Phân loại sản phẩm và sắp xếp theo trật tự bằng Delta Robot

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Ngành: CNKT Điều khiển và Tự động hóa

PHÂN LOẠI SẢN PHẨM ỨNG DỤNG ROBOT

GVHD: TS. TRẦN MẠNH SƠN
SVTH: LÊ VÕ VIỆT
18151148
NGƠ TẤN THANH 18151118
KHĨA: 2018


Tp. Hồ Chí Minh, tháng 08 năm 2022
CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
----o0o----

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2022

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT
NGHIỆP
Họ và tên sinh viên 1: LÊ VÕ VIỆT

MSSV: 18151148

Họ và tên sinh viên 2: NGÔ TẤN THANH

MSSV: 18151118

Ngành: Công Nghệ Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa
Hệ đào tạo: Đại học chính quy
Khóa: 2018 – 2022
Lớp: 18151CL2A
I. TÊN ĐỀ TÀI: PHÂN LOẠI SẢN PHẨM ỨNG DỤNG ROBOT
II. NHIỆM VỤ
1. Các tài liệu ban đầu:
- Tài liệu về xử lý ảnh và thư viện EmguCV
- Tài liệu về mơ hình robot Delta
- Tài liệu về bộ điều khiển PLC, Arduino
- Tài liệu về động cơ servo và driver
2. Nội dung thực hiện:
- Tìm hiểu cơ sở lý thuyết và kết nối phần điện
- Cải tiến robot Delta
- Viết chương trình xử lý ảnh nhận diện màu sắc và góc xoay
- Viết chương trình điều khiển robot Delta
- Hồn thiện phần cứng và kiểm chứng mơ hình
- Chạy thử nhiều lần, chỉnh sửa hệ thống
- Nhận xét và kết luận
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 02/2022
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 21/06/2022
V. HỌ VÀ TÊN GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN: TS. TRẦN MẠNH SƠN
GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
(Ký và ghi rõ họ tên)

BỘ MƠN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN
(Ký tên & đóng dấu)

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
----o0o----

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2022

LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ
ÁN TỐT NGHIỆP
Họ và tên sinh viên 1: LÊ VÕ VIỆT

MSSV: 18151148

Họ và tên sinh viên 2: NGÔ TẤN THANH

MSSV: 18151118

Tên đề tài: PHÂN LOẠI SẢN PHẨM ỨNG DỤNG ROBOT
Tuần/ngày

Nội dung

Xác nhận
GVHD

1

Đăng kí đề tài đồ án

2

Liên hệ GVHD

3

Giáo viên hướng dẫn giao đề tài

4

Tìm hiểu về robot Delta

5

Tìm hiểu, cải tiến phần cứng

6

Tìm hiểu cơ sở lý thuyết xử lý ảnh, mơ hình robot
Delta

7, 8

Thiết kế, cải tiến mơ hình trên Solidworks

9,10,11

Viết chương trình xử lý ảnh nhận diện màu sắc,
nhận diện góc

13, 14

Viết chương trình điều khiển robot Delta

15,16

Viết chương trình cho khớp xoay

17,18

Thiết kế giao diện cho mơ hình

19, 20

Hồn thiện mơ hình

21, 22, 23

Chạy thử nghiệm nhiều lần, quay lại clip, viết báo
cáo

24, 25 , 26

Điều chỉnh mơ hình và hồn thiện báo cáo
Tp. Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2022
Giáo viên hướng dẫn
(Ký và ghi rõ họ tên)

ii

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
----o0o----

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2022

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO
VIÊN HƯỚNG DẪN
Họ và tên sinh viên 1: Lê Võ Việt

MSSV: 18151148

Họ và tên sinh viên 2: Ngô Tấn Thanh

MSSV: 18151118

Chuyên ngành: Công Nghệ Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa
Hệ đào tạo: Đại học chính quy
Khóa: 2018 – 2022

Lớp: 18151CL2A

Họ và tên Giảng viên hướng dẫn: TS. TRẦN MẠNH SƠN
Tên đề tài: PHÂN LOẠI SẢN PHẨM ỨNG DỤNG ROBOT
NHẬN XÉT:
1. Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện:
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
2. Ưu điểm

................................................................................................................................
................................................................................................................................
3. Khuyết điểm
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
4. Đề nghị cho bảo vệ hay không?
................................................................................................................................
5. Đánh giá loại:
................................................................................................................................
6. Điểm:

