Chương 1 trình bày về t ổng quan giới thiệu đề tài; Chương 2 trình bày về cơ sở lí thuyết; Chương 3 đề cập đến thiết kế, chế tạo tay gắp mềm và mô phỏng phân tích chuyển động; Chương 4 nói tới xây dựng bộ điều khiển và Chương 5 đề cập tới kiểm nghiệm, đánh giá thực tế. 5 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Các loại tay gắp công nghiệp hiện nay Tay gắp là thiết b ị cho phép thao tác giữ m ột v ật thể, hay nói một cách đơn giản hơn, tay gắp là thiết bị giúp cho robot có thể cầm, nắm vật thể. Tay gắp robot công nghiệp có vai trò then chốt trong tự động hóa hiện đại vì chúng cấu thành bộ phận cu ối cùng của cánh tay robot, do đó chúng tiếp xúc trực tiếp v ới sản phẩm để kẹp. Tay gắp đóng vai trò quan trọng trong việc chế tạo, lắp ráp và sản xuất, được sử dụng trong các nhà xưở ng, xí nghiệp, nhà máy hiện đại trên toàn thế giới.
Công việc chủ yếu của tay gắp là gắp, nâng lên, hạ xuống, di chuyển s ản phẩn, thiết b ị từ chổ này qua chổ khác. Với việc sử dụng tay gắp trong sản xu ất sẽ giúp tiết kiệm th ời gian hơn so với con người; giúp tăng năng suấ t, sản lượng trong sản xuất công nghiệp; hoạt động thực hiện chính xác và có tính nhất quán, hạn chế được những bất cẩn; hạn chế không gian làm việc bởi chúng được thiết kế nhỏ gọn, nhẹ. Tùy vào tính chất công việc mà tay gắp sẽ được thiết kế để phù hợp với công việc đó. Tay gắp robot cứng là tay gắp được chế tạo từ vật liệu cứng, sử dụng dây cót không dãn để nối với động cơ, giúp cho việc điều khiển co lại của các ngón tay và sử dụng lực đàn hồi của lò xo xoắn để giúp các ngón tay duỗi ra.
Hiện nay đã có rất nhiều bàn tay robot đượ c nghiên cứu, chế tạo và ứng dụng vào thực tiễn như: Kanguera hay Shadow Hand.1: Kanguera và Shadow H and Trên thị trường hiện nay có rất nhiều các loại kẹp khác nhau được thiết kế với đa hình dạng. Ví dụ như một số tay gắp được thiết kế giống như bàn tay còn người, gồm 5 ngón hoặc cũng có những thiết kế có hình dạng cần móc, hay những loại tay gắp cơ khí, tay gắp gồm các giác hút chân không, … Một vài loại tay gắp trên thị trường hiện nay: 6 Tay gắp khí nén H ình 2.2: Tay gắp khí nén Tay gắp khí nén thường có cấu hình 2 hoặc 3 ngón, sử dụng áp suất khí nén và pittong để kích hoạt các ngón tay, có th ể thực hiện các thao tác một cách linh hoạt và được ứng dụng rất nhiều. Ưu điểm: lực gắp lớn, giá rẻ, phản ứng nhanh và có thể hoạt động trong không gian hẹp. Nhược điểm: mặc dù có thể xử lý được từng khâu đơn lẻ tuy nhiên không thích hợp với những doanh nghiệp có nhiều sản phẩm khác nhau và với sản lượng nhỏ.
Điều khiển vị trí và lực có hạn chế do chỉ có máy nén mới vận hành được. Tay gắp thủy lực H ình 2.3: Tay gắp thủy lực Tay gắp thủy lực thường thiết kế với các xilanh vừa và nhỏ do áp suất thủy lực lớn hơn nhiều so với áp suất khí nén. 7 Nguyên lý làm việc bao gồm xilanh tác độ ng trực tiếp vào một cơ cấu nêm, cơ cấ u này sẽ truyền lực tới các ngón tay và hàm k ẹp. Sử dụng cơ cấu nêm làm tăng lự c kẹp và tinh gọn.
