, vol 21, no 11, pp 609-623, 2004
[7] M Honegger, R Brega, and G Schweitzer, “Application of a nonlinear adaptive controller
to a 6 dof parallel manipulator:, in Proc Of the 2000 IEEE Int Conf on Robotics and
Automation, San Francisco, 2000, pp 1930-1935
[8] W Khalil and S D Guegan, “Inverse and direct dynamics modeling of gough-stewart
robots”, IEEE Transactions on Robotics, vol 20, no 4, pp 754-762, 2004
[9] P Renaud, A Vivas, N Andreff, P Poignet, P Martinet, F Pierrot, and O Company,
« Kinematic and dynamic identification of parallel mechanism « , Control engineering
Practice, vol 9, no 14, pp 1099-1109, 2006
[10] H Abdelatif and B Heimann, “Iterative learning control of a direct driven spatial parallel
manipulator”, in Proc Of the IEEE 3" Int Conf on Mechatronics, ICMO6, Budapest, Hungary,
những nội dung mới, những nội dụng kế thừa kết quả nghiên cứu của các đề tài trước đó ; những hoạt động để
chuyển giao kết quả nghiên cứu đến người sử dụng, dự kiến những nội dung có tính rủi ro và giải pháp khắc
Trang 22
Noi dung 1:
Xây dựng cơ sở phương pháp luận để xác định cấu trúc và kích thước động nhằm đạt mục tiêu
tôi ưu vê kích thước của vùng không gian làm việc của tâm/bộ phận chuyên động (moving
platform) trong hai trường hợp: là bàn máy hoặc là dụng cụ cắt, từ đó chọn lựa giải pháp thiết kê
Khao sát (bằng công cụ mô phỏng) nhăm loại trừ các điểm chết (Singularities) trong không gian
công tác
Nôi dung 2:
Nghiên cứu thiết kê cơ hệ Hexapod dựa trên mô hình bài toán bảo đảm độ cứng vững động lực học
dưới tác động của hệ lực làm việc, mô phỏng kết quả tính toán bang cdc phan mém hỗ trợ tính toán
và mô phỏng động lực học cơ hệ làm cơ sở để chê tạo và tích hợp phân kết câu cơ khí của toàn máy
Nội dung 3:
Nghiên cứu thiết kế bộ điều khiển cho robot song song - Hexapod Trong đó quan tâm đến các
phương pháp tính toán chính xác và xử lý thời gian thực cho mô hình bài toán động lực học thuận
và ngược, nhận dạng chính xác các thông số của mô hình và kiến trúc điều khiển cho phép giảm
thiêu ảnh hưởng của nhiễu
Nôi dung 4:
Nghiên cứu lựa chọn giải pháp và thiết kế hệ thống truyền động trên cơ sở kết cầu và kích thước hệ
thống cơ đã được xác định Giải pháp lựa chọn ưu tiên là truyền động thẳng trực tiếp (truyền động
tuyến tính) nhằm bảo đảm yêu cầu về lực và đặc tính động học Nghiên cứu thiết kế các bộ điều
khiển truyền động
Nôi dung 5:
Xây dụng phần mềm điều khién CNC (có thể trên cơ sở bộ điều khiển CNC nhập ngoại), kết
nỗi được với các phần mềm CAD/CAM thông dụng hiện nay
Nôi dung 6:
Lắp đặt toàn bộ máy nghiên cứu: Lắp ráp phần cấu trúc cơ khí và phần điều khiển toàn máy, tiến
hành thử nghiệm từng phần các hoạt động chức năng và thử nghiệm phối hợp các chức năng trên
máy, khảo sát máy phay CNC 5 trục hiện có, thiết kế chế tạo bổ sung đồ gá thử nghiệm, Xây dựng
quy trình thử nghiệm robot song song — Hexapod trên cơ sở tham chiếu với máy phay CNC § trục
Nội dung 7:
Thử nghiệm hoạt động của các máy nghiên cứu (robot song song - Hexapod) và đổi chiếu kết quả
về khả năng gia công tạo hình bề mặt phức tạp với sản phẩm gia công (cùng một chương trình) trên
