Nhận dạng và phân loại sản phẩm bằng phương pháp xử lý hình ảnh dùng delta robot

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

LỜI CAM KẾT

Chúng em, Phan Thanh Tú, Nguyễn Quốc Sâm và Trần Trọng Hồng Anh xin cam
đoan:
-Đồ án tốt nghiệp là thành quả từ sự nghiên cứu hoàn toàn thực tế và được thực hiện
theo hướng dẫn của giáo viên hướng dẫn: Th.S Phạm Quốc Phương.
-Đồ án được thực hiện hoàn toàn mới, là thành quả của chúng tôi, không sao chép
theo bất cứ đồ án tương tự nào.
-Mọi sự tham khảo sử dụng trong đồ án đều được trích dẫn các nguồn tài liệu trong
báo cáo và danh mục tài liệu tham khảo.
-Mọi sao chép không hợp lệ, vi phạm quy chế của nhà trường, chúng tôi xin hoàn
toàn chịu trách nhiệm.
Tp.HCM, ngày tháng

năm 2017

SV thực hiện đồ án

Phan Thanh Tú

Phan Thanh Tú
-1311050149
Nguyễn Quốc Sâm
-1311050009
Trần Trọng Hồng Anh -1311050001

Nguyễn Quốc Sâm Trần Trọng Hồng Anh

Page 1

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

LỜI CẢM ƠN
Trong quãng thời gian ngồi học tập tại giảng đường Đại học Công nghệ TP.HCM,
dưới sự dạy bảo của quý thầy, cô và sự giúp đỡ của các bạn trong Khoa Cơ – Điện –
Điện tử, đặc biệt là các thầy, cô trong chuyên nghành đã chỉ bảo cho chúng em giúp
chúng em tích lũy được nhiều kiến thức quý giá để đến bây giờ chúng em đã hoàn thành
đồ án tốt nghiệp đại học.
Thầy Phạm Quốc Phương; người thầy đã hướng dẫn và chỉ giúp tận tình chúng tôi
trong thời gian nghiên cứu và thực hiện đồ án này,thầy đã hỗ trợ rất nhiều trong quá
trình tìm tòi và nghiên cứu đồ án trên mặt lỹ thuyết cũng như trên việc thực nghiệm.
Một lần cuối,xin cám ơn thầy Phạm Quốc Phương vì đã hết lòng chỉ dạy với vai trò một
người thầy hướng dẫn để chúng tôi có thể hoàn thành nên được một đồ án như ngày
hôm nay!Mặc dù đã được chuẩn bị và cố gắng những do kiến thức chuyên môn còn yếu,
thời gian có hạn và kinh nghiệm thực tế còn hạn chế nên đồ án của chúng em không
tránh khỏi sai sót, chúng em kính mong nhận được sự chỉ bảo của thầy, cô !
Cuối cùng chúng em xin chúc thầy, cô cùng toàn thể các bạn trong lớp nhiều sức
khỏe và thành công trong mọi việc.
Chúng em xin chân thành cảm ơn!
Tp.HCM, ngày tháng

năm 2017

SV thực hiện đồ án

Phan Thanh Tú
Phan Thanh Tú
-1311050149

Nguyễn Quốc Sâm
-1311050009
Trần Trọng Hồng Anh -1311050001

Nguyễn Quốc Sâm Trần Trọng Hồng Anh

Page 2


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

TÓM TẮT

Thực hiện đề tài “Phân loại và xử lý ảnh bằng Labview điều khiển Delta robot”.
Nghiên cứu khái niệm, nguyên lý làm việc của delta robot 3 bậc tự do sử dụng DC
Servo để gắp sản phẩm.
Cánh tay robot sẽ di chuyển vật theo lộ trình định trước và lặp lại thao tác khi
camera phát hiện vật.
Ứng dụng phần mềm LabVIEW giao tiếp với boad mạch Arduino Mega để lập trình
cho robot.
Ứng dụng phần mềm Solidwords để thiết kế delta robot.

Phan Thanh Tú
-1311050149
Nguyễn Quốc Sâm
-1311050009
Trần Trọng Hồng Anh -1311050001

Page 3

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Mục lục
TÓM TẮT ........................................................................................................................ 3
CHƯƠNG 1 ..................................................................................................................... 6
GIỚI THIỆU ................................................................................................................... 6
1.1.
1.2.
1.3.
1.4.
1.5.

