Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo bàn tay Robot mềm

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo bàn tay Robot

mềm
Chuyên ngành Kỹ thuật Cơ điện tử

Giảng viên hướng dẫn:

TS. Hoàng Hồng Hải

Bộ mơn:
Viện:

Cơ điện tử
Cơ khí




BỘ GIÁO
DỤC VÀ
ĐÀO TẠO

CỘNG HỒ XÃ HỘI CHỦ NGHÍA VIỆT

NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

NHIỆM VỤ
THIẾT KẾ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
MSSV: 20160761
Họ và tên sinh viên: Lê Văn Duy
Vũ Tiến Dũng
Lớp: KT Cơ điện tử 01 – K61

Bộ môn: Cơ Điện Tử
Viện: Cơ Khí

MSSV: 20160720


I/ ĐỀ TÀI THIẾT KẾ
“Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo bàn tay Robot mềm”
II/ CÁC SỐ LIỆU BAN ĐẦU
-

Thiết kế chế tạo bàn tay mềm.
Thiết kế chế tạo hệ thống điều khiển.
Mơ phỏng phần tử hữu hạn trong ngón tay

III/ NỘI DUNG THUYẾT MINH VÀ TÍNH TỐN
-

Tổng quan về bàn tay robot.
Thiết kế chế tạo bàn tay mềm.
Mơ phỏng ngón tay.

Xử lý ảnh.

IV/ CÁC BẢN VẼ VÀ ĐỒ THỊ
-

Bản vẽ thuật toán và chế tạo(A0)
Bản vẽ lắp và bản vẽ chi tiết (A0)
Bản vẽ sơ đồ điều khiển và khí nén (A0)

V/ CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS. Hoàng Hồng Hải
VI/ NGÀY GIAO NHIỆM VỤ THIẾT KẾ: 06/10/2020
VII/ NGÀY HOÀN THÀNH ĐỒ ÁN: 30/12/2020

Hà Nội, ngày tháng năm
2021
Giảng viên hướng dẫn


Đánh giá của giảng viên hướng dẫn
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
Kết quả đánh giá
Họ và tên
Điểm

Hà Nội, ngày tháng năm

Lê Văn Duy
Vũ Tiến Dũng
Giảng viên hướng dẫn


Đánh giá của giảng viên phản biện
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
Kết quả đánh giá
Họ và tên
Điểm

Hà Nội, ngày tháng năm 2020

Lê Văn Duy
Vũ Tiến Dũng
Giảng viên phản biện

LỜI CẢM ƠN
Trải qua 5 năm học tập tại Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, thầy cô đã trang
bị cho chúng em những kiến thức không chỉ về chuyên mơn mà cịn cả của đời
sống, sẽ là những hành trang quý giá cho quãng đường tương lai của chúng em.
Sau những đồ án và BTL đã làm trong suốt 5 năm qua, thì hơm nay chúng em
cũng bắt tay vào làm môn đồ án cuối của thời sinh viên. Đồ án tốt nghiệp không
chỉ là một phần trong chương trình học mà nó cịn là điều kiện để bọn em có thể
áp dụng những kiến thức đã học vào thực tế để từ đó bọn em có thể tự đánh giá
được kết quả 5 năm học tập của bản thân. Chính vì vậy nó cũng là tổng hợp
những tích lũy kiến thức của chúng em.
Qua đây chúng em cũng xin được gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến các thầy cơ
trong nhà trường, trong viện Cơ khí, bộ mơn Cơ điên tử, và đặc biệt là TS. Hồng
Hồng Hải, người đã luôn sát cánh và giúp đỡ chúng em trong kì học vừa qua. Em
chúc tất cả các thầy cô luôn mạnh khỏe, tràn đầy nhiệt huyết để có thể dạy bảo
các thế hệ sinh viên tiếp theo. Cảm ơn gia đình đã ln tin tưởng và hy vọng, là
nguồn động lực để chúng con có thể vươn lên trong học tập và cuộc sống.


