Thiết kế tối ưu và mô phỏng cơ cấu đàn hồi dùng làm bộ khuếch đại của cơ cấu tạo vi chuyển động

Tạp chí Phát triển Khoa học và Công nghệ, tập 20, số K5-2017 
5 
 
Tóm tắt—Bài báo này trình bày việc thiết kế 
cơ cấu đàn hồi dùng làm bộ khuếch đại cho cơ 
cấu tác động tạo vi chuyển động. Thiết kế bao 
gồm việc xây dựng cơ cấu khâu cứng tương 
đương, sau đó chuyển đổi sang cơ cấu đàn hồi, 
chọn lọc và tham số hóa các kích thước của cơ 
cấu đàn hồi và tối ưu hóa thiết kế sử dụng công 
cụ tối ưu của ANSYS. Ngoài ra, bài báo còn sử 
dụng công cụ ResponseSurface của ANSYS 
Workbench để đánh giá ảnh hưởng của các biến 
thiết kế đến bài toán tối ưu nhằm mục đích khảo 
sát thêm độ nhạy của các biến thiết kế ảnh 
hưởng tới hàm mục tiêu của cơ cấu. Thiết kế 
này được lập mô hình phần tử hữu hạn và mô 
phỏng hoạt động nhằm chứng minh khả năng 
khuếch đại của cơ cấu. Kết quả chỉ ra rằng cơ 
cấu có độ khuếch đại lớn hơn 10. 
Từ khoá—Cơ cấu đàn hồi, cơ cấu khâu cứng, thiết 
kế tối ưu 
1 GIỚI THIỆU 
ơ cấu đàn hồi đang được nghiên cứu rộng rãi 
trên thế giới trong những năm gần đây nhằm 
tạo ra chuyển động nhỏ cỡ micron và có độ chính 
xác dưới micron, thậm chí nano nhưng chịu tải lớn. 
Việc sử dụng rộng rãi cơ cấu đàn hồi là do rất nhiều 
ưu điểm của nó so với cơ cấu truyền thống như: 
giảm độ mài mòn, tiếng ồn, độ rung và nhu cầu bôi 
trơn, trọng lượng nhẹ, độ chính xác tăng lên vì ma 
sát được loại bỏ, do đó dễ dàng thu nhỏ thiết bị [1]. 
Hiện nay các nghiên cứu tương tự chưa có nhiều ở 
Bài báo này được gửi vào ngày 3 tháng 07 năm 2017 và 
được chấp nhận đăng vào ngày 10 tháng 09 năm 2017. 
Nguyễn Văn Khiển, Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp.HCM 
(e-mail: 1500403@student.hcmute.edu.vn). 
Ngô Nam Phương, Trường Sĩ quan Không quân 
(e-mail: namphuongctm24@gmail.com). 
Phạm Huy Hoàng, Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG-HCM 
(e-mail: phhoang@hcmut.edu.vn). 
Phạm Huy Tuấn, Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp.HCM 
(e-mail: phtuan@hcmute.edu.vn) 
trong nước, các nghiên cứu gần đây tập trung vào 
cơ cấu định vị chính xác dùng trong quang học, cơ 
cấu dẫn động với độ phân giải micro [2], tay kẹp 
vật kích thước nhỏ micron [3], tay máy cho chuyển 
động có độ phân giải đến micron [4], cơ cấu đàn 
hồi trong truyền động chính xác [5, 6]. Một số ứng 
dụng cơ cấu đàn hồi song ổn định như: cơ cấu khoá 
micro ứng dụng trong quang học [7], cơ cấu đựng 
đĩa CD [8], gia tốc kế dạng khóa (latching 
accelerometer) [9], relay điện [10]. 
