ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG ROBOT XOAY RUBIK

1
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM K
Ĩ THU
ẬT TP.HCM
KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY
BỘ MÔN CƠ ĐIỆN TỬ

BÁO CÁO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
ĐỀ TÀI:
Thiết kế và thi công robot xoay rubik
Design and fabrication of a Rubik Solver Robot
Giáo viên hướng dẫn : KS Nguyễn Minh Triết
Sinh viên thực hiện :
Đặng Trung Hiếu 07111020
Trần Quang Huy 07111028
Hoàng Ngọc Thuận 07111080
TP.HCM, THÁNG 12 NĂM 2011
CLB KHOA HOC TRE_SPKT
CLB KHOA HOC TRE_SPKT
www.kht.com.vn
i
Bộ Giáo Dục và Đào Tạo
Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM
oOo
CỘNG HÒA – XÃ HỘI – CHỦ NGH
ĨA
– VIỆT
NAM
Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc
oOo
Khoa Cơ Khí Chế Tạo Máy

Bộ môn Cơ Điện Tử
Số:
Tp. Hồ Chí Minh, ngày ……, tháng …., năm ……
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
1. Thông tin người thực hiện:
Họ và tên sinh viên: Đặng Trung Hiếu
Ngành: Cơ Điện Tử
Điện thoại: 0922074509
MSSV: 07111020
Lớp: 071111B
Email:
Giáo viên hướng dẫn: KS. Nguyễn Minh Triết
Điện thoại: 09374 09347
Đơn vị : BM. Cơ Điện Tử
2. Tên đồ án:
Thiết kế và thi công robot xoay rubik
3. Nhiệm vụ đồ án: (yêu cầu về nội dung và số liệu ban đầu)
Nhiệm vụ:
- Thiết kế và thi công cơ cấu kẹp rubik lập phương 3x3 (kích thước cạnh 57mm)
- Thiết kế và thi công khung robot với 3 khớp xoay rubik
4. Thời gian thực hiện:
Ngày giao nhiệm vụ: 07/9/2011 Ngày hoàn thành: 31/12/2011
Nội dung nhiệm vụ đồ án tốt nghiệp đ
ã
đư
ợc thông qua Bộ Môn
Ngày tháng năm
Bộ môn Cơ Điện Tử
(ký và ghi rõ họ tên)
Ngày tháng năm

Người hướng dẫn
(ký và ghi rõ họ tên)
CLB KHOA HOC TRE_SPKT
CLB KHOA HOC TRE_SPKT
www.kht.com.vn
ii
Bộ Giáo Dục và Đào Tạo
Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM
oOo
CỘNG HÒA – XÃ HỘI – CHỦ NGH
ĨA
– VIỆT
NAM
Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc
oOo
Khoa Cơ Khí Chế Tạo Máy
Bộ môn Cơ Điện Tử
Số:
Tp. Hồ Chí Minh, ngày ……, tháng …., năm ……
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
1. Thông tin người thực hiện:
Họ và tên sinh viên: Trần Quang Huy
Ngành: Cơ Điện Tử
Điện thoại: 0985381269
MSSV: 07111028
Lớp: 071111B
Email:
Giáo viên hướng dẫn: KS. Nguyễn Minh Triết
Điện thoại: 09374 09347
Đơn vị : BM. Cơ Điện Tử

2. Tên đồ án:
Thiết kế và thi công robot xoay rubik
3. Nhiệm vụ đồ án: (yêu cầu về nội dung và số liệu ban đầu)
Nhiệm vụ:
- Nghiên cứu ứng dụng thu thập và xử lý ảnh để nhận dạng khối rubik.
- Lập trình giao diện xử lí ảnh.
4. Thời gian thực hiện:
Ngày giao nhiệm vụ: 07/9/2011 Ngày hoàn thành: 31/12/2011
Nội dung nhiệm vụ đồ án tốt nghiệp đ
ã
đư
ợc thông qua Bộ Môn
Ngày tháng năm
Bộ môn Cơ Điện Tử
(ký và ghi rõ họ tên)
Ngày tháng năm
Người hướng dẫn
(ký và ghi rõ họ tên)
CLB KHOA HOC TRE_SPKT
CLB KHOA HOC TRE_SPKT
www.kht.com.vn
iii
Bộ Giáo Dục và Đào Tạo
Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM
oOo
CỘNG HÒA – XÃ HỘI – CHỦ NGH
ĨA
– VIỆT
NAM
Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc

