(Luận văn thạc sĩ) nghiên cứu thiết kế cơ cấu đàn hồi khử rung được tích hợp cho camera quan sát trong quá trình di chuyển

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ HOÀNG NGỌC PHƯƠNG NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CƠ CẤU ÐÀN HỒI KHỬ RUNG ÐUỢC TÍCH HỢP CHO CAMERA QUAN SÁT TRONG QUÁ TRÌNH DI CHUYỂN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ ÐIỆN TỬ- 8520114 SKC005857 Tp Hồ Chí Minh, tháng 10/2018 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ HOÀNG NGỌC PHƯƠNG NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CƠ CẤU ĐÀN HỒI KHỬ RUNG ĐƯỢC TÍCH HỢP CHO CAMERA QUAN SÁT TRONG QUÁ TRÌNH DI CHUYỂN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ- 8520114 Tp Hồ Chí Minh, tháng 10/2018 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ HOÀNG NGỌC PHƯƠNG NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CƠ CẤU ĐÀN HỒI KHỬ RUNG ĐƯỢC TÍCH HỢP CHO CAMERA QUAN SÁT TRONG QUÁ TRÌNH DI CHUYỂN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ- 8520114 HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS PHẠM HUY TUÂN Tp Hồ Chí Minh, tháng 10/2018 i LÝ LỊCH KHOA HỌC I LÝ LỊCH SƠ LƯỢC: Họ & tên: Hồng Ngọc Phương Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 30/03/1991 Nơi sinh: Bình Thuận Quê quán: Bình Thuận Dân tộc: Kinh Địa liên lạc: 379, Phường Tăng Nhơn Phú A, Quận 9, TP.HCM Điện thoại: 01227105479 E-mail: Dungphuonghuong.pstyle@gmail.com II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: Đại Học: Hệ đào tạo: Đại học quy Thời gian đào tạo từ: 2009 đến 2014 Nơi học (trường, thành phố): Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Ngành học: Cơ Khí Chế Tạo Máy Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án thi tốt nghiệp: Thi tốt nghiệp 06/2014 trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM BI Q TRÌNH CƠNG TÁC CHUN MƠN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Nơi công tác Từ 2014 - 2015 Công ty lock & lock Từ 2015 tới Công ty SamSung Công việc đảm nhiệm Nhân viên kỹ thuật Nhân viên kho ii LỜI CAM ĐOAN Tơi cam đoan cơng trình nghiên cứu Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Tp Hồ Chí Minh, ngày 30 tháng 09 năm 2018 (Ký tên ghi rõ họ tên) Hoàng Ngọc Phương iii LỜI CẢM ƠN Em xin chân thành cảm ơn quý Th ầy, Cô trường Đ ại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM giảng dạy em suốt thời gian học tập nghiên cúu trường Cảm ơn quý Thầy, Cô Phịng Đào Tạo sau đại học Khoa Cơ Khí Máy trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Đặc biệt, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc chân thành Thầy PGS TS Phạm Huy Tuân tận tình hướng dẫn em suốt trình thực luận văn tốt nghiệp Hồng Ngọc Phương iv TĨM TẮT Bài viết trình bày thiết kế cấu định vị máy ảnh dựa chế sinh mắt người Thiết bị kết hợp chế hoạt động mắt cấu dạng cầu với mục đích tối thiểu hố hình dạng cấu định hướng Hệ thống định hướng hoạt động thông qua việc điều khiển chuyển động đảo (pan), nghiêng (tilt) với đồng hoá cấu đàn hồi Cơ cấu linh hoạt hoạt động thông qua độ lệch cong để dẫn hướng mô-đun định hướng Quy trình tối ưu hố hình dạng kích thước thuật tốn di truyền sử dụng cho thiết kế Mục tiêu việc tối ưu hoá là, đạt đư ợc góc quay lớn mối quan hệ tuyến tính Đ ể chứng minh ều này, phương pháp phân tích phần tử hữu hạn đề cập Kết cho thấy hệ thống định hướng đời với đặc điểm: gọn, nhẹ độ xác cao Từ khố: cấu đàn hồi, cấu dạng cầu, tối ưu hoá, hệ thống định hướng quay v ABSTRACT Abstract— This paper presents the design of a compliant bio-inspired camerapositioning mechanism The device combines human muscle actuation scheme and spherical mechanism with the aim of miniaturizing the orienting mechanism The active orientation system which controls two DOFs (pan