Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật cơ khí: Thiết kế tối ưu cơ cấu đàn hồi song song có nhiều bậc tự do

PHҤM MINH TUҨN 1 TӘNG QUAN &ѫFҩXÿjQKӗi &ѫFҩXÿjQKӗi là mӝt loҥLFѫFҩXÿһc biӋWWURQJÿyFKX\ӇQÿӝQJÿѭӧc tҥo ra dӵa trên biӃn dҥQJÿjQKӗi cӫa vұt liӋXĈӕi vӟLFѫFҩu truyӅn thӕng cҩu tҥo bӣi sӵ l

75ѬӠ1*ĈҤI HӐC BÁCH KHOA

NGUYӈ19Ă17Ò

THIӂT Kӂ TӔ,Ѭ8&Ѫ&Ҩ8Ĉ¬1+ӖI SONG SONG CÓ NHIӄU BҰC TӴ DO

OPTIMIZATION DESIGN OF MULTI FREEDOM COMPLIANT PARALLEL MECHANISM

DEGREES-OF-Chuyên ngành: Kӻ ThuұW&ѫ.Kt

Mã sӕ : 8520103

LUҰ19Ă17+Ҥ&6Ƭ

TP HӖ CHÍ MINH, WKiQJQăP 2021

Cán bӝ Kѭӟng dүn khoa hӑc: TS Phҥm Minh Tuҩn

2 TS Bành Quӕc Nguyên - 7KѭNê

3 TS Trҫn Hҧi Nam - Phҧn biӋn 1

4 TS 7UѭѫQJ&{QJ7LӉn - Phҧn biӋn 2

5 TS NguyӉn Hӳu Thӑ - Ӫy viên

Xác nhұn cӫa Chӫ tӏch HӝLÿӗQJÿiQKJLi/9Yj7Uѭӣng Khoa quҧn lý chuyên ngành sau khi luұQYăQÿmÿѭӧc sӳa chӳa (nӃu có)

- Cҧi tiӃQSKѭѫQJSKiS7ӕLѭXKyDNӃt cҩu dӵa trên lý thuyӃt dҫPGQJÿӇ thiӃt

kӃ tӕL ѭX FKR Fѫ FҩX ÿjQ Kӗi song song có nhiӅu bұc tӵ GR Fѫ WtQK Wӕt, và có chuyӇQÿӝQJÿҫXUDOjÿӝc lұp

- Ӭng dөQJSKѭѫQJSKiSWKLӃt kӃ ÿmFҧi tiӃQÿӇ thiӃt kӃ mӝWFѫFҩXÿjQKӗi song song ba bұc tӵ do có khҧ QăQJWҥo ra ba chuyӇQÿӝng trong không gian: 2 chuyӇn ÿӝng quay theo trөF;Yj<ș[ș\ FQJYӟi 1 chuyӇQÿӝng tӏnh tiӃn theo trөc ǻ= <rXFҫu: TӍ sӕ ÿӝ cӭng cao, tính chҩWÿӝng lӵc hӑc tӕt, phҥm vi hoҥWÿӝng lӟn và các chuyӇQÿӝQJÿҫXUDÿӝc lұp vӟi nhau

- 3KkQWtFKFѫFҩu ÿjQKӗi bҵQJSKѭѫQJSKiSSKҫn tӱ hӳu hҥQÿӇ ÿiQKJLiKLӋu quҧ cӫDSKѭѫQJSKiSWKLӃt kӃ cҧi tiӃQYjÿӝ chính xác cӫDFѫFҩXÿmWKLӃt kӃ

II NGÀY GIAO NHIӊM VӨ: 22/02/2021

III NGÀY HOÀN THÀNH NHIӊM VӨ: 13/06/2021

IV CÁN BӜ +ѬӞNG DҮN: TS Phҥm Minh Tuҩn

73+&0QJj\«WKiQJ«QăP21

TS PHҤM MINH TUҨN

75ѬӢ1*.+2$&Ѫ.+Ë

cá nhân cӫDHPYjÿѭDUDQKӳng nhұQ[pWTXêEiXKѭӟng dүQHPÿLÿ~QJKѭӟng trong suӕt thӡi gian thӵc hiӋn luұQYăQWKҥFVƭ

