Đồ Án Tốt Nghiệp Mô Hình Cánh Tay Robot Phân Loại Sản Phẩm Theo Mã Qr.pdf
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.45 MB, 94 trang )
<span class="text_page_counter">Trang 1</span><div class="page_container" data-page="1">
TRƯỜNG CAO ĐẲNG KỸ THUẬT CAO THẮNG KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP
</div><span class="text_page_counter">Trang 2</span><div class="page_container" data-page="2">TRƯỜNG CAO ĐẲNG KỸ THUẬT CAO THẮNG KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP
</div><span class="text_page_counter">Trang 3</span><div class="page_container" data-page="3">LỜI CẢM ƠN
Nhóm thực hiện đề tài xin gửi lời cảm ơn chân thành và sự tri ân sâu sắc đối với các thầy cô của trường, đặc biệt là các thầy cô khoa ĐIỆN – ĐIỆN TỬ của trường Cao đẳng Kỹ thuật Cao Thắng đã giảng dạy tận tình, truyền đạt những kiến thức bổ ích góp phần làm cơ sở, nền tảng cho chuyên ngành sau này.
Nhóm thực hiện đề tài xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy HUỲNH TRỌNG NHÂN giảng viên bộ mơn ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP đã trang bị cho nhóm thực hiện đề tài những kiến thức, kỹ năng cơ bản và chỉ bảo tận tình cho nhóm trong suốt q trình hồn thành đề tài đồ án này. Cảm ơn thầy đã nhiệt tình hướng dẫn nhóm thực hiện đề tài trong việc lựa chọn đề tài nghiên cứu, hướng tiếp cận và giúp nhóm chỉnh sửa những thiếu sót trong q trình nghiên cứu.
Trong thời gian làm đồ án tốt nghiệp, nhóm thực hiện đề tài đã nhận được nhiều sự giúp đỡ, đóng góp ý kiến và chỉ bảo nhiệt tình của thầy cô, sự động viên của bạn bè.
Do kiến thức và kinh nghiệm của nhóm thực hiện đề tài còn hạn chế, thời gian ngắn, tài liệu tham khảo không nhiều, chắc chắn đồ án này không thể tránh khỏi những chỗ thiếu sót. Nhóm thực hiện đề tài rất mong nhận được ý kiến đóng góp từ phía Thầy, Cơ để có thể bổ sung những chỗ chưa chính xác, giúp nhóm thực hiện đề tài hồn thiện hơn và sẽ hồn thành tốt hơn.
Nhóm thực hiện đề tài xin chân thành cảm ơn.
TP.HCM, ngày....tháng....năm 2022 Nhóm thực hiện Đồn Trần Cơng Q Nguyễn Ngọc Thiện
</div><span class="text_page_counter">Trang 4</span><div class="page_container" data-page="4">NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN
Về tinh thần, thái độ làm việc của sinh viên:
Đánh giá chung đề tài Xuất sắc Giỏi Khá Trung bình Yếu Đề nghị:
Được phản biện Không được bảo vệ
TP.HCM, ngày … tháng…..năm 2022 Giảng viên hướng dẫn (GV ký tên và ghi rõ họ tên)
</div><span class="text_page_counter">Trang 5</span><div class="page_container" data-page="5">1.4 Nhiệm vụ nghiên cứu...1
1.5 Mục tiêu nghiên cứu...2
Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT...3
2.4.1 Sơ lược về Webcam...9
2.4.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động...10
2.4.3 Ứng dụng...11
2.4.4 Thông số kỹ thuật webcam logitech C270...12
2.5 Arduino... 12
2.5.1 Tổng quan về Arduino...12
2.5.2 Cấu tạo phần cứng của Arduino...13
2.5.3 Giới thiệu vi điều khiển AVR...14
2.5.4 Các dòng Arduino...14