2 máy phay 5 trục có sẵn của 2 đơn vị hợp tác thực hiện Đề tài là Trung tâm NEPTECH và Trung
tâm CNC
Nôi dung 8:
Hoàn thiện sản phẩm nghiên cứu và viết báo cáo tổng hợp kết quả KHKT đề tài
Nôi dung 9:
Tổ chức hội thảo chuyên để, trao đổi và công bố các kết quả thực hiện và tìm đối tác chuyên giao
kết quả nghiên cứu
Trang 23
(Luận cứ rõ cách tiếp cận vấn đề nghiên cứu, thiết kế nghiên cứu, phương pháp nghiên cứu, kỹ thuật
sẽ sử dụng gắn với từng nội dung chính của dé tai; so sánh với các phương pháp giải quyét tương tự
khác và phân tích dé làm rõ được tính mới, tính độc đáo, tính sáng tạo của đề tài)
Cách tiếp cận:
- _ Áp dụng phương pháp tính toán cấu trúc tối ưu, mô hình động lực học có tính đến ma sát và độ
cứng vững của hệ thông, độ chính xác và xử lý thời gian thực cho mô hình bài toán động lực
học ngược, nhận dạng chính xác các thông số của mô hình và kiến trúc cho phép giảm thiểu ảnh
hưởng của nhiễu là những vấn để cần phải được quan tâm giải quyết trong đề tài nghiên cứu
này
- - Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo đồ gá, cũng như hệ thống thử nghiệm Hexapod sử dụng máy
phay CNC Š§ trục hiện đang có tại 2 đơn vị hợp tác (Trung tâm NEPTECH - TP HCM và Trung
tam CNC — DHBK HN)
Phương pháp nghiên cứu, kỹ thuật sử dụng:
những kết quả mới nhất trong lĩnh vực nghiên cứu của đề tài trong giới hạn của ứng dụng gia công
ưu kích thước động học của các khâu, tính toán độ cứng vững động lực học cho cơ hệ dưới tác động
gia công ở tốc độ cao bảo đảm độ chính xác gia công tạo hình và quan tâm giải quyết những vân đề
kỹ thuật nhằm đáp ứng tiêu chuẩn của hệ thống CNC để có thể dễ dàng kết nối với các phần mềm
CAD/CAM Bên cạnh đó, về cơ bản, hệ thống điều khiển (viết tắt: ĐK) Hexapod có thể đuợc xây
dựng theo một trong bốn phương án ơ hình 13 Trong cả bốn phương án, cấu trúc ĐK bao gồm bốn
mảng vấn đề:
e _ Hệ thống 3D-CAD/CAM phục vụ công tác thiết kế và vì vậy không thuộc phạm vi dự án
nay
se Hệ thống DK mang đặc thù CNC với các khả năng: Thiết lập thông số ĐK (Set Preparation)
chế tạo sản phẩm, nội suy (Interpolation) các quỹ đạo chuyển động
e Hé thong DK real-time, DK vi tri (Position Control) bang cdc déng co tuyén tinh
se Liên kết giữa các khối trên là khâu chuyển hệ tọa độ (Transformation: Bài toán động học
ngược, Inverse Kinematics), với nhiệm vụ tính chuyển các thông số chuyển động trên hệ tọa
độ Cartesian của không gian công tác sang hệ tọa độ của 6 thanh dẫn động
e Việc xác định vị trí của khâu Transformation (hinh 2) sé dua lại 4 phương án với các ưu
nhược điểm khác nhau, trong đó các phương án 2 và 3 hứa hẹn các tính năng thuận lợi hơn
cả Vì lẽ trên, dự án sẽ thực hiện hệ thống ĐK theo I trong 2 phương án đó
Trang 24
Xuất phát từ hình 13, nhiệm vụ thực hiện hệ thống DK bao gồm hai mảng vấn đề chính:
e Mảng thiết bị (truyền động, điện tử công suất) và Hardware (ĐK động cơ, ĐK cấp trên và
CNC)
Việc chế tạo Hexapod nói chung được tiến hành theo phương châm:
e© _ Nhập các phần tử chưa thể mua được tại Việt Nam và tự thiết kế chế tạo ở mức tối đa, đặc
biệt là Hardware và các thuật toán DK ở cả hai cấp
se Làm chủ quy trình công nghệ chế tạo Hexapod nói chung, chưa đặt công nghệ chế tạo 100%
