Đang tải... (xem toàn văn)
BỘ CÔNG THƢƠNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHOA HỌC KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƢỜNG Tên đề tài Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo thử nghiệm[.]
BỘ CÔNG THƢƠNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHOA HỌC KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƢỜNG Tên đề tài: Nghiên cứu, thiết kế chế tạo thử nghiệm thiết bị tay gắp robot mềm ứng dụng dây chuyền đóng gói khay cơm phần khu Công nghiệp Việt Nam Mã số đề tài: 20/1.1CK05 Chủ nhiệm đề tài: TS Trần Trọng Nhân Đơn vị thực hiện: Khoa Cơng nghệ Cơ khí Tp Hồ Chí Minh, tháng 03 năm 2021 LỜI CÁM ƠN Chúng xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu trường Đại học Cơng nghiệp Tp.HCM, phịng Quản lý Khoa học Hợp tác Quốc tế, Khoa Công nghệ Cơ khí, tạo điều kiện để chúng tơi thực hoàn thành đề tài Xin chân thành cảm ơn TS Trần Anh Vàng, TS Nguyễn Anh Tuấn, Khoa Hàng không Vũ trụ, Học viện Kỹ Thuật Quân Sự (Trường Đại học Lê Quý Đôn) phối hợp với chúng tơi để hồn thành đề tài Cũng xin chân thành cảm ơn hợp tác nghiên cứu Bộ mơn Tự động hóa q trình sản xuất trường Đại học Tổng hợp Kỹ Thuật Matxcơva mang tên N.E Bauman, GS TSKH Gavriuhsin S.S., có đóng góp mặt nội dung khoa học cho đề tài Xin gửi lời cảm ơn đến PGS.TS Nguyễn Đức Nam trường Đại học Công nghiệp Tp.HCM, TS Nguyễn Hữu Thọ trường Đại học Công nghiệp Thực phẩm Tp.HCM, PGS.TS Lê Tuấn Phương Nam trường Đại học Tôn Đức Thắng, TS Nguyễn Khoa Triều trường Đại học Công nghiệp Tp.HCM, TS Trần Ngọc Đăng Khoa trường Đại học Công nghiệp Tp.HCM, đồng nghiệp khác ThS.GVC Nguyễn Thị Thuý Nga, ThS Châu Ngọc Lê, ThS Bùi Anh Phi, ThS Phạm Thanh Tuấn góp ý cho chúng tơi mặt chun mơn, thiếu sót để chúng tơi hồn thành đề tài tiến độ Cuối cùng, chúng tơi xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè động viên, chia sẻ hỗ trợ chúng tơi TS ĐẶNG HỒNG MINH TS TRẦN TRỌNG NHÂN PHẦN I THƠNG TIN CHUNG I Thơng tin tổng qt 1.1 Tên đề tài: Nghiên cứu, thiết kế chế tạo thử nghiệm thiết bị tay gắp robot mềm ứng dụng dây chuyền đóng gói khay cơm phần khu Công nghiệp Việt Nam 1.2 Mã số: 20/1.1CK05 1.3 Danh sách chủ trì, thành viên tham gia thực đề tài TT Họ tên (học hàm, học vị) Đơn vị cơng tác Vai trị thực đề tài TS Trần Trọng Nhân IUH Chủ nhiệm đề tài TS Đặng Hoàng Minh IUH Thư ký khoa học TS Phạm Trần Bích Thuận IUH Thành viên TS Phùng Văn Bình Học viện KTQS Thành viên TS Nguyễn Việt Đức ĐH Thủy Lợi Thành viên Nhóm sinh viên IUH làm đồ án/luận văn tốt nghiệp: Nguyễn Hoàng Thái – 16021751 Lê Huy Hải – 16034641 Đỗ Hoàng Nam – 16066311 IUH Thành viên Phạm Chí Cơng – 16069551 Đặng Công Trường – 16077631 Võ Minh Tuấn – 16019581 Võ Chí Thành – 16042861 1.4 Đơn vị chủ trì: Khoa Cơng nghệ Cơ khí 1.5 Thời gian thực hiện: 1.5.1 Theo hợp đồng: từ tháng 03 năm 2020 đến tháng 03 năm 2021 1.5.2 Gia hạn (nếu có): Khơng 1.5.3 Thực thực tế: từ tháng 08 năm 2019 đến tháng 03 năm 2021 1.6 Những thay đổi so với thuyết minh ban đầu (nếu có): Một số kích thước ngón tay mềm thiết bị tay gắp rơbốt mềm có lớn so với thuyết minh ban