TÓM TẮT NỘI DUNG ĐỒ ÁN
Đồ án tốt nghiệp của nhóm em mong muốn phát triển thêm ứng dụng của
cánh tay robot để cánh tay robot có thể ứng dụng nhiều vào ngành nơng nghiệp
và thực phẩm. Đồ án nhóm em tập trung vào việc thiết kế, chế tạo và điều khiển
bàn tay mềm để có thể tích hợp vào cánh tay robot – một thiết bị đã rất quen
thuộc với sinh viên cơ điện tử, từ đó có thể gắp vật như mong muốn.
Về phần cứng, nhóm thiết kế và chế tạo bàn tay mềm cùng hệ thống điều
khiển khí nén cho bàn tay có thể gắp, nhả vật theo u cầu.
Về phần mềm, nhóm dùng ngơn ngữ lập trình C# thiết kế giao diện điều khiển
cho bàn tay, dùng phần mềm mơ phỏng Abaqus để mơ phỏng ngón tay và dùng
ngơn ngữ lập trình Python để xử lý ảnh . Kết quả bước đầu mơ hình đã được chế
tạo thành công, nhưng yêu cầu về tải trọng và tính chính xác chưa đáp ứng được.

Đây là đề tài có tính ứng dụng thực tế cao trong cách mạng công nghiệp 4.0, hứa
hẹn là một đề tài thiết thực và bổ ích đối với những sinh viên như chúng em. Hy
vọng sau khi kết thúc đồ án này, các nhóm sau sẽ nghiên cứu và phát triển thêm
để đạt được mục tiêu đã đưa ra. Qua đồ án này chúng em đã học hỏi được kiến
thức về lập trình, các thiết bị điện tử, mô phỏng và hệ thống khí nén. Đồng thời
nâng cao kỹ năng tin học văn phịng, thuyết trình, tạo cho mỗi người chúng em
tinh thần nghiên cứu nỗ lực hoàn thiện sản phẩm với tinh thần cống hiến hết
mình cho xã hội và đất nước.


MỤC LỤC
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ BÀN TAY ROBOT MỀM

1

1.1

Tổng quan về bàn tay Robot

1

1.2

Phân loại bàn tay robot

2

1.2.1

Bàn tay robot cứng

2

1.2.2

Bàn tay robot mềm

3

Một số loại bàn tay robot mềm thực tế

3

1.3.1

Bàn tay Robot mềm trong nghiên cứu

3

1.3.2

Bàn tay Robot mềm dùng trong công nghiệp.

4

1.3

CHƯƠNG 2. THIẾT KẾ CHẾ TẠO BÀN TAY MỀM

5

2.1

Tổng quan bàn tay mềm

5

2.2

Thiết kế ngón tay mềm và giá đỡ ngón tay

5

2.2.1

Thiết kế ngón tay mềm

6

2.2.2

Thiết kế giá đỡ ngón tay

7

2.3

Chế tạo ngón tay mềm

10

2.3.1

Phương pháp chế tạo và vật liệu cần thiết

10

2.3.2

Quy trình chế tạo

13

CHƯƠNG 3. MƠ PHỎNG NGĨN TAY

15

3.1

Tổng quan

15

3.1.1

Lịch sử của phần tử hữu hạn

15

3.1.2

Bài tốn phần tử hữu hạn trong ngón tay mềm

15

3.2

3.3

3.4

Các bước mô phỏng trong phần mềm

18

3.2.1

Tạo các bộ phận ngón tay và bổ nhiệm vật liệu

18

3.2.2

Ghép và liên kết các thành phần

20

3.2.3

Tạo bề mặt chịu lực

21

3.2.4

Tạo tải trọng

22

3.2.5

Thêm tương tác bề mặt

23

3.2.6

Chia lưới

24

3.2.7

Chạy mơ hình và đọc kết quả

25

Kết quả mơ phỏng

25

3.3.1

Mơ phỏng sự căng ra của ngón tay.

25

3.3.2

Mơ phỏng sự co lại của ngón tay.