 Về mặt lý thuyết, có ba phương pháp tiếp cận 
tổng hợp thiết kế khác nhau cho cơ cấu đàn hồi: (1) 
các phương pháp tiếp cận dựa trên động học, (2) 
các cách tiếp cận các khối cấu trúc và (3) phương 
pháp tiếp cận dựa trên cơ sở tối ưu hóa hình học, 
tối ưu hóa kích thước, thuật toán di truyền (GA) 
[11-14]. Các nghiên cứu trước đây về cơ cấu đàn 
hồi thông thường nghiên cứu ở chuyển vị đầu ra 
nhỏ hoặc với hệ số khuếch đại nhỏ. Bài báo trình 
bày việc thiết kế tối ưu và mô phỏng cơ cấu đàn hồi 
dùng làm bộ khuếch đại của cơ cấu tạo vi chuyển 
động với các chỉ tiêu thiết kế: Cơ cấu có hệ số 
khuếch đại lớn hơn 10, có giới hạn kích thước (100 
mm x 100 mm x 8 mm), chuyển vị đầu ra lớn hơn 1 
mm được tối ưu hóa theo độ cứng vững (chuyển vị 
kí sinh nhỏ nhất). Để tạo chuyển động đầu vào cho 
cơ cấu tác giả dùng cơ cấu áp điện có độ chính xác 
cao như PZT. Hiện nay công nghệ chế tạo piezo với 
các lớp piezo mỏng được xếp chồng lên nhau, mỗi 
lớp piezo khi được cung cấp điện áp thi dãn nở từ 
0,001 đến 0,1 m. Vì vậy cần phải có cơ cấu 
khuếch đại để tạo ra các vi chuyển động có dịch 
chuyển lớn hơn. 
2 THIẾT KẾ 
2.1 Thiết kế cơ cấu khâu cứng 
Việc phân tích và tổng hợp cơ cấu đàn hồi được 
xây dựng dựa trên mô hình cơ cấu khâu cứng sẽ 
giúp các nhà thiết kế nhanh chóng thu được phương 
án ban đầu với các biến thiết kế đã được đánh giá 
Thiết kế tối ưu và mô phỏng cơ cấu đàn hồi 
dùng làm bộ khuếch đại 
của cơ cấu tạo vi chuyển động 
Nguyễn Văn Khiển, Ngô Nam Phương, Phạm Huy Hoàng, Phạm Huy Tuân 
C 
6 Science and Technology Development Journal, vol 20, No.K5-2017 
sơ bộ và loại bỏ các biến thiết kế ít ảnh hưởng nhất. 
Việc sử dụng khâu cứng tỏ ra hiệu quả trong việc 
phân tích động học của cơ cấu. Dựa trên mô hình 
này ta cũng thu được một thiết kế có biến thiết kế 
sơ bộ phù hợp với việc xây dựng mô hình, phân 
tích phần tử hữu hạn, tối ưu hóa, chế tạo và thử 
nghiệm. Trong giai đoạn thiết kế ban đầu, mô hình 
khâu cứng rất linh hoạt. Nó có thể được xem như là 
một phương pháp phục vụ cho việc đánh giá nhiều 
mẫu thiết kế thử nghiệm khác nhau một cách nhanh 
chóng và hiệu quả. Mô hình khâu cứng cung cấp 
nhanh cho mẫu thiết kế ban đầu, thử nghiệm các 
mẫu thiết kế và phân tích chuyển động, động học. 
Sự phát triển của các phương pháp thiết kế bằng 
cách sử dụng các mô hình khâu cứng là một ưu tiên 
của nghiên cứu. 
Ứng dụng mô hình khâu cứng cho giai đoạn thiết 
kế ban đầu là cần thiết. Tuy nhiên, khi chuyển sang 
mô hình cơ cấu đàn hồi, khớp mềm sẽ biến dạng 
theo cả ba hướng (xoay do uốn, kéo/nén và võng do 
uốn), khớp mềm không đảm bảo chính xác tỷ lệ 
khuếch đại như ở lý thuyết khâu cứng. Nên xây 
dựng phương trình mối quan hệ giữa các biến thiết 
kế cơ cấu khâu cứng khi chuyển cơ cấu nay sang cơ 
cấu đàn hồi thì mối quan hệ toán học này không 
còn chính xác. Thêm vào đó, toàn bộ cơ cấu khi bị 
biến dạng phải đảm bảo điều kiện bền, do đó, cần 
xác định được ứng suất lớn nhất phát sinh trong cơ 
cấu khi làm việc. Việc làm này sẽ được thực hiện 
với cơ cấu đàn hồi tương ứng cơ cấu khâu cứng 
trên và giá trị ứng suất này sẽ được đưa vào ràng 
buộc của bài toán tối ưu. 
