Thiết kế và chế tạo tay gắp mềm cho hệ thống đóng gói, phân loại rau củ quả nông sản

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO TAY GẮP MỀM CHO HỆ THỐNG ĐĨNG GĨI, PHÂN LOẠI RAU CỦ NƠNG SẢN GVHD: TS BÙI HÀ ĐỨC SVTH: HOÀNG MINH TUẤN TRẦN QUỐC HUY TRẦN VĂN THẾ S K L 1 Tp Hồ Chí Minh, tháng 7/2023 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY BỘ MƠN CƠ ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài: “Thiết kế chế tạo tay gắp mềm cho hệ thống đóng gói, phân loại rau củ nông sản” Giảng viên hướng dẫn: TS BÙI HÀ ĐỨC Sinh viên thực hiện: Khóa: HỒNG MINH TUẤN 19146418 TRẦN QUỐC HUY 19146341 TRẦN VĂN THẾ 19146394 2019 – 2023 Tp Hồ Chí Minh, tháng 07/2023 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự – Hạnh phúc KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY Bộ môn: Cơ Điện Tử NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Học kỳ II / năm học 2022 – 2023 Giảng viên hướng dẫn: TS Bùi Hà Đức Sinh viên thực hiện: Hoàng Minh Tuấn MSSV: 19146418 Điện thoại: 0972516820 Trần Quốc Huy MSSV: 19146341 Điện thoại: 0387917567 Trần Văn Thế MSSV: 19146394 Điện thoại: 0372685865 Đề tài tốt nghiệp: – Mã số đề tài: 22223DT92 – Tên đề tài: Thiết kế chế tạo tay gắp mềm cho hệ thống đóng gói, phân loại rau củ nông sản Các số liệu, tài liệu ban đầu: Kết mô Nội dung đồ án: Thiết kế, mơ gia công tay gắp mềm cho hệ thống phân loại, đóng gói nơng sản Đánh giá ảnh hưởng thông số thiết kế lên lực kẹp, độ biến dạng tay gắp mềm Các sản phẩm dự kiến Báo cáo thuyết minh, mơ hình sản phẩm Ngày giao đồ án: 15/03/2023 Ngày nộp đồ án: 15/07/2023 Ngơn ngữ trình bày: Bản báo cáo: Trình bày bảo vệ: Tiếng Anh Tiếng Anh i ☐ ☐ Tiếng Việt Tiếng Việt ☒ ☒ TRƯỞNG BỘ MÔN GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN (Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên) ☐ Được phép bảo vệ (GVHD ký, ghi rõ họ tên) ii LỜI CAM KẾT - Tên đề tài: Thiết kế chế tạo tay gắp mềm cho hệ thống đóng gói, phân loại rau củ nơng sản - GVHD: TS Bùi Hà Đức - Họ tên sinh viên: Hoàng Minh Tuấn MSSV: 19146418 Điện thoại: 0972516820 Trần Quốc Huy MSSV: 19146341 Điện thoại: 0387917567 Trần Văn Thế MSSV: 19146394 Điện thoại: 0372685865 - Ngày nộp khóa luận tốt nghiệp (ĐATN): 15/07/2023 - Lời cam kết: “Tơi xin cam đoan khóa luận tốt nghiệp (ĐATN) cơng trình chúng tơi nghiên cứu thực Chúng không chép từ viết công bố mà khơng trích dẫn nguồn gốc Nếu có vi phạm nào, chúng tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm” Tp Hồ Chí Minh, ngày Ký tên iii tháng năm 2023 LỜI CẢM ƠN Trong suốt năm học Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM, chúng em thầy cô bảo tận tình, giảng dạy cho chúng em khơng kiến thức chuyên ngành mà kiến thức sống bổ ích để chúng em ngày trưởng thành Trải qua giai đoạn khó khăn suốt hành trình học tập, cuối chúng em hồn thành đề tài khóa luận tốt nghiệp thành cơng Chúng em có kết tốt đẹp nhờ giúp đỡ tận tâm, bảo giảng dạy nhà trường thầy cô Chúng em xin chân thành cảm ơn tới trường, khoa giảng viên tận tâm dạy chúng em suốt thời gian qua Đặc biệt, chúng em xin gửi lời cảm ơn tới giảng viên hướng dẫn – thầy – TS Bùi Hà Đức hướng dẫn nhiệt tình, giúp đỡ, góp ý, bảo chia sẻ kinh nghiệm để chúng em hồn thiện khóa luận tốt Cuối cùng, nhóm xin cảm ơn tất người động viên, nguồn động lực, chổ dựa tịnh thần lúc khó khăn để nhóm hồn thành xuất sắc khóa luận tốt nghiệp Nhóm sinh viên thực iv TĨM TẮT ĐỒ ÁN TÊN ĐỀ TÀI Thiết kế chế tạo tay gắp mềm cho hệ thống đóng gói, phân loại rau củ nông sản Đề tài hướng đến thiết kế, chế tạo tay gắp làm từ vật liệu mềm, sử dụng để gắp loại sản phẩm mềm, mỏng manh, dễ vỡ, dễ bị dập nát, cụ thể loại rau củ, trái nơng sản có kích thước nhỏ Về phần khí, nhóm thiết kế cụm tay gắp mềm gồm ngón sử dụng vật liệu chế tạo nhựa TPU, gia công công nghệ in 3D Cụm gắp điều khiển hệ thống khí nén gắp, giữ hay thả vật theo yêu cầu Để thuận tiện cho việc kiểm nghiệm gắp vật thực tế, nhóm thiết kế thêm cấu gắp bậc tự chuyển động tịnh tiến theo trục z Nhóm sử dụng phần mềm Ansys để mơ kiểm tra xem kiểu dạng thiết kế ngón tay mềm có phù hợp