</div><span class="text_page_counter">Trang 6</span><div class="page_container" data-page="6">2.5.5 Ardunio Mega 2560...20
2.5.6 Thông số kỹ thuật...21
2.5.7 Sơ đồ chân Arduino Mega 2560...21
2.6 Giao thức UART (Universal Asynchronous Receiver / Transimitter)...22
2.7.3 Giao thức truyền dữ liệu...26
2.8 Cảm biến vật cản hồng ngoại E18-D80NK...28
</div><span class="text_page_counter">Trang 7</span><div class="page_container" data-page="7">2.15.3 Sơ đồ mạch và nguyên lý hoạt động...42
2.16 Module chuyển đổi I2C...43
</div><span class="text_page_counter">Trang 8</span><div class="page_container" data-page="8">4.4 Thi công Adruino...53
4.5 Thi cơng webcam...54
4.6 Thi cơng mơ hình hồn chỉnh...54
Chương 5 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN...55
</div><span class="text_page_counter">Trang 9</span><div class="page_container" data-page="9">DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 2.1 Phần mềm Visual Studio...3
Hình 2.2 Giao diện Visual Studio...4
Hình 2.3 Giao diện lựa chọn loại project...4
Hình 2.4 Giao diện cấu hình project...5
Hình 2.5 Màn hình làm việc Visual Studio...6
Hình 2.6 Giao diện code...6
Hình 2.7: Giao diện chính của Arduino...7
Hình 2.18: Truyền thơng UART...23
Hình 2.19: Sơ đồ kết nối mạng I2C...25
Hình 2.20: Sơ đồ kết nối mạng I2C...26
Hình 2.21: Điều kiện bắt đầu...26
Hình 2.22: Điều kiện kết thúc...27
Hình 2.23: Cảm biến vật cản hồng ngoại E18-D80NK...28
Hình 2.24: Sơ đồ chân E18-D80NK...29
Hình 2.25: Sơ đồ đấu nối NPN...29
Hình 2.26: Sơ đồ hệ thống...30
Hình 2.27: Mạch hạ áp 5A XL4015...31
</div><span class="text_page_counter">Trang 10</span><div class="page_container" data-page="10">Hình 2.28: Sơ đồ mạch XL4015...31
Hình 2.29: Động cơ Servo MG996R...32
Hình 2.30: Tín hiệu PWM...33
Hình 2.31: Điều khiển động cơ Servo...33
Hình 2.32: Kích thước động cơ Servo MG996R...34
Hình 3.2: Lưu đồ giải thuật...47
Hình 3.3: Sơ đồ nguyên lý khối xử lý trung tâm...49
Hình 3.4: Khối nguồn...50
Hình 3.5: Sơ đồ nguyên lý khối cảm biến...50
Hình 3.6: Sơ đồ nguyên lý khối hiển thị...50
Hình 3.7: Sơ đồ nguyên lý Sevro MG996...51
Hình 3.8: Sơ đồ nguyên lý khối vận chuyển...51
Hình 4.1: Giao diện hệ thống...52
Hình 4.2: Thi cơng cánh tay robot...52
Hình 4.3: Thi cơng LCD...53
</div><span class="text_page_counter">Trang 11</span><div class="page_container" data-page="11">Hình 4.4: Thi cơng Arduino...53 Hình 4.5: Thi cơng webcam...54 Hình 4.6: Thi cơng mơ hình hồn chỉnh...54
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1: Khả năng lưu trữ dữ liệu ... 9 Bảng 2.2: Khả năng sửa chữa lỗi ... 9
</div><span class="text_page_counter">Trang 12</span><div class="page_container" data-page="12">Chương 1 TỔNG QUAN 1.1 Tính cấp thiết đề tài
Sự phát triển của khoa học kỹ thuật ngày càng nhanh chóng góp phần nâng cao suất lao động. Đặc biệt sự ra đời và phát triển của công nghệ chế tạo robot nhằm tạo ra sự tự động hóa trong quá trình sản xuất giảm sức lao động bằng tay chân của người lao động.