and tilt) were synthesized by using compliant mechanism The flexible mechanisms utilize the deflection of curved beams to drive the orienting modules A shape and size optimization process using genetic algorithm was used for the design The multi-objective of the optimization problem is the maximum orienting angles and a linear input-output relation To demonstrate the feasibility of the optimum design, finite element analysis was carried out The results show that the proposed design exhibits essential characteristics of a camera-orientation system such as light weight, compactness and high precision Keywords — Compliant mechanism, spherical mechanism, optimization, cameraorientation system vi Trang tựa Quyết định giao đề tài Lý lịch cá nhân Lời cam đoan Cảm tạ Tóm tắt Mục lục Danh sách chữ viết tắt Danh sách hình Danh sách bảng Chương TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan chung lĩnh vực nghiên cứu, kết nghiên cứu ngồi nước cơng bố 1.1.1 Các nghiên cứu nước 1.1.1.1 Nghiên cứu nước 1.1.1.2 Nghiên cứu ngồi nước 1.2 Tính cấp thiết đề tài 1.3 Mục đích đề tài 1.4 Nhiệm vụ đề tài đối tượng nghiên cứu, giới hạn đề tài 1.4.1 Nhiệm vụ đề tài 1.4.2 Đối tượng nghiên cứu đề tài 1.4.3 Giới hạn đề tài 1.5 Phương pháp nghiên cứu Chương CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 2.1.1 Đường cong tham số Bezier Biểu diễn đường cong tham số Bezier vii Quan sát Hình 5.11 ta thấy giá trị góc đạt dao động khoảng 20 – 24 độ So sánh kết thu đư ợc lý thuyết tính tốn mơ thực nghiệm kiểm tra, ta thấy có sai lệch nhẹ Ngun nhân có chênh l ệch trình tính tốn mơ khơng bị ảnh hưởng sai số nh ư: sai số vật liệu, sai s ố máy, sai số gia công, sai s ố thiế t bị đo Vì l ý s ự khác biệt mơ hình 2D mơ hình thực nghiệm 3D dẫn đ ến sai lệch giá trị góc giữ a mơ thực nghiệm 5.3 Hướng ứng dụng Cơ cấu định hướng đàn hồi tích hợp vào robot tự hành hay thay mắt cho robot dạng người Hình 5.11 Cơ cấu tích hợp xe tự hành Xe tự hành di chuyển theo chế như: dò đư ờng theo line, sử dụng cảm biến siêu âm hay xử lý hình ảnh thơng qua mạch điều khiển biến đổi thành tín hiệu số truyền vào phận dẫn động xe giúp xe nên di chuyển theo hướng không gặp vật cản Với việc tích hợp cấu đàn h ồi cộng với lập trình xử lý ảnh, robot thu tín hiệu hình ảnh bao qt, dễ dàng từ giúp xe chuyển động linh hoạt tiết kiệm giảm thiểu chuyển động xe Hình 5.12 xe tự hành hoạt động theo chế xử lý ảnh, camera gắn chặt vào xe, đ ể thu đư ợc hình ảnh xung quanh xe phải xoay theo nhiều hướng khác để từ nhận biết hướng có vật cản 51 Hình 5.12 xe tự hành tích hợp camera xử lý ảnh Với kích thước nhỏ gọn, góc quay xấp xỉ chuyển động quay quanh trục mắt người đáp ứng việc điều khiển tịnh tiến Thiết kế, chế tạo cấu định hướng đàn hội thay cho mắt robot điều nghiên cứu đến tương lai gần Hình 5.12 Chế tạo robot dạng người 52 CHƯƠNG KẾT LUẬN 6.1 Kết luận Trong nghiên cứu tác giả thiết kế chế tạo cấu đàn h ồi khử rung tích hợp camera sở tối ưu hoá biên dạng giải thuật di truyền Một cấu định hướng đàn hồi cấu tạo dựa đường cong tham số Bezier Cơ cấu gồm hai cong làm vật liệu POM (polyoxymethylen), cấu hoạt động hai cong tích trữ lượng đàn h ồi đ ể sau phân ph ối phần lượng Tương ứng với chuyển động tịnh tiến động chuyển động quay camera gần đ ạt tỷ lệ tuyến tính Với khoảng dịch chuyển đ ộng [-9 9] đ ạt góc quay lớn nhất, xấp xỉ 28 đ ộ cho cấu đ ảo khoảng 27 đ ộ cho cấu nghiêng Và kiểm tra thực nghiệm cảm biến đo góc MPU – 6050 Vậy phương pháp tối ưu hố kết hợp với mơ cấu dựa phần mềm Matlab Abaqus sở giải thuật di truyền tác giả tính tốn, thiết kế chế tạo hồn chỉnh cấu đàn hồi khử rung tích hợp cho camera trình di chuyển Và chứng minh tính tuyến tính chuyển động tịnh tiến góc quay, với đạt kích thước nhỏ gọn tương ứng