đầu khơng đáng kể Điều tăng khả gắp vật thiết bị so với mong muốn ban đầu 1.7 Tổng kinh phí đƣợc phê duyệt đề tài: 80 triệu đồng TS ĐẶNG HOÀNG MINH TS TRẦN TRỌNG NHÂN II Kết nghiên cứu Đặt vấn đề Trong năm gần đây, bên cạnh phát triển robot cứng truyền thống (rigid-robot) robot mềm (soft-robot) hướng đi, hướng phát triển giới nói chung nhà nghiên cứu lĩnh vực robot nói riêng tính linh hoạt thân thiện với người mà robot cứng truyền thống khó đạt Xuất phát từ nguồn cảm hứng đó, nhà nghiên cứu phát triển mơ hình robot mềm bắt chước hành vi người, phận thể người (tay, chân, lưỡi,…) hay bắt chước hình dáng chuyển động lồi động vật nhằm mục đích phục vụ lĩnh vực y tế (phục hồi chức năng), sản xuất, thăm dò nghiên cứu Một số mơ hình robot mềm bật thiết bị tay gắp mềm (soft-gripper) Thiết bị nước ta giai đoạn bắt đầu ý nghiên cứu nên cịn tồn đọng nhiều tốn chưa giải quyết, ví dụ việc tìm thơng số vật liệu siêu đàn hồi để đưa vào phần mềm mơ phỏng; tìm thiết kế tối ưu thơng số lực gắp dễ dàng chế tạo; mơ hình hố mô chuyển động gắp vật dựa phương pháp phần tử hữu hạn; chuyển hố mơ hình phần tử hữu hạn 3D thành mơ hình động học 2D để rút ngắn thời gian phân tích tay gắp mềm, đồng thời dự đốn thơng số đầu vào áp suất khí thơng số đầu góc uốn, lực gắp; v.v…Vì vậy, đề tài này, tác giả tiến hành giải toán nêu để bước đầu làm chủ công nghệ chế tạo thiết bị tay gắp mềm Sản phẩm đề tài thiết bị tay gắp mềm với nhiều thiết kế ứng dụng đời sống, đặc biệt dây chuyền đóng gói thực phẩm nói chung khay cơm phần khu cơng nghiệp Việt Nam nói riêng Năng suất gắp vật vật/ph với khối lượng tối đa 300 gr Bên cạnh báo SCOPUS Kết thu từ nghiên cứu đóng góp hữu ích cho q trình mơ phỏng, tính tốn robot mềm ngành cơng nghiệp đóng gói thực phẩm Mục tiêu Nghiên cứu, thiết kế chế tạo thử nghiệm thiết bị tay gắp robốt mềm để hướng tới ứng dụng dây chuyền đóng gói thực phẩm Phƣơng pháp nghiên cứu - Các phương pháp thực nghiệm kéo – nén để tìm thơng số tính vật liệu siêu đàn hồi - Nghiên cứu, lựa chọn dạng mơ hình xác định thơng số mơ hình vật liệu siêu đàn hồi (như Mooney-Rivlin, Ogden, Yeoh, Neo-Hookean, v.v…) dựa sở thực nghiệm - Phương pháp mô phần tử hữu hạn để mô trạng thái biến dạng đàn hồi tay gắp mềm chế tạo từ vật liệu siêu biến dạng, để mô tả động lực học trình gắp vật (tương tác tay gắp với vật) - Phương pháp xây dựng mơ hình động lực học tay gắp mềm theo cách tiếp cận động lực học hệ nhiều vật TS ĐẶNG HOÀNG MINH TS TRẦN TRỌNG NHÂN - Thiết kế, chế tạo mơ hình thiết bị cấu tay máy, dựa tảng môn học nguyên lý chi tiết máy, phương pháp gia công, điều khiển máy, v.v… - Sử dụng phương pháp thực thực nghiệm để đánh giá khả làm việc cụm tay gắp mềm vật có hình dạng, kích thước, khối lượng khác Tổng kết kết nghiên cứu Đề tài hồn thành 100% khối lượng cơng việc thuyết minh Cụ thể là: - Một báo SCOPUS - Một thiết bị tay gắp robốt mềm - Các vẽ thiết kế - Các mơ hình mơ ngón tay gắp cụm ngón tay gắp - Đào tạo bậc đại học Đánh giá kết đạt đƣợc kết luận Các tác giả thực đề tài nghiên cứu nghiêm túc tiến độ Trên thực tế, công việc đề tài thực trước ký hợp