Đối với nước ngoài thì robot đã được nghiên cứu và chế tạo để ứng dụng vào sản xuất đã có từ rất lâu. Riêng ở nước ta lĩnh vực này còn khá mới mẻ, chúng ta vẫn chưa có nhà náy nào có khả năng chế tạo các bộ phận cấu thành của tay máy đat chuẩn quốc tế
Nắm bắt được tình hình đó nên nhóm đã tìm hiểu và nghiên cứu, xây dựng và phát triển đề tài “Mơ hình cánh tay robot phân loại sản phẩm theo mã QR” để nâng cao năng suất lao động, phát triển công nghệ chế tạo robot nước ta và sử dụng đề tài này để làm đồ án tốt nghiệp của mình.
1.2 Tình hình nghiên cứu hiện nay
Với các cơng ty sản xuất, dịch vụ chuyển phát thì việc phân loại sản phẩm luôn là vấn đề quan trọng cần được quan tâm. Việc phân loại sản phẩm bằng tay sẽ khơng tránh được những sai sót như nhầm sản phẩm, thất lạc,…và vấn đề lợi nhuận kinh tế cũng khơng cao. Mơ hình nghiên cứu của nhóm sẽ giúp công ty nâng cao hiệu quả kinh tế, năng suất, đáp ứng được yêu cầu nhanh chóng tiện lợi của khách hàng.
Mơ hình áp dụng được trong rất nhiều ngành khác nhau như: phân loại sản phẩm trong các công ty chế biến thực phẩm, trong các kho chứa hàng,…
1.3 Mục đích nghiên cứu
Mơ hình “Mơ hình cánh tay robot phân loại sản phẩm theo mã QR” có thể được áp dụng rộng rãi trong cơng nghiệp. Số lượng sản phẩm sẽ được giám sát thông qua máy tính. Chỉ với 1 nhân viên thì chúng ta đã có thể phân loại sản phẩm và giám sát số lượng sản phẩm lớn.
1.4 Nhiệm vụ nghiên cứu
Trong nội dung đồ án này, nhóm thực hiện đề tài sẽ thực hiện những nhiệm vụ sau:
Trang 1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
</div><span class="text_page_counter">Trang 13</span><div class="page_container" data-page="13">- Dùng camera ghi hình mã QR đọc về máy tính và đọc dữ liệu lên Visual Studio. - Dùng Arduino điều khiển băng tải và phân loại sản phẩm.
- Giám sát và hiển thị số lượng lên Visual Studio. - Cánh tay robot gắp sản phẩm đặt đúng vào vị trí
- Xây dựng, thiết kế và thi cơng mơ hình phần cứng một cách tối ưu nhất. - Khắc phục lỗi, đưa ra đánh giá về mơ hình, cải thiện mơ hình, giúp mơ hình
càng hồn thiện hơn. 1.5 Mục tiêu nghiên cứu
Sau khi thực hiện xong đề tài, nhóm mong muốn đạt được những kết quả như sau:
- Nắm được những kiến thức cơ bản về Visual Studio.
- Mơ hình phân loại sản phẩm theo mã QR và giám sát số lượng sản phẩm. - Cánh tay robot gắp và đặt sản phẩm vào vị trí
Trang 2 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
</div><span class="text_page_counter">Trang 14</span><div class="page_container" data-page="14">Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Visual Studio
2.1.1 Mô tả
Visual studio là một phần mềm hỗ trợ đắc lực cho cơng việc lập trình website. Cơng cụ này được tạo lên và thuộc quyền sở hữu của ông lớn cơng nghệ Microsoft. Năm 1997, phần mềm lập trình nay có tên mã Project Boston. Nhưng sau đó, Microsoft đã kết hợp các cơng cụ phát triển, đóng gói thành sản phẩm duy nhất.
Visual Studio là hệ thống tập hợp tất cả những gì liên quan tới phát triển ứng dụng, bao gồm trình chỉnh sửa mã, trình thiết kế, gỡ lỗi. Tức là, bạn có thể viết code, sửa lỗi, chỉnh sửa thiết kế ứng dụng dễ dàng chỉ với 1 phần mềm Visual Studio mà thôi. Không dừng lại ở đó, người dùng cịn có thể thiết kế giao diện, trải nghiệm trong Visual Studio như khi phát triển ứng dụng Xamarin, UWP bằng XAML hay Blend vậy.
