Hệ thống phân loại sản phẩm sử dụng cánh tay robot scara

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH CNKT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA

HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM SỬ DỤNG CÁNH TAY
ROBOT SCARA

GVHD: TS. VŨ VĂN PHONG
SVTH: TRẦN THỊ THANH VI
TRẦN THỊ VÂN ANH
NGUYỄN TRỌNG NGHĨA

SKL009343

Tp.Hồ Chí Minh, tháng 7/2022


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM
KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM
SỬ DỤNG CÁNH TAY ROBOT SCARA
GVHD: TS. VŨ VĂN PHONG
SVTH

MSSV

TRẦN THỊ THANH VI

18151260

TRẦN THỊ VÂN ANH

18151154

NGUYỄN TRỌNG NGHĨA

18151207

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2022


TRƯỜNG ĐH SPKT TP. HỒ CHÍ MINH

CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC

BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN

----o0o---Tp. HCM, ngày 01 tháng 08 năm 2022

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN
Giảng viên hướng dẫn: TS. VŨ VĂN PHONG
Sinh viên thực hiện:
TRẦN THỊ THANH VI

MSSV: 18151260

TRẦN THỊ VÂN ANH

MSSV: 18151154

NGUYỄN TRỌNG NGHĨA

MSSV: 18151207

Chuyên ngành: Cơng nghệ Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa
Hệ đào tạo: Đại học chính quy.
Khóa: 2018 – 2022.
TÊN ĐỀ TÀI

I.

HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM SỬ DỤNG CÁNH TAY ROBOT
SCARA
II.

NHIỆM VỤ
1. Các số liệu ban đầu:

- Sử dụng động cơ servo của hãng Mitsubishi.

- Thực hiện điều khiển robot và hiển thị thơng tin lên màn hình HMI GS2110-

WTBD.
Sử dụng PLC IQ-R (R04EN) của Mitsubishi.
Phân loại hình dạng sản phẩm bằng phần mềm LabVIEW.
Giám sát hệ thống qua HMI và webserver.
Tài liệu sử dụng sẽ được lấy từ Manual của hãng Mitsubishi.

i


2. Nội dung thực hiện:

-

Tìm hiểu PLC Mitsubishi IQ-R R04EN.
Tìm hiểu Servo HG-KR23 và Driver MR-J4-20B.
Các cách thức hoạt động của mơ hình để lựa chọn linh kiện phù hợp.
Thiết kế, xây dựng phần cứng của mơ hình.
Xây dựng chương trình điều khiển, chương trình nhận dạng.
Chạy thử nghiệm, cân chỉnh và sửa lỗi mơ hình.
Viết báo cáo luận văn.

II.

NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: Ngày 1 tháng 3 năm 2022.

III.

NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: Ngày 31 tháng 7 năm 2022.

IV.

HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS. Vũ Văn Phong.
Cán bộ hướng dẫn

Chủ nhiệm bộ môn

ii


TRƯỜNG ĐH SPKT TP. HỒ CHÍ MINH

CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC

BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN

----o0o---Tp. HCM, ngày 01 tháng 08 năm 2022

LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Giảng viên hướng dẫn: TS. VŨ VĂN PHONG
Sinh viên thực hiện:
TRẦN THỊ THANH VI

MSSV: 18151260

TRẦN THỊ VÂN ANH

MSSV: 18151154

NGUYỄN TRỌNG NGHĨA

MSSV: 18151207

Chuyên ngành: Công nghệ Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa
Tên đề tài: HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM SỬ DỤNG CÁNH TAY
ROBOT SCARA
Thời gian

Nhiệm vụ

Tuần 1 (01/03 - 06/03)

Tính tốn và mơ phỏng động
học Robot trên MATLAB

Tuần 2-3 (07/03 - 20/03)

Thiết kế bố cục của tủ điện trên
phần mền AutoCAD Electrical

Tuần 4-5 (21/03 - 03/04)

Thiết kế mô phỏng Robot trên
phần mềm Solidworks

Tuần 6 (04/04-10/04)

Thiết kế giao diện LabVIEW

Xác nhận GVHD

iii


Tuần 7-8 (11/04 - 24/04)

Viết chương trình xử lý ảnh cho
LabVIEW

Tuần 9-11 (25/04 - 15/05)

Viết chương trình điều khiển
trên PLC iQ-R, kiểm tra chương
trình

Tuần 12-13 (16/05 - 29/05)

Kết nối GX Works3 với
LabVIEW

Tuần 14-17 (30/05 - 26/06)

Thi công lắp đặt Robot và tủ
điện

Tuần 18 (27/06-03/07)

Thiết kế giao diện HMI

Tuần 19 (04/07-10/07)

Thiết kế giao diện Webserver

Tuần 20-21 (11/07-24/07)

Kiểm tra hoạt động, điều chỉnh
và hoàn thành hệ thống.