đồng năm Nên sau chưa đầy năm kể từ ký hợp đồng nhóm tác giả hồn thành đề tài Việc báo cáo nghiệm thu trễ tháng ảnh hưởng dịch COVID-19 khiến cho nhóm NC khơng thể tiến hành cơng việc trường Bài báo Khoa học Quốc tế SCOPUS tạp chí JMERD chấp nhận đăng ngày 03/2021 xuất tập 44, số vào 03/2021 Mô hình tay máy robốt mềm thiết kế, chế tạo đầy đủ phần Cơ khí điều khiển Thiết bị tay máy chạy vận hành thử nghiệm chứng kiến chuyên gia, GV Khoa Cơ khí (PGS.TS Bùi Trung Thành, TS Đặng Hoàng Minh, ThS Châu Ngọc Lê, ThS Bùi Anh Phi) Giám đốc Xưởng in lụa “Bé Ba” Thiết bị đặt Văn phịng mơn Cơ sở Thiết kế - Khoa Cơng nghệ Cơ khí Kết vận hành thực nghiệm thiết bị tay gắp robốt mềm cho thấy khả làm việc với yêu cầu đặt thuyết minh đề tài Thiết bị gắp vật có kích thước tối đa 110x110x110 mm với loại hình dạng: hình cầu, hình hộp chữ nhật, hình với khối lượng tối đa 300 gr, suất gắp vật/ph Tuy nhiên để hồn thiện thiết bị để có vẽ thiết kế hàng loạt cách hoàn chỉnh, đề tài cần đầu tư thêm kinh phí để tiếp tục nghiên cứu phát triển Tóm tắt kết (tiếng Việt tiếng Anh) Đề tài “Nghiên cứu, thiết kế chế tạo thử nghiệm thiết bị tay gắp robot mềm ứng dụng dây chuyền đóng gói khay cơm phần khu Cơng nghiệp Việt Nam” triển khai nhằm bước đầu làm chủ việc thiết kế, mô điều khiển thiết bị tay gắp robốt mềm làm từ vật liệu siêu đàn hồi, để tiến đến ứng dụng vào lĩnh vực đóng gói thực phẩm Sau thực đề tài, nhóm tác giả thu kết quả, thể mục Các kết có ý nghĩa khoa học thực tiễn giúp chế tạo thiết bị tay gắp robốt mềm dùng để đóng gói thực phẩm, vốn khơng thể thực robốt cứng truyền TS ĐẶNG HOÀNG MINH TS TRẦN TRỌNG NHÂN thống Chi tiết nội dung kết thể mục phụ lục III Sản phẩm đề tài, công bố kết đào tạo 3.1 Kết nghiên cứu ( sản phẩm dạng 1,2,3) TT Tên sản phẩm Yêu cầu khoa học hoặc/và tiêu kinh tế - kỹ thuật Đăng ký Đạt đƣợc Một thiết bị tay gắp rơbốt mềm có: *Kích thước ngón tay mềm tối đa: 80 x 20 x 12 mm 92 x 26 x 14 mm *Chiều cao phần cố định: 100 mm 110 mm *Chiều cao tổng thể tối đa từ ngón tay đến phần cố định: 204 mm 300 mm -Khối lượng gắp vật tối đa: 300 gr 300 gr -Đường kính đường bao mặt cắt tối đa vật gắp: 140 mm 110 x 110 x 110 mm - Năng suất gắp vật tối đa: vật/ph vật/ph Bản vẽ thiết kế Các vẽ chi tiết vẽ lắp phận máy, vẽ 3D Đã đạt thiết bị tay gắp rơbốt mềm Các mơ hình thiết kế, mơ hình mơ biến dạng gắp vật ngón tay cụm ngón tay rơbốt mềm Có thể xem máy tính mơ phân tích Đã đạt thông số động lực học ứng suất, biến dạng TS ĐẶNG HOÀNG MINH TS TRẦN TRỌNG NHÂN Một báo SCOPUS “Design and Development of the Soft Robotic Gripper used for the Food Packaging System” Dựa chủ đề mục Journal of Mechanical nội dung thuyết Engineering Research and Developments minh (1024-1752), Zibeline International Publishing Sdn Bhd., Vol 44, No 3, pp 334-345 Ghi chú: - Các ấn phẩm khoa học (bài báo, báo cáo KH, sách chuyên khảo…) chấp nhận có ghi nhận địa cảm ơn trường ĐH Công Nghiệp Tp HCM cấp kính phí thực nghiên cứu theo quy định - Các ấn phẩm (bản photo) đính kèm phần phụ lục minh chứng cuối báo cáo (đối với ấn phẩm sách, giáo trình cần có photo trang