với khả gắp vật Sau đó, cách dùng xử lý ảnh sử dụng ngôn ngữ lập trình Python để kiểm tra góc uốn thực tế so sánh với kết mơ phỏng, nhóm tìm góc uốn cần thiết để gắp vật Kết bước đầu nhóm chế tạo thành cơng mơ hình gắp giữ vật chắn Tuy nhiên, kết thực nhóm cịn nhiều thiếu sót cần cải thiện để sản phẩm hồn thiện, chỉnh chu Nhóm có số ý kiến đề xuất phát triển sau: nghiên cứu vật liệu mềm uốn cong mức áp suất khí thấp lực gắp lớn; tích hợp cảm biến vào ngón tay mềm đề khảo sát, đưa liệu tính tốn xác Sau đồ án này, nhóm hy vọng hệ sinh viên nghiên cứu tiếp đề tài này, cải thiện thiếu sót mà nhóm cịn gặp phải để qua đó, sản phẩm sớm đưa vào ứng dụng thực tiễn Nhóm sinh viên thực v ABSTRACT PROJECT TITLE Design and manufacture of soft gripper for the packaging and sorting system of agricultural products The topic tends to design and manufacture gripper made from soft materials, that is used to pick up soft, fragile, easily crushed products, specifically vegetables and fruits of small size As for the mechanical part, our team designed soft fingers using TPU material, which were manufactured by 3D printing technology The gripper was controlled by a pneumatic system that can pick, hold or drop objects as required To facilitate the actual gripping test, our team added a 1-degree-of-freedom actuator with reciprocating motion along the z-axis Our team used Ansys software to simulate and test whether the soft finger design pattern was suitable for the ability to grasp objects Then, by using Digital Image Processing with the Python programming language to check the actual bending angle and compare it with the simulation results, our team found the required bending angle to be able to grasp the object As a result, our team successfully built the model and was able to grasp and hold objects firmly However, the team's performance still has many shortcomings that need to be improved in order for the product to be more complete Our team has some suggestions for development as follows: research on new soft materials that can be bent at low gas pressure but with large gripping force; integrate sensors into the soft finger to survey, give more accurate calculation data After this project, our team hope that the next generation of students can continue to research this topic, improve the shortcomings that our team still encounter so that the product can soon be put into practical application vi MỤC LỤC NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP i LỜI CAM KẾT iii LỜI CẢM ƠN iv TÓM TẮT ĐỒ ÁN v MỤC LỤC vii DANH MỤC BẢNG BIỂU ix DANH MỤC SƠ ĐỒ, HÌNH VẼ x DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT xii CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 1.1 Giới thiệu đề tài 1.2 Mục tiêu đề tài 1.3 Giới hạn đề tài 1.4 Kết cấu đề tài CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Các loại tay gắp công nghiệp 2.2 Các loại tay gắp mềm 2.3 Vật liệu đặc trưng tính vật liệu 12 2.4 Kỹ thuật chế tạo 15 2.4.1 Đúc 15 2.4.2 Kỹ thuật in thạch mềm 15 2.4.3 In 3D 15 2.5 Phương pháp truyền động 16 2.5.1 Truyền động có cấu trúc thụ động với động bên 16 2.5.2 Bộ truyền động chất đàn hồi lỏng 17 2.5.3 Polyme hoạt tính 19 2.6 Phương pháp gia công 21 2.6.1 Phương pháp đúc silicone 21 2.6.2 Phương pháp in 3D 21 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ, CHẾ TẠO TAY GẮP MỀM VÀ MÔ PHỎNG PHÂN TÍCH CHUYỂN ĐỘNG 26 vii 3.1 Yêu cầu kỹ thuật 26 3.2 Thiết kế cụm tay gắp mềm 26 3.2.1 Thiết kế ngón tay mềm 26 3.2.2 Thiết kế giá đỡ ngón tay 35 3.3 Chế tạo ngón tay mềm 39 CHƯƠNG 4: XÂY DỰNG BỘ ĐIỀU KHIỂN 43 4.1 Mục đích xây dựng hệ thống điều khiển 43 4.2 Sơ đồ điều khiển cấu tay gắp 44 4.3 Sơ đồ hệ thống điều khiển cụm gắp mềm 47 4.4 Thiết lập giao diện điều khiển 49 CHƯƠNG 5: KIỂM NGHIỆM, ĐÁNH GIÁ THỰC TẾ 50 5.1 Mục đích kiểm nghiệm 50 5.2 Xử lý ảnh độ uốn ngón tay mềm 50 5.2.1 Thiết lập vị trí camera 51 5.2.2 Quay video 52 5.2.3 Phân tích, xử lý video 54 5.3 Kết kiểm nghiệm độ uốn thực tế so sánh với mô 57 5.4 Kiểm nghiệm gắp vật thực tế 60 KẾT LUẬN - ĐỀ NGHỊ 64 TÀI LIỆU THAM KHẢO 65 viii