Tuần 22 (25/07-31/07)

Viết báo cáo

Giáo viên hướng dẫn
(Ký và ghi rõ họ tên)

iv


TRƯỜNG ĐH SPKT TP. HỒ CHÍ MINH

CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC

BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN

----o0o---Tp. HCM, ngày 01 tháng 08 năm 2022

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
Giảng viên hướng dẫn: TS. VŨ VĂN PHONG
Sinh viên thực hiện:
TRẦN THỊ THANH VI

MSSV: 18151260

TRẦN THỊ VÂN ANH

MSSV: 18151154

NGUYỄN TRỌNG NGHĨA

MSSV: 18151207

Chuyên ngành: Công nghệ Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa
Tên đề tài: HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM SỬ DỤNG CÁNH TAY ROBOT
SCARA

NHẬN XÉT
1. Về nội dung đề tài & khối lượng công việc thực hiện: ..........................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
2. Ưu điểm: ..............................................................................................................
..................................................................................................................................

..................................................................................................................................
3. Khuyết điểm: .........................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
4. Đề nghị cho bảo vệ hay không? .............................................................................
v


5. Đánh giá loại: ........................................................................................................
6. Điểm: .................................. (bằng chữ:................................................................)
TP. Hồ Chí Minh, ngày

tháng

năm 2022

Giáo viên hướng dẫn
(Ký & ghi rõ họ tên)

vi


TRƯỜNG ĐH SPKT TP. HỒ CHÍ MINH

CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC

BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN

----o0o---Tp. HCM, ngày 01 tháng 08 năm 2022

LỜI CAM ĐOAN
Giảng viên hướng dẫn: TS. VŨ VĂN PHONG
Sinh viên thực hiện:
TRẦN THỊ THANH VI

MSSV: 18151260

TRẦN THỊ VÂN ANH

MSSV: 18151154

NGUYỄN TRỌNG NGHĨA

MSSV: 18151207

Chuyên ngành: Công nghệ Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa
Tên đề tài: HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM SỬ DỤNG CÁNH TAY ROBOT
SCARA
Lời cam đoan: “Nhóm tơi xin cam đoan khóa luận tốt nghiệp này là cơng trình do
nhóm tơi nghiên cứu và thực hiện. Nhóm tơi khơng sao chép từ bất kỳ một bài viết nào
đã được công bố mà khơng trích dẫn nguồn gốc. Nếu có bất kỳ một sự vi phạm nào,
nhóm tơi xin chịu hồn tồn trách nhiệm.”
TP. Hồ Chí Minh, ngày 01 tháng 08 năm 2022
Nhóm thực hiện đề tài
(Ký và ghi rõ họ tên)

vii


LỜI CẢM ƠN
Đầu tiên, nhóm em xin được gửi lời cảm ơn đến ban lãnh đạo Trường Đại học Sư
Phạm Kỹ Thuật TP.HCM nói chung cũng như Khoa Điện - Điện tử nói riêng. Trước và
trong q trình thực hiện đồ án, quý ban lãnh đạo và Khoa đã tạo điều kiện hết mức về
cơ sở vật chất cũng như nền tảng kiến thức vững chắc cho sinh viên. Nhờ đó, nhóm em
đã có thể tự tin nghiên cứu, triển khai và phát triển dự án một cách tốt nhất.
Nhóm em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc và chân thành đến thầy TS Vũ Văn Phong,
người đã hướng dẫn tận tình cho nhóm em trong suốt q trình nghiên cứu đề tài. Dù
khơng có nhiều thời gian vì lịch trình làm việc vơ cùng dày đặc nhưng thầy vẫn ln sắp
xếp và đồng hành cùng nhóm từ khi đề tài bắt đầu cho đến khi kết thúc. Nhờ những
hướng dẫn và góp ý của thầy, nhóm đã có thể xây dựng và triển khai dự án một cách
hoàn thiện nhất. Một lần nữa nhóm em xin chân thành cảm ơn thầy, kính chúc thầy và
gia đình ln dồi dào sức khỏe và thành cơng trong sự nghiệp.
Cuối cùng, nhóm em xin cảm ơn những người thân, bạn bè đã ln bên cạnh,
động viên, quan tâm, chia sẻ để nhóm có thể hồn thành đề tài này một cách hồn thiện
và chỉn chu nhất.
TP. Hồ Chí Minh, ngày 01 tháng 08 năm 2022
Nhóm thực hiện đề tài
(Ký và ghi rõ họ tên)

viii


MỤC LỤC
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN..................................................................................................... i
LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ............................................. iii
PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ........................................... v