oOo
Khoa Cơ Khí Chế Tạo Máy
Bộ môn Cơ Điện Tử
Số:
Tp. Hồ Chí Minh, ngày ……, tháng …., năm ……
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
1. Thông tin người thực hiện:
Họ và tên sinh viên: Hoàng Ngọc Thuận
Ngành: Cơ Điện Tử
Điện thoại: 0989369362
MSSV: 07111080
Lớp: 071111A
Email:
Giáo viên hướng dẫn: KS. Nguyễn Minh Triết
Điện thoại: 09374 09347
Đơn vị : BM. Cơ Điện Tử
2. Tên đồ án:
Thiết kế và thi công robot xoay rubik
3. Nhiệm vụ đồ án: (yêu cầu về nội dung và số liệu ban đầu)
Nhiệm vụ:
- Nghiên cứu giải thuật xoay rubik.
- Lập trình 1 giải thuật xoay rubik theo mô hình c
ơ khí 3 kh
ớp xoay.
4. Thời gian thực hiện:
Ngày giao nhiệm vụ: 07/9/2011 Ngày hoàn thành: 31/12/2011
Nội dung nhiệm vụ đồ án tốt nghiệp đ
ã
đư
ợc thông qua Bộ Môn

Ngày tháng năm
Bộ môn Cơ Điện Tử
(ký và ghi rõ họ tên)
Ngày tháng năm
Người hướng dẫn
(ký và ghi rõ họ tên)
CLB KHOA HOC TRE_SPKT
CLB KHOA HOC TRE_SPKT
www.kht.com.vn
iv
ÐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ
MINH
KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY
BỘ MÔN CƠ ĐIỆN TỬ
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGH
ĨA VI
ỆT NAM
Ðộc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc
PHIẾU NHẬN XÉT LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
(Dùng cho giáo viên hướng dẫn LVTN)
TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG ROBOT XOAY RUBIK
Họ và tên sinh viên thực hiện: Đặng Trung Hiếu MSSV: 07111020
Trần Quang Huy MSSV: 07111028
Hoàng Ngọc Thuận MSSV: 07111080
Họ và tên người nhận xét: Nguyễn Minh Triết MSCB: ………
I. PHẦN NHẬN XÉT :
1. Về cuốn báo cáo
Về hình thức:
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………………
Về phần tổng quan:
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
CLB KHOA HOC TRE_SPKT
CLB KHOA HOC TRE_SPKT
www.kht.com.vn
v
Về nội dung và kết quả nghiên cứu
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
2. Về sản phẩm/ chương tr
ình demo
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
Về báo cáo và trả lời chất vấn:
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
3. Về tinh thần thái độ làm việc
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
CLB KHOA HOC TRE_SPKT

CLB KHOA HOC TRE_SPKT
www.kht.com.vn
vi
II. PHẦN CHẤM ĐIỂM:
Nội dung đánh giá Điểm tối
đa
Điểm thực chấm
CUỐN BÁO CÁO
4
Về hình thức
0.5
Tóm tắt
0.5
Về phần tổng quan
1
Về nội dung
1
Về kết quả nghiên cứu
1
SẢN PHẨM/ CHƯƠNG TR
ÌNH DEMO
3
Chức năng của sản phẩm đáp ứng yêu cầu đặt
ra
2
Sản phẩm có khả năng ứng dụng trong thực
tiễn
1
BÁO CÁO VÀ TRẢ LỜI CHẤT VẤN
2

Báo cáo tốt 1
Trả lời chất vấn tốt 1
TINH THẦN THÁI ĐỘ LÀM VIỆC
1
TỔNG CỘNG
10
Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng 12 năm 2011
NGƯỜI ĐÁNH GIÁ
CLB KHOA HOC TRE_SPKT
CLB KHOA HOC TRE_SPKT
www.kht.com.vn
vii
ÐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ
MINH
KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY
BỘ MÔN CƠ ĐIỆN TỬ
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGH
ĨA VI
ỆT NAM
Ðộc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc
PHIẾU NHẬN XÉT LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
(Dùng cho giáo viên phản biện LVTN)
TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG ROBOT XOAY RUBIK
Họ và tên sinh viên thực hiện: Đặng Trung Hiếu MSSV: 07111020
Trần Quang Huy MSSV: 07111028
Hoàng Ngọc Thuận MSSV: 07111080
Họ và tên người nhận xét: ……………… MSCB: ………
III. PHẦN NHẬN XÉT :
4. Về cuốn báo cáo
Về hình thức:

………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
Về phần tổng quan:
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
CLB KHOA HOC TRE_SPKT
CLB KHOA HOC TRE_SPKT
www.kht.com.vn
viii
Về nội dung và kết quả nghiên cứu
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
5. Về sản phẩm/ chương tr
ình demo
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
Về báo cáo và trả lời chất vấn:
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
6. Về tinh thần thái độ làm việc

………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
CLB KHOA HOC TRE_SPKT
CLB KHOA HOC TRE_SPKT
www.kht.com.vn
ix
IV. PHẦN CHẤM ĐIỂM:
Nội dung đánh giá Điểm tối đa Điểm thực chấm
CUỐN BÁO CÁO
4
Về hình thức
0.5
Tóm tắt
0.5
Về phần tổng quan
1
Về nội dung
1
Về kết quả nghiên cứu
1
SẢN PHẨM/ CHƯƠNG TR
ÌNH DEMO 3
Chức năng của sản phẩm đáp ứng yêu cầu đặt ra 2
Sản phẩm có khả năng ứng dụng trong thực tiễn 1
BÁO CÁO VÀ TRẢ LỜI CHẤT VẤN
2
Báo cáo tốt 1
Trả lời chất vấn tốt 1
TINH THẦN THÁI ĐỘ LÀM VIỆC
1

TỔNG CỘNG
10
Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng 12 năm 2011
NGƯỜI ĐÁNH GIÁ
CLB KHOA HOC TRE_SPKT
CLB KHOA HOC TRE_SPKT
www.kht.com.vn
x
LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành báo cáo đồ án tốt nghiệp robot xoay rubik, chúng em đã nhận được
sự giúp đỡ nhiệt tình của bộ môn cơ điện tử, khoa cơ khí chế tạo máy, trường Đại học Sư
Phạm Kỹ Thuật Hồ Chí Minh. Chúng em xin bày tỏ lời cám ơn và kính trọng tới các cá
nhân và tập thể đã tạo điều kiện giúp đỡ chúng em trong quá trình học tập và nghiên cứu .
Trước hết, chúng em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới KS. Nguyễn Minh Triết
người đã hướng dẫn chúng em trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành đồ án.
Chúng em trân trọng cám ơn các thầy cô trong bộ môn cơ điện tử, khoa cơ khí chế
tạo máy, các đơn vị liên quan của trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp Hồ Chí Minh.
Chúng em xin trân trọng cám ơn các giáo sư, tiến sĩ của trường Đại học Sư Phạm Kỹ
Thuật Tp Hồ Chí Minh, những người đã trang bị cho chúng em những kiến thức quý báu
để giúp chúng em hoàn thành đồ án này.
Chúng tôi xin chân thành cảm ơn gia đình, thầy cô, bạn bè đã động viên chia sẽ,
giúp đỡ nhiệt tình và đóng góp nhiều ý kiến quý báu để chúng em hoàn thành đồ án.
CLB KHOA HOC TRE_SPKT
CLB KHOA HOC TRE_SPKT
www.kht.com.vn
xi
TÓM TẮT
Đề tài nghiên cứu thiết kế và thi công robot xoay rubik theo mô hình: 3 c
ơ c
ấu kẹp

rubik lập phương 3x3 (kích thước cạnh 57mm), khung robot với 3 khớp xoay các mặt
tương ứng của khối rubik. Thiết kế và thi công mạch điều khiển robot xoay rubik với các
chức năng: Điều khiển vị trí 3 động cơ bước, điều khiển vị trí 3 động cơ servo, giao tiếp
máy tính. Nghiên cứu các giải thuật xoay rubik. Lập trình 1 giải thuật xoay rubik theo mô
hình c
ơ khí 3 kh
ớp xoay. Nghiên cứu ứng dụng thu thập và xử lý ảnh để nhận dạng khối
rubik. Lập trình giao diện điều khiển xoay rubik trên máy tính.
Kết quả đạt được: Thi công hoàn thành mô hình c
ơ khí đ
ã thi
ết kế, mạch điều
khiển hoạt động tốt, ổn định. Chương tr
ình gi
ải thuật hoàn thành bài toán xoay rubik
trung bình trong khoảng 70 bước. Chương tr
ình x
ử lí ảnh nhận diện màu sắc chính xác
trong môi trường ánh sáng tốt.
CLB KHOA HOC TRE_SPKT
CLB KHOA HOC TRE_SPKT
www.kht.com.vn
xii
MỤC LỤC
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP i.ii,iii
PHIẾU NHẬN XÉT LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP iv, v,
vi,vii,viii,ix
LỜI CẢM ƠN x
TÓM TẮT xi
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1

