3.2.2. Kết quả
Thử nghiệm hoạt động của hệ thống được tiến hành đơn giản là phân loại hai khối lập phương có kích thước 4cm và 5cm. Tóm tắt quy trình lặp lại bằng 5 bước:
Bước 1: Khối hộp xuất hiện ở đầu băng tải, cánh tay máy vào vị trí gắp.
Bước 2: Băng tải chuyển động đưa khối hộp di chuyển về phía tay gắp, camera sẽ đo kích thước trong lúc khối hộp đi qua vùng quan sát.
Bước 3: Dừng băng tải khi cảm biến tiệm cận phát hiện khối hộp đi đến vị trí gắp.
Bước 4: Máy tính dựa vào kết quả đo kích thước để yêu cầu cánh tay máy phân loại vào hộp tương ứng.
53
Qua thử nghiệm, khối hộp được gắp và giữ chắc chắn. Khi di chuyển giữa các điểm với tốc độ trục xoay là 15 độ/giây, tốc độ trục Z 20mm/giây, tốc độ trục X 20mm/giây không làm khối hộp bị trượt khỏi đầu gắp. Với camera đo kích thước, chênh lệch kích thước đo được so với thực tế được thể hiện ở bảng dưới đây. Có thể thấy với sai lệch giữa hai vật là 10mm, camera vẫn có thể nhận diện được vật và phân loại. Tốc độ phân loại sản phẩm của hệ thống từ 20-30s/sản phẩm.
Bảng 2. Kết quả khảo sát đo kích thước vật
Chiều dài thực tế Chiều dài đo được tốt nhất Chiều dài đo được thấp nhất
40 mm 39,8 mm (99%) 38,1 mm (95%)
Chiều dài thực tế Chiều dài đo được tốt nhất Y Chiều dài đo được thấp nhất
50mm 49.5 mm (98%) 47.5 mm (95%)
Hình 59. Kết quả gắp và phân loại sản phẩm
54
CHƯƠNG 4. KẾT LUẬN
Chương 4 đi tới kết luận của đề tài sau khi thực hiện nghiên cứu, chế tạo đầu gắp mềm, ứng dụng đầu gắp mềm vào hai bài tốn để có thêm đánh giá. Song song với đánh giá kết quả, khả năng ứng dụng ở hiện tại cũng như tương lại, đề tài cũng chỉ ra những hạn chế trong quá trình nghiên cứu chế tạo đầu gắp mềm. Những hạn chế này sẽ được giải quyết trong những nghiên cứu tiếp theo về đầu gắp mềm.
Đánh giá 4.1.
Thông qua một quá trình nghiên cứu bài bản và khoa học, kết hợp với các phương pháp nghiên cứu đúng đắn và hợp lý. Dựa theo các kết quả của q trình tính tốn mơ phỏng và thử nghiệm sản phẩm trong thực tế, nghiên cứu đã thu được những kết quả vô cùng quan trọng. Các kết quả thu được của nghiên cứu đã chỉ ra sự hiệu quả hứa hẹn trong việc sử dụng robot có gắn đầu gắp mềm thay vì các robot có gắn đầu gắp cứng như thơng thường. Ngồi ra đầu gắp cịn có thể tương tác với các vật thể có hình dạng khác nhau và khơng bị giới hạn bởi không gian tương tác. Qua các khảo sát cũng chỉ ra rằng khả năng tương tác với vật thể, cụ thể đó là khả năng cầm, nắm giữ và tương tác lực với các vật thể của đầu gắp mềm cũng là rất tốt và hoàn toàn đáng tin cậy trong các hoạt động thực tế đòi hỏi khả năng tương tác linh hoạt, tinh vi và phức tạp. Thành công lớn nhất của nghiên cứu không chỉ đến từ việc chỉ ra những đặc tính nổi trội và ưu việt của tay gắp mềm mà còn nằm ở việc tổng hợp lại một quy trình chế tạo đầu kẹp mềm dựa trên mơ hình Soft Actuator. Việc xây dựng được một quy trình chế tạo mẫu thử nghiệm đầu gắp mềm ở quy mơ phịng thí nghiệm cũng là một kết quả có thể phục vụ cho việc tiếp tục phát triển nghiên cứu và đưa vào đào tạo, giảng dạy. Hệ thống robot qua khảo sát thực tế cho thấy hoạt động tốt, ổn định và chính xác trong mơi trường thực tế. Nó có thể xử lý được những cơng việc tinh vi như hái quả giống như con người, vận chuyển thiết bị trong khơng gian có sự tham gia của con người mà vẫn an toàn... Từ những kết quả đã đạt được, có thể khẳng định đề tài nghiên cứu đã đạt được những mục tiêu đề ra và có được những kết quả ban đầu hứa hẹn. Đề tài là kết quả của việc nghiên cứu đa ngành-liên ngành trong kĩ thuật để từ đó có thể có một cái nhìn khách quan và đầy màu sắc hơn về các lĩnh vực công nghệ cao đã và đang phát triển từng ngày trên thế giới và ở Việt Nam.
