Phát triển và tối ưu hóa cơ cấu cân bằng trọng lực sử dụng cơ cấu mềm.

Phát triển và tối ưu hóa cơ cấu cân bằng trọng lực sử dụng cơ cấu mềm.Phát triển và tối ưu hóa cơ cấu cân bằng trọng lực sử dụng cơ cấu mềm.Phát triển và tối ưu hóa cơ cấu cân bằng trọng lực sử dụng cơ cấu mềm.Phát triển và tối ưu hóa cơ cấu cân bằng trọng lực sử dụng cơ cấu mềm.Phát triển và tối ưu hóa cơ cấu cân bằng trọng lực sử dụng cơ cấu mềm.Phát triển và tối ưu hóa cơ cấu cân bằng trọng lực sử dụng cơ cấu mềm.Phát triển và tối ưu hóa cơ cấu cân bằng trọng lực sử dụng cơ cấu mềm.Phát triển và tối ưu hóa cơ cấu cân bằng trọng lực sử dụng cơ cấu mềm.Phát triển và tối ưu hóa cơ cấu cân bằng trọng lực sử dụng cơ cấu mềm.Phát triển và tối ưu hóa cơ cấu cân bằng trọng lực sử dụng cơ cấu mềm.Phát triển và tối ưu hóa cơ cấu cân bằng trọng lực sử dụng cơ cấu mềm.Phát triển và tối ưu hóa cơ cấu cân bằng trọng lực sử dụng cơ cấu mềm.Phát triển và tối ưu hóa cơ cấu cân bằng trọng lực sử dụng cơ cấu mềm.Phát triển và tối ưu hóa cơ cấu cân bằng trọng lực sử dụng cơ cấu mềm.Phát triển và tối ưu hóa cơ cấu cân bằng trọng lực sử dụng cơ cấu mềm.Phát triển và tối ưu hóa cơ cấu cân bằng trọng lực sử dụng cơ cấu mềm.Phát triển và tối ưu hóa cơ cấu cân bằng trọng lực sử dụng cơ cấu mềm.Phát triển và tối ưu hóa cơ cấu cân bằng trọng lực sử dụng cơ cấu mềm.Phát triển và tối ưu hóa cơ cấu cân bằng trọng lực sử dụng cơ cấu mềm.Phát triển và tối ưu hóa cơ cấu cân bằng trọng lực sử dụng cơ cấu mềm.Phát triển và tối ưu hóa cơ cấu cân bằng trọng lực sử dụng cơ cấu mềm.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CHÂU NGỌC LÊ PHÁT TRIỂN VÀ TỐI ƯU HÓA CƠ CẤU CÂN BẰNG TRỌNG LỰC SỬ DỤNG CƠ CẤU MỀM LUẬN ÁN TIẾN SĨ NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ Tp, Hồ Chí Minh, tháng 5/2023 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CHÂU NGỌC LÊ PHÁT TRIỂN VÀ TỐI ƯU HÓA CƠ CẤU CÂN BẰNG TRỌNG LỰC SỬ DỤNG CƠ CẤU MỀM NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ - 9520103 Người hướng dẫn khoa học 1: TS Đào Thanh Phong Người hướng dẫn khoa học 2: PGS.TS Lê Hiếu Giang Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3: Tp Hồ Chí Minh, tháng 5/2023 LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan cơng trình nghiên cứu tơi Các số liệu, kết nêu Luận án trung thực chưa công bố công trình khác Tp Hồ Chí Minh, ngày 25 tháng năm 2023 (Ký tên ghi rõ họ tên) Châu Ngọc Lê i CẢM TẠ Bằng tất lịng, tơi xin cảm ơn q thầy Ban giám hiệu, phòng ban trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM tạo điều kiện cho học tập, nghiên cứu nhà trường Tôi xin gửi lời tri ân đến quý thầy cô ban chủ nhiệm q thầy khoa Cơ khí Chế tạo máy trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh tận tình giảng dạy cho tơi suốt trình học tập Đặc biệt, em xin chân thành cảm ơn đến hai thầy hướng dẫn khoa học: PGS TS Lê Hiếu Giang (Phó hiệu trưởng phụ trách, trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành phố Hồ Chí Minh) TS Đào Thanh Phong (Viện Khoa học Tính tốn, trường Đại học Tơn Đức Thắng) Nếu không nhận giúp đỡ hai thầy, khó hồn thành nghiên cứu Tơi xin gửi lời cảm ơn đến quý đồng nghiệp tơi khoa Cơng nghệ Cơ khí, trường Đại học Cơng nghiệp thành phố Hồ Chí Minh giúp đỡ tơi q trình học tập nghiên cứu Xin chân thành cảm ơn đến bạn LAB Cơ Cấu Mềm đồng hành trình nghiên cứu Tơi xin gửi lời cảm ơn đến q thầy dành thời gian q báu để tham gia phản biện khoa học tham gia hội đồng đánh giá luận án Một lần nữa, xin chân thành cảm ơn Châu Ngọc Lê ii TÓM TẮT Hiện nay, số người bị đột quỵ ngày tăng tuổi người đột quỵ ngày trẻ Đột quỵ dẫn đến biến chứng ảnh hưởng đến hoạt động hàng ngày Điều tạo gánh nặng cho gia đình xã hội Để cải thiện khả hoạt động người bị đột quỵ, thiết bị hỗ trợ vận động tập luyện phục hồi chức phát triển Trên thiết bị này, cấu cân trọng lực thường sử dụng Cơ cấu cân trọng lực phận dùng để loại bỏ ảnh hưởng trọng lực khối lượng tạo Khi vật di chuyển thiết bị có sử dụng cấu cân trọng lực, xem di chuyển môi trường lý tưởng Lúc này, lượng cần thiết để di chuyển vật gần khơng Nhờ đặc tính trội này, cấu cân trọng lực ứng dụng nhiều lĩnh vực như: khoa học, công nghệ đời sống Tuy nhiên, sử dụng thiết bị hỗ trợ vận động cho người khuyết tật, cấu cân trọng lực cần phải có kết cấu nhỏ gọn, nhẹ phải điều chỉnh tải trọng dễ dàng Trong đó, cấu cân trọng lực vừa nhỏ gọn, nhẹ điều chỉnh tải trọng dễ dàng chưa nghiên cứu nhiều Vì vậy, luận án trình bày thiết kế cấu cân trọng lực sử dụng cấu mềm để đạt tính nhỏ gọn, nhẹ dễ điều chỉnh tải trọng thay đổi Dựa phân tích cấu cân trọng lực, nghiên cứu đề xuất nguyên lý cân với tổng mô men tác dụng không Thiết kế nguyên lý cấu cân thực kết hợp lò xo phẳng khớp xoay mềm Nguyên lý phương pháp điều chỉnh độ cứng lò xo phẳng đề xuất nghiên cứu Bên cạnh đó, giá trị độ cứng lị xo phẳng khớp xoay mềm tính tốn tương ứng với khối lượng mà cấu cần di chuyển Việc tính tốn thực phương pháp cân tĩnh Dựa kết tính tốn, thiết kế, luận án phát triển hai mơ hình cho khớp iii xoay mềm Mơ hình khớp xoay thứ phát triển cách kết hợp lị xo xoắn phẳng Sau đó, thơng số thiết kế tối ưu kết hợp phương pháp phần tử hữu hạn, đáp ứng bề mặt thuật toán tối ưu bầy đàn Kết khớp xoay thứ xác định kích thước chiều dày t= 0,94 mm không gian R= 40 mm Kết dự đốn so sánh với kết mơ với sai số 6,1 % cho khối lượng, 1,68 % cho biến dạng 5,6% cho ứng suất Mơ hình khớp xoay thứ hai phát triển cách kết hợp phương pháp tối ưu hóa cấu trúc Topo, phần tử hữu hạn, mạng nơ ron mờ thích nghi giải thuật chu kỳ nước – thiêu thân Kết tối ưu tạo khớp xoay thứ hai với thơng số hình học bao gồm r1= 0,5 mm, t1= 0,36 mm, t2= 0,41 mm, l1= 11,3 mm, l2= 14,74 mm So sánh với mô phỏng, sai số 4,59% cho mô men, 4,16 % cho ứng suất 4,73% cho lượng Dựa kết thiết kế nguyên lý cấu cân trọng lực, hai quy trình thiết kế, phân tích tối ưu hóa cho lị xo phẳng đề xuất Trong việc thiết kế tính tốn cho lị xo phẳng thứ nhất, quy trình tạo phương pháp lai mô phần tử hữu hạn, đáp ứng bề mặt thuật toán tối ưu di