(Tiểu luận) đề tài thiết k ế và chế tạo tay gắp mềm cho hệ thống đóng gói, phân loại rau củ nông sản

TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY BỘ MƠN CƠ ĐIỆN TỬ - - BÁO CÁO ĐỒ ÁN TRUYỀN ĐỘNG CƠ KHÍ ĐỀ TÀI: “THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO TAY GẮP MỀM CHO HỆ THỐNG ĐÓNG GĨI, PHÂN LOẠI RAU CỦ NƠNG SẢN” GVHD: TS Bùi Hà Đức Sinh viên thực MSSV Hoàng Minh Tuấn 19146418 Trần Quốc Huy 19146341 Trần Văn Thế 19146394 TP Hồ Chí Minh, tháng 01 năm 2021 ĐIỂM SỐ TIÊU CHÍ NỘI DUNG TRÌNH BÀY TỔNG ĐIỂM NHẬN XÉT Ký tên GVHD Bùi Hà Đức MỤC LỤC CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 1.1 Giới thiệu đề tài 1.2 Mục tiêu đề tài 1.3 Giới hạn đề tài CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Các loại tay gắp mềm 2.2 Ảnh hƣởng tham số hình học ngón tay 11 2.3 Mơ hình tốn học 17 2.4 Phƣơng pháp gia công 19 CHƢƠNG 3: THIẾT KẾ CƠ KHÍ 22 3.1 Yêu cầu kỹ thuật 22 3.2 Thiết kế chi tiết 22 3.2.1 Thiết kế ngón tay mềm .24 3.2.2 Thiết kế giá đỡ ngón tay 25 CHƢƠNG 4: KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 30 4.1 Kết thiết kế 3D ngón tay mềm 30 4.2 Kết mơ ngón tay phần mềm Ansys 30 4.2.1 Các bƣớc mô phần mềm 31 4.2.2 Kết mô .33 CHƢƠNG 5: KẾT LUẬN 36 5.1 Kết luận 36 5.2 Hƣớng phát triển 36 TÀI LIỆU THAM KHẢO 37 PHỤ LỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1: Một vài cơng trình nghiên cứu Soft gripper gần Hình 2.1: Cobot soft gripper .8 Hình 2.2: The OnRobot Soft Gripper Hình 2.3: Octopus Gripper .10 Hình 2.4: Dạng mắt cắt bán nguyệt 11 Hình 2.5: Các tham số hình học ngón tay mềm 12 Hình 2.6: Ảnh hưởng tham số e tới độ uốn a Qũy đạo uốn b Lực đầu 12 Hình 2.7: Ảnh hưởng tham số t tới độ uốn a Qũy đạo uốn b Lực đầu 13 Hình 2.8: Ảnh hưởng tham số u tới độ uốn a Qũy đạo uốn b Lực đầu 14 Hình 2.9: Tổng hợp mối quan hệ ứng suất – biến dạng độ cứng 15 Hình 2.10: Giản đồ moment uốn 17 Hình 2.11: Cơng nghệ in 3D Fused Deposition Modeling 20 Hình 3.1: Các chi tiết tay gắp mềm .23 Hình 3.2: Bản vẽ lắp ghép chi tiết tay gắp mềm 24 Hình 3.3: Ngón tay mềm khơng có áp suất có áp suất .25 Hình 3.4: Hình ảnh 3D đầu nối cứng .27 Hình 3.5: Hình ảnh 3D chi tiết đế kẹp 28 Hình 3.6: Hình ảnh 3D cánh tay gắp đơn giản .29 Hình 4.1: Kết thiết kế 3D ngón tay mềm hình cắt 30 Hình 4.2: Gán vật liệu nhập thơng số vật liệu cho q trình mơ 31 Hình 4.3: Các bề mặt chịu áp suất 32 Hình 4.4: Chia lưới tam giác cho ngón tay 33 PHỤ LỤC BẢNG Bảng 1: So sánh kết uốn ngón tay áp suất 20 kPa 60 kPa .11 Bảng 2: Bảng tham số hình học ngón tay mềm 14 Bảng 3: Hệ số tương quan R mơ hình Yeoh .15 Bảng 4: Các số vật liệu tương ứng với mơ hình Yeoh 16 Bảng 5: Bảng thông số nhựa ABS 26 Bảng 6: Kết mơ độ uốn ngón tay mềm với áp suất đầu vào khác 35 LỜI NĨI ĐẦU Trong cơng cơng nghiệp hóa hố đại hóa đất nước ngày nay, tự động ngày đóng vai trị quan trọ ng vào mặt đời sống sản xuất Cùng với phát triển công nghệ, nhu cầu sản xuất cơng nghiệp điều khiển tự động quy trình địi hỏi linh hoạt, nhanh chóng gọn nhẹ ngày ưu tiên Trong năm gần đây, tay gắp mềm hướng nghiên cứu phát triển lĩnh vực Robot tính linh ho ạt cao, thân thiện với môi trường người Thế giới có bước tiến việc nghiên cứu, chế tạo ứng dụng tay gắp mềm đời sống ứng dụng nông nghiệp, công nghiệp, đặc biệt khâu phân lo ại nông sản Tuy nhiên, Việt Nam đề tài mẽ chưa thực thu hút nhiều nhà nghiên cứu nên chưa có nhiều nghiên cứu liên quan Bên cạnh đó, nước ta thúc đẩ y mạnh nghiệp cơng nghiệp hóa, nhu cầu áp dụng cơng nghệ ngày động khí này, nhóm lựa chọn đại hóa sản xuất đời sống, dẫn đến gia tăng Vì lý trên, đồ án truyền đề tài “Thiết kế chế tạo tay gắp mềm cho hệ thống đóng gói, phân loại rau củ nơng sản” làm đề tài nghiên cứu Nhóm xin chân thành cảm ơn thầy hướng dẫn – PGS.TS Bùi Hà Đức hỗ trợ, tạo điều kiện để nhóm hồn thành đồ án Trong q trình thực có điều sai sót, kính mong ban lãnh đạo khoa, q thầy khoa thơng cảm, nhóm nghiên cứu xin chân thành cảm ơn! CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 1.1 Giới thiệu đề tài Trong triển năm gần đây, Robot mềm hướng nghiên cứu phát lĩnh vực Robot tính linh hoạt cao, thân thiện với mơi trường người Thế giới dụng robot mềm mẽ có bước tiến đời sống việc nghiên cứu, chế tạo ứng Tuy nhiên, Việt Nam, mảng nghiên cứu chưa thực thu hút nhiều nhà nghiên cứu nên chưa có nhiều nghiên cứu liên quan Bên cạnh đó, nước ta thúc đẩy mạnh nghiệp cơng nghiệp hóa, đại hóa sản xuất đời sống, dẫn đến nhu cầu ngày gia tăng Đặc biệt, nước ta quốc gia mạnh sản xuất nông nghiệp, nhiên nông nghi ệp chưa áp dụng rộng rãi công nghệ vào quy trình sản xuất, với việc áp dụng cơng nghệ tay gắp mềm vào việc gắp phân loại nông sản giúp tiết kiệm thời gian, tăng suất sản phẩm Tại Hội nghị Quốc tế Robot tự động hóa diễn Karlsruhe, Pháp, nhóm nhà nghiên cứu gồm Christian Duriez INRIA Team cho m cơng trình liên quan đến điều khiển robot mềm thời gian thực dựa phương pháp Phần tử hữu hạn Nghiên cứu sử dụng FEM phương pháp Lagrange để tính tốn ma trận liên quan đến vùng cuối phận chấp hành phận truyền giải cho yêu cầu động Sau đó, thuật tốn sử dụng ma trận để tìm lời 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 Không dừng lại phương pháp đúc để chế tạo ngón tay robot mềm, năm 2016, Hong Kai Yap c ộng 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 Việc thực nghiệm ứng dụng tay gắp mềm mở rộng thông qua thực nghiệm gắp hộp thức ăn Zhongkui Wang, việc thí nghiệm vài cấu trúc vật liệu cấu thành nên tay gắp, Wang tìm cấu trúc tối ưu cho tay gắp mềm để gắp vật có trọng lượng lớn ứng với áp suất khí cung cấp nhỏ Vấn đề thiết kế cấu trúc tay gắp mềm sau quan tâm hơn, nhiều nhà nghiên cứu cấu trúc tối sử dụng thuật tốn tối ưu hóa hình học để thu ưu Trong Hội nghị Quốc tế Khoa học Công nghệ lần thứ XXII USA Hội nghị Quốc tế Robot Hệ thống 2017 Canada, Hongying Zhang cộng thông minh năm cho mắt thiết bị gắp mềm tối ưu hóa hình dạng Về mặt bản, ngón tay mềm thiết bị gắp có hình dạng ống chữ nhật rỗng, cách sử dụng thuật toán tối ưu để thay đổi tham số hình học, tác giả thu cấu trúc tối ưu ngón tay gắp, sau mơ q trình biến dạng Abaqus Chưa dừng lại đó, năm 2018, Hongying Zhang phát triể n thiết bị gắp mềm tối ưu hóa hình dạng đa vật liệu Một cơng cụ triển khai cách kết hợp mã hóa Abaqus/CAE Matlab Trong công c ụ này, Abaqus/CAE giải phương trình trạng thái phương trình điề u chỉnh, mã hóa Matlab xử lý bước lại, bao gồm khởi tạo, lọc cập nhật biến thiết kế xử lý hậu kỳ Đối với vấn đề tối ưu hóa cấu trúc liên kết tự xác định, có kết tối ưu tự động miễn mơ hình tối ưu hóa xác định lại mã Matlab, Abauqs/CAE s ẽ kiểm sốt hồn tồn phân tích cơng cụ mở rộng cho vấn đề tối ưu hóa tự xác định với chi phí phát triển thấp FEM Do đó, Hình 1.1: Một vài cơng trình nghiên cứu Soft gripper gần Tại Việt Nam, Soft-robot hướng đối Có cơng trình nghiên cứu hay báo khoa học Việt Nam nói robot mềm Tuy nhiên với cách nhìn phát triển, nhiều nhà khoa học, nhà nghiên cứu Việt Nam chuyển hướng hay quan tâm tới lĩnh vực Có thể kể đến cơng trình nghiên cứu khoa học TS Phùng Văn Bình sinh viên đế n từ Học viện Kỹ thuật Quân chế tạo thành công mơ mơ hình thiết bị tay gắp mềm ngón truyền động khí nén Về cấu tạo, thiết bị gắp gồm cụm cứng cố định ngón tay mềm tạo nên từ phần khác (nắp, lớp giấy thân) Các ngón tay mềm tạo nên từ silicon RTV 225 chế tạo từ phương pháp đúc khuôn Bên ngón tay khoang rỗng, truyền động khí nén, nhờ lớp giấy (có vai trị lớp trung hịa) ngón tay uốn cong, từ tạo biến dạng cần thiết để nâng gắp vật Bằng thực nghiệm đối chiếu kết thực