các phần tử thành phương châm thực hiện
Từ hai mảng vấn để ta có thể chỉ ra được các vấn đề cụ thể cần giải quyết:
Tính chọn và thử nghiệm động cơ với hệ thống đo thích hợp
se Thiết kế và thử nghiệm Hardware (dự kiến sử dụng Digital Signal Processor của Texas
Instruments) DK real-time cho động cơ
e = Thiét ké va thir nghiém Hardware cla DK cấp trên và CNC
e Thiét ké cau tric DK real-time cho động cơ Mô phỏng kiểm chứng cấu trúc ĐK đó
e Thiết kế cấu trúc DK cấp trên
®e Mô phỏng kiểm chứng kết hợp cấu trúc ĐK real-time, ĐK cấp trên và hệ thống cơ đã thiết
kế của Hexapod
e Thực hiện Firmware ĐK real-time
© Thực hiện Firmware hoặc Software với chức năng Transformation
© - Thực hiện Software CNC cho hệ thống Hexapod
® - Thực nghiệm, kiểm tra - đánh giá chất lượng của Hexapod
Tính mới, tính độc đáo, tính sáng tạo:
Bên cạnh những nội dung chính nêu trên, hiện nay việc ứng dụng các động cơ tuyến tính (linear
motors), việc điều khiển phối hợp theo các luật quan hệ động học phức tạp của bài toán ngược nhờ
bộ nội suy chuyên động được tích hợp theo chuẩn công nghiệp của thế hệ máy CNC mới là những
vấn để vừa có tính nghiên cứu cơ bản vừa có tính mới cân được quan tâm nghiên cứu ứng dụng
không chỉ trên robot song song Hexapod mà còn có thể mở rộng ra cho nhiều ứng dụng công nghiệp
khác Những vấn đề nêu trên sẽ là những nội dung chính của đề tài nghiên cứu này đăng ký
17
Trang 25Có thể khẳng định: Những nội dung đã nêu cơ bản đều là những nội dung mới trong nước mà để
giải quyết chúng, nhóm đề tài sẽ phải đưa ra nhiều giải pháp cụ thể độc đáo và sáng tạo, thậm chí đủ
hàm lượng để thỏa mãn các yêu câu cao nhất của luận văn Tiến sĩ
(Trình bày rõ phương án phối hop: tên các tô chức phối hợp chính tham gia thực hiện đề tài và nội dung
công việc tham gia trong đề tài, kể cả các cơ sở sản xuất hoặc những người sử dụng kết quả nghiên cứu;
khả năng đóng góp về nhân lực, tài chính, cơ sở hạ tẳng-nếu có)
l Trung Tâm Nghiên Cứu & Triển Khai Công nghệ cao (viết tắt: TT CNC), ĐHBK Hà Nội:
a Nội dung công việc tham gia: Nghiên cứu thiết kế và tích hợp hệ thống điện động lực và điều khiển toàn máy dưới sự chỉ đạo của PGS TSKH Nguyễn Phùng Quang
b Đóng góp về nhân lực, thiết bị thử nghiệm
2 Trung Tâm NEPTECH - Sở KH&CN TP HCM (viết tắt: TT NEPTECH):
a Nội dung công việc tham gia: Nghiên cứu thiệt kế cấu trúc cơ khí, tổng hợp động
học và động lực học cơ hệ và xây dựng chương trình giao tiếp điều khiển CNC dưới
sự chỉ đạo của PGS TS Lê Hoài Quốc
Đóng góp về nhân lực, thiết bị thử nghiệm
Tiếp nhận triển khai ứng dụng thử nghiệm, giới thiệu kết quả và xúc tiến các hoạt động hoàn thiện công nghệ và thương mại hóa sản phẩm nghiên cứu: Xưởng thiết bị gia công công nghệ cao — Trung Tâm NEPTECH — Sở KH&CN TP HCM
Phương án phối hợp:
a Trên cơ sở công việc đã phân công giữa 2 đơn vị, định kỳ hội thảo đánh giá những công việc đã đạt và chuẩn bị những công việc sắp tới Địa điểm có thể tại TP Hồ Chí Minh hoặc Hà Nội, cũng có thể là qua mạng (Video Conferencing)
b Xây dựng 2 hệ thống thí nghiệm tương đương nhau tại 2 đơn vị để tạo đối chứng trong quá trình hợp tác