(Bằng chữ:)
Tp.Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2022
Giáo viên hướng dẫn

iii


Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
----o0o----

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2022

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO
VIÊN PHẢN BIỆN
Họ và tên sinh viên 1: Lê Võ Việt

MSSV: 18151148

Họ và tên sinh viên 2: Ngô Tấn Thanh

MSSV: 18151118

Chuyên ngành: Cơng Nghệ Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa
Hệ đào tạo: Đại học chính quy
Khóa: 2018 – 2022

Lớp: 18151CL2A

Họ và tên Giảng viên hướng dẫn: TS. TRẦN MẠNH SƠN
Tên đề tài: PHÂN LOẠI SẢN PHẨM ỨNG DỤNG ROBOT
NHẬN XÉT:
1. Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện:
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
2. Ưu điểm
................................................................................................................................
................................................................................................................................
3. Khuyết điểm
................................................................................................................................
................................................................................................................................
4. Đề nghị cho bảo vệ hay khơng?
................................................................................................................................
5. Đánh giá loại:
................................................................................................................................

6. Điểm:

(Bằng chữ: )
Tp.Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2022
Giáo viên hướng dẫn
(Ký và ghi rõ họ tên)

LỜI CẢM ƠN
iv


Đối với một sinh viên trường đại học SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ
HỒ CHÍ MINH, đồ án tốt nghiệp là một minh chứng cho những kiến thức đã có
được sau bốn năm học tập. Trong q trình hồn thành đồ án tốt nghiệp, ngoài
những cố gắng của bản thân, chúng em sẽ khơng thể nào hồn thành tốt được cơng
việc của mình nếu khơng có sự chỉ bảo và hướng dẫn tận tình của Thầy Trần Mạnh
Sơn. Chúng em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành sâu sắc nhất tới thầy.
Ngồi ra trong suốt q trình học tập chúng em luôn nhận được sự quan tâm,
hướng dẫn và giúp đỡ tận tình của các thầy, cơ giáo trong Khoa đào tạo Chất lượng
cao và Khoa Điện-Điện tử. Chúng em vô cùng cảm ơn.
Chúng em cũng xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến gia đình, người thân, bạn bè
đã giúp đỡ, động viên chúng em hoàn thành khóa luận tốt nghiệp này.
Chúng em xin trân trọng cảm ơn!
Sinh viên thực hiện

Lê Võ Việt
Ngô Tấn Thanh

v


LỜI CAM ĐOAN

Chúng em xin cam kết các nội dung nghiên cứu được trình bày về luận văn tốt
nghiệp này được thực hiện bởi chính chúng em. Các đoạn trích và hình ảnh được sử
dụng trong luận văn được đính kèm các tài liệu tham khảo của họ, được công khai
theo đúng quy tắc.
Người thực hiện đề tài
Sinh viên 1
Sinh viên 2
Ngô Tấn Thanh
Lê Võ Việt

vi


TÓM TẮT
ĐỀ TÀI: PHÂN LOẠI SẢN PHẨM ỨNG DỤNG ROBOT
SINH VIÊN THỰC HIỆN:
LÊ VÕ VIỆT

18151148

LỚP: 18151CL2A

NGÔ TẤN THANH

18151118

LỚP: 18151CL2B

NỘI DUNG: Cải tiến mơ hình robot Delta với u cầu sử dụng xử lý ảnh phân loại
màu sắc và xử lý góc quay sao cho robot phân loại đúng và đưa sản phẩm ra cùng

một góc cố định. Sau q trình thực hiện, mơ hình của nhóm đã hoạt động đúng u
cầu mà nhóm đã đề ra. Trong q trình làm việc, nhóm em đã dần nắm được kiến
thức về xử lý ảnh, điều khiển động cơ AC servo, sử dụng PLC và Arduino.

vii


ABSTRACT
PROJECT TITLE: CLASSIFICATION PRODUCTS EMPLOYING ROBOT
AND IMAGE PROCESSING
STUDENT NAMES:
LÊ VÕ VIỆT

18151148

LỚP: 18151CL2A

NGÔ TẤN THANH

18151118

LỚP: 18151CL2B

CONTENT: Improved Delta robot model with the requirement to use color grading
image processing and rotation angle processing so that the robot correctly classifies
and brings out the product at the same fixed angle. After the implementation
process, the group's model worked according to the requirements set by the group.
During the working process, the group gradually gained knowledge about image
processing, servo motor control, PLC and Arduino use.