1.1 Tổng quan về robot xoay rubik. 1
1.1.1 Rubik. 1
1.1.2 Robot xoay rubik.
1.1.3 Ứng dụng của robot xoay rubik. 3
1.2 Nội dung và giới hạn đồ án 3
1.2.1 Các yêu cầu của một robot xoay rubik. 3
1.2.2 Nội dung thực hiện. 3
1.2.3 Giới hạn đề tài. 3
CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ CƠ KHÍ 4
2.1 Thiết kế cơ cấu kẹp. 4
2.2.1 Các kiểu cơ cấu kẹp đ
ã có.
4
2.2.2 Lựa chọn phương án và tính toán thiết kế. 6
2.2.3 Mô phỏng hoạt động của cánh tay kẹp. 9
2.2.4 Hình ảnh mô hình c
ơ c
ấu kẹp đ
ã thi công.
10
2.2 Thiết kế khung cơ khí 11
2.2.1 Các phương án đ
ã có.
11
2.2.2 Lựa chọn phương án và tính toán thiết kế. 12
2.2.3 Hình ảnh mô hình c
ơ khí thi
ết kế và gia công. 13
CLB KHOA HOC TRE_SPKT
CLB KHOA HOC TRE_SPKT

www.kht.com.vn
xiii
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN. 14
3.1 Sơ đồ khối mạch điều khiển. 14
3.1.1 Yêu cầu của mạch điều khiển. 14
3.1.2 Lựa chọn phương án giải quyết các yêu cầu. 14
3.1.3 Sơ đồ khối tổng quát của mạch điều khiển. 18
3.1.4 Giải thích hoạt động của sơ đồ khối. 18
3.1.5 Hình ảnh mạch sau khi thi công. 18
3.2 Lưu đồ giải thuật điều khiển. 20
3.2.1 Trình bày l
ưu đ
ồ giải thuật chương tr
ình chính.
20
3.2.2 Trình bày l
ưu đ
ồ giải thuật chương tr
ình con.
20
Chương 4: GIẢI THUẬT
4.1Quy ư
ớc ký hiệu thông dụng và hệ tọa độ khối rubik.
22
4.2Các giải thuật xoay rubik. 24
4.2.1 Giải thuật theo cách đơn giản. 24
4.2.2 Giải thuật theo Roux. 26
4.2.3 Giải thuật theo Lars Petrus 27
4.2.4 Giải thuật theo Fridrich 29
4.3Lưu đồ giải thuật. 38

Chương 5: XỬ LÝ ẢNH NHẬN DIỆN KHỐI RUBIK 40
5.1 Các phương pháp nhận diện màu sắc. 40
5.2 Giải thuật nhận diện màu được sử dụng trong đồ án. 44
5.3 Thu thập và xử lý ảnh bằng Matlab. 44
CLB KHOA HOC TRE_SPKT
CLB KHOA HOC TRE_SPKT
www.kht.com.vn
xiv
Chương 6: KẾT QUẢ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 47
6.1 Kết quả đạt được 47
6.1.1 Phần thiết kế và thi công mô hình c
ơ khí.
47
6.1.2 Phần thiết kế và thi công mạch điều khiển. 47
6.1.3 Phần giải thuật xoay rubik. 47
6.1.4 Kết quả xử lý ảnh nhận diện khối rubik. 49
6.1.5 Giao diện chương tr
ình.
55
6.1.6 Tổng quan kết quả hoạt động của robot. 57
6.2 Những tồn tại và hạn chế cần khắc phục. 58
6.3 Hướng phát triển của đề tài. 58
Chương 7: TÀI LIỆU THAM KHẢO 59
PHỤ LỤC 60
CLB KHOA HOC TRE_SPKT
CLB KHOA HOC TRE_SPKT
www.kht.com.vn
xv
CLB KHOA HOC TRE_SPKT
CLB KHOA HOC TRE_SPKT

