Thiết lập đầu vào bằng phương pháp ghép nối khâu cho phần mềm tự động phân tích động lực học hệ nhiều vật

Báo cáo "Thiết lập đầu vào bằng phương pháp ghép nối khâu cho phần mềm tự động phân tích động lực học hệ nhiều vật" giới thiệu cách mô tả một hệ nhiều vật có cấu trúc bất kỳ thông qua hai nhóm thông tin cơ bản. Nhóm thông tin thứ nhất là vị trí của các khớp trên từng khâu. Nhóm thông tin thứ hai là các khâu được ghép với nhau thông qua khớp nào. Hai nhóm thông tin này là đầu vào đầy đủ để có thể thiết lập các quan hệ động học của hệ. Mời các bạn cùng tham khảo!
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Thiết lập đầu vào bằng phương pháp ghép nối khâu cho phần mềm tự động phân tích động lực học hệ nhiều vật 251 Tuyển tập công trình Hội nghị Cơ học toàn quốc lần thứ XI, Hà Nội, 02-03/12/2022Thiết lập đầu vào bằng phương pháp ghép nối khâu cho phần mềm tự động phân tích động lực học hệ nhiều vật Nguyễn Thái Minh Tuấn* Đại học Bách khoa Hà Nội *Email: tuan.nguyenthaiminh@hust.edu.vn Tóm tắt. Báo cáo này giới thiệu cách mô tả một hệ nhiều vật có cấu trúc bất kỳ thông qua hai nhóm thông tin cơ bản. Nhóm thông tin thứ nhất là vị trí của các khớp trên từng khâu. Nhóm thông tin thứ hai là các khâu được ghép với nhau thông qua khớp nào. Hai nhóm thông tin này là đầu vào đầy đủ để có thể thiết lập các quan hệ động học của hệ. Một phần mềm đang được phát triển sẽ xử lý các đầu vào này và đưa ra các ma trận biến đổi thuần nhất toàn cục của từng khâu và các phương trình ràng buộc nếu có. Nếu có thêm các thông số phù hợp, phần mềm có thể tiếp tục giải quyết các bài toán động lực học, dao động và điều khiển. Ưu điểm của phương pháp đề xuất trong báo cáo này là nó có phạm vi ứng dụng rộng cho hệ nhiều vật có cấu trúc chuỗi, cây hoặc mạch vòng và có thể chứa các loại khớp quay, khớp tịnh tiến, khớp trụ, khớp Cardan và khớp cầu. Từ khóa: hệ nhiều vật, ghép nối khâu, phần mềm tính toán ký hiệu.1. Mở đầu Trên thế giới đã có nhiều phần mềm tính toán động lực học hệ nhiều vật được nhiều người sửdụng, ví dụ như ADAMS, NewEul, Autolev, DADS, … [1]. Mỗi phần mềm có đặc điểm riêng về cáchnhập đầu vào, giới hạn áp dụng, phương pháp tính toán và mức độ thân thiện với người sử dụng.Chính vì vậy, mỗi phần mềm cũng có những hạn chế riêng mà phổ biến nhất là sự phức tạp của việcnhập đầu vào và khả năng giao tiếp với các công cụ phần mềm khác, do vào thời kỳ phát triển của cácphần mềm đó thì sự phổ biến của máy tính cá nhân đang ở mức thấp và thường chỉ có các nhà nghiêncứu và các chuyên gia về cơ học quan tâm đến việc sử dụng các phần mềm này. Với mục đích phục vụtừ những người dùng ít kinh nghiệm, ví dụ như sinh viên hay các nhà nghiên cứu trong các lĩnh vựckhác nhau muốn thực hiện các nghiên cứu liên ngành, đến các chuyên gia trong lĩnh vực động lực họchệ nhiều vật, tác giả đang phát triển một phần mềm tính toán động lực học có tính phổ quát, thích ứngvới các loại đầu vào đa dạng, tích hợp nhiều phương pháp mới trong động lực học và giải quyết đượcnhiều bài toán khác nhau. Sơ đồ sơ bộ các module cần phát triển cho phần mềm này được thể hiện trên Hình 1. Một côngcụ xây dựng trong Matlab đã được tác giả hoàn thiện với các chức năng cơ bản từ đầu vào là kiểukhớp và bảng các tham số Denavit-Hartenberg sẽ có đầu ra là các kết quả động học, động lực học vàcác file tương ứng có thể tiếp tục sử dụng cho các bài toán mô phỏng và điều khiển. Tuy nhiên, sửdụng các tham số Denavit-Hartenberg kinh điển thường chỉ hiệu quả với các hệ dạng chuỗi toàn khớpquay và tịnh tiến. Các tham số Denavit-Hartenberg có thể được cải tiến để mở rộng phạm vi ứng dụng,chẳng hạn như bổ sung thêm một tham số để xác định vị trí ghép nối giữa các khâu [2]. Một hạn chếkhác của các tham số Denavit-Hartenberg đó là các tham số không được gắn với từng khâu hoặc khớpcụ thể mà đòi hỏi phải biết ít nhất hai khâu và ba khớp liên tiếp nhau để xác định được một bộ tham sốcho một khớp. Sự thay đổi của một khâu hoặc một khớp có thể dẫn tới những thay đổi rất lớn đến môtả của các khâu và khớp khác. Lưu ý rằng người dùng phần mềm có thể lựa chọn cách nhập đầu vàophù hợp với kinh nghiệm và nhu cầu của bản thân, trong khi một người mới học cần được hướng dẫntỉ mỉ khi nhập đầu vào với những lời dẫn cụ thể, một nhà nghiên cứu đang tìm kiếm những cái mớithường thích sử dụng các file văn bản hoặc file dữ liệu để có thể nhanh chóng tùy chỉnh và thửnghiệm, các nhà kỹ thuật lại ưu tiên những phần mềm có tích hợp vẽ hoặc có khả năng đọc các file 252 Nguyễn Thái Minh Tuấnhình vẽ để giải quyết những vấn đề cụ thể. Do đó việc có thể xử lý nhiều kiểu đầu vào sẽ làm tăng tínhthân thiện với người dùng của phần mềm. Báo cáo này sẽ tập trung vào việc phát triển kiểu đầu vào dựa trên việc ghép nối khâu, qua đó cóthể dễ dàng mô tả các hệ mạch vòng, mạch nhánh và có chứa các loại liên kết khác như khớp cầu,khớp Cardan. Các module giao diện đầu vào File văn bản Bàn phím/chuột Phần mềm vẽ hoặc dữ liệu Các module xử lý đầu vào Module tự động thiết lập tọa độ suy rộng Tùy chỉnh thuật Tọa độ suy Cấu trúc và tham số của hệ toán, đầu ra và các rộng và các tùy chỉnh khác đạo hàm Thư viện hàm toán học Phương Các module động học trình ràng Thư viện thuật toán và buộc kinh nghiệm tối ưu Thư viện kết quả sẵn có Vị trí, vận Các ma trận tốc, gia tốc Jacobi, Hesse ...