27

Kết quả chế tạo ngón tay mềm

29


CHƯƠNG 4. HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN

30

4.1

Sơ đồ hệ thống

30

4.2

Các thành phần của hệ thống điều khiển

30

4.2.1

Bo mạch Arduino Uno R3

30

4.2.2

Modul Relay 4 kênh 5V

31

4.2.3

Van điện từ 2/2

31

4.3

Thuật toán điều khiển

33

4.3.1

Sơ đồ thuật toán robot

33

4.3.2

Phần mềm điều khiển

34

4.4

Sơ đồ kết nối các thiết bị

34

4.5

Yêu cầu đặt ra

35

4.6

Kiểm tra khi gắp vật

35

CHƯƠNG 5. XỬ LÝ ẢNH

37

5.1

Thiết lập vị trí camera

39

5.2

Calibration Camera

40

5.2.1

Tổng quan

40

5.2.2

Kết quả

42

5.3

Nhận diện ảnh chứa vật

43

5.3.1

Tạo ảnh đen trắng từ ảnh gốc

43

5.3.2

Tìm trọng tâm các vật trong hệ qui chiếu gắn với camera

44

5.3.3

Tìm trọng tâm các vật trong hệ qui chiếu gắn với robot

45

5.3.4

Chuyển đổi tọa độ ảnh sang tọa độ thực

47

KẾT LUẬN

48

1. Kết luận

48

2. Hướng phát triển của đồ án trong tương lai

48

TÀI LIỆU THAM KHẢO

49


Danh mục hình ảnh
Hình 1.1 Bàn tay robot cho người khuyết tật
Hình 1.2 Bàn tay robot thông thường
Hình 1.3 Shadow Hand (a) và Kanguera Hand (b)
Hình 1.4 Bàn tay Robot trong nghiên cứu
Hình 1.5 Bộ kẹp mềm ứng dụng trong thực phẩm
Hình 1.6 Robot ứng dụng bộ kẹp mềm trong gắp trứng
Hình 2.1 Ngón tay mềm gắp vật [1]
Hình 2.2 Cơ chế hoạt động ngón tay
Hình 2.3 Kết cấu ngón tay mềm
Hình 2.4 Thông số nhựa ABS
Hình 2.5 Đầu nối cứng
Hình 2.6 Đế kẹp ngón tay
Hình 2.7 Kết cấu bàn tay robot
Hình 2.8 Máy in 3D đa dạng vật liệu
Hình 2.9 Dụng cụ chế tạo [1]
Hình 2.10 Dung dịch silicon đặc

Hình 2.11 Khn chế tạo ngón tay
Hình 2.12 Quy trình chế tạo ngón tay
Hình 3.1 Mơ phỏng PTHH mơ hình ô tô khi va chạm
Hình 3.2 Giao diện Abaqus 2017
Hình 3.3 Cửa sổ Import Part
Hình 3.4 Cửa sổ Edit material
Hình 3.5 Cửa sổ Create Section
Hình 3.6 Cửa sổ Edit Section Assignment
Hình 3.7 Mơ hình ngón tay sau khi được ghép
Hình 3.8 Cửa sổ Merge/Cut Instances
Hình 3.9 Cửa sổ View Cut Manager và các bề mặt chịu lực đã được chọn
Hình 3.10 Cửa sổ thêm tải trọng và điều kiện biên
Hình 3.11 Cửa sổ thêm tải trọng áp suất
Hình 3.12 Mô hình sau khi tương tác bề mặt trong và ngồi
Hình 3.13 Cửa sổ Element Type
Hình 3.14 Mơ hình ngón tay sau khi chia lưới
Hình 3.15 a, b, c) Hình dạng ngón tay ở các áp suất khí khác nhau
Hình 3.16 Ứng suất của ngón tay mềm khi co lại
Hình 3.17 Chuyển vị của ngón tay mềm khi co lại
Hình 3.18 Kết quả chế tạo ngón tay mềm

1
2
2
3
4
4
5
6
6

8
8
9
9
10
11
12
13
13
15
16
18
19
19
20
20
21
21
22
23
24
24
25
27
27
28
29
1

Hình 4.1 Sơ đồ hệ thống điều khiển bộ kẹp
30
Hình 4.2 Arduino Uno R3
30
Hình 4.3 Relay 2 kênh
31
Hình 4.4 Van điện từ 2/2
32
Hình 4.5 Sơ đồ thuật toán robot
33
Hình 4.6 Giao diện phần điều khiển bộ kẹp
34
Hình 4.7 Sơ đồ kết nối các thiết bị
34
Hình 4.8 Hệ thống điều khiển bàn tay mềm
35
Hình 4.9 Kiểm tra gắp vật
36
Hình 5.1 Sơ đồ thuật tốn gắp vật
38
Hình 5.2 Các thơng số cần quan tâm
39
Hình 5.3 Yêu cầu vị trí máy ảnh
39
Hình 5.4 Bàn cờ chưa Calib
40
Hình 5.5 Ảnh chụp từ camera chưa calib
42
Hình 5.6 Ảnh chụp từ camera sau khi calib
42