www.kht.com.vn
1
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU
1.1Tổng quan về robot xoay Rubik.
1.1.1 Rubik.
- Năm 1974, niềm đam mê h
ình h
ọc và nghiên cứu những mẫu dạng ba chiều đ
ã
thôi thúc kiến trúc sư Erno Ruik (Hunggary) phát minh ra món đồ chơi Rubik nổi
tiếng
[1]
.
- Mỗi mặt của phiên bản rubik 3x3x3 có 9 ô vuông và được sơn phủ một trong sáu
màu khác nhau, thông thường là trắng, đỏ, vàng, cam, xanh lá cây và xanh dương.
Bài toán xoay rubik bắt đầu bằng việc xáo trộn tất cả vị trí các ô vuông ở mỗi mặt,
sao cho các màu sắc xen kẽ nhau. Muc tiêu: xoay mỗi mặt của rubik có màu giống
nhau.
1.1.2 Robot xoay rubik:
- Robot xoay rubik là đề tài được rất nhiều công ty đồ chơi mô h
ình và sinh viên các
trường đại học quan tâm, phát triển.
- Nhóm sinh viên Đại học Swinburne đ
ã l
ập kỷ lục mới cho robot của họ trong việc
hoàn thành 6 mặt của rubik chỉ mất có 10,69 giây (hình 1.1).
Hình 1.1: Robot Ruby [2]
CLB KHOA HOC TRE_SPKT
CLB KHOA HOC TRE_SPKT
www.kht.com.vn

2
- Sản phẩm Tilted Twister 2.0 của hãng LEGO (hình 1.2).
Hình 1.2: Robot Tilted Twister [3]
- Robot c
ủa hãng Kawasaki (hình 1.3)
Hình 1.3: Robot c
ủa hãng
Kawasaki [4]
CLB KHOA HOC TRE_SPKT
CLB KHOA HOC TRE_SPKT
www.kht.com.vn
3
1.1.3 Ứng dụng của robot xoay rubik.
- Giải trí: trưng bày và triển lãm.
- Học tập: Dùng làm mô hình học tập xử lí ảnh, giải thuật xoay rubik và điều khiển
động cơ, lập trình ứng dụng.
1.2Nội dung và giới hạn đồ án.
1.2.1 Các yêu cầu của một robot xoay rubik:
a. Cơ khí:
- Cơ cấu kẹp để kẹp các mặt của khối rubik kích thước 57mm.
- Khung cơ khí để lắp các cơ cấu kẹp.
b. Mạch điện.
- Điều khiển được 3 động cơ bước , 3 động cơ rc servo quay đúng góc theo yêu cầu
- Giao tiếp với máy tính .
- Hiển thị LCD và giao tiếp người dùng .
c. Giải thuật: đầu vào là các ma trận màu của khối rubik, giải thuật tính ra các bước
quay khối rubik về vị trí yêu cầu.
d. Xử lí ảnh: nhận biết được màu đơn sắc.
1.2.2 Nội dung thực hiện.
- Thiết kế và thi công cơ cấu kẹp rubik lập phương 3x3 (kích thước cạnh 57mm).

Thiết kế và thi công khung robot với 3 khớp xoay rubik.
- Thiết kế và thi công mạch điều khiển robot xoay rubik với các chức năng:
o
Điều khiển vị trí 3 động cơ bước.
o
Điều khiển vị trí 3 động cơ servo.
o
Giao tiếp máy tính.
-
Nghiên cứu các giải thuật xoay rubik. Lập trình 01 giải thuật xoay rubik theo mô
hình c
ơ khí 03 kh
ớp xoay.
-
Nghiên cứu ứng dụng thu thập và xử lý ảnh để nhận dạng khối rubik. Lập trình
giao diện điều khiển xoay rubik trên máy tính.
1.2.3 Giới hạn đề tài.
Chưa giới hạn về thời gian xoay rubik.
CLB KHOA HOC TRE_SPKT
CLB KHOA HOC TRE_SPKT
www.kht.com.vn
4
CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ CƠ KHÍ
2.1 Thiết kế cơ cấu kẹp
2.1.1 Các kiểu cơ cấu kẹp đ
ã có.
- Kiểu quay 6 mặt: với cơ cấu xoay gồm 6 trục dài nối vào động cơ và 6 mặt của
rubik (hình 2.1).
Hình 2.1: Robot của Evan Gates (2004) [5]
- Kiểu quay 3 mặt: Cơ cấu được thiết kế như 3 cánh tay robot, mỗi cánh tay gồm 2