viii


MỤC LỤC
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP................................................................................................i
LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP....................................................................ii
PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN..............................................................iii
PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN.................................................................iv
LỜI CẢM ƠN..................................................................................................................................v
LỜI CAM ĐOAN...........................................................................................................................vi
TÓM TẮT......................................................................................................................................vii
ABSTRACT..................................................................................................................................viii
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN...................................................................................1
1.1

Lý do chọn đề tài..............................................................................................................1

1.2

Mục tiêu nghiên cứu........................................................................................................1

1.3

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu...................................................................................1

1.3.1

Đối tượng nghiên cứu..............................................................................................1

1.3.2

Phạm vi nghiên cứu.................................................................................................2

1.4

Cách tiếp cận, phương pháp nghiên cứu........................................................................2

1.4.1

Cách tiếp cận............................................................................................................2

1.4.2

Phương pháp nghiên cứu........................................................................................2

1.5

Nội dung nghiên cứu........................................................................................................2

1.6

Bố cục cuốn báo cáo........................................................................................................3

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT...............................................................................................1
2.1

Giới thiệu Robot Delta....................................................................................................1

2.2 Tổng quan về công nghệ xử lý ảnh.......................................................................................2
2.2.1 Các khái niệm về xử lí ảnh.............................................................................................2

2.2.2 Màu RGB........................................................................................................................2
2.2.3 Khơng gian màu HSV.....................................................................................................2
2.2.4 Xử lý hình thái học.........................................................................................................4
2.3 Các phần mềm liên quan.......................................................................................................7
2.3.1 Phần mềm Visual Studio..................................................................................................7
2.3.2 Giới thiệu thư viện Emgu CV...........................................................................................8
2.3.3 MX Component................................................................................................................9
2.3.4 Bộ điều khiển PID...........................................................................................................14
2.3.5 Tổng quan về PLC........................................................................................................15
CHƯƠNG 3: NỘI DUNG THỰC HIỆN.....................................................................................17
3.1

Phương trình động học robot Delta..............................................................................17
ix


3.1.1

Cấu tạo robot song song Delta..............................................................................17

3.1.2 Động học thuận Robot..................................................................................................18
3.1.3 Động học nghịch...........................................................................................................21
3.2

Thiết kế và thi công hệ thống........................................................................................24

3.2.1 Gia công băng tải..........................................................................................................24
3.2.2 Gia công khung robot...................................................................................................25
3.2.3 Gia công cánh tay robot...............................................................................26
3.2.4 Gia công bộ phận truyền động.................................................................28

3.2.5 Gia công phần khớp xoay.............................................................................................29
3.3 Lựa chọn thiết bị..................................................................................................................30
3.3.1 Công tắc hành trình......................................................................................................30
3.3.2 Cơ cấu hút vật...............................................................................................................31
3.3.3 Bơm hút chân khơng Micro 24V (Micro Air).............................................................31
3.3.4 Động cơ cho khớp xoay................................................................................................32
3.3.5 Nguồn tổ ong.................................................................................................................33
3.3.6 Điều khiển động cơ L298..............................................................................................34
3.3.7 Arduino mega 2560.......................................................................................................34
3.3.8 Sơ đồ kết nối động cơ...................................................................................................35
3.3.9 Động cơ bước................................................................................................................36
3.3.10 Driver điều khiển động cơ Micro step TB6600.........................................................37
3.3.11 Sơ đồ kết nối động cơ bước với Arduino...................................................................38
3.3.12 Driver MR-J2S-10A...................................................................................................38
3.3.13 Động cơ AC servo HC-MFS13...................................................................................40
3.3.14 Hộp số giảm tốc...........................................................................................................43
3.3.15 Wedcam Xiaomi Youpin Xiao...................................................................................44
3.3.16 PLC Mitsu FX5UJ......................................................................................................45
3.4 Thi công hệ thống................................................................................................................47
3.4.1 Thi công tủ điện............................................................................................................47
3.4.2 Mơ hình hồn chỉnh của robot.....................................................................................48
3.5 Giải thuật và chương trình điều khiển...............................................................................49
3.5.1 Quy trình điều khiển....................................................................................................49
3.5.2 Quy trình xử lý ảnh......................................................................................................51
3.5.3 Phương pháp chuyển đổi tọa độ khung hình sang tọa độ của hệ robot....................52
3.5.4 Thiết kế giao diện điều khiển.......................................................................................54
CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC.........................................................................................57
4.1

Kết quả thực hiện..........................................................................................................57

x


4.1.1

Phần cứng...............................................................................................................57

4.1.2

Phần mềm...............................................................................................................57

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN....................................................................................62
1.