LỜI CAM ĐOAN .....................................................................................................vii
LỜI CẢM ƠN ..........................................................................................................viii
MỤC LỤC.................................................................................................................. ix
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ...................................................................................xii
DANH MỤC HÌNH ẢNH........................................................................................xiii
DANH MỤC BẢNG ............................................................................................... xvii
TÓM TẮT ..............................................................................................................xviii
Chương 1. TỔNG QUAN ............................................................................................. 1
1.1. Đặt vấn đề.......................................................................................................... 1
1.2. Mục tiêu ............................................................................................................ 1
1.3. Nội dung nghiên cứu .......................................................................................... 2
1.4. Giới hạn ............................................................................................................. 3
Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT .................................................................................. 4
2.1. Giới thiệu về hệ thống........................................................................................ 4
2.2. Tổng quan về hệ thống phân loại sản phẩm hiện nay.......................................... 4
2.3. Tổng quan về robot trong công nghiệp ............................................................... 6
2.3.1. Định nghĩa .................................................................................................. 6
2.3.2. Phân loại ..................................................................................................... 6
2.3.3. Bài toán động học robot .............................................................................. 7
2.4. Giới thiệu về động cơ AC – Servo ................................................................... 10
2.4.1. Định nghĩa ................................................................................................ 10
ix


2.4.2. Cấu tạo...................................................................................................... 10
2.5. Giới thiệu về động cơ bước .............................................................................. 11
2.6. Giới thiệu về xử lý ảnh..................................................................................... 12
2.6.1. Khái niệm về xử lý ảnh ............................................................................. 12
2.6.2. Những vấn đề liên quan đến quá trình xử lý ảnh........................................ 15
2.7. Xử lý ảnh với phần mềm LabVIEW ................................................................. 16

2.8. Giới thiệu về PLC Mitsubishi .......................................................................... 17
2.9. Giới thiệu về SQL server và Webserver ........................................................... 18
2.9.1. Tổng quan về SQL server .......................................................................... 18
2.9.2. Tổng quan về Webserver ........................................................................... 18
Chương 3. TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG ............................................... 19
3.1. Yêu cầu hệ thống ............................................................................................. 19
3.2. Sơ đồ khối của hệ thống ................................................................................... 20
3.3. Thiết kế và chọn thiết bị phần cứng ................................................................. 21
3.3.1. Lựa chọn thiết bị ....................................................................................... 21
3.3.2. Thiết kế băng tải ....................................................................................... 35
3.3.3. Thiết kế khâu phân loại sản phẩm ............................................................. 38
3.3.4. Thiết kế robot ............................................................................................ 40
3.3.5. Thiết kế Panel tủ điện................................................................................ 51
3.3.6. Thiết kế mơ hình hệ thống ......................................................................... 52
3.3.7. Sơ đồ nối dây của hệ thống ....................................................................... 53
3.4. Thiết kế phần mềm .......................................................................................... 58
3.4.1. Quy trình vận hành.................................................................................... 58
3.4.2. Lưu đồ giải thuật ....................................................................................... 59
3.4.3. Lưu đồ xử lý ảnh ....................................................................................... 63
Chương 4. THI CÔNG HỆ THỐNG ........................................................................... 65

x


4.1. Thi công phần cứng ......................................................................................... 65
4.1.1. Robot ........................................................................................................ 65
4.1.2. Mơ hình .................................................................................................... 65
4.1.3. Tủ điện...................................................................................................... 67
4.2. Thi cơng phần mềm ......................................................................................... 68
4.2.1. Lập trình điều khiển hệ thống trên GX Works3 ......................................... 68

4.2.2. Lập trình điều khiển Robot trên MT Developer2 ....................................... 69
4.2.3. Thiết kế giao diện giám sát và điều khiển trên GT Designer3 .................... 72
4.2.4. Liên kết PLC với PC thông qua OPC ........................................................ 75
4.2.5. Thiết kế chương trình xử lý ảnh trong LabVIEW ...................................... 78
4.2.6. Thiết kế Webserver bằng Visual Studio .................................................... 81
Chương 5. KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC ............................................................................ 85
5.1. Phần cứng ........................................................................................................ 85
5.2. Phần mềm ........................................................................................................ 86
5.2.1. Khâu giám sát và vận hành trên HMI và PC .............................................. 86
5.2.2. Truy vấn và giám sát dữ liệu trên Webserver ............................................ 88
5.3. Kết quả thực nghiệm ........................................................................................ 90
Chương 6. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ................................................. 92
6.1. Kết luận ........................................................................................................... 92
6.2. Hướng phát triển .............................................................................................. 92
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................ 90
PHỤ LỤC .................................................................................................................. 92

xi


DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
AC: Alternating Current
ASP.NET: Active Server Pages Network Enabled Technologies
CPU: Central Processing Unit
DC: Direct Current
DH: Denavit – Hartenberg
FPS: Frame Per Second
GUI: Graphical User Interface
HMI: Human Machine Interface
HSV: Hue, Saturation, Value