thanh kẹp để giữ chặt mặt rubik cần xoay, và 1 khớp xoay để quay mặt đã được cố
định (Hình 2.2).
Hình 2.2: Mô hình kẹp 3 mặt rubik [6]
CLB KHOA HOC TRE_SPKT
CLB KHOA HOC TRE_SPKT
www.kht.com.vn
5
- Kiểu quay 2 mặt rubik: Cơ cấu được thiết kế như 2 cánh tay robot, mỗi cánh tay
gồm 2 thanh kẹp để giữ chặt mặt rubik cần xoay, và 1 khớp xoay để quay mặt đ
ã
được cố định (hình 1.1).
- Kiểu xoay 1 mặt: Cơ cấu gồm 1 khớp để xoay và các khớp cần thiết để giữ cục
rubik cố định các mặt còn lại của rubik (Hình 1.2, hình 2.4).
Hình 2.3: Cánh tay giải rubik trong 15s [7]
CLB KHOA HOC TRE_SPKT
CLB KHOA HOC TRE_SPKT
www.kht.com.vn
6
2.1.2 Lựa chọn phương án và tính toán thiết kế.
a. Lựa chọn mô hình: Với giải thuật đ
ã l
ựa chọn, nhóm quyết định thi công mô hình
cơ cấu 3 cánh tay kẹp, mỗi cánh tay gồm 2 thanh kẹp và 1 khớp xoay để cố định 1
mặt rubik, khớp xoay còn lại để quay mặt rubik đ
ã c
ố định đó.
Hình 2.4: Mô hình c
ơ c
ấu kẹp.
CLB KHOA HOC TRE_SPKT

CLB KHOA HOC TRE_SPKT
www.kht.com.vn
7
b. Thiết kế cơ cấu kẹp rubik:
- Đế gắn thanh kẹp: Là chi tiết để giữ trục nối động cơ và lắp thanh kẹp. Do phải lắp
thêm bạc đạn đường kính ngoài 12mm, và thanh kẹp, nên được thiết kế với L =
27mm.
- Thanh trượt ren: Là chi tiết chuyển động tinh tiến khi trục nối động cơ servo quay,
và trên thanh trượt ren có thanh đẩy để tác động vào thanh kẹp, thiết kế với l =
20mm nhằm đảm bảo lắp được thanh đẩy, taro ren m8x1.25 và không bị va chạm
với thanh kẹp khi cơ cấu kẹp chặt rubik.
- Khoảng cách giữa 2 mặt rubik là b = 57mm, khoảng cách giữa 2 cạnh rubik là b’
= 79mm nên thanh kẹp được đẩy ra với khoảng cách giữa 2 cạnh kẹp là B = 85.
- Với a1
≈ 14.23mm thì 2 chi ti
ết thanh trượt ren và đế gắn thanh kẹp không bị va
chạm khi cơ cấu kẹp rubik.
- Cạnh nghiêng thanh kẹp a3 = 42.014mm.
- Khi cơ cấu kẹp rubik (hình 2.6):
o Góc giữa cạnh nghiêng thanh kẹp và trục đứng khi kẹp:
x = arcsin(( 57/2-27/2)/42)
≈21
o
o Chiều cao thanh kẹp a4 = a5 + a3*cos(21)
Với a5 là chiều cao cạnh thẳng thanh kep, là phần kẹp cục rubik, chọn a5 = 12, có:
a4 = 12 + 42*cos(21)
≈ 51mm.
o Góc tạo bởi thanh đẩy và trục đứng:
z = arctg[(57/2-20/2)/ (a3*cos(x) – a1)]
≈ 36.5

o
o Chiều dài thanh đẩy: a7 = (57/2-20/2)/sin(36.5)
≈ 31.2mm
- Khi cơ cấu kẹp mở (hình 2.6):
o Góc giữa cạnh nghiêng thanh kẹp và trục đứng:
y = acrsin((20/2+31.2-27/2)/42)
≈ 41.27
o
o Chiều cao a2 = 42.014*cos (41.27)
≈ 31.6mm
o Vậy chiều dài ren cần gia công là 31.6- 14.227
≈17
.4mm.
CLB KHOA HOC TRE_SPKT
CLB KHOA HOC TRE_SPKT
www.kht.com.vn
8
Hình 2.5: C
ơ c
ấu kẹp khi hoạt động
Hình 2.6 : Mô hình c
ơ c
ấu kẹp
CLB KHOA HOC TRE_SPKT
CLB KHOA HOC TRE_SPKT
www.kht.com.vn
9
2.1.3 Mô phỏng hoạt động của cánh tay kẹp.
Hình 27 .: Qu
ĩ đ

ạo chuyển động và tọa độ của các điểm 14, 15 và 16.
Hình 2.8: Vị trí của của điểm 14, 15 khi điểm 16 tới vị trí y = 24.227mm
CLB KHOA HOC TRE_SPKT
CLB KHOA HOC TRE_SPKT
www.kht.com.vn