Ưu điểm: công suất gắp vượt trội Nhược điể m: liên quan tới v ấn đè xử lí dầu, máy bơm và bể chứa nước, vì vậy rất t ốn kém chi phí bảo trì. Tay gắp chân không H ình 2.4: Tay gắp chân không Tay kẹp chân không dùng sự chênh lệch của áp lực khí và chân không nhằm nhấc, cầm và vận chuyển vật, được sản xuất ra bởi máy bơm chân không mini hoặc máy bơm hoạt độ ng bởi khí nén. Ưu điểm: giá thành rẻ, có khả năng xử lí nhiều vật phẩm khác nhau. Nhược điểm: phí điện năng đắt hơn để chạy máy bơm hơi nén hoặc máy bơm chân không cao và không thích hợp để sử dụng trong điều kiện bụi bặm.
Tay gắp điện 8 H ình 2.5: Tay gắp điện Tay gắp điện thông thường sẽ có dạng hai hàm và ba hàm gắp và cả 3 hàm gắp đều được sử dụng nhằm xử lý những vật thể tròn hoặc trụ. Điểm nổi trội của tay gắp điện đối với công nghiệp ch ế t ạo chính là khả năng điều khiển. Phần l ớn nh ững tay gắp điện đều g ắn li ền v ới những vi xử lý giúp bạn điều khiển tốc độ và công suất gắp. Ưu điểm: có thể linh hoạt xử lý nhiều bộ ph ận khác nhau nên thích hợp đối với những công việc yêu cầu tốc độ cao và công suất gắp lớn hoặc vừa.
Nhược điểm: tay gắp điện thường có công suất gắp thấp hơn tay gắp khí nén mà giá cũng cao hơn. Mặc dù các loại tay gắp cứng (truyền thống) có thể đạt được chuyển động phức tạp và chính xác, nhưng nó thường cần m ột s ố lượng lớn các khớp liên kết c ứng nhắc để đạt được điều khiển chuyển động. Tay gắp cần có sự linh hoạt nhất định để tránh làm hư hại các vật dễ vỡ, các vật dễ bị tổn thương trong quá trình thực hiện nhiệm vụ. Để giải quyết vấn đề này, tay gắp mềm được nghiên cứu và cho ra đờ i.2 Các loại tay gắp mềm Trong vài năm trở lại đây thì trái cây đã trở thành một trong các mặt hàng nông sản được tin tưởng bởi người dân trồng trên khắp thế giới.
Đặc biệt tại Việt Nam hiện nay với thời tiết thuận tiện cho việc canh tác trồng trọt thì nghành chế biến trái cây nông sản đã và đang được chú trọng đẩy mạnh. Để nông sản không phải ảnh hưởng tới chất lượng thì việc phân loại có ý nghĩa rất lớn. Tuy nhiên, hầu h ết những trang trại và doanh nghiệp t ại Việt Nam thì việc phân loại và đóng gói trái cây nông sả n vẫn đang phải làm thủ công bằng tay dẫn đến sản lượng trái cây ngày càng giảm sút và hao tốn thêm công sức và tiền bạc đồng thời gây rất 9 nhiều sai sót trong khâu phân loại. Chính vì thế, nhằm khắc phục được tình trạng trên thì việc ứng dụng kỹ thuật hiện đại trong quá trình phân loại là vô cùng quan trọng.
Hiện nay, trên thị trường đã xuất hiện rất nhiều các loại hình công nghệ phục vụ cho khâu phân loại nông sản, trong đó được sử dụng phổ biến là các loại tay gắp m ềm. Tay gắp mềm là loại tay gắp có thể gắp các loại sản phẩm có hình dạng lạ và các sản phẩm mỏng manh, dễ vỡ. Tay gắp bao gồm các ngón tay mềm được làm từ các chất liệu đàn hồi mềm và chạy bằng khí nén vì vậy việc gắp trái cây sẽ không gây ra tổn thương vật lý. Tay gắp có cấu tạo nhỏ gọn, hoạt động linh hoạt, nhanh.