Hình 1. Cơ cấu khâu cứng 
Ý tưởng thiết kế của cơ cấu khuếch đại là sự kết 
hợp giữa cơ cấu bốn khâu bản lề và cơ cấu đòn bẩy. 
Trong thiết kế này cơ cấu đòn bẩy được sử dụng 
hai lần với mục đích khuếch đại, cơ cấu bốn khâu 
bản lề vừa làm nhiệm vụ tăng thêm độ cứng vững, 
giảm chuyển động theo của cơ cấu và cũng có thể 
được dùng làm bộ phận khuếch đại cơ cấu như 
trong Hình 1. 
2.2 Thiết kế cơ cấu đàn hồi 
Cơ cấu đàn hồi là cơ cấu trong đó có một hoặc 
vài chuyển động được thực hiện nhờ sự biến dạng 
của các khớp đàn hồi thay thế cho các khớp thường 
dùng. Cơ cấu đàn hồi được thiết kế dựa trên 2 dạng 
(1) khớp bản lề đàn hồi và (2) thanh mảnh. Khớp 
bản lề đàn hồi đã được nghiên cứu đầu tiên từ 
những năm 1960. Cơ cấu khâu cứng như ở Hình 1 
sau khi được chuyển đổi thành cơ cấu đàn hồi sẽ có 
dạng như ở Hình 2. Trong đó, các khớp bản lề có 
thể được chuyển đổi thành các khớp đàn hồi với 
các biên dạng khác nhau như hình tròn, ellipse, 
parabolic hay hyperbolic [15, 16]. Trong bài báo 
này, tác giả sử dụng khớp đàn hồi dạng bán nguyệt 
với các ưu điểm như giảm ứng suất tập trung, đơn 
giản dễ chế tạo [17] 
Hình 2. Cơ cấu đàn hồi 
Cơ cấu đàn hồi được làm bằng vật liệu hợp kim 
nhôm (7075 - T6) với các thông số của vật liệu như 
sau: modul đàn hồi E = 71,7 (GPa), hệ số Poisson 
là 0,33, giới hạn đàn hồi là 500 (MPa) và khối 
lượng riêng ρ = 2810 kg/m3. Khi cho đầu vào 
(input) chuyển vị một khoảng so với vị trí ban đầu 
Din, cơ cấu đàn hồi bị dịch chuyển, các khớp đàn 
hồi bị biến dạng, nhờ các cơ cấu đòn bẩy và cơ cấu 
bốn khâu bản lề, chuyển vị đầu ra (output) được 
khuếch đại như mong muốn. 
2.3 Tối ưu hóa thiết kế 
2.3.1 Các biến thiết kế 
 Bài toán tối ưu hóa hình dạng và kích thước 
được thực hiện bằng cách sử dụng phần mềm 
ANSYS. Các biến thiết kế gồm: biến hình dạng 
(R1÷R5; T1÷T5) và biến kích thước (X1÷X4; Y1÷Y5) 
input 
output 
Y
1
Y
2
Y
3
Y
4
 Y
5
 Y
6
X1 
X2 
Chuyển vị kí sinh 
Tạp chí Phát triển Khoa học và Công nghệ, tập 20, số K5-2017 
7 
được thể hiện trên Hình 3. Giới hạn của các biến 
thiết kế được cho chi tiết trong Bảng 1. 