Kết luận..............................................................................................................................62
1.1 Mục tiêu đã đạt được.......................................................................................................62
1.2 Hạn chế còn tồn tại..........................................................................................................62

2.

Hướng phát triển...............................................................................................................62

TÀI LIỆU THAM KHẢO.....................................................................................................................63
Phụ lục 1: Chương trình Arduino tiêu biểu....................................................................................64
Phụ lục 2: Chương trình Visual studio tiêu biểu............................................................................66

xi


DANH MỤC HÌNH Ả

Hình 2. 1: Robot delta dùng khớp xoay.............................................................................................1
Hình 2. 2: Robot delta dùng khớp trượt.............................................................................................2
Hình 2. 3: Hệ màu RGB....................................................................................................................2
Hình 2. 4: Thơng số H (hue) về vùng màu........................................................................................3
Hình 2. 5: Thơng số S (saturation) về độ bão hịa..............................................................................3
Hình 2. 6: Thơng số B (brigh) về độ sáng.........................................................................................3
Hình 2. 7: Mối liên hệ giữa thơng số S và V (saturation và Value)...................................................4
Hình 2. 8: Phép tốn giãn nở ảnh......................................................................................................4
Hình 2. 9: Phép tốn co ảnh...............................................................................................................5
Hình 2.10: Hình ảnh sau khi đã được co và dãn ảnh.........................................................................5
Hình 2. 11: Một số vi dụ về vật thể sau khi được nhận diện..............................................................6
Hình 2. 12: Biểu tượng phần mềm ở một số phiên bản.....................................................................7
Hình 2. 13: Giao diện khi mở phần mềm.........................................................................................10
Hình 2. 14: Thực hiện khởi tạo Logical station number..................................................................11
Hình 2. 15: Chọn kiểu giao tiếp và CPU phù hợp...........................................................................11
Hình 2. 16: Chọn Adapter tương ứng..............................................................................................12
Hình 2. 17: Chọn loại Station thích hợp..........................................................................................12
Hình 2. 18: Đặt tên cho thiết bị.......................................................................................................13
Hình 2. 19: Sau khi hồn thành cài đặt Communication..................................................................13
Hình 2. 20: Sơ đồ thuật tốn PID....................................................................................................14
Hình 2. 21: Biểu trưng của phần mềm GX Works3.........................................................................16
Hình 3. 1: Cấu tạo robot Delta.........................................................................................................17
Hình 3. 2: Mơ hình động học robot Delta........................................................................................18
Hình 3. 3: Giao điểm 3 hình cầu......................................................................................................19
Hình 3. 4: Tọa độ các điểm hình chiếu trên mặt phẳng Oxy............................................................19
Hình 3. 5: Các thơng số về mơ hình robot.......................................................................................21
Hình 3. 6: Mặt phẳng YZ................................................................................................................22
Hình 3. 7: Hệ tọa độ quy chiếu........................................................................................................23
Hình 3. 8: Khung băng tải...............................................................................................................25
Hình 3. 9: Khung cố định robot.......................................................................................................25

Hình 3. 10: Mặt đế của khung robot................................................................................................26
Hình 3. 11: Khớp bi cầu..................................................................................................................27
Hình 3. 12: Cánh tay robot delta......................................................................................................27
Hình 3. 13: Cánh tay địn của cánh tay robot...................................................................................28
Hình 3. 14: Cơ cấu truyền động của robot.......................................................................................28
Hình 3. 15: Thiết kế khớp xoay.......................................................................................................29
Hình 3. 16: Khớp xoay sau khi thiết kế...........................................................................................29
Hình 3. 17: Khớp xoay thực tế........................................................................................................30
Hình 3. 18: Cơng tắc hành trình......................................................................................................30
Hình 3. 19: Giác hút........................................................................................................................31
Hình 3. 20: Đơng cơ hút chân khơng...............................................................................................31
Hình 3. 21: Động cơ DC giảm tốc GA25 Encoder 60RPM.............................................................32
Hình 3. 22: Sơ đồ dây của động cơ GA25.......................................................................................33
Hình 3. 23: Nguồn tổ ơng................................................................................................................33
Hình 3. 24: Sơ đồ dây của một số nguồn tổ ơng..............................................................................33
Hình 3. 25: Động cơ LM298...........................................................................................................34
xii