TiӃp theo, tôi xin trân trӑng cҧPѫQ%DQJLiPKLӋX3KzQJÿjRWҥR6DXĈҥi hӑFWUѭӡQJĈҥi hӑc Bách Khoa TP+&0ÿmWҥRÿLӅu kiӋQFKRW{Lÿѭӧc hӑc tұp và nghiên cӭu mӝt cách thuұn lӧi Xin cҧPѫQTXêWKҫ\F{NKRD&ѫNKtÿmGҥy dӛ

và truyӅQÿҥt cho tôi nhӳng kiӃn thӭFFKX\rQP{QÿӇ W{LFyÿѭӧc mӝt nӅn tҧng tӕt, hӛ trӧ rҩt nhiӅu cho tôi trong quá trình nghiên cӭu, hoàn thiӋn luұQYăQ

MһF G ÿm Fӕ gҳng rҩt nhiӅX QKѭQJ WURQJ TXi WUuQK KRjQ WKLӋn luұQ YăQkhông thӇ tránh khӓi viӋc mҳc các thiӃu sót Bҧn thân tôi rҩt mong sӵ góp ý cӫa quý thҫ\F{ÿӇ hoàn thiӋQKѫQ

Kính chúc quý thҫy, cô sӭc khӓe, vui vҿ và hҥnh phúc trong cuӝc sӕng!

73+&0QJj\WKiQJQăP

NguyӉQ9ăQ7~

iii

LuұQ YăQ WUuQK Ej\ YӅ quá trình phát triӇn mӝW Fѫ FҩX ÿjQ Kӗi song song &&Ĉ+66 EDEұc tӵ do (BTD) có khҧ QăQJWҥo ra ba chuyӇQÿӝng trong không gian: 2 chuyӇQÿӝng quay theo trөF;Yj<ș[ș\ FQJYӟi 1 chuyӇQÿӝng tӏnh tiӃn theo trөF=&&Ĉ+66Qj\ÿѭӧc thiӃt kӃ WKHRSKѭѫQJSKiSWӕLѭXKyDNӃt cҩu dӵa trên lý thuyӃt dҫm vӟi mô hình cҧi tiӃn KӃt quҧ WKX ÿѭӧc cho thҩy rҵng

&&Ĉ+66FyFKX\ӇQÿӝng hoàn tojQÿӝc lұp (ma trұQÿӝ cӭng cӫDFѫFҩu là ma WUkQÿѭӡng chéo), phҥm vi làm viӋc lӟn (±22,5o × ±22,5o × ± PP  ÿiS ӭng ÿӝng lӵc hӑc nhanh (vӟi tҫn sӕ riêng thҩp nhҩt ~ 99 Hz) và tӍ lӋ ÿӝ cӭng cao giӳa FiFSKѭѫQJFyYjNK{QJFyFKX\ӇQÿӝQJYjWѭѫQJӭng vӟi tӍ lӋ ÿӝ cӭng cӫa các chuyӇQÿӝng quay và chuyӇQÿӝng tӏnh tiӃQ &&Ĉ+66ÿѭӧc phân tích theRSKѭѫQJSKiSSKҫn tӱ hӳu hҥn (FEA) vӟi vұt liӋXOj7L$9ÿӇ ÿiQKgiá hiӋu quҧ cӫDSKѭѫQJSKiSWKLӃt kӃ cҧi tiӃn HiӋu quҧ cӫDSKѭѫQJSKiSFҧi tiӃn Qj\ÿmÿѭӧc chӭng minh vì kӃt quҧ mô phӓng cho thҩ\FiFÿһFWtQKFѫKӑc cӫa nguyên mүu hoàn toàn phù hӧp vӟi sӕ liӋu tính toán vӟLÿӝ lӋch cao nhҩt là 8,8%

và 6,1% lҫQOѭӧWÿӕi vӟLÿӝ cӭQJYjÿӝng lӵc hӑc Ngoài ra, mӝt sӕ VRViQKÿѭӧc WUuQKEj\ÿӇ làm rõ nhӳng lӧi thӃ cӫD&&Ĉ+66ÿѭӧc phát triӇn trong luұQYăQnày so vӟi các thiӃt kӃ &&Ĉ+66-%7'ș[± ș\± Z) hiӋn có Qua so sánh, tҩt

cҧ sӕ liӋXWKXÿѭӧc cho thҩy rҵQJ&&Ĉ+66-%7'ș[± ș\± = ÿѭӧc thiӃt kӃ trong luұQYăQFyQKLӅXѭXÿLӇm so vӟi nhӳng thiӃt kӃ khác và có thӇ ÿѭӧc ӭng dөQJWURQJÿDGҥQJOƭQKYӵc, chҷng hҥQQKѭGQJÿӇ phát triӇn các hӋ thӕQJÿӏnh