HTTP: Hypertext Transfer Protocal
I/O: Input/Output
MCB: Miniature Circuit Breaker
NC: Normally Closed
NO: Normally Open
OPC: Open Platform Communication
PLC: Programmable Logic Controller
QR: Quick Response
RDBMS: Relational Database Management Systems
SCARA: Selective Compliance Assembly Robot Arm
SQL: Structured Query Language
URL: Uniform Resource Locator
USB: Universal Serial Bus
xii


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 2-1 Hệ thống phân loại Cross belt – Sorter ........................................................... 5
Hình 2-2 Hệ thống phân loại Vertical Crossbelt ........................................................... 5
Hình 2-3 Hệ thống phân loại Pop – Up ......................................................................... 5
Hình 2-4 Hệ thống phân loại Wave – Sorter ................................................................. 5
Hình 2-5 Cánh tay robot trong ngành cơng nghiệp ơ tơ ................................................. 6
Hình 2-6 Cấu trúc động học thuận ................................................................................ 7
Hình 2-7 Mơ hình hóa khâu khớp robot ........................................................................ 7
Hình 2-8 Cấu trúc động học nghịch .............................................................................. 9
Hình 2-9 Driver và động cơ AC – Servo ..................................................................... 10
Hình 2-10 Cấu tạo của động cơ AC – Servo ............................................................... 11
Hình 2-11 Động cơ bước ............................................................................................ 11
Hình 2-12 Driver động cơ bước .................................................................................. 12
Hình 2-13 Các bước xử lý ảnh cơ bản......................................................................... 13

Hình 2-14 Ảnh với độ phân giải khác nhau ................................................................. 15
Hình 2-15 Ảnh màu, ảnh xám và ảnh nhị phân trắng đen ............................................ 16
Hình 2-16 PLC Mitsubishi .......................................................................................... 17
Hình 2-17 PLC Mitsubishi dịng iQ-R ........................................................................ 17
Hình 2-18 Mơ hình hoạt động cơ bản của 1 Webserver .............................................. 18
Hình 3-1 Sơ đồ khối của hệ thống............................................................................... 20
Hình 3-2 Nguồn Omron S8VS – 12024 ...................................................................... 21
Hình 3-3 Module R04ENCPU .................................................................................... 22
Hình 3-4 Base R312B ................................................................................................. 23
Hình 3-5 Module nguồn R62P .................................................................................... 23
Hình 3-6 Module input RX42C4 ................................................................................ 24
Hình 3-7 Sơ đồ kết nối của Module RX42C4 ............................................................. 24
Hình 3-8 Module output RY42NT2P .......................................................................... 25
Hình 3-9 Sơ đồ kết nối của Module RY42NT2P ......................................................... 25
Hình 3-10 Servo Amplifier MR-J4-20B...................................................................... 26
Hình 3-11 Sơ đồ nối dây Servo Amplifier MR-J4-20B ............................................... 26
Hình 3-12 Module R16MTCPU ................................................................................. 28
Hình 3-13 Module RD62P2E...................................................................................... 30
Hình 3-14 Sơ đồ nối dây ngõ ra kiểu source giữa Module RD62P2E với tải ............... 30
xiii


Hình 3-15 Màn hình HMI GS2110 – WTBD .............................................................. 31
Hình 3-16 MCB BHW-T10 C32 ................................................................................. 32
Hình 3-17 MCB BH-D6 C20 ...................................................................................... 33
Hình 3-18 Cảm biến quang E3F-DS30C4 ................................................................... 33
Hình 3-19 Sơ đồ kết nối của cảm biến quang E3F-DS30C4 ........................................ 34
Hình 3-20 Van khí nén Airtac 3V210-08 .................................................................... 34
Hình 3-21 Các nút nhấn, công tắc vận hành hệ thống ................................................. 35
Hình 3-22 Các đèn báo trạng thái của hệ thống........................................................... 35