Hình 3. 26: Arduino 2560................................................................................................................35
Hình 3. 27: Sơ đồ kết nối động cơ GA25, LM298 và arduino.........................................................36
Hình 3. 28: Động cơ step.................................................................................................................36
Hình 3. 29: Driver điều khiển động cơ step TP6600.......................................................................37
Hình 3. 30: Sơ đồ kết nối TP6600 với động cơ step........................................................................38
Hình 3. 31: Sơ đồ kết nối step và arduino........................................................................................38
Hình 3. 32: Driver MR-J2S-10A.....................................................................................................39
Hình 3. 33: Bố trí thứ tự chận cả jack kết nối..................................................................................39
Hình 3. 34: Động cơ servo HC-MFS13...........................................................................................41
Hình 3. 35: Cấu tạo encoder............................................................................................................42
Hình 3. 36: Sơ đồ kết nối Driver MR-J2S-10A và sMotor HC-MFS13...........................................43

Hình 3. 37: Hộp số giảm tốc............................................................................................................43
Hình 3. 38: Webcam XIAOVV HD USB WEBCAM.....................................................................45
Hình 3. 39: Hình dạng của PLC FX5UJ..........................................................................................45
Hình 3. 40: Bố trí sơ đồ chân PLC..................................................................................................47
Hình 3. 41: Tủ điều khiển................................................................................................................47
Hình 3. 42: Sơ đồ kết nối PLC với các thiết bị................................................................................48
Hình 3. 43: Mơ hình thực tế của hệ thống.......................................................................................48
Hình 3. 44: Quy trình điểu khiển robot............................................................................................50
Hình 3. 45: Lưu đồ xử lý ảnh..........................................................................................................51
Hình 3. 46: Hệ tọa độ quy đổi.........................................................................................................52
Hình 3. 47: Trang khởi tạo cho giao diện điều khiển.......................................................................53
Hình 3. 48: Chế độ điều khiển manual............................................................................................54
Hình 3. 49: Chế độ điểu khiển Auto................................................................................................54
Hình 3. 50: Trang cài đặt các thơng số ban đầu...............................................................................55
Hình 4. 1: Tổng quan về hệ thống...................................................................................................56
Hình 4. 2: Nhận dạng vật màu xanh................................................................................................57
Hình 4. 3: Nhận dạng vật màu đỏ....................................................................................................57
Hình 4. 4: Nhận dạng vật màu vàng................................................................................................58
Hình 4. 5: Nhận dạng vật màu đó với góc xoay...............................................................................58
Hình 4. 6: Nhận dạng vật màu xanh với góc xoay...........................................................................59
Hình 4. 7: Robot đang tiến hành gắp vật màu đỏ.............................................................................59
Hình 4. 8: Robot hạ và thả vật.........................................................................................................60
Hình 4. 9: Robot hút vật màu xanh..................................................................................................60
Y

xiii


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
AC: Alternating Current

DC: Direct Current
GND: Ground
HSV: Hue, Saturation, Value
IDE: Integrated Design Environment
LS: Limit Switch
NC: Normally Close
NO: Normally Open
PC: Personal Computet
PID (Proportional Integral Derivative)
PLC: Programmable Logic Controller
PWM: Pulse-width modulation
RGB: Red Green & Blue
USB: Universal Serial Bus

xiv


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO

111Equation Chapter (Next) Section 1CHƯƠNG 1: GIỚI
THIỆU TỔNG QUAN
1.1 Lý do chọn đề tài
Trong q trình cơng nghiệp hóa hiện đại hóa, các nhà khoa học đã nghiên cứu
chế tạo các loại robot để phục vụ sản xuất. Với quá trình phát triển của các robot
công nghiệp, loại robot mới ra đời thay thế dần các loại robot trước đây, đó là robot
song song, với đặc tính nổi trội so với robot cổ điển như:
- Khả năng chịu tải lớn.
- Độ cứng vững cao do kết cấu hình học của chúng hợp lí.