Hình 3. Sơ đồ các biến thiết kế cơ cấu đàn hồi 
Bảng 1. Giới hạn của các biến thiết kế 
Biến 
thiết kế 
Giới hạn 
dưới (mm) 
Giới hạn 
trên (mm) 
Y1 10 20 
Y2 20 40 
Y3, Y4 1 15 
Y5 10 30 
R1 ÷R5 2 8 
T1 ÷T5 0,4 1 
X1, X4 5 10 
X2, X3 2 10 
2.3.2 Các ràng buộc của bài toán tối ưu 
Không gian thiết kế của cơ cấu có kích thước 
giới hạn 100x100mm 
 HxW≤100x100 (mm) (1) 
 Ràng buộc chiều cao Y6=100 
 Ràng buộc chiều rộng: 
 Lw=2(R1+R2+2R3+R4+R5+L+T3)+X1 
+X2+X3+X4≤100 (2) 
 Ràng buộc kích thước để lắp ghép cơ cấu tác 
động PZT (Piezo Actuator): 
L1=Y2-2(R2+R4+R3-R1)-T2-T4-Y4+T1≥2 (3)
Ràng buộc về độ khuếch đại của cơ cấu: a≥10 
 (4) 
 Với chuyển vị đầu vào lớn nhất i =0.1 mm ràng 
buộc này tương đương với yêu cầu về chuyển vị 
đầu ra theo trục X: 
max U 1
x
 (5)
 Với max|Ux| là trị tuyệt đối chuyển vị đầu ra theo 
trục X 
 Ràng buộc về vật liệu: 
   500(MPa)c  (6)
2.3.3 Hàm mục tiêu của bài toán tối ưu 
 Hàm mục tiêu: chuyển vị kí sinh nhỏ nhất hay 
chuyển vị đầu ra của cơ cấu theo trục Y max|Uy| 
nhỏ nhất. 
 (7) 
 Quá trình tính toán mô phỏng được thực hiện 
trên phần mềm ANSYS. Sử dụng công cụ 
Response Surface của ANSYS Workbench để đánh 
giá ảnh hưởng của các biến thiết kế đến bài toán tối 
ưu. Do yêu cầu của bài toán thiết kế (kích thước, 
chuyển vị, độ khuếch đại) ở đây việc đánh giá độ 
nhạy của các biến thiết kế theo 3 thông số là ứng 
suất của cơ cấu (được thể hiện ở Hình 4a), chuyển 
vị theo trục X của đầu ra (được thể hiên ở Hình 4b 
và chuyển vị theo trục Y (được thể hiện ở Hình 4c). 
 Do bài toán thiết kế có ứng suất sát với giới hạn 
đàn hồi của vật liệu và độ nhạy của các biến thiết 
kế nên việc khảo sát toàn bộ các biến thiết kế là rất 
cần thiết. 
2.3.4 Kết quả tối ưu 
 Giá trị tối ưu của cácbiến thiết kế và hàm mục 
tiêu được thể hiện trong Bảng 2 và Bảng 3. 
 Phân tích độ nhạy của các biến thiết kế cho phép 
loại bỏcác biến ít ảnh hưởng đến thiết kế và mở 
rộng vùng hoạt động (giới hạn) của biến thiết kế 
ảnh hưởng lớn nhất đến hàm mục tiêu mong muốn 
của thiết kế. Ngoài ra, phân tích độ nhạy của các 
biến thiết kế, làm tăng khả năng hội tụ của hàm 
mục tiêu và làm giảm dung lương bộ nhớ máy tính, 
giảm thời gian xử lý bài toán. Từ kết quả phân tích 
độ nhạy Hình 4, các biến thiết kế ảnh hưởng đến 
hàm mục tiêu mong muốn như chuyển vị, ứng suất 
của thiết kế. Hình 4a, cho thấy, các biến thiết kế X1, 
Y1, T1, R1, T5 là tham số đầu vào quan trọng nhất, 
sau đó lần lượt đến các tham số sau R4, T4, T2, R2, 
Y5, Y2, Y4, R3, X4, X3, R5, X2, Y3, T3, các biến này 
có ảnh hưởng đến ứng suất của cơ cấu. Hình 4b 
trình bày các biến thiết kế X1, R1, Y1, X4, R4 là 
tham số đầu vào quan trọng nhất, sau đó lần lượt 
đến các biến thiết kế X3, Y2, R2, R3, T5, T4, R5, Y3, 
X2, Y5, Y4, T3, T1, T2, các biến này có ảnh hưởng 
đến chuyển vị đầu ra Dout, theo phương X của cơ 
cấu. Hình 4c cho kết quả các biến Y1, X1, R1, X4, T1 
8 Science and Technology Development Journal, vol 20, No.K5-2017 
là tham số đầu vào quan trọng nhất, sau đó lần lượt 
đến các biến thiết kếT2, Y5, R2, Y4, X3, R3, R4, T5, 
X2, T3, T4, Y2, R5, Y3, các biến này có ảnh hưởng 
đến, chuyển vị đầu ra theo phương Y của cơ cấu.