Hình 5.7: Lưu đồ thuật tốn tạo ảnh đen trắng
43
Hình 5.8 Khơng gian màu HSV
43
Hình 5.9 Bảng tùy chỉnh khoảng giá trị H,S và V của ảnh HSV
44
Hình 5.10 Ảnh đen trắng sau khi được lọc nhiễu
44
Hình 5.11 Ví dụ tìm đường bao và tâm của vật trong ảnh
45
Hình 5.12 Các hệ qui chiếu trong khu vực quan sát của camera
45
Hình 5.13 Hình chiếu của mơ hình đặt vật và các hệ qui chiếu theo phương thẳng
đứng
46
Hình 5.14 Đo kích thước thực của khu vực quan sát
47

2


Danh mục bảng
Bảng 1 Bảng thông số chế tạo
Bảng 2 Bảng đơn vị
Bảng 3 Kiểm tra gắp vật

12
17
36

3


CHƯƠNG 1.

TỔNG QUAN VỀ BÀN TAY ROBOT MỀM

1.1 Tổng quan về bàn tay Robot
Bàn tay robot là bàn tay được nghiên cứu và thiết kế nhằm thực hiện các thao
tác khéo léo và linh hoạt giống như con người chúng ta có thể làm. Giống như
bàn tay người, bàn tay robot cũng có 5 ngón là: ngón cái, trỏ, giữa, nhẫn và út.
Trong đó, ngón cái là ngón tay linh hoạt nhất và có thể dễ dàng xoay gập tại
nhiều vị trí và hướng khác nhau. Ngón út và nhẫn là 2 ngón bị động và thường sẽ
gập lại hoặc duỗi ra theo cử động của ngón giữa. Tuy nhiên, việc xây dựng mơ
hình bàn tay robot và sử dụng một bộ điều khiển thơng thường là rất khó khăn,
do cấu trúc của bàn tay người khá là phức tạp.
Hiện nay, khi khoa học kỹ thuật ngày càng phát triển, mối quan tâm của con
người ngày càng tăng đối với việc phát triển bàn tay robot và cũng đã có thành
tựu nhất định trong những năm qua, do nền tảng ứng dụng rộng rãi như:
1. Bàn tay robot cho người khuyết tật.
2. Bàn tay robot gắp và thả vật trong nhà máy sản xuất.
3. Bàn tay robot cho robot dạng người (như robot Asimo của Nhật Bản,
robot Atlas của Boston Dynamics – Mỹ).
4. Bàn tay robot bắt chước cử chỉ của người điều khiển.

Hình 1.1 Bàn tay robot cho người khuyết tật

1

Hình 1.2 Bàn tay robot thông thường

1.2 Phân loại bàn tay robot
1.2.1 Bàn tay robot cứng
Bàn tay robot cứng là bàn tay được chế tạo hoàn toàn từ những vật liệu có độ
cứng cao, khó bị kéo căng hay uốn cong. Thông thường, các bàn tay robot cứng
sử dụng dây cót khơng giãn nối với động cơ servo để điều khiển ngón tay co lại,
cịn khi duỗi ra thì sử dụng lực đàn hồi của lị xo xoắn. Ngón tay cái sẽ dùng
thêm động cơ để điều khiển một khớp xoay.
Hiện nạy trên thế giới có rất nhiều bàn tay robot được chế tạo và công bố như:
Shadow Hand (phát triển bởi công ty Shawdow Robot, Lodon, England) hay
Kanguera (phát triển tại đại học São Paulo, Brazilian) chạy trên hệ điều hành mở
VxWorks.