Một số loại tay gắp mềm trên thị trường như: Cobot Soft Gripper H ình 2.6: Cobot soft gr ipper Các ngón tay mềm của Cobot soft griper được điều khiển b ằng khí nén, làm bằng cao su silicon được FDA chấp thuận với tuổi thọ hơn 10 triệu chu kỳ. Chúng nhanh chóng và dễ dàng gắn vào đế bằng cách sử dụng khóa lưỡi lê độc đáo củ a chúng. Những ngón tay không có cạnh sắc và các ngón tay linh hoạt không gây nguy hiểm khi làm việc. Cobot Soft Gripper phù hợp trên mọi loại Cobot và cả trên mọi loại rô bốt công nghiệp khác.
Cobot Soft Gripper có khả năng chọn và giữ đồ v ật của bạn một cách chắc chắn, nhưng đồng thời ch ất liệu c ủa nó cũng mềm mại và nhẹ nhàng cho sản phẩm. The OnRobot Soft Gripper 10 H ình 2.7: The OnRobot Soft Gr ipper OnRobot Soft Gripper sử dụng ba cốc đúc silicon có thể hoán đổi cho nhau để gắp chính xác hầu hết mọi vật thể nhỏ dưới 2,2kg bằng một cú chạm chính xác. Dụng cụ cuối cánh tay linh hoạt (EOAT) có các cấu hình hình sao và bốn ngón. Không giống như các bộ kẹp chân không truyền thống, bộ tạo hiệu ứng cuối mới không yêu cầu cung cấp không khí bên ngoài, vì vậy nó có thể giảm cả chi phí và độ phức tạp.
Theo OnRobot bao gồm các tính năng sau: Tải trọng lên đến 2,2kg (4,8 lb.) dựa trên hình dạng, độ mềm và độ ma sát của vật được xử lý Kích thước tay cầm từ 11 đến 118mm (0,43 đến 4,64 in.) tùy thuộc vào cốc được s ử dụng Chứng nhận từ Cục Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Hoa Kỳ (FDA) Cốc silicon linh hoạt, có thể thay thế cho nhau Không cần cung cấp không khí Triển khai nhanh chóng, linh hoạt v ới tích hợp li ền mạch trên tất c ả các thương hiệu robot lớn Trong khi tay gắp robot thông thường được thiết kế gắp và đặt cho thực phẩm và đồ uống chọn tại chỗ, cũng như mỹ phẩm và dược phẩm, OnRobot cũng cung cấ p khả năng cầm nắm linh hoạt cho sản xuất và đóng gói. Octopus Gripper 11 H ình 2.8: Octopus Gr ipper Thay vì được phát triển với một chức năng kẹp cụ thể, OctopusGripper có thể đa nhiệm – có nghĩa là nếu dây chuyền sản xuất thay đổi, thiết bị linh hoạt có thể được điều chỉnh thay vì thay thế, có khả năng tiết kiệm chi phí. Cấu trúc silicone mềm của nó có một khoang chạy dọc theo chiều dài của nó khiến cho xúc tu uốn cong vào trong khi áp dụng khí nén, tự quấn quanh các vật thể có hình dạng khác nhau. Được thiết kế để cầm chắc chắn nhưng nhẹ nhàng, để không làm nát hoặc làm hỏng bất cứ thứ gì nó đang cầm, các giác hút nhỏ ở đầu mỏng của xúc tu gắn vào bề mặt của một vật thể m ột cách thụ động, nhưng tám trong số các cốc l ớn hơn ở đầu kia thì được kết nối với một đường chân không có thể được tham gia tích cực trong quá trình kẹp chặt.
Từ những ưu nhược điểm của các loại tay gắp trên thì “Tay gắp mềm” là lựa chọn phù hợp nhất dùng cho khâu phân loại nông sản. V ới cấu t ạo bao gồm 2 phần chính là ngón tay mềm và đế k ẹp thì tính toán chế tạo, gia công ngón tay mềm rất quan trọng vì nó phụ thuộc vào áp suất khí đầu vào.