c TT CNC và TT NEPTECH thực hiện các phần công việc tham gia như trên Tuy nhiên, với vai trò chuyên gia về gia công cơ khí, TT NEPTECH giữ vai trò quyết định phương án thử nghiệm chung kết (nội dung 6, muc 17)
Trang 26
20 | Phương án hợp tác quốc tế (nếu có)
(Trình bày rõ phương án phối hợp: tên đối tác nước ngoài; nội dung đã hợp tác- đối với đổi tác
đã có hợp tác từ trước; nội dung cân hợp tác trong khuôn khô đề tài, hình thức thực hiện
Phân tích rõ lý do cán hợp tác và dự kiên kết quả hợp tác, tác động của hợp tác đổi với kết
quả của Đề tải )
1 Đơn vị ở CHLB Đức: Nằm trong dự kiến nhưng chưa có sự lựa chọn cụ thé
2 Khoa Cơ sinh học (Biomechanics) — Truong Dai Hoc Kyung Hee, Seoul, Korea a Những hợp tác đã có: hợp tác nghiên cứu công nghệ chế tạo các khớp gối và khớp háng thuộc Chương trình NCKH&PTCN của Sở KH&CN TP.HCM với
Cơ sinh học (Biomechanics) - Trường Dai Hoc Kyung Hee, Seoul, Korea
b Ndi dung hợp tác trong khuôn khổ để tài: hệ thống Hexaglide Manipulator phục
vụ phẫu thuật
21 | Tiên độ thực hiện
các mốc đánh giá chủ yếu phải dạ kết thúc) | thực hiện* P
cầu trúc va kích thước động cua | B46 cáo
về kích thước của vùng không
gian làm việc của tâm/bộ phận
chuyên động (moving platform)
trong hai trường hợp ứng dụng
không gian hoạt động cho phép, | MATLAB
loại trừ các vị trí/điểm kỳ dị | hoặc/và
Trang 27chính: Trục chính, thân máy, " kẽ
đường dẫn hướng, bàn máy và các has Ke KY
thê hién két cau toan may M6 hid kể Ms
hình hóa và mô phỏng kết câu cơ thua © KY
đã lựa chọn đề khảo sát các điểm thuật
chêt (Singularities)
Tiến hành công việc gia công, chế pram hoài [2/2002 | NEPTECH
phan san có trong nước va nhập từ cnn
nước ngoài
Nội dung 3
Nghiên cứu thiết kế phần điều
khiên
nội suy Thiết kế cấu trúc ĐK cấp
trên
Công việc 3.2: Bản vẽ thiết | 7/2009 — | TT CNC
Thiết ké va ché tao Hardware DK ke bộ Board | 12/2002
cấp trên, thực hiện các thuật toán | Praen
động học (xuôi, ngược) và nội suy
Trang 28
các lệnh gia công tạo hình ở dạng
mã G (và M) cơ bản được sử dụng
trên máy phay ƠNC 5 trục thành
các lệnh điều khiển các chân (6
chân) của Hexapod để tạo ra
chuyên động tạo hình tương đương
trên máy phay — robot song song —
Hexapod
Nội dung 4
đo thích hợp Mô hình hóa động
cơ đã chọn
Thiết kế chế tạo (hoặc chọn mua) l\ CC net bị 8/2002
co
Thiết kế, chế tạo và thử nghiệm ke h Board | 6/2002
Hardware DK real-time cho déng mạch
cơ
động cơ Mô phỏng kiểm chứng
cau tric DK do
truc DK real-time, DK cap trén va
hé thong co
real-time
dich các lệnh điều khiển CNC (có
thê trên cơ sở bộ điều khién CNC
nhap ngoai), kêt nỗi được với các
phân mêm CAD/CAM gia công 5
trục thông dụng hiện nay
Trang 29dịch các lệnh điều khiển cơ bản và
thông dụng trên máy phay ƠNC 5
trục ở dạng mã lệnh G&M code
dựa trên giải thuật chuyển đổi ở
công việc 5
Lắp đặt toàn bộ máy nghiên cứu
hiện có, thiết kế chế tạo bổ sung phẩm tương
Hexapod kêt hợp với máy phay
CNC 5 truc
Nội dung 7
Thử nghiệm và hiệu chỉnh máy
(robot song song — Hexapod) va nghiêm thu
trén may phay CNC 5 truc hién cé | "BUS
tại các đơn vị thực hiện đề tài
phần cứng, phần mềm của máy các mau thứ
nghiệm
nghiên cứu và thử nghiệm tiếp tục
Trang 30
đề tài