Hình 1.3 Shadow Hand (a) và Kanguera Hand (b)

2


1.2.2 Bàn tay robot mềm
Soft robotics là một lĩnh vực của robot liên quan đến cấu trúc robot từ vật liệu
có tính đàn hồi cao, giống như trong một cơ thể sống. Soft robotics được hình
thành từ cách các sinh vật sống di chuyển và thích ứng với mơi trường xung
quanh. Trái ngược với robot cứng, robot mềm cho phép tăng tính linh hoạt và khả
năng thích ứng để hồn thành nhiệm vụ, cũng như cải thiện độ an toàn khi làm
việc xung quanh con người. Những đặc điểm này chứng tỏ được tiềm năng ứng
dụng của robot mềm trong các lĩnh vực y học và sản xuất.
Mục tiêu của robot mềm là thiết kế chế tạo robot có cấu trúc linh hoạt.
1.3 Một số loại bàn tay robot mềm thực tế
1.3.1 Bàn tay Robot mềm trong nghiên cứu

Hình 1.4 Bàn tay Robot trong nghiên cứu

Bàn tay mềm dùng trong nghiên cứu với mục đích giúp cho học sinh, sinh
viên tìm hiểu chế tạo và điều khiển bàn tay mềm trong học tập và nghiên cứu.

3


1.3.2 Bàn tay Robot mềm dùng trong công nghiệp.

Hình 1.5 Bộ kẹp mềm ứng dụng trong thực phẩm

Hình 1.6 Robot ứng dụng bộ kẹp mềm trong gắp trứng

Sản phẩm đã được ứng dụng trong ngành thực phẩm và thương mại hóa trên
thị trường với yêu cầu về tải trọng và độ chính xác cao.

4


CHƯƠNG 2.

THIẾT KẾ CHẾ TẠO BÀN TAY MỀM

2.1 Tổng quan bàn tay mềm
Cánh tay robot hiện nay được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành công
nghiệp gia công, chế tạo, đóng gói... và đã hỗ trợ đắc lực cho con người, giúp
cơng việc thực hiện nhanh chóng và năng suất dù trong những mơi trường khắc
nghiệt mà con người khó có thể tiếp cận. Nhưng cánh tay robot hiện nay không

thường sử dụng trong các lĩnh vực nông nghiệp, thủy sản, quần áo, bao bì và
cơng nghiệp thực phẩm. Những lĩnh vực đó địi hỏi những tính năng đặc thù hơn
ở cánh tay robot, cụ thể là tính di động của robot, dễ sử dụng cho công nhân, đảm
bảo an toàn cho thực phẩm.
Những năm gần đây, bộ gắp robot mềm bằng khí nén đã thu hút sự chú ý của
các nhà nghiên cứu vì tính đàn hồi và khả năng thích ứng với nhiều loại đối
tượng. Cơng trình tiên phong trong việc phát triển bộ gắp mềm bằng khí nén
được thực hiện bởi Suzumori vào những năm 90 thế kỉ trước bằng việc sử dụng
kẹp 4 phía bằng cao su và đã đạt được nhiều kết quả hứa hẹn.Với việc thay đổi
thường xuyên hình dạng của các sản phẩm thực phẩm, các khâu cuối cần có độ
thích ứng cao để đáp ứng nhu cầu về sự thay đổi liên tục hình dạng của các sản
phẩm trong ngành thực phẩm. Do đó chúng em đề xuất cánh tay robot sử dụng
ngón tay mềm, ngón tay mềm được làm bằng chất liệu đàn hồi cao có thể gắp
nhiều loại vật có hình dáng khác nhau, đảm báo khơng làm hư hỏng các sản
phẩm dễ dập nát trong ngành thực phẩm như bánh kẹo, trái cây, trứng, cơm
hộp....

Hình 2.1 Ngón tay mềm gắp vật [1]

2.2 Thiết kế ngón tay mềm và giá đỡ ngón tay
Mục tiêu:
1. Kích thước ngón tay tương đương kích thước của ngón tay người đàn ơng
châu Á trưởng thành (4.5-5 inch)
2. Cầm được vật có kích thước tối đa 10x10x10 cm3
3. Khối lượng của vật nhỏ hơn 1 kg
5


4. Có tính thẩm mỹ
2.2.1 Thiết kế ngón tay mềm

Việc thiết kế và chế tạo ngón tay dựa theo thiết kế ngón tay Pneunet và hãng
soft robotics toolkit. Tuy nhiên, để đơn giản hơn trong việc chế tạo, chúng em đã
loại bỏ “lớp giới hạn ứng suất” trong ngón tay Pneunet (một lớp giấy hình chữ
nhật đặt bên trong ngón tay)[2].
Ngun lý hoạt động của ngón tay mềm: khí dẫn khí có áp suất dương vào các
khoang bên trong của ngón tay mềm, do đặc tính giãn nở tốt của silicon, các
khoang chứa căng và phồng ra làm cho phần đế ngón tay bị uốn cong về phía
ngược lại với các khoang, giúp chúng có thể nắm chặt các vật cần gắp.