Phần mềm Visual studio được chia thành 2 phiên bản Visual Studio Enterprise và Visual Studio Professional, các phiên bản cao cấp có tính phí này được sử dụng nhiều bởi các công ty chuyên về lập trình. Bên cạnh đó, Microsoft cũng cho ra mắt phiên bản Community (phiên bản miễn phí) của gói phần mềm, cung cấp cho người dùng những tính năng cơ bản nhất, phù hợp với các đối tượng lập trình khơng chun, mới tiếp cận tìm hiểu về công nghệ (đối tượng nghiên cứu, nhà phát triển cá nhân, hỗ trợ dự án mở, các tổ chức phi doanh nghiệp dưới 5 người dùng).
Hình 2.1 Phần mềm Visual Studio
Trang 3 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
</div><span class="text_page_counter">Trang 54</span><div class="page_container" data-page="54">thiết bị hoạt động. Nguồn tổ ong này được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị công nghiệp.
Nguồn tổ ong 12V 10A Power Supply thích hợp với các hệ thống u cầu nguồn có cơng suất cao (dòng tải lớn ) như: Các hệ thống chiếu sáng led, led quảng cáo, camera, loa đài, máy in 3D
2.13.2 Thông số kỹ thuật
- Điện áp đầu vào 110VAC hoặc 220VAC thay đổi qua công tắc gạt bên trong. - Điện áp đầu ra 9VDC~14VDC chỉnh được thông qua núm chỉnh ADJ có sẵn
</div><span class="text_page_counter">Trang 55</span><div class="page_container" data-page="55">2.14.1 Tổng quan
Ngày nay, thiết bị hiển thị LCD (Liquid Crystal Display) được sử dụng trong rất nhiều các ứng dụng của VĐK. LCD có rất nhiều ưu điểm so với các dạng hiển thị khác: Nó có khả năng hiển thị kí tự đa dạng, trực quan (chữ, số và kí tự đồ họa), dễ dàng đưa vào mạch ứng dụng theo nhiều giao thức giao tiếp khác nhau, tốn rất ít tài nguyên hệ thống và giá thành rẽ …
Có nhiều loại LCD với nhiều hình dáng và kích thước khác nhau: LCD 16x02, LCD 20x04,.. dựa trên kích thước màn hình để phù hợp với số lượng kí tự và mục đích sử dụng của khách hàng.
Khi sản xuất LCD, nhà sản xuất đã tích hợp chíp điều khiển (HD44780) bên trong lớp vỏ và chỉ đưa các chân giao tiếp cần thiết.
</div><span class="text_page_counter">Trang 56</span><div class="page_container" data-page="56">2.14.3 Sơ đồ chân
Chức năng của từng chân LCD 2004:
- Chân số 1 - VSS: chân nối đất cho LCD được nối với GND của mạch điều khiển.
- Chân số 2 - VDD: chân cấp nguồn cho LCD, được nối với VCC=5V của mạch điều khiển.
- Chân số 3 - VE: điều chỉnh độ tương phản của LCD.
- Chân số 4 - RS: chân chọn thanh ghi, được nối với logic "0" hoặc logic "1": Logic “0”: Bus DB0 - DB7 sẽ nối với thanh ghi lệnh IR của LCD (ở chế độ “ghi” - write) hoặc nối với bộ đếm địa chỉ của LCD (ở chế độ “đọc” - read)
Logic “1”: Bus DB0 - DB7 sẽ nối với thanh ghi dữ liệu DR bên trong LCD. - Chân số 5 - R/W: chân chọn chế độ đọc/ghi (Read/Write), được nối với logic
“0” để ghi hoặc nối với logic “1” đọc.
- Chân số 6 - E: chân cho phép (Enable). Sau khi các tín hiệu được đặt lên bus DB0-DB7, các lệnh chỉ được chấp nhận khi có 1 xung cho phép của chân này như sau:
Ở chế độ ghi: Dữ liệu ở bus sẽ được LCD chuyển vào thanh ghi bên trong khi phát hiện một xung (high-to-low transition) của tín hiệu chân E
Trang 40
Hình 2.38: Sơ đồ chân LCD 20X04 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
</div><span class="text_page_counter">Trang 57</span><div class="page_container" data-page="57">Ở chế độ đọc: Dữ liệu sẽ được LCD xuất ra DB0-DB7 khi phát hiện cạnh lên (low-to-high transition) ở chân E và được LCD giữ ở bus đến khi nào chân E xuống mức thấp.
- Chân số 7 đến 14 - D0 đến D7: 8 đường của bus dữ liệu dùng để trao đổi thông tin với MPU. Có 2 chế độ sử dụng 8 đường bus này là:
Chế độ 8 bit (dữ liệu được truyền trên cả 8 đường, với bit MSB là bit DB7) Chế độ 4 bit (dữ liệu được truyền trên 4 đường từ DB4 tới DB7, bit MSB là DB7)
- Chân số 15 - A: nguồn dương cho đèn nền. - Chân số 16 - K: nguồn âm cho đèn nền. 2.15 Module Relay
2.15.1 Mô tả
Module Relay 1 Kênh 5V với opto cách ly nhỏ gọn, có opto và transistor cách ly giúp cho việc sử dụng trở nên an toàn với board mạch chính, mạch được sử dụng để đóng ngắt nguồn điện cơng suất cao AC hoặc DC, có thể chọn đóng khi kích mức cao hoặc mức thấp bằng Jumper.
Tiếp điểm đóng ngắt gồm 3 tiếp điểm NC (thường đóng), NO (thường mở) và COM (chân chung) được cách ly hồn tồn với board mạch chính, ở trạng thái bình thường chưa kích NC sẽ nối với COM, khi có trạng thái kích COM sẽ chuyển sang nối với NO và mất kết nối với NC.
</div><span class="text_page_counter">Trang 58</span><div class="page_container" data-page="58">- Sử dụng điện áp nuôi DC 5V
- Relay mỗi Relay tiêu thụ dịng khoảng 80mA.
- Điện thế đóng ngắt tối đa: AC250V ~ 10A hoặc DC30V ~ 10A. - Có đèn báo đóng ngắt trên mỗi Relay.
- Có thể chọn mức tín hiệu kích 0 hoặc 1 qua jumper. - Kích thước:5.0 cm x 2.6 cm x 1.9 cm
- Weight:17 g
2.15.3 Sơ đồ mạch và nguyên lý hoạt động
Mạch relay sử dụng opto có thể chọn mức tín hiệu kích là cao hoặc thấp bằng Jumper. Ưu điểm của mạch này là cách ly hoàn toàn về điện giữa vi điều khiển với relay và tải. Điều này sẽ giúp vi điều khiển loại được một số nhiễu không mong muốn khi hoạt động, dẫn mạch đến hoạt động ổn định hơn.
Hình 2.40: Sơ đồ mạch relay Nguyên lý hoạt động:
- Trường hợp 1: Khi Jumper nối điện trở R3 với GND (0V):
Khi tín hiệu điều khiển từ chân D8 ở mức thấp, Led bên trong opto khơng sáng do đó transistor phía bên kia của opto khơng dẫn điện. Khi đó chân B của transistor Q1 sẽ được kéo lên nguồn, nên Q1 không dẫn. Cuộn dây relay không được cấp điện, relay mở.
Trang 42 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
</div><span class="text_page_counter">Trang 59</span><div class="page_container" data-page="59">Khi tín hiệu điều khiển từ chân D8 ở mức cao, Led opto sáng nên kích transistor phía bên kia của opto dẫn điện, kéo điện áp cực B xuống 0V. Khi đó transistor Q1 được phân cực nên dẫn điện, dòng điện chạy qua cuộn dây của relay, relay đóng.
