Công trình [110] đã xây dựng một công cụtính toán và mô phỏng cho phép mô tả
bằng hình ảnh chuyển động của cơ cấu song song, có khả năng ước lượng chiều dài các chân dẫn động, khảo sát bài toán động lực học và mô phỏng chuyển động của cơ cấu từ
điểm hiện tại đến điểm đích cho trước, cho phép tìm ra giải pháp tối ưu hóa khảthi và lựa
chọn trên cơ sở tập hợp tối ưu Pareto. Tuy nhiên, với nhu cầuứng dụng nhiều thuật toán
khác nhau như giải thuật di truyền, phương pháp PSI, thuật toán kết hợp GA-PSI, tác giả
nhận thấy cần phải xây dựng một bộcông cụmới có khả năng thực hiện việc mô hình hóa tay máy và tối ưu hóa thiết kếtheo yêu cầu tổng quát đãđặt ra của luận án.
Bộ công cụ được xây dựng có khả năng khảo sát vùng làm việc với các cấu hình thiết kếkhác nhau cũng như đánh giá các tiêu chí ảnh hưởng đến khả năng hoạt động của tay máy song song. Tập tham sốkhảo sát gồm: thông số tay máy, vùng không gian khảo sát, số bước khảo sát, các giới hạn động học mà chúng sẽ được điều chỉnh dễdàng thông
qua giao diện của bộcông cụ. Bộcông cụnày sẽ đượcứng dụng đểthực hiện các phép tính
cơ sởcho quá trình tối ưu hóa với các thuật toán tối ưu khác nhau ở chương sau.
Lưu đồthuật toán thực hiện quá trình mô hình hóa tay máy song song của bộcông
cụ được thểhiệnởhình 2.1.
Hình 2.1. Lưu đồthuật toán mô hình hóa tay máy song song
Bắt đầu
Nhập thông số
Xác định bước dịch chuyển
Giải bài toán động học Kiểm tra các ràng buộc
Ghi dữliệu, thay đổi vịtrí khảo sát
Số bước nhảy đủ? Sai
Đúng Vịtrí khảo sát ban đầu Dựng hình 3D Kết thúc Tính độcứng vững Xác định cấu hình suy biến
Bộ công cụ được viết dưới dạng ngôn ngữC tạo thành các M-file trên phần mềm
Matlab đểgiải các bài toán cơ bản bao gồm:
Bài toán động học
Bài toán động lực học
Xác định tập hợp các điểm làm việc, vùng làm việc, cấu hình làm việc của tay máy
Xác định các cấu hình suy biến,điểm kỳdịvà vùng lân cận
Tính độcứng vững của cấu hình tay máy
Hiển thịtay máy theo các cấu hình tùy chọn.
Đầu tiên, tập tham sốkhảo sát gồm: thông số của tay máy, vùng không gian khảo sát, số bước khảo sát, các giới hạn về động học như chiều dài chân dẫn động, giới hạn góc
khớp đượcxác định. Từsố bước khảo sát và vùng không gian khảo sát cho trước, chương
trình sẽ tính bước dịch chuyển cần thiết theo các trục (x, y, z) và các góc Euler (φ,θ,ψ). Tại vịtrí khảo sát đầu tiên, một chương trình conđược thực thi đểgiải bài toán động học nhằm xác định tọa độ các khớp trên mặt phẳng nền (công thức 1.6) và tấm chuyển
động (công thức 1.7), từ đó xác định chiều dài các chân dẫn động (công thức 1.11) thông (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
qua các vetơchân dẫn động (công thức 1.8) và các ma trận quay (công thức 1.10). Các ràng
buộc vềchiều dài chân dẫn động, giới hạn góc khớp (mục 1.2.2.4) sẽ được kiểm trađểxác
định các cấu hình làm việc của tay máy song song. Kế tiếp, một chương trình con được thực thiđể xác định các cấu hình suy biến,điểm kỳdịvà vùng lân cận (mục 1.2.2.5).
Quá trình khảo sátđược lặp lại với tất cả các vịtrí trong không gian khảo sát. Sau khi kết thúc vòng lặp,độcứng vững của cấu hình thiết kếtay máy sẽ được xác định. Cuối cùng, một chương trình conđược dùngđểdựng hình 3D từtập hợp các điểm làm việc của tay máy cũng như các cấu hình làm việc theo tùy chọn của người dùng.
Bộcông cụ được xây dựngnhư trên cho phép thực thi các nhiệm vụ:
Tính toán và thểhiện các kết quảmô hình hóa vềkhả nănglàm việc của tay máy song song (số điểm làm việc, sốcấu hình làm việc với góc hướng thay đổi,độcứng vững) với tập tham sốkhảo sát. Trên cơ sở đó,ta có thểphân tích vàđánh giácác tiêu chíảnhhưởng đến khả năng làm việc của tay máy song song (giới hạn không gian khảo sát, chiều dài chân dẫn động, bán kính mặt phẳng nền, giới hạn góc khớp, cấu hình suy biến,…) nhưmục 2.2.
Thực hiện các tính toán cơ sở, xác định các tiêu chí tối ưu trong quá trình tối ưu
hóa thiết kếtay máy song song. Tại mỗi chu kỳ của quá trình tối ưu hóa thiết kế, bộ công cụ được sửdụng để khảo sát và đánh giá các kết quả vềvùng làm việc, các tiêu chí cần tối ưu theo thứtự ưu tiên đểgiúp các giải thuật có cơ sởchọn lựa các giải pháp thiết kếtiếp theo.
Thểhiện hình dạng 3D các cấu hình thiết kếtay máy song song với tùy chọn vịtrí
khảo sát và góc hướng của tâm khâu. Xác định vị trí khớp nối của các cấu hình
thiết kế.
Bộcông cụmô hìnhhóa tay máy song song được xây dựng với một giao diện (hình 2.2) cho phép nhập các tham sốkhảo sát như:thông sốtay máy, vùng không gian khảo sát, các giới hạn về động học, số bước khảo sát theo vị trí và góc hướngởcột bên trái. Khi tiến hành khảo sát (check workspace), máy tính sẽthực hiện chương trình mô hình hóa (hình 2.1) cho các kết quả như: số điểm làm việc, sốcấu hình, vùng làm việc, thời gian khảo sát sẽ được thể hiện trực quanởgiữa giao diện. Các cấu hình làm việcđạt được của tay máy
sẽ được biểu diễn trong không gian 3D. Các cấu hình này có khả năng thay đổi theo tùy
chọn vềvị trí và góc hướng khảo sáttrong các ô tương ứng bên phải giao diện.