bìa, trang trang cuối kèm thơng tin định số hiệu xuất bản) 3.2 Kết đào tạo Tên đề tài Tên chuyên đề Thời gian NCS TT Họ tên thực đề tài Đã bảo vệ Tên luận văn Cao học Nghiên cứu sinh Học viên cao học Sinh viên Đại học Nguyễn Hoàng Thái – 16021751 Lê Huy Hải – 16034641 Đỗ Hoàng Nam – 16066311 Phạm Chí Cơng – 16069551 12 tháng 10/10/2020 Đặng Công Trường – 16077631 Võ Minh Tuấn – 16019581 Võ Chí Thành – 16042861 Ghi chú: - Kèm photo trang bìa chuyên đề nghiên cứu sinh/ luận văn/ khóa luận bằng/giấy chứng nhận nghiên cứu sinh/thạc sỹ học viên bảo vệ thành công luận án/ luận văn;( thể phần cuối báo cáo khoa học) IV Tình hình sử dụng kinh phí TS ĐẶNG HỒNG MINH TS TRẦN TRỌNG NHÂN T T Nội dung chi A B Chi phí trực tiếp Th khốn chun mơn Ngun, nhiên vật liệu, Thiết bị, dụng cụ Cơng tác phí Dịch vụ th Hội nghị, hội thảo,thù lao nghiệm thu kỳ In ấn, Văn phịng phẩm Chi phí khác Chi phí gián tiếp Quản lý phí Chi phí điện, nước Tổng số Kinh phí đƣợc duyệt (triệu đồng) Kinh phí thực (triệu đồng) 48.47 48.47 21.53 21.53 10 10 80 80 Ghi V Kiến nghị (về phát triển kết nghiên cứu đề tài) Đây loại thiết bị tay gắp rôbốt mềm kiểu mới, thiết kế chế tạo thử nghiệm hệ Tay gắp đảm bảo chạy nguyên lý, đạt suất đề Tuy nhiên số yêu cầu kỹ thuật để đạt đến khả ứng dụng dây chuyền đóng gói thực phẩm, cần phải tiếp tục nghiên cứu thử nghiệm, từ phát triển hệ cho hoàn thiện Để làm việc này, cịn nhiều tốn khoa học cần giải Nhóm nghiên cứu cần hỗ trợ kinh phí từ phía nhà trường, tạo điều kiện thuận lợi máy móc trang thiết bị gia cơng từ phía Khoa Cơ khí cần nguồn nhân lực em sinh viên khá-giỏi tham gia vào đề tài phát triển VI Phụ lục sản phẩm (liệt kê minh chứng sản phẩm nêu Phần III) - Hình ảnh video mơ hình thiết bị thử nghiệm tay gắp rôbốt mềm - Minh chứng báo SCOPUS Chủ nhiệm đề tài TS ĐẶNG HOÀNG MINH TS TRẦN TRỌNG NHÂN Tp HCM, ngày 25 tháng 03 năm 2021 (ĐƠN VỊ) Phòng QLKH&HTQT Trƣởng (đơn vị) (Họ tên, chữ ký) PHẦN II BÁO CÁO CHI TIẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC (báo cáo tổng kết sau nghiệm thu, bao gồm nội dung góp ý hội đồng nghiệm thu) II.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu tính cấp thiết tiến hành nghiên cứu II.1.1 Tình hình nghiên cứu quốc tế Robotics ngành kỹ thuật khoa học liên ngành bao gồm kỹ thuật khí, kỹ thuật điện tử, kỹ thuật thơng tin, khoa học máy tính ngành khác Robotics liên quan đến việc thiết kế, xây dựng, vận hành sử dụng robot, hệ thống máy tính để điều khiển, phản hồi cảm giác xử lý thông tin Những công nghệ sử dụng để phát triển máy móc thay cho người tái tạo hành động người Robot sử dụng nhiều tình cho nhiều mục đích, ngày nay, nhiều loại sử dụng môi trường nguy hiểm (bao gồm phát hủy kích hoạt bom), quy trình sản xuất nơi người khơng thể sống sót (ví dụ khơng gian, nước, nhiệt độ cao làm ngăn chặn vật liệu nguy hiểm xạ) Robot mang hình thức số tạo để giống với người ngoại hình Điều cho giúp chấp nhận robot số hành vi chép thường thực người Những robot cố gắng tái tạo việc lại, nâng, nói, nhận thức hoạt động khác người Nhiều robot ngày lấy cảm hứng từ thiên nhiên, góp phần