truyền đa mục tiêu Dựa quy trình đề xuất, kết cấu lò xo phẳng thứ thiết kế tối ưu hóa Kết tìm thơng số hình học có chiều dài 40,725 mm, chiều dày 0,940 mm chiều rộng 9,602 mm So sánh kết dự đốn mơ tìm thấy sai số nhỏ 0,001% cho khối lượng, 5,78% cho ứng suất 1,65% cho biến dạng Trong việc thiết kế tính tốn cho lị xo phẳng thứ hai, quy trình tạo kết hợp phương pháp phân tích phần tử hữu hạn, mạng nơ ron học sâu thuật tốn chu kỳ nước Dựa quy trình đề xuất, kết cấu lò xo phẳng thứ hai thiết kế tối ưu Kết tìm kích thước lị xo phẳng thứ hai gồm t= 1,029 mm, L= 45 mm, w= mm r= 0,3 mm Kết sai số dự đoán với kết mô 1,87% cho lượng, 1,69% cho biến dạng 3,06% cho ứng suất Từ kết thiết kế tối ưu, cấu cân trọng lực chế tạo thiết lập thực nghiệm Kết thực nghiệm chứng minh cấu cân đề xuất đạt cân iv v tải thay đổi phạm vi 250 gr đến 1000 gr Khi cấu làm việc vị trí 30,6o, sai số mô men khối lượng mô men cấu tạo tải trọng thay đổi 0,25 kg, 0,4 kg, 0,6 kg, 0,8 kg, 0,9 kg 1kg tương ứng 2,91%, 4,5%, 2,86%, 3,27%, 0,25% 3% Quá trình điều chỉnh để trì trạng thái cân khơng cần sử dụng lượng vi ABSTRACT Nowadays, large numerous amounts of people having a stroke are increasing while the age of stroked people is getting younger and younger The stroke has strictly influenced on the life and movement of disabled people This creates a burden on the family and society To enhance the moving ability of stroked people, mobility and rehabilitation training devices have been developed In these devices, gravity balancing mechanism (GBM) is always employed GBMs are utilized to eliminate the gravity influence which is caused by mass By using a gravity balancer, when an object is moved, it is considered as a movement in an ideal environment As a result, the required energy is almost equal to zero Due to this outstanding feature, numerous GBMs have been applied in many fields of science, engineering, technology, and life For disabled mobility aids, gravity balancers should have a compact size, a lightweight, and a simple load adjustment Nevertheless, such these GBMs have not been researched and developed yet Therefore, this thesis presents a design synthesis and analysis of a new GBM based on compliant mechanisms Based on the analysis of the previous studies on GBMs, the principle of balance is determined via total torques on the mechanism are equal to zero The principal design of the proposed GBM is developed by a combination of a planar spring and a compliant rotary joint The principle and the adjusting procedure of the stiffness for the planar spring are presented under different balanced loads In addition, the stiffnesses of the planar spring and the rotary joint are computed through a static equilibrium method In this thesis, two models for the compliant rotary joint are developed The first model is developed using the tortional springs The geometrical parameters of the st rotary joint are optimally determined through a combination of the finite element vii