Hình 2.2 Cơ chế hoạt động ngón tay

Bộ phận chính của ngón tay mềm gồm:
● Thân ngón tay: gồm 12 khoang chứa khí, thành bên ngồi giữa các khoang
cách nhau 1mm, 1 khoang lớn phía cuối ngón tay có chiều dày 3 mm và
rãnh dẫn khí đặt chính giữa phía dưới các khoang.
● Đế ngón tay: là tấm mỏng, có chiều dày 5mm, phía dưới có các rãnh nhấp
nhơ.
Các thơng số kích thước của ngón tay được biểu diễn như hình …

6


‘
Hình 2.3 Kết cấu ngón tay mềm

Ưu điểm của thiết kế trên:
o Khoảng cách giữa 2 khoang nhỏ (1,5 mm), tạo điều kiện thuận lợi cho quá
trình căng ra của ngón tay (theo bài báo …). Đồng thời khi gắp vật có kích
thước lớn hơn, ngón tay có thể dễ dàng co lại nhằm mở rộng vùng gắp vật.
o Phần đế của ngón tay nhằm mục đích đảm bảo đường dẫn khí đến giác hút

được kín. Giúp ngón tay dễ dàng gắp các vật cần thiết.
o Khoang cuối có kích thước lớn hơn các khoang còn lại, làm cho đầu cuối
ngón tay cứng hơn phần cịn lại, giúp bắt chước chức năng móng tay của con
người.
o Rãnh sâu tiết diện ngang 1,2mm x 2.4mm thiết kế phía dưới các khoang giúp
dẫn khí đến tồn bộ khoang của ngón tay.
o Lỗ có đường kính 4mm thơng với khoang đầu tiên (từ trên xuống dưới) của
ngón tay nhằm đặt 1 ống cao su dẫn khí đi vào.
o Cấu trúc gợn song phần đế ngón tay bắt chước vân tay của con người, giúp
ngón tay mềm dễ dàng cầm nắm các vật hơn.
Nhược điểm:
o Quy trình chế tạo phức tạp
o Vật liệu có giá thành cao
2.2.2 Thiết kế giá đỡ ngón tay
Vật liệu và phương pháp chế tạo
Đầu nối và đế kẹp ngón tay được chế tạo bằng công nghệ in 3D FDM và vật
liệu là nhựa ABS. Công nghệ in 3D hiện nay đang rất phổ biến và thường được
áp dụng cho việc chế tạo thử các chi tiết hay bộ phận cần thiết. Hơn nữa, phương
pháp in 3D có thể thực hiện được ở tất cả các loại mẫu thiết kế không bị hạn chế
bởi độ phức tạp của bề mặt hay độ khó về cấu trúc thiết kế. Máy in 3D áp dụng
theo công nghệ in FDM hoạt động bằng cách nung chảy và đùn sợi nhựa nhiệt
dẻo, đầu phun chạy theo tiết diện mặt cắt được tạo bởi phần mềm cắt lớp. Bàn
máy in hạ xuống hoặc vòi phun nâng lên từng lớp từng lớp trong không gian làm
việc, từ đó hình thành chi tiết với từng lớp được in liên tiếp xếp chồng lên nhau.
7


FDM sử dụng nhiều loại khác nhau sợi nhựa nhiệt dẻo tiêu chuẩn, chẳng hạn như
ABS, PLA, TPU và các loại sợi nhựa khác. Công nghệ này rất phù hợp cho kiểm
tra ngoại quan, ý tưởng, cũng như tạo mẫu nhanh. Và chi phí thấp cho các sản

phẩm đơn giản.
Nhựa ABS có các đặc tính như cứng và khơng giịn, có sự cân bằng tốt giữa
độ bền kéo, va đập, độ cứng bề mặt, độ rắn, độ chịu nhiệt và các đặc tính về điện,
Có tính chất đặc trưng là độ bền cơ học cao, độ cứng cao, khả năng chịu va đập
không giảm nhanh ở nhiệt độ thấp, độ ổn định dưới tải trọng rất tốt, ABS chịu
nhiệt tương đương hoặc tốt hơn Acetal, PC…ở nhiệt độ phòng.