Hình 3-23 Mơ hình 2D của băng tải............................................................................ 36
Hình 3-24 Mơ hình 3D của băng tải............................................................................ 36
Hình 3-25 Động cơ bước 42BYGP40-PG5.18 ............................................................ 37
Hình 3-26 Camera HBVCAM-F20216HD V22 .......................................................... 39
Hình 3-27 Hộp đen đặt camera ................................................................................... 39
Hình 3-28 Cấu trúc của cánh tay robot 3 bậc tư do khi gắn hệ trục tọa độ ................... 41
Hình 3-29 Tính động học thuận Robot ........................................................................ 45
Hình 3-30 Tính động học nghịch Robot ...................................................................... 46
Hình 3-31 Vùng làm việc của robot theo phương XY ................................................. 46
Hình 3-32 Ảnh 3D mơ phỏng cấu trúc của cánh tay robot 4 bậc tự do ........................ 47
Hình 3-33 Cấu trúc 3D khâu thứ 1 của Robot ............................................................. 48
Hình 3-34 Cấu trúc 3D khâu thứ 2 của Robot ............................................................. 48
Hình 3-35 Cấu trúc 3D khâu thứ 3 của Robot ............................................................. 49
Hình 3-36 Động cơ servo Mitsubishi HG-KR23 ......................................................... 50
Hình 3-37 Hộp số APEX DYNAMICS AB060-S2-P2 ................................................ 50
Hình 3-38 Hộp số PGX62-H-5 ................................................................................... 51
Hình 3-39 Bố cục Panel của tủ điện ............................................................................ 52
Hình 3-40 Kích thước mơ hình hệ thống ..................................................................... 53
Hình 3-41 Sơ đồ kết nối tổng quan của hệ thống......................................................... 53
Hình 3-42 Sơ đồ cấp nguồng cho hệ thống ................................................................. 54
Hình 3-43 Sơ đồ cấp nguồn cho Servo Amplifier và động cơ AC Servo ..................... 54
Hình 3-44 Sơ đồ nối dây Module R16MTCPU với Servo Amplifier ........................... 55
Hình 3-45 Sơ đồ kết nối Driver động cơ Step với Module RD62P2E.......................... 55
Hình 3-46 Sơ đồ kết nối Module RX42C4 .................................................................. 56
Hình 3-47 Sơ đồ kết nối Module RY42NT2P ............................................................. 57
Hình 3-48 Sơ đồ kết nối tiếp điểm relay ..................................................................... 58
xiv


Hình 3-49 Lưu đồ hoạt động của hệ thống .................................................................. 60

Hình 3-50 Lưu đồ của chế độ Auto ............................................................................. 61
Hình 3-51 Lưu đồ của chế độ Manual ......................................................................... 62
Hình 3-52 Lưu đồ xử lý ảnh nhận dạng vật thường ..................................................... 63
Hình 3-53 Lưu đồ xử lý ảnh nhận dạng vật lỗi ............................................................ 64
Hình 4-1 Cánh tay Robot SCARA .............................................................................. 65
Hình 4-2 Mơ hình của hệ thống .................................................................................. 66
Hình 4-3 Băng tải 1 có hộp đen chứa Camera ............................................................. 66
Hình 4-4 Bố trí, cố định và đi dây cho các thiết bị trên Panel tủ điện .......................... 67
Hình 4-5 Gắn Panel lên tủ điện và nối dây cho các cơ cấu cịn lại............................... 68
Hình 4-6 Khai báo các module có trong hệ thống ....................................................... 68
Hình 4-7 Khai báo các biến truyền dữ liệu giữa R04ENCPU với R16MTCPU ........... 69
Hình 4-8 Khai báo các biến nhận dữ liệu giữa R04ENCPU với R16MTCPU ............. 69
Hình 4-9 Khai báo hệ thống bên MT Developer 2 ...................................................... 70
Hình 4-10 Khai báo các biến nhận dữ liệu giữa R16MTCPU với CPU R04EN .......... 70
Hình 4-11 Khai báo các biến truyền dữ liệu giữa R16MTCPU với CPU R04EN ........ 71
Hình 4-12 Cài đặt các thơng số liên quan cho động cơ ................................................ 71
Hình 4-13 Viết chương trình SFC để điều khiển Robot............................................... 72
Hình 4-14 Màn hình tổng quan ................................................................................... 73
Hình 4-15 Màn hình giám sát ..................................................................................... 73
Hình 4-16 Màn hình điều khiển .................................................................................. 74
Hình 4-17 Màn hình cảnh báo .................................................................................... 74
Hình 4-18 Màn hình cài đặt ........................................................................................ 74
Hình 4-19 Màn hình điều khiển ở chế độ Manual ....................................................... 75
Hình 4-20 Chọn kết nối giữa OPC với PLC ................................................................ 75
Hình 4-21 Chọn loại CPU được kết nối với OPC ........................................................ 76
Hình 4-22 Kiểm tra kết nối giữa OPC với PLC ........................................................... 76
Hình 4-23 Tạo các biến liên quan đến hệ thống cho OPC ........................................... 76
Hình 4-24 Tạo I/O Server ........................................................................................... 77
Hình 4-25 Chọn Client kết nối .................................................................................... 77
Hình 4-26 Thêm các biến đã tạo bên OPC vào LabVIEW .......................................... 77

