Thiết kế và chế tạo bàn tay robot hai ngón tay

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO BÀN TAY ROBOT HAI NGÓN TAY NGÀNH KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN TS BÙI THANH LUÂN Sinh viên thực hiện MSSV Lớp Dương Tú Mi 1711030089 17DCTA2 Huỳnh Đặng Hoàng Ngôi 1711250907 17DCTA2 Tp Hồ Chí Minh, ngày 25 tháng 9 năm 2021 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO BÀN TAY ROBOT HAI NGÓN TAY NGÀNH KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ GIẢNG VIÊN HƯ.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO BÀN TAY ROBOT HAI NGÓN TAY NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: TS BÙI THANH LUÂN Sinh viên thực hiện: MSSV: Lớp: Dương Tú Mi 1711030089 17DCTA2 Huỳnh Đặng Hồng Ngơi 1711250907 17DCTA2 Tp Hồ Chí Minh, ngày 25 tháng năm 2021 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO BÀN TAY ROBOT HAI NGÓN TAY NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: TS BÙI THANH LUÂN Sinh viên thực hiện: MSSV: Lớp: Dương Tú Mi 1711030089 17DCTA2 Huỳnh Đặng Hồng Ngơi 1711250907 17DCTA2 Tp Hồ Chí Minh, ngày 25 tháng năm 2021 LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành đề tài luận văn tốt nghiệp này, nhóm em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến ban giám hiệu trường Đại Học Cơng Nghệ Thành Phố Hồ Chí Minh tạo điều kiện sở vật chất với hệ thống thư viện đại, đầy đủ loại sách, tài liệu thuận lợi cho việc tìm kiếm nghiên cứu thơng tin nhóm Xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến giáo viên hướng dẫn đề tài TS Bùi Thanh Luân giảng dạy tận tình, chi tiết tạo điều kiện thuận lợi suốt thời gian thực khóa luận văn tốt nghiệp, để em có đủ kiến thức vận dụng chúng vào khóa luận Đồng thời nhóm biết ơn thầy, cô Viện Kỹ Thuật Hutech quan tâm giúp đỡ tận tình suốt trình nhóm thực luận văn Bên cạnh đó, nhóm xin cảm ơn anh, chị khóa trước bạn lớp 17DCTA2 đóng góp ý kiến chia sẻ kinh nghiệm để giúp nhóm hồn thành đề tài lần Do chưa có kinh nghiệm làm đề tài hạn chế kiến thức nên tiểu luận chắn khơng tránh khỏi thiếu sót Rất mong nhận nhận xét, ý kiến đóng góp q thầy, để luận văn em hoàn thiện Lời cuối chúc quý thầy, quý cô nhiều sức khỏe, tiếp tục thành công vươn xa nghiệp trồng người Nhóm xin chân thành cảm ơn! ii MỤC LỤC Phiếu đăng ký tên đề tài ĐATN