* Chỉ ghỉ những cá nhân có tên tại Mục 12
II SẢN PHÁM KH&CN CỦA ĐẺ TÀI
22
phẩm) Sản phẩm KH&CN chính của Đề tài và yêu cầu chất lượng cần đạt (/iệt kê theo dang san
Dang I: Mau (model, maket); San pham (là hàng hoá, có thể được tiêu thụ trên thị trưởng); Vật
liệu; Thiết bị, máy móc; Dây chuyền công nghệ; Giống cây trồng; Giống vật nuôi và các loại khác;
nước ngoài (Làm rõ cơ sở khoa học và thực tiễn để xác định các chỉ tiêu về chất lượng cần đạt của
các sản phẩm của đề tài)
Với mục tiêu ứng dụng của robot song song — hexapod, dựa trên nguyên lý cấu tạo của cơ cầu
Gough-Stewart platform, có chức năng của một máy gia công cắt gọt CNC, có khả năng tạo hình
như một máy phay 5 trục,
Những thông số kỹ thuật của sản phẩm thiết kế chế tạo thể hiện mức chất lượng dự kiến đạt được
được trình bày ở bảng dưới đây:
Trang 31
Khối lượng lớn nhất của dụng cụ:
Chuẩn lập trình, điều khiển máy
- Cong suất: 5 kW,
- Tộc độ vòng: 3,000 rpm
25 KVA 3 phase 480 V
5 kg G&M code, [IEA
Dạng II: Nguyên lý ứng dụng; Phương pháp; Tiêu chuẩn; Quy phạm; Phần mềm máy tính; Bản vẽ
thiết kế; Quy trình công nghệ; Sơ đồ, bản đề; Số liệu, Cơ sở dữ liệu; Báo cáo phân tích; Tài liệu dự
báo (phương pháp, quy trình, mô hình, ); Đề án, qui hoạch; Luận chứng kính tế-kỹ thuật, Báo cáo
nghiên cứu khả thi và các sản phẩm khác
2 | Ban vẽ thiết kế thiết bi DK
(Hardware) sử dụng vi xử lý tín hiệu (DSP)
3 | Báo cáo KH về phương
pháp DK real-time động cơ tuyên tính
Phương pháp ĐK real-time động cơ tuyến tính phải được xây dựng bài bản và mới vệ khoa học
4 | Mã nguồn Firmware ĐK
5 | Ban vé thiét kế thiết bị ĐK
(Hardware) và mạng truyền thông với các thiết bị ĐK real-time động cơ tuyến tính
6 | Báo cáo KH về phương
tuyến tính) chuyên động tạo nên quỹ đạo do CNC dua ra Phuong pháp phải được xây dựng bài bản và mới về khoa học
Trang 32hành, điêu khiên và khai
thác và xử lý sự cô cho máy
hành, bảo trì máy
II | Phần mềm đọc và biên dịch | Cấu trúc mở, áp dụng được cho những ứng
sang các lệnh điều khiển
chuyển động các chân của
về cơ điện tử (trong | trong nước
2_ | Tài liệu nghiên cứu | Trình bày chỉ tiết các bài toán | Tạp chí KHCN chuyên
về robot song song | nghiên cứu, các vấn để thiết | ngành và Tạp chí Tự
đề tài và các kết quả đạt được | Hội KHCN Tự động hóa
theo tiêu chuẩn quy định của báo cáo khoa học
22.2 Trình độ khoa học của sản: phẩm (Dạng II & IH) so với các sản phẩm tương tự hiện có
(Lam rõ cơ sở khoa học và thực tiễn để xác định các yêu câu khoa học cần đạt của các sản phẩm của
để tài)
Các sản phẩm dạng II đã đăng ký bao gồm:
= Thiết bị: Phần lực (sử dụng linh kiện điện tử công suất) và phần tính toán (Hardware ĐK real-time
và ĐK cấp trên) đều được thiết kế tại ĐH Bách Khoa Hà Nội, sử dụng các kiến thức và thông tin
cập nhật của lĩnh vực này Phần cơ khí và phan chuong trinh điều khiển kết nối từ bộ điều khiển
CNC với phần điều khiển động lực được tiến hành ở Trung tâm NEPTECH và PTN Robot thuộc
Sở KH&CN TP.HCM, liên quan đến nhiệm vụ nội dung của I-2 luận văn Thạc sĩ kỹ thuật ở
ĐHBK - ĐHQG_ HCM
= Phương pháp: Các phương pháp DK dy kiến (ĐK real-time và ĐK cấp trên) sẽ là những nội dung