Hình 2.4 Thông số nhựa ABS

Đầu nối cứng
Đầu nối cứng gồm 2 phần: nửa trên và nửa dưới như trong Hình 2.5. Đầu nối
cứng Thiết kế đầu nối cứng cần đảm bảo khi gắn ngón tay robot vào đầu nối thì
ngón tay phải được giữ cố định.

Hình 2.5 Đầu nối cứng

8


Trong q trình lắp ráp, ngón tay mềm được lắp vào nửa dưới, lỗ dẫn khí lắp
xuyên qua lỗ phía trên của đầu nối. Sau đó, nửa dưới của đầu nối được lắp lên
phía trên của ngón tay, 2 phần của đầu nối được cố định với nhau bằng vít và ốc.
Chiều rộng của khoang được thiết kế nhỏ hơn 1mm so với ngón tay mềm, do đó
ngón tay có thể cố định chặt sau khi ghép nối 2 đầu nối trên dưới với nhau.

9


Đế kẹp

Hình 2.6 Đế kẹp ngón tay

Đế kẹp được thiết kế gồm các lỗ vuông tại đầu dưới để thể lắp phần đầu nối
cứng chứa các ngón tay, đồng thời mặt trên của đế kẹp có 4 lỗ dùng để cố định đế
kẹp vào điểm thao tác cuối của robot.
Do u cầu cần gắp các vật trịn hoặc vng dạng khối, chúng em thiết kế
phần đế kẹp có 3 đầu phân bố đều theo hình trịn. Kết nối giữa đế kẹp với đầu nối
bằng cơ chế khóa nhanh giúp việc lắp ráp thuận tiện và đơn giản hơn. Việc chỉ
dùng 3 ngón tay mềm cho 1 bàn tay kẹp vì đây là số ngón tay tối thiếu cho việc
cầm nắm ổn định. Sự ổn định sẽ tăng lên khi tăng số ngón tay mềm của bàn tay.
Các ngón tay và giá đỡ được lắp ghép với nhau như hình:

10


Hình 2.7 Kết cấu bàn tay robot

2.3 Chế tạo ngón tay mềm
2.3.1 Phương pháp chế tạo và vật liệu cần thiết
2.3.1.1.
Phương pháp chế tạo
Việc chế tạo ngón tay mềm hiện nay có 2 phương án phổ biến là:
● Phương pháp đúc khuôn truyền thống (1).
● Phương pháp in 3D vật liệu Silicon (2).
Phương án (1) được thực hiện qua các bước như sau:
o Thiết kế và chế tạo khuôn đúc ngón tay mềm bằng phương pháp in 3D
nhựa.
o Đổ dung dịch silicon vào khuôn và chờ dung dịch lắng đọng để tạo vật cần
đúc hoàn chỉnh.
o Ghép các phần khác nhau tạo ra ngón tay như thiết kế.

Phương án (2) là sử dụng máy in 3D đa dạng vật liệu in (ví dụ như máy in
Objet350 Connex3 của hãng Stratasys, Minnesota, USA hay máy in Agilista của
hãng Keyence, Japan) để in trực tiếp ngón tay mềm. Việc chế taọ bằng phương
pháp (2) sẽ cho độ chính xác cao hơn phương án (1) do việc chế tạo đơn giản
hơn. Tuy nhiên, hiên nay ở Việt Nam có rất ít những loại máy in 3D này, hơn nữa
giá thành cho việc chế tạo ngón tay bằng in 3D vật liệu Silicon cũng rất cao.
Kết luận:
Từ những nhận xét trên, chúng em chọn phương pháp đúc khn truyền thống
để chế tạo ngón tay mềm do giá thành và độ phổ biến của phương pháp này tốt
hơn phương án số (2).

11