Phiếu giao nhiệm vụ Lời cam đoan Trang i Lời cảm ơn ii Mục lục .iii Danh sách bảng vii Danh sách hình viii Lời mở đầu Chương 1: Giới thiệu 1 Tính cần thiết, ứng dụng đề tài Nhiệm vụ cần thực Phạm vi giới hạn đồ án .5 Chương 2: Tổng quan giải pháp Tìm hiểu vấn đề .6 1 Ứng dụng bàn tay robot hai ngón tay .6 2 Các yêu cầu công nghệ bàn tay robot hai ngón tay Các sản phẩm mơ hình phổ biến nước .6 So sánh công nghệ .11 2 Xác định yêu cầu công nghệ 12 Chương 3: Phương pháp giải 13 Đề xuất phương án thực 13 Phương án thiết kế .13 3 Xác định cấu hình, tính thơng số kỹ thuật cho sản phẩm 14 iii 3 Cấu hình 14 3 Tính 14 3 Thông số kỹ thuật 14 3 Tính toán lực trục 18 Chương 4: Quy trình thiết kế 21 Thiết kế khí 21 1 Sơ đồ động học .21 Bản vẽ chi tiết .22 Bản vẽ lắp .35 4 Tính tốn động học cánh tay Robot hai ngón tay 37 Thiết kế phần điện 50 Sơ đồ khối mạch điện 50 2 Các linh kiện sử dụng 51 Nguyên lý hoạt động mạch điện 63 Chương 5: Thi công 65 Mô lắp rắp bàn tay robot hai ngón tay .65 Mô phần mềm Matlab 72 Mô bàn tay robot Matlab Simulink 72 2 Mô bàn tay Robot Matlab Guide 73 Động học vi sai robot cho hai ngón tay 75 Phép tịnh tiến vi sai .75 Phép quay vi sai 75 3 Phép quay vi sai xung quanh véc tơ k tổng quát 76 Phép biến đổi vi sai khung tọa độ 76 iv Phần mềm điều khiển 76 Các thao tác hoạt động bàn tay Robot 76 Lưu đồ giải thuật 77 Chương trình cho Arduino 78 Chương 6: Đánh giá kết quả, kết luận 82 Kết 82 1 Các kết thực làm đề tài 82 Những hạn chế 85 Hướng phát triển 85 Tài liệu tham khảo 86 Phụ lục 1: Thực nghiệm điều khiển động Step trục vít me 88 Phụ lục 2: Sử dụng phần mềm Arduino IDE điều khiển bàn tay Robot 89 v DANH SÁCH CÁC BẢNG BẢNG TRANG Bảng 1: Bảng tham số DH ngón trỏ 37 Bảng 2: Bảng tham số DH ngón 44 Bảng 1: Bảng góc khớp ngón trỏ động Step tịnh tiến 72 Bảng 2: Bảng góc khớp ngón động Step tịnh tiến 73 vi DANH SÁCH CÁC HÌNH HÌNH TRANG Hình 1: Cánh tay hỗ trợ sinh hoạt cho người khuyết tật (Nguồn Internet) .7 Hình 2: Cánh tay robot cho người khuyết tật ứng dụng cơng nghệ sóng não .7 Hình 3: Cánh tay robot cho người khuyết tật liệt tay toàn phần (Nguồn Internet) .8 Hình 4: Nghiên cứu IRIM Lab Koreatech (Nguồn Internet) .9 Hình 5: Nghiên cứu Will Cogley (Nguồn Internet) 10 Hình 6: Cánh tay Robot WillCogley (Nguồn Internet) .10 Hình 1: Lò xo (Nguồn Internet) 15 Hình 2: Motor RC servo MG90s (Nguồn Internet) .16 Hình 3: Động bước trục vít me (Nguồn Internet) 17 Hình 4: Biểu đồ moment lực cho tất trục khớp 20 Hình 1: Sơ đồ động học bàn tay robot hai ngón tay 21 Hình 2: Hình 3D chi tiết khớp hai ngón tay .22 Hình 3: Hình chiếu khớp hai ngón tay 22 Hình 4: Hình chiếu khớp ngón trỏ 23 Hình 5: Hình chiếu đứng khớp ngón trỏ 23 Hình 6: Hình chiếu khớp ngón trỏ 24 Hình 7: Hình chiếu đứng khớp ngón trỏ 24 Hình 8: Hình chiếu khớp ngón 25 Hình 9: Hình chiếu đứng khớp ngón 25 Hình 10: Hình chiếu khớp ngón 26 Hình 11: Hình chiếu đứng khớp ngón 26 Hình 12: Hình chiếu khớp ngón tay 27 Hình 13: Hình chiếu khớp 4-2 ngón tay 27 vii Hình 14: Hình chiếu chi tiết vỏ bàn tay-1 28 Hình 15: Hình chiếu chi tiết vỏ bàn tay-2 28 Hình 16: Hình chiếu chi tiết khớp vỏ tay 29 Hình 17: Hình chiếu chi tiết vỏ cánh tay 29 Hình 18: Hình chiếu chi tiết nắp vỏ cánh tay .30 Hình 19: Mặt cắt hình chiếu đứng chi tiết vỏ motor servo .30 Hình 20: Mặt cắt hình chiếu đứng chi tiết vỏ motor servo .31 Hình 21: Hình chiếu chi tiết lị xo kéo 31 Hình 22: Hình chiếu hình chiếu cạnh chi tiết nắp motor vít me 32 Hình 23: Hình chiếu đứng hình chiếu chi tiết vỏ vít me 32 Hình 24: Hình chiếu đứng hình chiếu chi tiết mặt bích vỏ vít me 33 Hình 25: Hình chiếu cạnh chi tiết mặt bích động Step vít me 33 Hình 26: Hình chiếu đứng chi tiết đai ốc vít me 34 Hình 27: Hình chiếu hình chiếu cạnh chi tiết miếng kê .34 Hình 28: Hình chiếu vẽ lắp bàn tay robot 35 Hình 29: Mặt cắt hình chiếu vẽ lắp bàn tay robot 36 Hình 30: Sơ đồ hệ tọa độ gắn với khâu ngón trỏ 37 Hình 31: Sơ đồ hệ tọa độ gắn với khâu ngón 43 Hình 32: Sơ đồ khối mạch điện 50 Hình 33: Pin Lipo 3.7V 1000mAH (Nguồn Internet) 51 Hình 34: Mạch sạc TP4056 (Nguồn Internet) .52 Hình 35: Sơ đồ nối dây mạch sạc (Nguồn Internet) 53 Hình 36: Mạch tăng áp DC-DC SX1308 2A (Nguồn Internet) 53 Hình 37: Sơ đồ nối dây mạch tăng áp (Nguồn Internet) .54 Hình 38: Giao diện phần mềm Arduino IDE 55 Hình 39: Arduino Uno R3 (Nguồn Internet) .56 Hình 40: Sơ đồ nối dây Arduino (Nguồn Internet) .57 Hình 41: Shield motor driver L293D (Nguồn Internet) 58 viii Hình 42: Thơng số kích thước Shield motor driver L293D (Nguồn Internet) 59 Hình 43: Sơ đồ nối dây Shield motor driver L293D (Nguồn Internet) .60 Hình 44: Động