Thông qua các kết quả của quá trình thử nghiệm đầu gắp mềm khi tích hợp với các mơ hình hệ thống Cơ-Điện tử điển hình như rơ bốt. Đề tài đã chứng minh được khả năng hoạt động mạnh mẽ, linh hoạt của đầu gắp mềm và hồn tồn có thể được đưa vào thực tế để ứng dụng cho các bài toán cụ thể trong cuộc sống của chúng ta. Bên cạnh đó việc thử nghiệm để so sánh khả năng hoạt động của đầu gắp mềm so với đầu gắp cứng thơng thường cũng giúp cho chúng ta có thể hiểu rõ hơn về khả năng hoạt động và tính hiện đại của đầu gắp mềm, về những gì mà nó có thể cải thiện so với các đầu gắp cứng trước kia.
Hạn chế của đề tài 4.2.
Yếu tố vật liệu chế tạo đầu gắp mềm là một hạn chế rất lớn trong quá trình thực hiện đề tài. Do các đặc tính ưu việt của vật liệu tiên tiến nên vật liệu polime ecoflex 00-30 có những đặc điểm nổi trội so với các loại keo polime thông thường ở Việt
55
Nam. Cụ thể đó là tính đàn hồi và độ cứng của polime ecoflex mới có thể sử dụng để chế tạo được mơ hình đầu gắp mềm chưa kể các chất hỗ trợ, điều mà các loại keo đơng đặc tương tự ở Việt Nam khơng có được.
Việc điều khiển đầu gắp mềm theo mơ hình điều khiển vịng kín cịn ở mức cơ bản, mới chỉ điều khiển dựa vào cảm biến áp suất là chưa đủ, đây cũng là một nội dung cần phải nghiên cứu trong những phiên bản tiếp theo. Những thay đổi có thể thêm vào mơ hình điều khiển vịng kín cho đầu gắp mềm là cảm biến lực tại mỗi ngón gắp, cảm biến uốn, cảm biến khối lượng.
Khả năng phát triển 4.3.
4.3.1. Những ứng dụng thiết thực ở hiện tại
Mơ hình đầu ra của đề tài là một mơ hình hệ thống Cơ điện tử điển hình với sự kết hợp của đầu gắp rô bốt mềm và các phần cứng rô bốt khác. Với sự linh hoạt trong các thao tác cầm, nắm và tương tác với vật thể của đầu gắp mềm kết hợp với hệ thống rô bốt cần thiết chúng ta hồn tồn có thể phát triển thêm để sớm đưa mơ hình này vào ứng dụng trong thực tế với các công việc trong xử lý thực phẩm, môi trường…
Rô bốt kết hợp đầu gắp mềm hồn tồn có thể được sử dụng cho những cơng việc đòi hỏi độ tinh vi cao hơn cũng như tiếp xúc với các vật có bề mặt dễ biến dạng và hỏng hóc như thủy tinh, cốc nhựa, trứng hay trái cây chín… Ngồi ra nó có thể được sử dụng để hỗ trợ con người trong các công việc đơn giản như đóng gói, vận chuyển, thu gom rác thải nhựa,...