KH dành cho 2 luận văn Tiên sĩ của 2 NCS tại ĐH Bách Khoa Hà Nội Điều này bảo đảm tính mới,
tính KH và chât lượng của sản phẩm Hai sản phảm mã nguôn Firmware ĐK và Software ĐK chỉ là
Trang 33
22.4 Sản phẩm dự kiến đăng ký bảo hộ quyền sở hữu công nghiệp, quyền đổi với giống cây trồng:
Các sản phẩm dự kiến đăng ký bảo hộ quyên sở hữu công nghiệp sẽ là:
= Kết cấu và thiết kế cơ khí của robot song song - Hexapod
=> Sơ đồ Hardware điều khiển cấp trén va real-time
= Software ĐK cấp trên va Firmware DK real-time cho động cơ tuyến tính
23.1 Khả năng về thị trường (Nhu cau thi trường trong và ngoài nước, néu tén va nhu cầu khách
hàng cụ thể nếu có; điều kiện cần thiết để có thể đưa sản phẩm ra thị trường?)
Đây là dạng sản phẩm mới, được nghiên cứu thiết kế và chế tạo lần đầu tiên trong nước nhằm tiếp cận
với công nghệ, kỹ thuật mới từ vân đề gia công tạo hình đến vẫn đề điều khiển bằng động cơ tuyến
tính Sản phẩm có hàm lượng khoa học và công nghệ cao là mẫu ban đầu để phát triển các ứng dụng
liên quan trong lĩnh vực cơ khí — tự động hóa, có thể làm cơ sở cho dự án sản xuất tiếp theo nhằm
trang bị để phục vụ cho nhu cầu cầu đào tạo công nghệ cao ở các trường đại học, cao đăng kỹ thuật,
công nghệ trong nước
Trước mắt, sản phẩm nghiên cứu được trang bị cho Trung tâm NEPTECH (Sở KH&CN TP HCM) dé
phục vụ nghiên cứu, sản xuất và Trung tâm CNC (ĐHBK Hà Nội) để phục vụ cho đảo tao va nghiên
cứu khoa học
Đề đưa sản phẩm ra thị trường rất cần thiết phải triển khai thành công 2 sản phẩm ban đầu và sau đó
tiếp tục hoàn thiện công nghệ cũng như tổ chức giới thiệu, tiếp thị sản phẩm ở giai đoạn dự án chuyển
giao tiếp theo
23.2 Khả năng về ứng dụng các kết quả nghiên cứu vào sản xuất kinh doanh (Khả năng cạnh
tranh về giá thành và chất lượng sản phẩm)
Sản phẩm nghiên cứu của đề tài sẽ tạo ra khả năng tạo ra thiết bị gia công cắt gọt, tạo hình những bề
mặt phức tạp Trong một số trường hợp, sản phẩm nghiên cứu có khả năng tạo hình tương đương với
năng lực tạo hình của máy phay CNC Š trục Trong giai đoạn sau R&D, sản phẩm nghiên cứu sẽ có
giá thành hạ hơn đáng kể và trong nhiều ứng dụng gia công tạo hình bề mặt phức tạp có thể thay thế
được cho nhu cầu trang bị máy phay CNC 5 trục rất đắt tiền
23.3 Khả năng liên đoanh liên kết với các doanh nghiệp trong quá trình nghiên cứu
Hiện Trung tâm NEPTECH đang hợp tác với Công ty Bình Đông Hưng (Quận Tân Phú — Thanh phố
Hồ Chí Minh) chuyên chế tạo máy sản xuất các sản phẩm nhựa theo nguyên lý ép đùn (extruder) để
gia công các cụm khuôn mũi côn trên máy CNC § trục và sẽ cùng xúc tiễn các thử nghiệm gia công
trên máy gia công — robot song song Hexapod Trong liên kết này, Công ty Bình Đông Hưng sẽ đóng
góp phần sản phẩm mẫu và phôi liệu dé gia công tạo hình thử nghiệm
26
Trang 34
23.4 Mô tả phương thức chuyền giao
(Chuyển giao công nghệ trọn gói, chuyển giao công nghệ có đào tạo, chuyển giao theo hình thức trả
cân theo tỷ lệ % của doanh thu; liên kết với doanh nghiệp để sản xuất hoặc góp vốn-với đơn vị phối
hợp nghiên cứu hoặc với cơ sở sẽ áp dụng kết quả nghiên cứu- theo tỷ lệ đã thoả thuận để c tìng triển
khai sẵn xuất; tự thành lập doanh nghiệp trên cơ sở kết quả nghiên cứu tao ra, .)