vӏ cҩSPLFURQDQRWURQJOƭQKYӵFFѫNKtFKtQK[iFGRFyÿһFWtQKFѫKӑc tӕt (tӍ lӋ

ÿӝ cӭQJFDRYjÿiSӭQJÿӝng lӵc hӑc nhanh), không gian làm viӋc lӟn và tính chҩt chuyӇQÿӝQJKRjQWRjQÿӝc lұp

iv

This thesis presents the development of a three degrees-of-freedom (DOF) compliant parallel mechanism (CPM) with spatial motions, i.e., two rotations DERXWWKH;DQG<D[HVș[ș\ DQGRQHWUDQVODWLRQDORQJWKH=D[LV6XFK&30

is synthesized by the improved beam-based structural optimization method The obtained results suggest that the proposed CPM is able to produce totally-decoupled motions (illustrated by the diagonal stiffness/compliance matrix), a large workspace (±22,5o × ±22,5o × ±9,6 mm), fast dynamic response (with the first natural frequency of ~ 99 Hz) and high stiffness ratios between actuating and non-actuating directions (with stiffness ratios of 6210 and 2706 for translations and rotations respectively) Finite element analysis (FEA) is employed to evaluate the actual performance of the synthesized CPM with Ti6Al4V material in order

to verify the correctness of the systhesis method The effectiveness of the improved beam-based structural method is demonstrated by the good agreement between the simulation and predicted data with the highest deviations are 8,8% and 6,1% for the stiffness and dynamic properties respectively In addition, some comparisons are carried out to investigate the advantages as well as disadvantages

of the proposed CPM and existing CPMs The comparison results show that the 3-'2)&30ș[± ș\± Z) presented in this thesis has many merits compared to its counterparts It can be used in various applications, e.g., the micro/nano positioners and alignment systems in precision engineering field due to its good mechanical properties (high stiffness ratios and fast dynamic behavior), large work range and fully-decoupled motion characteristic

v

7{L[LQFDPÿRDQVӕ liӋu và kӃt quҧ nghiên cӭu trong luұQYăQQj\Ojhoàn toàn trung thӵFYjFKѭDÿѭӧc công bӕ Gѭӟi bҩt kì hình thӭFQjRWUѭӟFÿk\Ngoài ra, nhӳng sӕ liӋu, bҧng biӇu phөc vө cho viӋc phân tích, nhұQ[pWÿiQKJLiÿѭӧc thu thұp tӯ nhiӅu nguӗn khác nhau, có chӍ dүn chính xác và ghi rõ trong danh mөc Tài liӋu tham khҧo NӃu phát hiӋn có bҩt kì sӵ gian lұn nào, tôi xin hoàn toàn chӏu trách nhiӋm vӅ nӝi dung nghiên cӭu cӫa mình

73+&0QJj\WKiQJQăP

Hӑc viên thӵc hiӋn

NguyӉQ9ăQ7~

vi

NHIӊM VӨ LUҰ19Ă17+Ҥ&6Ƭ i

LӠI CҦ0Ѫ1 ii

TÓM TҲT LUҰ19Ă17+Ҥ&6Ƭ iii

SUMMARY OF MASTER THESIS iv

LӠ,&$0Ĉ2$1 v

DANH MӨC BҦNG BIӆU ix

DANH MӨC HÌNH ҦNH x

TӘNG QUAN 1

&ѫFҩXÿjQKӗi 1

6RViQKFѫFҩXÿjQKӗLYjFѫFҩu truyӅn thӕng 2

&ѫFҩXÿjQKӗi dҥng song song 4

Giͣi thi͏u 4

Chuy͋n v͓ kí sinh 5

H͏ th͙ng truy͉Qÿ͡QJÿ͓nh v͓ chính xác trên n͉n t̫QJF˯F̭XÿjQK͛i song song 7

Các loҥLFѫFҩXÿjQKӗLVRQJVRQJ&&Ĉ+66 8

&&Ĉ+66-BTD 8

&&Ĉ+66QKL͉u BTD 9

3KѭѫQJSKiSWKLӃt kӃ &&Ĉ+66QhiӅu BTD 12

3K˱˯QJSKiSN͇ thͳDF˯F̭u truy͉n th͙ng 13

3K˱˯QJ SKiS WKL͇t k͇ d͹a trên phân tích ràng bu͡c (constraint ± based approach) 14

3K˱˯QJSKiSW͙L˱XKyDRSWLPL]DWLRQDSSURDFK