Hình 4-27 Chương trình nhận ảnh từ camera .............................................................. 78
Hình 4-28 Sử dụng khối Vision Assistant cho quá trình nhận diện vật ........................ 78
Hình 4-29 Chuyển đổi ảnh sang không gian màu HSV ............................................... 78
xv


Hình 4-30 Tạo template cho vật mẫu hình vng........................................................ 79
Hình 4-31 Điều chỉnh các thông số như độ nhạy, ngưỡng lấy biên ............................. 79
Hình 4-32 Tạo template màu và chọn ngưỡng lấy màu ............................................... 80
Hình 4-33 Điều chỉnh các thơng số về độ nhạy ........................................................... 80
Hình 4-34 Khối MATLAB script trong LabVIEW ..................................................... 80
Hình 4-35 Tạo DSN trên ODBC ................................................................................. 81
Hình 4-36 Chọn database từ SQL Server .................................................................... 81
Hình 4-37 Tạo channel cho KEPServer ...................................................................... 81
Hình 4-38 Chọn OPC Server ..................................................................................... 82
Hình 4-39 Tạo biến cho KEPServer ............................................................................ 82
Hình 4-40 Tạo Log Group trong Data Logger ............................................................. 82
Hình 4-41 Thêm các biến dữ liệu vào Data Logger ..................................................... 83
Hình 4-42 Chỉnh thời gian cập nhật dữ liệu lên SQL .................................................. 83
Hình 4-43 Lập trình Webserver bằng Visual Studio.................................................... 84
Hình 5-1 Hệ thống sau khi hồn chỉnh ........................................................................ 85
Hình 5-2 Tủ điện khi đang hoạt động ......................................................................... 85
Hình 5-3 Màn hình tổng quan hệ thống ...................................................................... 86
Hình 5-4 Màn hình điều khiển .................................................................................... 86
Hình 5-5 Màn hình điều khiển ở chế độ Manual ......................................................... 86
Hình 5-6 Màn hình giám sát ....................................................................................... 87
Hình 5-7 Màn hình cài đặt .......................................................................................... 87
Hình 5-8 Màn hình cảnh báo ...................................................................................... 87
Hình 5-9 Màn hình giám sát và điều khiển trên LabVIEW ......................................... 88
Hình 5-10 Dữ liệu hệ thống được lưu vào SQL Server ............................................... 88

Hình 5-11 Truy vấn dữ liệu hệ thống trên Webserver ................................................. 88
Hình 5-12 Trang tổng quan của Webserver ................................................................. 89
Hình 5-13 Giám sát hệ thống trên Webserver ............................................................. 89
Hình 5-14 Giao diện LabVIEW khi camera phát hiện vật vng ................................ 90
Hình 5-15 Giao diện HMI khi camera phát hiện vật vuông ......................................... 90

xvi


DANH MỤC BẢNG
Bảng 2-1 Bảng thông số DH ......................................................................................... 8
Bảng 3-1 Quy trình và yêu cầu của hệ thống............................................................... 19
Bảng 3-2 Thông số kỹ thuật nguồn Omron S8VS – 12024.......................................... 21
Bảng 3-3 Thông số kỹ thuật module R04ENCPU ....................................................... 22
Bảng 3-4 Thông số kỹ thuật module R62P.................................................................. 23
Bảng 3-5 Thông số kỹ thuật module RX42C4 ............................................................ 24
Bảng 3-6 Thông số kỹ thuật module RY42NT2P ........................................................ 25
Bảng 3-7 Thông số kỹ thuật của Servo Amplifier MR-J4-20B .................................... 27
Bảng 3-8 Thông số kỹ thuật Modulet R16MTCPU ..................................................... 28
Bảng 3-9 Thông số kỹ thuật Module RD62P2E .......................................................... 30
Bảng 3-10 Thông số kỹ thuật màn hình HMI GS2110 – WTBD ................................. 31
Bảng 3-11 Thơng số kỹ thuật của MCB BHW-T10 C32 ............................................. 32
Bảng 3-12 Thông số kỹ thuật của MCB BH-D6 C20 .................................................. 33
Bảng 3-13 Thông số kỹ thuật cảm biến quang E3F-DS30C4 ...................................... 34
Bảng 3-14 Thơng số kỹ thuật van khí nén Airtac 3V210-08 ....................................... 34
Bảng 3-15 Thông số kỹ thuật của động cơ bước 42BYGP40-PG5.18 ......................... 37
Bảng 3-16 Thông số kỹ thuật Camera HBVCAM-F20216HD V22 ............................ 38
Bảng 3-17 Thông số bảng Denavit Hartenberg ........................................................... 41
Bảng 3-18 Bảng thông số chiều dài của robot. ............................................................ 42
Bảng 3-19 Thông số kỹ thuật động cơ servo Mitsubishi HG-KR23 ............................ 50