với góc quay lớn thơng qua trình kiểm tra thực nghiệm 6.2 Hướng phát triển đề tài Ø Tích hợp xử lý ảnh Ø Phỏng sinh mắt người Ø Chế tạo cấu thành dạng khối 53 TÀI LIỆU KHAM KHẢO Tiếng Viêt: [1] Bùi Quý Lực, Phương pháp xây dựng bề mặt cho CAD/ CAM, NXB Khoa Học Kỹ Thuật, Hà Nội, 2006 [2] Lê Xn Huỳnh, Tính tốn kết cấu theo lý thuyết tối ưu, NXB Khoa Học Kỹ Thuật, Hà Nội, 2006 [3] Nguyễn Hữu Lộc, Nguyễn Trọng Hữu, Thiết kế sản phẩm với Autodesk Inventor, NXB Tổng Hợp Tp Hồ Chí Minh, 2006 [4] Nguyễn Hữu Lộc, Kỹ thuật CAD/CAE, NXB Khoa Học Kỹ Thuật, Hà Nội 2010 [5] Nguyễn Hồng Hải, Nguyễn Việt Anh, Lập trình MATLAB ứng dụng, NXB Khoa Học Và Kỹ Thuật, Hà Nội 2006 [6] Nguyễn Hoài Sơn, Vũ Phan Như Thiện, Đỗ Thanh Việt, Phương pháp phần tử hữu hạn với MATLAB, NXB Đại Học Quốc Gia TP HỒ CHÍ MINH, 2001 [7] Nguyễn Hoài Sơn, Đỗ Thanh Việt, Bùi Xn Lâm, Ứng dụng MATLAB tính tốn kỹ thuật tập 1, NXB Đại Học Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh, 2001 [8] Nguyễn Đình Thúc, Lập trình tiến hố, NXB Giáo Dục, 2001 [9] Nguyễn Viết Trung, Thiết kế tối ưu, NXB Xây Dựng Hà Nội, 2003 [10] Phạm Huy Hồng, Trần Văn Thuỳ, “Thiết kế hình dạng mô hoạt động cấu dẫn đ ộng với đ ộng phân giải micro” Tạp Chí Phát Triển Khoa Học Công Nghệ, tập 11, số 3, 2008 [11] Phan Thị Hoài Phương, Lương Chi Mai (HD), Một giải thuật di truyền giải toán cất vật tư chiều với nhiều kích cỡ vật liệu thơ, LA tiến sỹ, viện KH CN Việt Nam, 2011 54 Nước Ngoài: [12] C Micheloni, G L Foresti, C Piciarelli, and L Cinque, “An autonomous vehicle for video surveillance of indoor environments,” IEEE Trans Veh Technol., vol 56, no 2, 2007, pp 487–498 [13] K.C Chen and W.H Tsai, “Vision-based autonomous vehicle guidance for indoor security patrolling by a sift-based vehicle-localization technique,” IEEE Transactions on Vehicular Technology, vol 59(7), 2010, pp 32613271 [14] Deb K, Pratap A, Agarwal S, Meyarivan T., “A fast and elitist multiobjective genetic algorithm: NSGA-II,” IEEE Transactions on Evolutionary Computation, vol 6, 2002, pp 182–197 [15] E Samson, et al., “The agile stereo pair for active vision,” Machine Vision and Applications, vol 17, 2006, pp 32-50 [16] Hibbitt HD et al., ABAQUS User Manual, Version 6-2, HKS Inc., Providence, RI, USA, 2001 [17] H T Pham, and D A Wang, “A quadristable compliant mechanism with a bistable structure embedded in a surrounding beam structure,” Sensors and Actuators A – Physical, vol 167, 2011, pp 438-448 [18] https://gremsy.com/ [19] L.L Howell, Compliant Mechanisms, John Wiley & Sons, New York, 2002 [20] M Hoshina, T Mashimo, and S Toyama, “Development of spherical ultrasonic motor as a camera actuator for pipe inspection robot,” in Proc IEEE/RSJ Int Conf Intell Robot Syst., St Louis, MO, 2009, pp 2379–2384 [21] Y Chen, “Analyzing and visual programming Internet of Things and autonomous decentralized systems,” Simulation Modelling Practice and Theory, vol 65, 2016, pp 1-10 55 PHỤ LỤC 56 57 58 59 60 61 62 63 64 ... PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ HOÀNG NGỌC PHƯƠNG NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CƠ CẤU ĐÀN HỒI KHỬ RUNG ĐƯỢC TÍCH HỢP CHO CAMERA QUAN SÁT TRONG QUÁ TRÌNH DI CHUYỂN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ- 8520114 Tp... PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ HOÀNG NGỌC PHƯƠNG NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CƠ CẤU ĐÀN HỒI KHỬ RUNG ĐƯỢC TÍCH HỢP CHO CAMERA QUAN SÁT TRONG QUÁ TRÌNH DI CHUYỂN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ- 8520114 HƯỚNG... phương án thiết kế, chế tạo khắc phục Và lý đề tài “ Nghiên cứu thiết kế cấu đàn hồi khử rung tích hợp cho camera quan sát trình di chuyển? ?? xây dựng 1.3 Mục đích đề tài - Thiết kế, chế tạo cấu với