Du kién về phương thức chuyển giao của chúng tôi sẽ theo trình tự sau: Bước đầu là giới thiệu sản
phẩm và tổ chức biểu diễn, giới thiệu năng lực gia công tạo hình các bề mặt phức tạp Sau đó sẽ xúc
tiến liên kết với DN chế tạo mắy ở TP Hỗ Chí Minh thực hiện dự án sản xuất thử nghiệm ở mức đơn
chiếc (từ 3 — 5 máy) để chuyển giao cho các đơn vị đào tạo có như cầu Sau bước này sẽ tiếp tục hoàn
thiện công nghệ và giới thiệu sản phẩm để tìm đơn vị hợp tác để phát triển loạt sản phẩm tiếp theo
hoặc chuyên giao công nghệ trọn gói
2 Xưởng sản xuất thuộc Trung tâm NEPTECH -~ Sở KH&CN TP.Hồ Chí Minh
3 Một số Trường Đại học, cao đẵng kỹ thuật, công nghệ ở khu vực TP HCM và các tỉnh miễn
(Nêu những dự kiến đóng góp vào các lĩnh vực khoa học công nghệ ở trong nước và quốc té)
= Sản phẩm của Đề tài sẽ là một đóng góp mới không chỉ khẳng định tiềm năng KHCN trong nước,
nó còn mở ra khả năng tạo nên sản phẩm công nghệ cao cho ngành cơ khí nước ta
=> Gop phan tạo nên đội ngũ cán bộ KHCN chuyên gia về Hexapod (thông qua số lượng ThS và TS.)
dự kiến đào tạo được Hai Tr ung tâm phối hợp sẽ là hai đơn vị đứng đầu cả nước về lĩnh vực này:
Nơi thiết kế, chế tạo và đào tạo về Hexapod trong gia công cắt gọt kim loại
25.2 Đối với tổ chức chủ trì và các cơ sở ứng dụng kết quả nghiên cứu
- Tăng cường năng lực thiết kế và chế tạo thiết bị công nghiệp điều khiển theo chương trình số và
robot công nghiệp, góp phần nâng cao khả năng làm chủ công nghệ
- Góp phần tăng cường trang thiết bị phục vụ đào tạo và nghiên cứu khoa học
25.3 Đối với kinh tế - xã hội và môi trường
(Nêu những tác động dự kiến của kết quả nghiên cứu đối với sự phát triển kinh tế - xã hội vLl môi
trường)
- Góp phần nâng cao năng lực làm chủ công nghệ, nâng cao năng lực nội địa hóa các sản phẩm công
nghệ cao, thay thé thiết bị nhập khẩu
- Góp phần đào tạo nhân lực cho lĩnh vực nghiên cứu, phát triển và ứng dụng các công nghệ tiên tiến
27
Trang 35
V NHU CAU KINH PHI THUC HIEN DE TAI VA NGUON KINH PHi
(Giải trình chỉ tiết xin xem phụ lục kèm theo)
(*): chỉ dự toán khi đề tài đã được phê duyệt
Đối với Đề tài thuộc Chương trình KH&CN cấp Nhà nước