- Các lực tác động đồng thời được phân bố đều cho các chân, đồng thời lực tác
động lên các chân của robot đều là lực kéo (hay nén) nhờ các cấu trúc của robot.
- Các robot song song không cần làm việc trên bệ đỡ và có thể di chuyển tới
mọi nơi trong mơi trường sản xuất do có khối lượng và kích thước tương đối nhỏ.
- Năng suất làm việc cao.
- Giá thành robot song song sử dụng trong gia công rẻ hơn nhiều so với các
máy CNC có tính năng tương đương.
Với tính ưu việt cao, các robot song song ngày càng thu hút được nhiều nhà
khoa học nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi các loại robot trong nhiều lĩnh vực.
Chính vì những lý do trên, chúng em quyết định chọn đề tài “Phân loại sản
phẩm ứng dụng robot” cụ thể là sử dụng robot Delta để phân loại sản phẩm một
cách linh hoạt dựa vào màu sắc và góc xoay của sản phẩm, ứng dụng trong các dây
chuyền sản xuất.
1.2 Mục tiêu nghiên cứu
Mục tiêu nghiên cứu của đề tài là chế tạo thành công robot Delta có khả năng
phân loại sản phẩm linh hoạt theo màu sắc và sắp xếp sản phẩm theo trật tự.
1.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
1.3.1 Đối tượng nghiên cứu
- Nghiên cứu tổng quan về robot song song.
- Nghiên cứu lý thuyết và giải bài toán động học của robot song song
- Nghiên cứu và thiết kế và chế tạo mơ hình cơ khí của robot song song.
Nghiên cứu lựa chọn và chế tạo các mạch điện sử dụng để điều khiển robot
- Thuật toán xử lý ảnh để phân loại sản phẩm và tính tốn góc xoay
- Phần mềm trên máy tính để tính tốn xử lý ảnh và tính động học của robot để
điều khiển các động cơ, điều khiển băng tải, viết giao diện chương trình điều khiển
cho hệ thống
1


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO

1.3.2 Phạm vi nghiên cứu
- Nghiên cứu tổng quan về robot song song, cụ thể là robot Delta.
- Nghiên cứu lý thuyết và giải bài toán động học của robot Delta.
- Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo mơ hình cơ khí của robot Delta. Nghiên cứu
lựa chọn sử dụng động cơ AC Servo cho robot Delta.
- Thuật toán xử lý ảnh chuyển hệ màu sang HSV tiến hành các bước xử lý ảnh
để phân loại sản phẩm theo màu sắc và tính tốn góc xoay
- Phần mềm trên máy được viết bằng ngơn ngữ lập trình C#, dùng để tính tốn
động học và xử lý ảnh, sau đó thơng qua phần mềm MX Component để kết nối với
phần mềm điều khiển PLC GX Works3 và kết nối với Arduino tiến hành điều khiển
robot và khớp xoay
1.4 Cách tiếp cận, phương pháp nghiên cứu
1.4.1 Cách tiếp cận
- Tiếp cận các lý thuyết liên quan như lý thuyết về xử lý ảnh, lý thuyết vể
robot, lý thuyết điều khiển động cơ bước, lý thuyết điều khiển AC Servo, lý thuyết
điều khiển động cơ giảm tốc……
- Tiếp cận theo cách ứng dụng các lý thuyết ở trên để phát triển một sản phẩm
robot Delta demo có thể lắp ráp thử nghiệm thực tế
1.4.2 Phương pháp nghiên cứu
Đề tài sử dụng tổng hợp các phương pháp nghiên cứu sau:
- Phương pháp nghiên cứu lý thuyết
- Phương pháp thực nghiệm
1.5 Nội dung nghiên cứu
- Tổng hợp tài liệu về tính tốn động học thuận và nghịch của robot Delta, từ
đó xây dựng thuật tốn giải bài tốn động học thuận/ động học nghịch.
- Tìm hiểu tài liệu về điều khiển động cơ AC Servo, tài liệu sử dụng các phẩn
mềm liên quan (C#.NET, GX Works3, Arduino, MX Component)

- Tính tốn thiết kế và cải tiến mơ hình cơ khí cho robot đảm bảo độ chính xác
và độ vững cứng cần thiết, đáp ứng nhu cầu điều khiển linh hoạt, chính xác.
- Chế tạo mơ hình thực nghiệm robot Delta
- Tìm hiểu các phương pháp điều khiển, xây dựng thuật tốn và chương trình
điều khiển.
- Tìm hiểu về phương pháp xử lý ảnh để phân loại sản phẩm, góc lệch so với
băng tải.