vào lĩnh vực robot lấy cảm hứng từ sinh học Một nhánh ngành robotics soft-robotics (ngành nghiên cứu robot mềm), đời nghiên cứu từ năm 2010, mảng lĩnh vực thu hút ý nhiều nhà khoa học, nhà nghiên cứu lĩnh vực robot Robot mềm chế tạo từ vật liệu có độ tuân thủ cao, tương tự vật chất cấu thành sinh vật sống Hoạt động robot mềm lấy cảm hứng từ cách sinh vật sống di chuyển thích nghi với môi trường xung quanh Trái ngược với robot chế tạo từ vật liệu cứng, robot mềm cho phép tăng tính linh hoạt khả thích ứng để hồn thành nhiệm vụ, TS ĐẶNG HOÀNG MINH TS TRẦN TRỌNG NHÂN cải thiện độ an toàn làm việc xung quanh người Những đặc điểm cho phép sử dụng tiềm robot mềm lĩnh vực y học sản xuất Xuất phát từ ý nghĩa thực tiễn ứng dụng y học, Hội nghị Quốc tế Robot Hệ thống thông minh (IROS) diễn Tokyo, Nhật Bản, 2013 [1], Zheng Wang, Luisernando Nicolini cộng công bố báo nghiên cứu găng tay phục hồi chức sử dụng công nghệ robot mềm Về mặt cấu tạo, găng tay cấu thành từ bốn ngón tay mềm, ngón tay làm từ silicon chế tạo phương pháp đúc Bên ngón tay có khoang rỗng bị biến dạng chịu tác dụng khí nén Sau đó, tác giả thực nghiệm cầm nắm vật sử dụng găng tay hỗ trợ chức đối tượng khác Cùng thời gian này, Hội nghị Quốc tế Robot tự động hóa diễn Karlsruhe, Pháp, nhóm nhà nghiên cứu gồm Christian Duriez INRIA Team cho mắt cơng trình liên quan đến điều khiển robot mềm thời gian thực dựa phương pháp Phần tử hữu hạn [2] Nghiên cứu sử dụng FEM phương pháp Lagrange để tính toán ma trận liên quan đến vùng cuối phận chấp hành phận truyền động Sau đó, thuật tốn sử dụng ma trận để tìm lời giải cho yêu cầu ban đầu Để minh họa phương pháp, nhóm tác giả tạo mẫu thử có cấu trúc nối tiếp cấu trúc song song, sau kiểm nghiệm thơng qua mẫu robot mềm làm từ silicone Tiếp nối việc chế tạo robot bắt chước hành vi người, Hội nghị Quốc tế lần thứ VI Robot Tự động hóa, 2015 New Zealand, Xuanming Lu cộng cho mắt cơng trình nghiên cứu robot bắt chước hành vi lưỡi người [3] Dựa nguyên lý biến dạng vật liệu đàn hồi, dẫn động hệ thống khí nén, mơ hình robot mềm bắt chước vài chuyển động lưỡi uốn cong, giãn dài, cuộn trịn nhờ áp lực mà khí nén tác động lên thành khoang rỗng bên mơ hình Q trình mơ biến dạng mơ hình thực phần mềm Abaqus Không dừng lại phương pháp đúc để chế tạo ngón tay robot mềm, năm 2016, Hong Kai Yap cộng nghiên cứu công nghệ in 3D kỹ thuật cao để in trực tiếp ngón tay robot mềm, đồng thời mơ q trình biến dạng Abaqus [4] TS ĐẶNG HỒNG MINH TS TRẦN TRỌNG NHÂN ... NHÂN PHẦN I THƠNG TIN CHUNG I Thơng tin tổng quát 1.1 Tên đề tài: Nghiên cứu, thiết kế chế tạo thử nghiệm thiết bị tay gắp robot mềm ứng dụng dây chuyền đóng gói khay cơm phần khu Công nghiệp Việt. .. nghiệm thiết bị tay gắp robot mềm ứng dụng dây chuyền đóng gói khay cơm phần khu Công nghiệp Việt Nam? ?? triển khai nhằm bước đầu làm chủ việc thiết kế, mô điều khiển thiết bị tay gắp robốt mềm làm... tạo thiết bị tay gắp mềm Sản phẩm đề tài thiết bị tay gắp mềm với nhiều thiết kế ứng dụng đời sống, đặc biệt dây chuyền đóng gói thực phẩm nói chung khay cơm phần khu cơng nghiệp Việt Nam nói riêng