- Trường hợp 2: Khi jumper nối điện trở R3 lên nguồn (5V)
Khi tín hiệu từ chân D8 ở mức thấp, Led của opto sáng nên tương tự trường hợp trên relay đóng.
Khi tín hiệu từ chân D8 ở mức cao, Led opto không sáng, relay mở.
=> Qua hai trường hợp ta kết luận khi jumper nối với nguồn thì mạch kích mức thấp, khi jumper nối với GND thì mạch kích mức cao. Vi điều khiển được cách ly hồn tồn về điện, thay vào đó dùng opto để điều khiển bằng quang học 2.16 Module chuyển đổi I2C
2.16.1 Mơ tả
Màn hình LCD có q nhiều chân gây khó khăn trong q trình kết nối và chiếm dụng nhiều chân của vi điều khiển? Module chuyển đổi I2C cho LCD sẽ giải quyết vấn đề này cho bạn, thay vì sử dụng tối thiểu 6 chân của vi điều khiển để kết nối với LCD (RS, EN, D7, D6, D5 và D4) thì với module chuyển đổi bạn chỉ cần sử dụng 2 chân (SCL, SDA) để kết nối. Module chuyển đổi I2C hỗ trợ các loại LCD sử dụng driver HD44780(LCD 1602, LCD 2004, …), kết nối với vi điều khiển thông qua giao tiếp I2C, tương thích với hầu hết các vi điều khiển hiện nay.
2.16.2 Sơ đồ chân
Trang 43 Hình 2.41: Module chuyển đổi I2C CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
</div><span class="text_page_counter">Trang 60</span><div class="page_container" data-page="60">- VCC: kết nối nguồn 5V cấp từ Arduino - GND: chân kết nối GND
- SDA: Đường truyền cho master- slave để truyền nhận dữ liệu. - SCL: Đường mang tín hiệu xung nhịp.
2.16.3 Thơng số kỹ thuật - Điện áp hoạt động: 2.5-6VDC
- Hỗ trợ màn hình: LCD1602, 2004 (driver HD44780) - Giao tiếp: I2C
- Địa chỉ mặc định: 0X27 (có thể điều chỉnh bằng ngắn mạch chân A0/A1/A2) - Kích thước: 41.5mm(L)x19mm(W)x15.3mm(H)
- Trọng lượng: 5g
- Tích hợp Jump chốt để cung cấp đèn cho LCD hoặc ngắt - Tích hợp biến trở xoay điều chỉnh độ tương phản cho LCD. 2.17 Quạt tản nhiệt 12V
2.17.1 Giới thiệu
Để tránh tình trạng khơng gian kín và thời gian làm việc lâu dài gây ảnh hưởng đến tuổi thọ của các linh kiện điện tử, nhóm thực hiện đề tài đã gắn thêm cho mơ hình một quạt tản nhiệt có kích thước: 8 x 8 x 2.5 cm.
Trang 44 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Hình 2.42: Quạt tản nhiệt
</div><span class="text_page_counter">Trang 61</span><div class="page_container" data-page="61">Chương 3 THIẾT KẾ HỆ THỐNG 3.1 Yêu cầu hệ thống
- Quét mã QR, phân loại được sản phẩm. - Phân loại sản phẩm đúng và đủ số lượng.
- Giám sát số lượng, trạng thái của sản phẩm thơng qua màn hình. - Giao diện điều khiển trên Visual trực quan và dễ sử dụng. - Đảm bảo về mặt thẩm mĩ và an toàn kĩ thuật.
- Dễ sử dụng, lắp đặt, chi phí thấp. 3.2 Sơ đồ khối
Hình 3.1: Sơ đồ khối hệ thống Khối nguồn:
Cấp nguồn 12VDC cho motor của băng chuyền, cảm biến và quạt. Cấp nguồn 5VDC cho LCD, động cơ servo, arduino.
- Dùng nguồn tổ ong 12VDC cấp trực tiếp cho motor của băng chuyền,
</div>