4.3.2. Hướng phát triển
Có thể thấy mơ hình đầu gắp mềm đã chứng minh được những đặc tính ưu việt và nổi trội của nó trên thế giới. Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của các lĩnh vực khoa học và công nghệ trong kỷ ngun cơng nghệ số hóa tồn cầu như hiện nay thì bất kỳ sản phẩm công nghệ nào không loại trừ sản phẩm rô bốt đầu gắp mềm của chúng ta cũng có thể được cải tiến và nâng cấp một cách vượt trội so với hiện tại.
Hiện nay trên thế giới các nhà khoa học đã và đang nghiên cứu về việc ứng dụng rô bốt mềm vào các cơng việc khó như phẫu thuật, quân sự,.. nên từ những kết quả nghiên cứu đã đạt được trong đề tài này sẽ là cơ sở để bất kì ai có niềm đam mê với nghiên cứu khoa học có thể xây dựng những ước mơ với các ứng dụng kì diệu mà hệ rơ bốt mềm có thể đem lại cho con người trong một tương lai không xa.
Một trong những hướng phát triển mà đề tài đang hướng đến đó chính là việc tự động hóa rơ bốt thơng qua hệ thống đa cảm biến, tích hợp thêm camera để theo dõi hoạt động của rô bốt cũng như bổ sung một số thành phần và chức năng như xử lý ảnh để phục vụ cho việc thu hoạch trái cây nhờ vào việc nhận diện trái cây đã được thu hoạch hay chưa.
56
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Elastic materials producing compliant robots. KoichiSuzumori. 1-2, 1996, Robotics and Autonomous Systems, Vol. 18, pages. 135-140.
2. Soft robotic glove for combined assistance and at-home rehabilitation. Panagiotis Polygerinos, Zheng Wang, Kevin C.Galloway, Robert J.Wood, Conor J.Walsh. 2015, Robotics and Autonomous Systems, Vol. 73, págs. 135-143.
3. Control of Elastic Soft Robots based on Real-Time Finite Element Method. Christian Duriez, INRIA Shacra Team. 2013, IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA).
4. Concepts and simulations of a soft robot mimicking human tongue. Xuanming Lu, Weiliang Xu, Xiaoning Li. 2015, 6th International Conference on Automation, Robotics and Applications.
5. High-Force Soft Printable Pneumatics for Soft Robotic Applications. Yap Hong Kai, Hui Yong, Yeow Chen Hua. 2016, Soft Robotics, págs. 144-158.
6. 3D Printed Soft Gripper for Automatic Lunch Box Packing. Zhongkui Wang, Damith Suresh Chathuranga, and Shinichi Hirai. 2016, International Conference on Robotics and Biomimetics.
7. Design, modelling and simulation of soft grippers using new bimorph pneumatic bending actuators. Boran Wang, Andrew McDaid, Timothy Giffney, Morteza Biglari- Abhar and Kean C. Aw. 2017, Cogent Engineering.
8. A. Gasparetto, L. Scalera. From the Unimate to the Delta Robot The Early Decades of Industrial Robotics. Explorations in the History and Heritage of Machines and Mechanisms. 2019, págs. pp.284-295.
9. “Grasping with a soft glove: Intrinsic impedance control in pneumatic actuators. P. Paoletti, G. W. Jones, and L. Mahadevan. 2017, Journal of the Royal Society, pp. vol. 14, no. 128.
10. Comparison of different soft grippers for lunch box packaging. Z. Wang, M. Zhu, S. Kawamura, and S. Hirai. 2017, Robotics and Biomimetics, págs. vol. 4, no. 1. 11. Soft robotics: Biological inspiration, state of the art, and future research. D. Trivedi, C. D. Rahn, W. M. Kier, and I. D. Walker. 2008, Applied Bionics and Biomechanics, págs. vol. 5, no. 3, pp. 99–117.