Servo MG 90s (Nguồn Internet) 60 Hình 45: Sơ đồ nối dây thơng số kích thước động Servo (Nguồn Internet) .61 Hình 46: Động Step ổ đĩa CD (Nguồn Internet) 62 Hình 47: Động Step vít me (Nguồn Internet) 62 Hình 48: Sơ đồ nguyên lý mạch điện 63 Hình 49: Kết nối mạch Arduino Shiled motor driver L293D 64 Hình 50: Kết nối động Arduino vào Shield motor driver L293D .64 Hình 1: Lắp khớp ngón tay 65 Hình 2: Lắp ráp động Servo 65 Hình 3: Lắp ráp ngón tay vào động Servo 66 Hình 4: Lắp ngón tay vào vỏ bàn tay 66 Hình 5: Lắp lị xo vào vỏ bàn tay nối dây kéo 67 Hình 6: Lắp bàn tay Robot vào vỏ cánh tay 67 Hình 7: Cố định bàn tay Robot vào vỏ cánh tay chi tiết cổ tay 68 Hình 8: Lắp ráp động Step vít me 68 Hình 9: Lắp ráp vỏ động Step vit me .69 Hình 10: Lắp ráp bàn tay động Step vào vỏ cánh tay 69 Hình 11: Nối dây kéo vào ngón tay Robot động Step vít me 70 Hình 12: Lắp mặt bích vỏ bàn tay .70 Hình 13: Cố định lòng bàn tay Bulong M2 71 Hình 14: Lắp ghép hồn chỉnh mơ hình bàn tay robot hai ngón tay 71 Hình 15: Ảnh mơ bàn tay robot Matlab Simulink 72 Hình 16: Mơ bàn tay robot Matlab Guide 73 Hình 17: Chạy mơ động học nghịch Matlab 74 Hình 18: Kiểm tra động học nghịch bàn tay Robot .74 ix Ø1 R1 0.5 3.2 2.5 R2 4.5 13 R1.1 SECTION A-A 2xØ1+0.1 R6.5 +0.1 9-0.1 13 Ø5+0.03 A A Người vẽ Dương Tú Mi Huỳnh Đ.Hồng Ngơi 29/08/2021 Khớp 4-2 Kiểm tra Trường Đại Học Công Nghệ Tp.HCM Viện Kỹ Thuật Hutech Mi: 1711030089 Lớp :17DCTA2 MSSV:Ngôi: 1711250907 Tỉ lệ: 5:1 Nhựa POM BV:08 / 21 70 Ø5 2xM2 Dp3 +0.1 +0.1 8-0.1 22 19 14 8-0.1 11 15 14 SECTION L-L 2xM2 Dp5 18 20 6.5 4xØ2+0.1 13 30 +0.1 L L 12 26-0.1 3 37 R6 R12 +0.1 55-0.1 4xØ4 Dp11 2.5 Người vẽ Dương Tú Mi Huỳnh Đ.Hồng Ngơi 29/08/2021 Vỏ bàn tay-2 Kiểm tra Trường Đại Học Công Nghệ Tp.HCM Viện Kỹ Thuật Hutech Mi: 1711030089 Lớp :17DCTA2 MSSV:Ngôi: 1711250907 Nhựa POM Tỉ lệ: 2:1 BV:09 / 21 13 30 R6 5.5 2.5 10 45 17 70 SECTION M-M R12 +0.1 18 26-0.1 M 13 36 R6 M 4xM2 Dp4 +0.1 55-0.1 Người vẽ Dương Tú Mi Huỳnh Đ.Hồng Ngơi 29/08/2021 Vỏ bàn tay-1 Kiểm tra Trường Đại Học Công Nghệ Tp.HCM Viện Kỹ Thuật Hutech Mi: 1711030089 Lớp :17DCTA2 MSSV:Ngôi: 1711250907 Nhôm A6061 Tỉ lệ: 2:1 BV:10 / 21 24 17.00 12 2.5 +0.1 9-0.1 15 18 12.5 +0.1 12-0.1 20 U 34 U SECTION T-T +0.1 Ø4 8-0.1 2xØ2+0.1 T T +0.1 Ø5 8-0.1 24 12 SECTION U-U 3.5 Người vẽ Dương Tú Mi Huỳnh Đ.Hồng Ngơi 29/08/2021 Kiểm tra Trường Đại Học Công Nghệ Tp.HCM Viện Kỹ Thuật Hutech Mi: 1711030089 Lớp :17DCTA2 MSSV:Ngôi: 1711250907 Khớp cổ tay Nhựa POM Tỉ lệ: 2:1 BV:11 / 21 80 80+0.1 20-0.1 +0.1 15+0.03 4.50-0.1 42-0.1 21 2xM3Dp7 170 +0.1 +0.1 2xM3Dp9 11+0.03 20 15 +0.1 40-0.1 SECTION V-V 50 36+0.08 12 Ø70 V 55+0.1 10 Người vẽ V Dương Tú Mi Huỳnh Đ.Hồng Ngơi 29/08/2021 Vỏ cánh tay Kiểm tra Trường Đại Học Công Nghệ Tp.HCM Viện Kỹ Thuật Hutech Mi: 1711030089 Lớp :17DCTA2 MSSV:Ngôi: 1711250907 Nhựa POM Tỉ lệ: 1:1 BV:12 / 21 55-0.06 10 15 10 45° 1.50 6.30 SECTION X-X SECTION W-W X 4xØ3+0.1 W W 30-0.05 40-0.1 +0.1 13 R35 X +0.1 40-0.1 Người vẽ Dương Tú Mi Huỳnh Đ.Hồng Ngơi 29/08/2021 Kiểm tra Trường Đại Học Công Nghệ Tp.HCM Viện Kỹ Thuật Hutech Mi: 1711030089 Lớp :17DCTA2 MSSV:Ngôi: 1711250907 Nắp cánh tay Nhựa POM Tỉ lệ: 1:1 BV:13 / 21 1.5 +0.1 1.50 0.5 16 7.5 21-0.1 R0.5 12 A R2 12 +0.1 9-0.1 4.5 SECTION A_A A 4xM1 Dp6 Ø5-0.02 1.50 Người vẽ Dương Tú Mi Huỳnh Đ.Hồng Ngơi 29/08/2021 Vỏ motor servo-1 Kiểm tra Trường Đại Học Công Nghệ Tp.HCM Viện Kỹ Thuật Hutech Mi: 1711030089 Lớp :17DCTA2 MSSV:Ngôi: 1711250907 Nhôm A6061 Tỉ lệ: 5:1 BV:14 / 21 R0.50 2.50 0.5 13 +0.1 1.5 0.50 21-0.1 SECTION B_B 2.50 4xØ1+0.1 +0.1 B B 1.50 Người vẽ Dương Tú Mi Huỳnh Đ.Hồng Ngơi 29/08/2021 9-0.1 12 R2.5 Vỏ motor servo-2 Kiểm tra Trường Đại Học Công Nghệ Tp.HCM Viện Kỹ Thuật Hutech Mi: 1711030089 Lớp :17DCTA2 MSSV:Ngôi: 1711250907 Nhôm A6061 Tỉ lệ: 5:1 BV:15 / 21 Ø5 15 Ø5 20 Người vẽ Dương Tú Mi Huỳnh Đ.Hồng Ngơi 29/08/2021 Lị xo kéo Kiểm tra Trường Đại Học Công Nghệ Tp.HCM Viện Kỹ Thuật Hutech Mi: 1711030089 Lớp :17DCTA2 MSSV:Ngôi: 1711250907 Tỉ lệ: 5:1 Thép đàn hồi BV:16 / 21 16 18 R4 22 11 18 Người vẽ 29/08/2021 Kiểm tra Trường Đại Học Công Nghệ Tp.HCM Viện Kỹ Thuật Hutech Lớp :17DCTA2 MSSV: Tỉ lệ: 5:1 BV:17 / 21 18-0.1 10 3-0.1 8° 0.7-0.1 20-0.1 75 Người vẽ Dương Tú Mi Huỳnh Đ.Hồng Ngơi 29/08/2021 Vỏ motor vitme-2 Kiểm tra Trường Đại Học Công Nghệ Tp.HCM Viện Kỹ Thuật Hutech Mi: 1711030089 Lớp :17DCTA2 MSSV:Ngôi: 1711250907 Nhựa POM Tỉ lệ: 2:1 BV:18 / 21 ° 108 18+0.1 18-0.02 0.7+0.1 15 3.5 3+0.1 22-0.02 6.5 75 3xM2 5.5 5.5 20 15 15 Người vẽ Dương Tú Mi Huỳnh Đ.Hồng Ngơi 29/08/2021 Vỏ motor vitme-1 Kiểm tra Trường Đại Học Công Nghệ Tp.HCM Viện Kỹ Thuật Hutech Mi: 1711030089 Lớp :17DCTA2 MSSV:Ngôi: 1711250907 Nhôm A6061 Tỉ lệ: 2:1 BV:19 / 21 70 7.5 10 ° 25 2.5 Người vẽ Dương Tú Mi Huỳnh Đ.Hồng Ngơi 29/08/2021 Kiểm tra Trường Đại Học Cơng Nghệ Tp.HCM Viện Kỹ Thuật Hutech Mi: 1711030089 Lớp :17DCTA2 MSSV:Ngôi: 1711250907 Đai ốc vitme Nhôm A6061 Tỉ lệ: 2:1 BV:20 / 21 10 4xØ3+0.1 +0.1 9-0.1 15 +0.1 9-0.1 R30 Người vẽ Dương Tú Mi Huỳnh Đ.Hồng Ngơi 29/08/2021 Kiểm tra Trường Đại Học Công Nghệ Tp.HCM Viện Kỹ Thuật Hutech Mi: 1711030089 Lớp :17DCTA2 MSSV:Ngôi: 1711250907 Miếng ke Nhôm A6061 Tỉ lệ: 5:1 BV:21 / 21 VCC SERVO SERVO + VCC VCC C7 100uF PWM1A PWM1B VCC VCC GND GND GND GND 1 JP6 JP6 JP2 VCC C4 GND + 0.1uF + C5 100uF ARDUINO UNO R3 JP5 GND PWM2B DR_CLK PWM0B PWM0A DR_EN DR_SER PWM1B PWM1A PWM2A DR_LATCH 0-RX 31-TX ~3 ~5 ~6 UNO R3 ~9 ~10 ~11 12 13 A5 A4 A3 A2 A1 A0 Vin GND 5V 3V3 RESET IOREF NC B+ IN+ IN- ON/OFF JP2 OUT+ OUTVCC 5V B- M3A M3B M4B M4A + 12 13 GND GND 2 VCC 13 OE 10 MR VCC SQH R1 10K GND GND GND GND 0.1uF R2 C2 100uF M1A M1B M2B M2A 10 15 IN1 IN2 IN3 IN4 EN1 EN2 PWM2A PWM2B DR_EN GND + VCC 47uF C1 VIN + GND 15 C6 MOTOR STEP RESET QA QB QC QD QE QF QG QH OUT1 OUT2 11 OUT3 OUT4 + GND MẠCH TĂNG ÁP VCC 16 VC L293D VOUT M2A M3A M1A M1B M2B M4A M3B M4B EN1 EN2 GND GND 14 SDA 11 SCK 12 LAT PWM0A PWM0B DR_SER DR_CLK DR_LATCH IN1 IN2 IN3 IN4 MẠCH SẠC JP5 JP3 10 15 12 13 10K VCC VC 16 OUT1 OUT2 11 OUT3 OUT4 + C3 47uF GND GND GND GND GND L293D GND MOTOR STEP LED RED 74HC595 VCC GND Người vẽ Dương Tú Mi Huỳnh Đ.Hoàng Ngơi 28/8/2021 Bàn Tay Robot Hai Ngón Tay Kiểm tra Trường Đại Học Công Nghệ Tp.HCM Viện Kỹ Thuật Hutech Mi: 1711030089 Lớp :17DCTA2 MSSV:Ngôi: 1711250907 Sơ Đồ Mạch Điện Tỉ lệ: 2:1 BV:01 / 01 ... hai ngón tay Chương 2: Tổng quan giải pháp cho đề tài bàn tay robot hai ngón tay Chương 3: Phương pháp giải cho đề tài bàn tay robot hai ngón tay Chương 4: Quy trình thiết kế đề tài bàn tay robot. .. tài: Thiết kế chế tạo bàn tay robot hai ngón tay đảm bảo chức cầm, nắm vật, ngón tay co duỗi nghiêng trái phải Chương TỔNG QUAN GIẢI PHÁP Tìm hiểu vấn đề 1 Ứng dụng bàn tay robot hai ngón tay. .. Hình chiếu vẽ lắp bàn tay robot hai ngón tay 35 Hình 29: Mặt cắt hình chiếu vẽ lắp bàn tay robot hai ngón tay 36 4 Tính tốn động học cánh tay Robot hai ngón tay 4 Tính tốn động học ngón trỏ Hình