a) 
Tạp chí Phát triển Khoa học và Công nghệ, tập 20, số K5-2017 
9 
 b) c) 
Hình 4. Độ nhạy của các biến thiết kế đối với ứng suất của cơ cấu (a), chuyển vị theo trục X (b), chuyển vị theo trục Y (c) 
Bảng 2. Kết quả tối ưu các biến trạng thái và hàm mục tiêu 
Tên biến Kết quả tối ưu (đơn vị) 
Max|Ux| 1,005 (mm) 
Max|Uy| 0,163 (mm) 
max 429,690 (MPa) 
Lw 97,910 (mm) 
3 MÔ PHỎNG HOẠT ĐỘNG CỦA CƠ CẤU 
Sử dụng phần mềm ANSYS để mô phỏng 
chuyển vị, ứng suất của cơ cấu. Thông qua kết quả 
mô phỏng ta có thể đánh giá khả năng làm việc của 
cơ cấu. Mô hình phần tử dạng mặt được sử dụng để 
kiểm tra lại kết quả ứng suất cho thiết kế sau cùng. 
Ở đây phần tử dạng mặt PLANE 82 được chọn để 
phân tích và mô phỏng bài toán thiết kế, các kết 
quả mô phỏng được thể hiện qua Hình 5, Hình 6 và 
Hình 7. 
Với chuyển vị đầu vào lớn nhất 0,1 mm chuyển 
vị đầu ra của cơ cấu là 1,005 mm tương ứng với độ 
khuếch đại của cơ cấu là a=10,05 và chuyển vị kí 
sinh 0,1627 mm. Ứng suất lớn nhất của cơ cấu 
max=429,69 MPa thỏa mãn điều kiện ràng buộc về 
độ bền của vật liệu cơ cấu. 
 Đồ thị Hình 8 mô tả mối quan hệ giữa chuyển vị 
đầu vào và chuyển vị đầu ra của cơ cấu là một hàm 
tuyến tính. Khi cho chuyển vị đầu vào của cơ cấu 
một khoảng chuyển vị từ 0,01 mm đến 0,1 mm, thì 
qua cơ cấu khuếch đại này, nó tạo được chuyển vị 
đầu ra có hệ số khuếch đại là 10,05. 