Bảng 3-20 Thông số kỹ thuật Hộp số APEX DYNAMICS AP060-S2-P2 ................... 50
Bảng 3-21 Thông số kỹ thuật hộp số PGX62-H-5 ....................................................... 51
Bảng 5-1 Kết quả thực nghiệm ................................................................................... 91

xvii


TÓM TẮT
Với đề tài “HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM SỬ DỤNG CÁNH TAY
ROBOT SCARA” nhóm sử dụng PLC iQ-R để lập trình điều khiển hệ thống. Sử dụng
động cơ AC servo của hãng Mitsubishi và R16MTCPU để điều khiển vị trí, góc quay
của robot SCARA ba bậc tự do. Hai băng tải đặt vng góc với nhau để tận dụng tối đa
không gian làm việc của robot. Robot và hai băng tải sẽ hoạt động luân phiên liên tục
đồng bộ giữa các quy trình giúp tăng khả năng xử lý của hệ thống, giảm tổn thất điện
năng cho việc dừng và khởi động lại của băng tải. Camera được đặt trong hộp đen gắn ở
đầu băng tải 1 nhằm mục đích phân loại sản phẩm theo hình dạng. Hộp đen được nhóm
tự thiết kế với chức năng giảm nhiễu do ánh sáng tự nhiên tác động vào quá trình xử lý
ảnh. Màn hình HMI và giao diện LabVIEW sẽ được dùng để điều khiển và giám sát hệ
thống. Nhóm có sử dụng Webserver để kiểm tra số lượng sản phẩm đã được phân loại
và dữ liệu được lưu trữ trên SQL server. Do đó có thể kiểm tra năng suất và sản lượng
của các nhà máy.

xviii


Chương 1: TỔNG QUAN

Chương 1. TỔNG QUAN
1.1. Đặt vấn đề
Trong cách mạng công nghiệp 4.0 việc ứng dụng tự động hóa, trí tuệ nhân tạo vào

sản xuất, kinh doanh là một xu hướng tất yếu nhằm tạo ra năng suất lao động cao. Trên
thế giới đã có nhiều nhà máy sử dụng toàn bộ hệ thống dây chuyền sản xuất tự động hóa,
đưa robot vào thay thế sức lao động của con người, giúp giảm lượng nhân công đáng kể,
nhưng vẫn tạo ra các sản phẩm tốt với độ chính xác cao.
Song song đó, với ứng dụng địi hỏi cần phải kiểm tra lỗi bề mặt, kiểm tra kí tự,
đọc và giải mã các loại mã vạch, QR code trong q trình kiểm tra tổng thể, xác định
hướng, vị trí, hình dạng sản phẩm, hàng hóa, linh kiện, bộ phận để phân loại và sắp xếp
đúng địa điểm thì những hoạt động thủ công của con người gần như không thể hoặc rất
tốn thời gian và chi phí thì mới thực hiện được. Nhưng với công nghệ tiên tiến hiện nay,
điều đó có thể thực hiện một cách dễ dàng, nhanh chóng và đem lại hiệu quả tốt nhất về
kinh tế bằng cách ứng dụng xử lý ảnh vào sản xuất.
Nhiều nước trên thế giới nắm bắt xu hướng này đã sớm sử dụng Robot kết hợp
với camera vào trong sản xuất như Mỹ, Nhật, Pháp,… với nhiều dòng sản phẩm của các
hãng như: Mitsubishi, ABB…Các cánh tay robot phổ biến như MELFA FR Series,…
Nhận thấy được xu hướng trên tồn cầu hiện tại nhóm đi đến quyết định lựa chọn
đề tài “HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM SỬ DỤNG CÁNH TAY ROBOT
SCARA” nhằm mục đích xây dựng một hệ thống mang tính ứng dụng cao vừa để học
tập, nghiên cứu và vừa để có thể cải tiến hơn so với các hệ thống hiện nay.

1.2. Mục tiêu
Đề tài được nghiên cứu sử dụng PLC và các thiết bị như cánh tay Robot, HMI,
cảm biến, camera để xây dựng mô hình phân loại sản phẩm có thể hoạt động tốt, chính
xác. Mục tiêu cụ thể bao gồm:
 Hệ thống phân loại được sản phẩm theo hình dạng (trịn, vng, lục giác) với
độ chính xác hơn 80%.
 Tốc độ phân loại trên 5 sản phẩm/phút.
 Nhận diện được sản phẩm với mọi góc lệch khác nhau.
1

Chương 1: TỔNG QUAN






Robot gắp sản phẩm và đặt đúng vị trí quy định trong hộp.
Phát hiện và loại bỏ các sản phẩm bị lỗi.
Thiết kế giao diện giám sát và điều khiển hệ thống trên HMI và PC.
Truy vấn dữ liệu hệ thống trên Webserver.