12. State of the Art Robotic Grippers and Applications. Kevin Tai, Abdul-Rahman El- Sayed, Mohammadali Shahriari *, Mohammad Biglarbegian. 2016, Robotics.
13. Soft Robotic Grippers for Biological Sampling on Deep Reefs. Galloway Kevin C, Becker Kaitlyn, Phillips Brennan. 2016, Soft Robotics, págs. 23-33.
57
14. Soft robot arm inspired by the octopus. C. Laschi, M. Cianchetti, B. Mazzolai, L. Margheri, M. Follador, and P. Dario. no. 7, 2012, Advanced Robotics, Vol. vol. 26, págs. pp. 709–727.
15. Versatile Soft Grippers with Intrinsic Electroadhesion Based. Jun Shintake, Samuel Rosset , Bryan Schubert , Dario Floreano , and Herbert Shea. 2015, Advanced materials.
16. A soft gripper with variable stiffness inspired by pangolin scales, toothed pneumatic actuator and autonomous controller. Sun Tao, Chen Yuanlong, Han Tianyu, Jiao Chenlei, Lian Binbin and Song Yimin. 101848, 2020, Robotics and Computer Integrated Manufacturing, Vol. 61.
17. Modeling and experiments of a soft robotic gripper in amphibious environments. Yufei Hao, Tianmiao Wang, Ziyu Ren, Zheyuan Gong, Hui Wang, Xingbang Yang, Shaoya Guan and Li Wen. 3, 2017, International journal of advanced robotic systems, Vol. 14.
18. Pre-charged Pneumatic Soft Gripper with Close Loop Control. Yunquan Li, Yonghua Chen and Yingtian Li. 2, 2019, IEEE ROBOTICS AND AUTOMATION LETTERS, Vol. 4, págs. 1402 - 1408.
19. Pneumatic networks for soft robotics that actuate rapidly. Mosadegh, B. 2014, Advanced Functional Materials.
20. Modeling of Soft Fiber-Reinforced Bending Actuators. P. Polygerinos, Z. Wang, J. T. B. Overvelde, et. al. 3, 2015, IEEE Transactions on Robotics, Vol. 31, págs. 778 - 789.
21. Niels Ottosen, Glen. Peters. Introduction Finite Element Method. s.l. : Prentice Hall, 1992.
22. SAS IP, inc. ANSYS Parametric Design Language Guide. s.l. : SAS IP, Inc, 2009. 23. Soft material characterization for robotic applications. J. C. Case, E. L. White, and R. K. Kramer. 2015, Soft Robotics, págs. vol. 2, no. 2, pp. 80–87.
24. Design and Characterization of Soft Actuator for Hand Rehabilitation Application. Hong Kai Yap, James Cho Hong Goh, Raye Chen Hua Yeow. 2014, 6th European Conference of the International Federation for Medical and Biological Engineering. 25. Design, Simulaton, Fabrication and Characterization of a Pneumatic Soft Gripper. Nguyen Duc Tien, Bui Thanh Tung, Nguyen Thi Thanh Van. Ha Noi : s.n., 2021. ICEMA6.
26. Trần Cơng Minh, Nguyễn Đức Tiến, Bùi Thanh Tùng. Khóa luận tốt nghiệp Đại học công nghệ: Nghiên cứu phát triển đầu gắp mềm cho cánh tay rô bốt. 2021.
27. New structure of pneumatic networks actuators for soft robotics. Yazhou Wang, Junfeng Xiao,Xueping Chen. 2018, International Conference of Fluid Power and Mechatronic Control Engineering.
58
28. Design, fabrication and control of soft robots. Tolley, D. Rus and M. T. no. 7553, 2015, Nature, Vol. vol. 521, págs. pp. 467–475.