Hình 5. Chuyển vị theo trục X của cơ cấu 
10 Science and Technology Development Journal, vol 20, No.K5-2017 
Hình 6. Chuyển vị theo trục Y của cơ cấu 
Hình 7. Ứng suất của cơ cấu 
Hình 8. Đồ thị mối quan hệ giữa chuyển vị đầu vào và đầu ra 
của cơ cấu 
Bảng 3. Kết quả tối ưu của của biến thiết kế 
Biến thiết 
kế 
Giá trị tối 
ưu (mm) 
Biến 
thiết kế 
Giá trị 
tối ưu 
(mm) 
Y1 14,21 T1 0,67 
Y2 35,14 T2 0,47 
Y3 8,50 T3 0,95 
Y4 9,39 T4 0,71 
Y5 10,05 T5 0,40 
R1 2,02 X1 10,10 
R2 7,60 X2 19,92 
R3 3,90 X3 10,08 
R4 2,02 X4 5,01 
R5 2,01 
4 KẾT LUẬN 
Trong nghiên cứu này tác giả đề xuất một thiết 
kế của cơ cấu khuếch đại dùng cơ cấu đàn hồi để 
truyền chuyển động thẳng với độ phân giải micron 
có độ khuếch đại 10,05. Thiết kế này dựa trên cơ sở 
tối ưu hóa theo độ cứng. Cơ cấu khuếch đại dùng 
cơ cấu đàn hồi được cấu tạo dựa trên các thanh 
cứng kế hợp với các khớp đàn hồi thông qua các cơ 
cấu đòn bẩy và cơ cấu bốn khâu bản lề để tạo 
khuếch đại chuyển vị đầu ra như mong muốnvới 
phạm vi hoạt động ổn định 0,1 đến 1mm của cơ cấu 
với độ khuếch đại là 10,05 với khoảng chuyển vị 
đầu vào từ 0,01 đến 0,1 mm. Cơ cấu sử dụng vật 
liệu hợp kim nhôm có các thông số thiết kế tối ưu 
như Bảng 2 và Bảng 3. 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
[1] L.L. Howell, Compliant Mechanisms, New 
York, Wiley, 2001. 
[2] Phạm Huy Hoàng, Trần Văn Thùy, “Thiết kế 
hình dạng và mô phỏng hoạt động của cơ cấu 
dẫn động với độ phân giải micro”, Tạp chí 
Phát Triển Khoa Học và Công Nghệ, 2008, số 
3, Tập 11. 
[3] 
Qiu, J., et al., A Bulk-MicromachinedBistable 
Relay with U-Shaped Thermal Actuators, 
Journal of Microelectromechanical Systems, 
2005, Vol. 14, pp. 1099-1109. 
[4] Mohd, N.M.Z., et al., Development of a novel 
flexure-based microgripper for high precision 
micro-object manipulation, Sensors and 
Actuators A, 2009, Vol. 150, pp. 257–266. 
[5] Pham Minh Tuan and Pham Huy Hoang, 
Design and Simulation of High Precision Feed 
Drive for CNC Turning Machine, The 8th 
South East Asia Technical University 
Tạp chí Phát triển Khoa học và Công nghệ, tập 20, số K5-2017 
11 
Consortium (SEATUC) Symposium, Malaysia, 
March 2014. 
[6] Nguyễn Văn Khiển, Phạm Huy Hoàng, Phạm 
Huy Tuân, Cơ cấu đàn hồi và các hướng ứng 
dụng, Hội nghị khoa học và công nghệ toàn 
quốc về cơ khí - Lần thứ IV, 2015. 
[7] Hale, L. C., Principles and techniques for 
designing precision machines. Ph.D. Thesis. 
1999. Massachusetts Institute of Technology, 
Department of Mechanical Engineering. 
Boston, USA. 
[8] Yang, Y.J., et al., A Novel 2 × 2 MEMS 
Optical Switch Using the Split Cross-Bar 
Design, Journal of Micromechanics and 
Microengineering, 2007, Vol. 17, pp. 875-
882. 
[9] Hilton_et al., 1997, Storage Case for Disk-
Shaped Media Having a Bistable Ejection 
Mechanism Utilizing Compliant Device 
Technology, United States Patent, No. 
5,590,768. 
[10] Hansen, B.J., et al., Plastic Latching 
Accelerometer Based on Bistable Compliant 
Mechanisms, SmartMaterial and Structures, 
2007, Vol. 16, pp. 1967-1972. 
[11] Gallego, J. A. and J. L. Herder (2009), 
Synthesis Methods in Compliant Mechanisms: 
An Overview, Proceedings of the ASME 2009 
International Design Engineering Technical 
Conferences & Computers and Information in 
Engineering Conference (IDETC/CIE 2009), 
San Diego, California, USA, pp. 1-22. 