1.3. Nội dung nghiên cứu
Đề tài “HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM SỬ DỤNG CÁNH TAY
ROBOT SCARA” gồm các nội dung như sau:
 Chương 1: TỔNG QUAN
Ở chương này nhóm đặt ra vấn đề, lý do chọn đề tài, mục tiêu, ý nghĩa thực tiễn
cũng như phạm vi của đề tài.
 Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Nguyên lý hoạt động của hệ thống, tổng quan về các khái niệm xử lý ảnh, PLC.
Sơ lược về SQL server, Webserver cũng như robot trong công nghiệp sẽ được trình bày
trong chương này.
 Chương 3: TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG
Ở chương này nhóm nêu lên những u cầu của hệ thống sau đó tính tốn và thiết
kế.
 Chương 4: THI CƠNG HỆ THỐNG
Ở chương này nhóm sẽ tiến hành thi công lắp đặt hệ thống dựa trên những tính
tốn và thiết kế ở trước.
 Chương 5: KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC
Kết quả đạt được của hệ thống sẽ được trình bày ở chương này.

 Chương 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
Dựa trên những kết quả đạt được nhóm sẽ nêu lên những kết luận và hướng phát
triển ở chương cuối cùng.

2


Chương 1: TỔNG QUAN

1.4. Giới hạn
Đề tài nhóm nghiên cứu có một số giới hạn như sau:
 Hệ thống chỉ có thể phân loại được những sản phẩm có hình dạng đã được quy
định từ trước như trịn, vng, lục giác.
 Hệ thống khơng đạt được độ chính xác tuyệt đối trong những điều kiện ánh sáng
khác nhau.
 Số lượng sản phẩm di chuyển trên băng tải không được liên tục mà phải có thời
gian trì hỗn tối thiểu là 10s.
 Tốc độ của băng tải trong quá trình hoạt động phải giữ ở mức cố định.
 Chỉ hút được những sản phẩm nhẹ với khối lượng < 1 kg và phải có bề mặt nhẵn.

3


Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1. Giới thiệu về hệ thống
Băng tải cấp sản phẩm và băng tải cấp hộp đựng được đặt vng góc với nhau,
robot sẽ được đặt giữa 2 băng tải. Khi hoạt động, băng tải chứa sản phẩm cần phân loại
sẽ đi qua khu vực xử lý ảnh (gồm 1 camera nằm trong hộp đen). Camera sau khi thu

nhận hình ảnh sẽ được xử lý thông qua phần mềm LabVIEW, dữ liệu sẽ được truyền
xuống PLC.
PLC sẽ ra lệnh điều khiển các động cơ Servo tạo thành hành động cho robot thực
thi gắp sản phẩm từ băng tải 1 vào hộp trên băng tải 2. Các quá trình này sẽ được đồng
bộ với nhau. Các thông số của hệ thống, trạng thái của các khâu sẽ được hiển thị lên màn
hình HMI, giao diện LabVIEW trên máy tính.
Số liệu liên quan đến hệ thống sẽ được lưu trên SQL server và gửi lên Webserver
để giám sát.

2.2. Tổng quan về hệ thống phân loại sản phẩm hiện nay
Hệ thống phân loại là một giải pháp công nghiệp thay thế con người thực hiện các
khâu phân loại sản phẩm, từ thực hiện bằng tay chuyển đổi sang sử dụng các hệ thống
tự động hóa để phân chia sản phẩm theo từng đặc tính mà người sử dụng quy định. [1]
Một số ứng dụng của hệ thống phân loại trong thực tế hiện nay như:





Ngành chuyển phát nhanh.
Ngành công nghiệp nhẹ.
Ngành công nghiệp may mặc.
Ngành công nghiệp dược phẩm.

Các loại hệ thống phân loại đang hiện hành ngồi thị trường hiện nay có thể kể
tên như:





Hệ thống phân loại Cross belt – Sorter (Hình 2-1).
Hệ thống phân loại Vertical Crossbelt (Hình 2-2).
Hệ thống phân loại Pop – Up (Hình 2-3).
Hệ thống phân loại Wave – Sorter (Hình 2-4).

4


Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Hình 2-1 Hệ thống phân loại Cross belt – Sorter [1]

Hình 2-2 Hệ thống phân loại Vertical Crossbelt [1]

Hình 2-3 Hệ thống phân loại Pop – Up [1]

Hình 2-4 Hệ thống phân loại Wave – Sorter [1]

5