2


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO

- Điều khiển thực hiện các công việc yêu cầu, cụ thể là nhận diện phân loại
được màu sắc, bỏ vật vào đúng vị trí, khi vật lệch một góc bất kì thì sử dụng khớp
xoay để sắp xếp vật đúng vị trí.
1.6 Bố cục cuốn báo cáo
Nội dung của cuốn báo cáo bao gồm 5 phần:
Chương 1: Giới thiệu tổng quan
Chương 2: Cơ sở lý thuyết
Chương 3: Nội dung thực hiện
Chương 4: Kết quả đạt được
Chương 5: Kết luận và hướng phát triển

3


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO

22Equation Section 2CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1 Giới thiệu Robot Delta
Khái niệm robot có cấu trúc song song được Gough và Whitehall đưa ra vào
năm 1962. Ngày nay, Delta robot (robot song song là một loại robot được sử dụng
nhiều trong cơng nghiệp, đặc biệt là khâu phân loại và đóng gói sản phẩm nhờ vào
đặc tính có tốc độ và độ chính xác cao).
Robot Delta có cơ cấu động học song song ba bậc tự do, cấu trúc vịng kín.
Trong đó có 3 nhánh, với mỗi nhánh, một đầu được nối vào giá di động thơng qua
cơ cấu hình bình hành. Với cấu trúc hình học như vậy nên giá di động ln định
hướng và chỉ có thể chuyển động tịnh tiến theo ba trục XYZ.
Dựa vào đặt tính của các khớp của robot mà ta có thể phân loại robot delta làm
2 dạng chính:
- Robot delta hoạt động theo 3 khớp xoay: đối với loại này thường được ứng
dụng để gắp và thả các vật có kích thước vừa phải từ trên các băng truyền để ứng
dụng vào việc phân loại cũng như để đóng gói. Bên cạnh đó, nó cịn được ứng dụng
trong các dây chuyển sản xuất thực phẩm và y học.

Hình 2. 1: Robot delta dùng khớp xoay.
- Robot hoạt động theo kiểu các khớp trượt: Đa phần loại này được sử dụng
trong các loại máy in 3D.

4


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO

Hình 2. 2: Robot delta dùng khớp trượt.
2.2 Tổng quan về công nghệ xử lý ảnh
2.2.1 Các khái niệm về xử lí ảnh
Xử lý ảnh là một phân ngành trong xử lý số tín hiệu với tín hiệu xử lý là ảnh.
Đây là một phân ngành khoa học mới rất phát triển trong những năm gần đây. Xử lý
ảnh gồm 4 lĩnh vực chính: xử lý nâng cao chất lượng ảnh, nhận dạng ảnh, nén ảnh
và truy vấn ảnh.
2.2.2 Màu RGB
Mơ hình màu RGB sử dụng mơ hình bổ sung trong đó ánh sáng đỏ, xanh lục và
xanh lam được tổ hợp với nhau theo nhiều phương thức khác nhau để tạo thành các
màu khác. Từ viết tắt RGB trong tiếng Anh có nghĩa là đỏ (red), xanh lục (green) và
xanh lam (blue), là ba màu gốc trong các mơ hình ánh sáng bổ sung.

Hình 2. 3: Hệ màu RGB.
2.2.3 Khơng gian màu HSV
Không gian màu HSV không giống như màu RGB là sử dụng các hệ màu cơ
bản, HSV gần gũi với người sử dụng về cách cảm nhận màu sắc.
Không gian màu HSV (còn được gọi là HSB) là một phương thức để mô tả màu
sắc một cách tự nhiên.
Bánh xe màu HSV được mơ tả dưới dạng hình nón hoặc hình trụ, nhưng ln có
3 thành phần sau:
5