[12] Pham, H.-T. and D.-A. Wang, A quadristable 
compliant mechanism with a bistable structure 
embedded in a surrounding beam structure, 
Sensors and Actuators A, Vol. 167, pp. 438–
448, 2011 
[13] Pham Huy-Tuan, V.K. Nguyen, and V.T. Mai, 
Shape optimization and fabrication of a 
parametric curved segment prosthetic foot for 
amputee, Journal of Science and Technology: 
Technical Universities, Vol. 102, pp. 89-95, 
2014. 
[14] Nicolae Lobontiu, Compliant Mechanisms: 
Design of Flexure Hinges, CRC Press LLC, 
2003. 
[15] Smith, Stuart T. Smith, Flexures elements of 
elastic mechanisms, Gordon and Breach 
Science Publishers, 2000. 
[16] Chen, G., et al., A tensural displacement 
amplifier employing elliptic-arc flexure 
hinges, Sensors and Actuators A, 2016, Vol. 
247, pp. 307–315 
Nguyễn Văn Khiển nhận bằng 
Thạc sĩ tại Đại học Sư phạm Kỹ 
thuật TP. Hồ Chí Minh, Việt 
Nam, năm 2014. Hiện tại anh 
đang làm nghiên cứu sinh tại 
Khoa Cơ khí, Đại học Sư phạm 
Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh. 
Hướng nghiên cứu chính bao gồm 
cơ cấu đàn hồi và tối ưu hóa đa 
mục tiêu. 
Ngô Nam Phương tốt nghiệp 
Trường Đại học Bách Khoa – 
ĐHQG-HCM năm 2007. Hiện 
đang công tác tại trường Sĩ quan 
Không quân và đang học Cao học 
ngành kỹ thuật cơ khí tại Trường 
Đại học Bách Khoa – ĐHQG-
HCM. 
Phạm Huy Hoàng nhận bằng 
Tiến sĩ tại Đại Học Công Nghệ 
Nanyang, Singapore năm 2006. 
Ông hiện là Phó Giáo sư tại Khoa 
Cơ khí, Trường Đại học Bách 
Khoa – ĐHQG-HCM, Việt Nam. 
Hướng nghiên cứu chính bao gồm 
động học và động lực học cơ hệ, 
cơ cấu đàn hồi và kỹ thuật chẩn 
đoán tình trạng. 
Phạm Huy Tuân nhận bằng Tiến 
sĩ tại Viện Kỹ thuật chính xác, 
trường đại học Quốc gia Chung 
Hsing, Đài Loan năm 2011. TS 
Tuân hiện đang giảng dạy tại 
Khoa Cơ khí Chế tạo máy, Đại 
học Sư phạm Kỹ thuật TPHCM. 
Hướng nghiên cứu chính bao gồm 
cơ cấu đàn hồi và kỹ thuật siêu âm 
12 Science and Technology Development Journal, vol 20, No.K5-2017 
Optimal design and simulation of compliant 
mechanism used as amplifier 
of micro linear actuator 
Nguyen Van Khien, Ngo Nam Phuong, Pham Huy Hoang, Pham Huy Tuan 
Abstract—This paper presents the design of a 
compliant mechanism that can be used as an 
amplifier mechanism of the micro linear 
actuator. The design includes the synthesis of 
pseudo rigid-body mechanism, the converting 
rigid mechanism to a compliant mechanism, the 
parameterization of dimensions of compliant 
mechanism, design variables' choice and the 
optimal design using ANSYS optimization tool. 
In addition, the paper also describes the use of 
response surface analysis tool of ANSYS 
Workbench to evaluate the effect of design 
variables on the optimization so that to 
investigate the sensitivity of those design 
variables on the objective function. The finite 
element model of the designed mechanism is 
established and used to simulate the compliant 
mechanism and to evaluate the amplification 
ability. The results show that the amplification 
ratio is higher than 10. 
Keywords—Compliant mechanism, pseudo rigid-body 
mechanism, optimal design.