29. Soft material characterization for robotic applications. R, Case JWhite EKramer. 2015, Soft Robotics, págs. 80-87.
30. An integrated design and fabrication strategy for entirely soft, autonomous robot. M. Wehner, R. L. Truby, D. J. Fitzgerald. no. 7617, 2016, Nature, Vol. vol. 536, págs. pp. 451–455.
31. Soft Flexible Gripper Design, Characterization and Application. Jan Fraś, Mateusz Maciaś, Filip Czubaczyński, Paweł Sałek Jakub Główka. 2016, International Conference on Systems, Control and Information Technologies, págs. pp 368–377.
59
PHỤ LỤC 1
65
PHỤ LỤC 2
1. Hệ băng tải cánh tay máy phân loại sản phẩm
Với hệ thống phân loại sản phẩm cần tốc độ xử lý nhanh, sản phẩm nằm trên băng tải động nên cánh tay rơ bốt địi hỏi khả năng xử lý, đồng thời đạt độ chính xác cao nên với yêu cầu của đề tài, cánh tay rô bốt cần một số bậc tự do đủ lớn để đáp ứng việc xử lý. Tuy nhiên, số bậc tự do càng nhiều thì quá trình thiết kế càng phức tạp cũng như chi phí đầu tư sẽ tăng lên. Trong phạm vi đề tài với mơ hình nhỏ gọn và tải trọng nhẹ, đề tài chọn cánh tay rô bốt có 3 bậc tự do. Các bước sử dụng thiết bị khí nén, bao gồm: khớp đầu tiên là khớp xoay giúp cánh tay quay tại chỗ với phạm vi hoạt động từ 0-180 độ, nằm trên trục xoay là xy lanh đặt theo phương nằm ngang hành trình 20cm giúp cánh tay vươn ra, cuối xy lanh là trục Z lên xuống để nâng vật ra khỏi băng tải. Bộ gắp mềm sẽ được gắn vào cuối trục Z.
Một cánh tay khí nén về cơ bản bao gồm 5 bộ phận. Đầu tiên đó là máy nén khí. Khơng khí được nén sẽ được lưu trữ trong bình chứa khí. Đây là bộ phận thứ 2 của cánh tay robot này. Sau đó khí nén sẽ đi qua hệ thống các van điều khiển khí nén. Tiếp theo đến các cơ cấu chấp hành sử dụng khí nén để thực hiện các nhiệm vụ khác nhau. Khi cánh tay robot nhận tín hiệu đầu vào thơng qua nút nhấn, cơng tắc hoặc lệnh lập trình, nó sẽ bắt đẩu xử lí thơng tin tín hiệu đầu vào theo một quy trình nhất định. Tiếp theo là các cơ cấu chấp hành: các xi lanh, động cơ sẽ hoạt động theo lệnh đã được cài đặt sẵn.
Ưu điểm đầu tiên đó là thiết bị này có thể làm việc trong những điều kiện thời tiết khắc nghiệt với độ chính xác cao. Cánh tay robot khí nén có thể hoạt động trong mơi trường có nhiệt độ từ -40 đến 120 độ C. Độ chính xác 2mm với độ lặp lại 0,02mm. Thứ hai, sử dụng thiết bị này làm giảm rủi ro và tăng tính an tồn lao động. Nếu có bất kì vấn đề gì xảy ra, chúng ta chỉ cần ngắt việc nén khơng khí vào cánh tay robot mà không cần phải ngắt nguồn điện cung cấp cho cả thiết bị. Thứ ba, thiết bị này khơng u cầu bảo trì nhiều. Hơn nữa, cơng tác bảo trì thường dễ dàng. Xi-lanh khí nén dễ dàng thay thế nếu bị hỏng. Khi có hư hỏng cũng ít tốn chi phí để sửa chữa.
Hạn chế đầu tiên đó là việc kiểm sốt tốc độ tối thiểu. Việc kiểm soát tốc độ di