Trong chương này, tác giả đã trình bày các giải pháp tối ưu hóa thiết kế theo đa tiêu
chí cho tay máy song song kiểu Stewart–Gough Platform, sửdụng giải thuật di truyền GA, thuật toán PSI, thuật toán GA-PSI.
Khi tối ưu hoá 1 tiêu chí(số điểm làm việc của tâm khâu với góc hướng là hằng số) kết quả tối ưu về số điểm làm việc của giải thuật GA và thuật toán PSI nhận được gần giống nhau. Số tâm khâu đã tăng lên 380,9% khi áp dụng GA và 382,9% khi áp dụng PSI. Tuy nhiên, thời gian tối ưu hóa của PSI (1.662 giây) lớn hơn so với giải thuật GA (206 giây).
Khi tối ưu hoá 2 tiêu chí (theo số điểm làm việc và số cấu hình làm việc), kết quả
tối ưu hoá của giải thuật GA và thuật toán PSI cũng cho kết quả tương đồng về tập hợp
điểm làm việc và không gian làm việc sau khi tối ưu (169 điểm), có tương đương sốcấu hình làm việc (PSI: 44.601 ; GA: 44.407 cấu hình), có vịtrí khớp nối sai lệch ≤ 1.10-4m. Thời gian tiến hành tối ưu hóa của thuật toán PSI (38,8 giờ) lớn hơn so với giải thuật di truyền (11,8 giờ).
Một điểm mới trong chương này là đề xuất giải thuật kết hợp GA-PSI, trong đó
dùng giải thuật di truyền đểtìm kiếm cấu hình banđầu cho quá trình tối ưu hóa dùng thuật toán PSI. Việc kết hợp hai thuật toán GA-PSI đểgiải quyết bài toán tối ưu hóa tay máy
song song theo hai tiêu chí không làmthay đổi kết quảcủa PSI.Ưu điểm của giải pháp cho phép loại bỏthời gian tối ưu kém hiệu quả ban đầu của thuật toán PSI (cải thiện hơn 16%
thời gian khảo sát). Điều này có ý nghĩa thực tế, cho phép giảm thời gian tối ưu hoáthiết
kế theo đa tiêu chíkhi cóthay đổi vềkhông gian khảo sát và số bước khảo sát lớn.
Khi tối ưu hoá 3 tiêu chí: (1) số điểm làm việc, (2) sốcấu hình làm việc, (3)độcứng vững của các cấu hình thiết kế, kết quảtối ưu hoá của giải thuật PSI cho thấy số điểm làm việc, sốcấu hình làm việc và độcứng vững của tay máy được nâng cao. Số cấu hình, số điểm làm việcvà độ cứng vững sẽ phụthuộc vào thứ tự ưu tiên của các tiêu chí. Trường
hợp ưu tiên theo thứtự(1)-(2)-(3) có số điểm làm việc và cấu hìnhđạt được lớn hơn so với
trường hợp (3)-(1)-(2). Khi áp dụng thứ tự ưu tiên (3)-(1)-(2), tay máy song song có độ
cứng vững lớn hơn so với trường hợp (1)-(2)-(3).
Các kết quả thu được nói trên cho phép kết luận : sau khi tiến hành tối ưu hóa thiết kếvới các giải pháp đềxuất, khả năng làmviệc của tay máy song song đãđược nâng cao.
Phụthuộc vào bài toán cụthể, các giải pháp tối ưu tương ứng sẽ được lựa chọn phù
hợp đểtìm kiếm cấu hình tối ưu hóa. Thuật toán PSI có thể được áp dụng trong trường hợp
cấu hình thiết kế ban đầu của tay máyđượcxác định là cận biên với không gian làm việc
cho trước. Giải thuật di truyền GA có thể được sửdụng đểkhảo sát nhanh các cấu hình gần
tối ưu với phạm vi khảo sát lớn. Thuật toán GA-PSI cho phép xác định cấu hình thiết kế
tối ưu trong trường hợp vùng không gian khảo sát là các biến số thay đổi.
Thứtự ưu tiên các tiêu chí cho bài toántối ưu hoá sẽ được chọn lựa theo yêu cầu cụ
thểcủa nhiệm vụthiết kế. Đối với cácứng dụng trong y học (hình 1.8, hình 1.9), tay máy song song sẽcần nhiều vùng không gian làm việc (số điểm làm việc, sốcấu hình làm việc).
Để tăng độlinh hoạt và độphân giải chuyển động của góc hướng, ta có thểchọn thứtựlà
(1)-(2)-(3). Đối với cácứng dụng gia công cơ khí, máy công cụ(hình 1.5, hình 1.7, hình 1.16), thì tiêu chí về độcứng vững của tay máy song song sẽ được chú trọng, chọn thứtự
là (3)-(1)-(2). Trong sản xuất, các tay máy song song kiểu Delta robot (hình 1.4) thực hiện các tác vụ gắp và đặt (pick and place) lại chú trọng nhiều đến khả năng đáp ứng nhanh và
hướng dịch chuyển trong không gian rộng, có thểchọn thứtựtối ưu hóalà (2)-(1)-(3).
Như vậy, có thểkết luận rằng, việcứng dụng các giải pháp tối ưu hoá đềxuất trong
chương này cóý nghĩa thực tiễn, cho phép nhà thiết kếcó khả năng xác định cấu hình cần
thiết trong quá trình thiết kế và chếtạo tay máy song song theo nhiệm vụ đặt ra. Các giải pháp tối ưu hóa này cũng có thể áp dụng với các tiêu chí tối ưu khác như: tốc độ dịch chuyển, khả năng tải trọng, gia tốc chuyển động,… Vấn đềnày cần được tiếp tục nghiên cứu vềsau.
Các kết quảtối ưu hóa thiết kế theo đa tiêu chí trong chương này sẽ đượcứng dụng
đểtìm kiếm một cấu hình thiết kếtối ưutheo 3 tiêu chí cho mô hình thực nghiệm được xây
4 CHƯƠNG 4.XÂY DỰNG MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM VỚIỨNG DỤNG GIẢI PHÁP TỐI ƯU HÓATHIẾT KẾ
Phần đầu của chương nàytrình bày các kết quảthiết kế, chếtạo một mô hìnhđểáp dụng các thuật toán tối ưu hóa và điều khiển cho tay máy song song kiểu Stewart–Gough Platform. Mô hình tay máy có tính mở, được thiết kế với khả năng thay đổi các cấu hình làm việc và áp dụng các thuật toán điều khiển khác nhau. Mô hìnhđược xây dựng gồm hai phần: Thiết kế, chếtạo hệthống cơ khí phù hợp với phạm vi nghiên cứu của luận án; Chế
tạo, lập trình hệthống điều khiển chuyển động cho tay máy song song.
Phần tiếp theo củachươngtrình bày kết quả ứng dụng giải pháp tối ưu hóa thiết kế
trongchương 3 đểxác lập một cấu hình thực nghiệm cho tay máy song song kiểu Stewart–
Gough Platform. Trên cơ sở tập thông số và không gian khảo sát của mô hình tay máy, thuật toán PSI được áp dụng để xác định các cấu hình tối ưu hóathiết kế đa tiêu chí với
thứtự ưu tiên khác nhau. Cấu hình tối ưu hóa được chọn đểxây dựng thành cấu hình thực
nghiệm phục vụcho việc khảo sát quá trình tối ưu bộ điều khiển chuyển động của tay máy
như sẽtrình bày trong chương 5.