ĐẶT VẤN ĐỀ.............................................................................................................. 6
TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI ................................................................................... 7
MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI. ............................................................................................ 8
MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU .......................................................................................... 8
TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC. ................................................ 9

CHƯƠNG 2 ................................................................................................................... 10
CƠ SỞ LÝ THUYẾT .................................................................................................... 10
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM .............................................. 10
LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA ROBOT ......................................................................... 15
GIỚI THIỆU XỬ LÝ ẢNH TRONG CÔNG NGHIỆP ..................................................... 19
2.4. NỘI DUNG ĐỀ TÀI ................................................................................................... 22
2.4.1. KIỂU 3-PRPAR ................................................................................................... 22
2.4.2. KIỂU 3-RRPAR ................................................................................................... 24
2.4.3. KIỂU 3-P2S2S...................................................................................................... 25
2.4.4. KIỂU 3-R2S2S ..................................................................................................... 26
2.4.5. BÀI TOÁN VỊ TRÍ .................................................................................................. 30

2.4.6. HÌNH HỌC CƠ CẤU............................................................................................... 30
2.4.7. ĐỘNG HỌC ĐẢO ................................................................................................... 31
2.4.8. CÁC CẤU HÌNH ĐẶC BIỆT .................................................................................... 32
2.5. THIẾT KẾ PHẦN MỀM BẰNG LABVIEW .................................................................. 36
2.5.1. TỔNG QUAN VỀ LABVIEW................................................................................... 36
2.5.2. GIAO TIẾP LABVIEW VỚI ARDUINO UNO ....................................................... 37
2.5.3. KHỐI GIAO TIẾP VỚI ARDUINO........................................................................... 42
2.5.4. GIỚI THIỆU VỀ ADRUINO UNO ........................................................................... 44
Phan Thanh Tú
-1311050149
Nguyễn Quốc Sâm
-1311050009
Trần Trọng Hồng Anh -1311050001

Page 4


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

2.5.5. MẠCH ĐIỀU KHIỂN TỤ CẦU H L289: .................................................................. 47
2.5.6. ĐỘNG CƠ GA37: ................................................................................................. 49
CHƯƠNG 3 ................................................................................................................... 56
THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG CƠ KHÍ ......................................................................... 56
3.1. THIẾT KẾ: .............................................................................................................. 56
3.1.1. GIỚI THIỆU SOLIDWORK..................................................................................... 56
3.1.2. THIẾT KẾ ROBOT TRÊN PHẦN MỀM SOLIDWORKS............................................ 58
3.1.3. XỬ LÝ ẢNH: ......................................................................................................... 66
3.1.4. LƯU ĐỒ: ............................................................................................................... 70
3.1.5. CHƯƠNG TRÌNH LABVIEW: ................................................................................. 71
3.1.6. ADRUINO CHO LABVIEW: ................................................................................... 75

3.2. THI CÔNG ............................................................................................................... 77
CHƯƠNG 4 ................................................................................................................... 85
KẾT QUẢ THỰC HIỆN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI .............................. 85
4.1. TÓM TẮT ĐỀ TÀI. .............................................................................................. 85
4.2. KẾT QUẢ THỰC HIỆN. ..................................................................................... 85
4.3. MỘT VÀI ĐỀ NGHỊ. ........................................................................................... 86

Phan Thanh Tú
-1311050149
Nguyễn Quốc Sâm
-1311050009
Trần Trọng Hồng Anh -1311050001

Page 5


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

CHƯƠNG 1
GIỚI THIỆU
1.1. Đặt vấn đề
Trong quá trình hội nhập hiện nay. Việc hiện đại hóa các ngành sản xuất và nâng
cao,tìm kiếm thông tin,học hỏi là một quá trình không thể thiếu đối với bất kỳ một cá
nhân lẫn,một quốc gia nào. Nếu như một cá nhân hay một tập thể nào thiếu thông tin và
tri thức cũng như cá nhân và tập thể đó đã đi lùi lại so với sự tiến bộ của xã hội. Vậy
nên,việc hiện đại hóa là một nhu cầu thiết yếu của mỗi tổ chức trong xã hội; với suy
nghĩ đó! Nhiều cơ sở sản xuất,chế biến ở nước ta đã bắt đầu ứng dụng công nghệ hiện
đại vào một số khâu quan trọng như dây chuyền đóng gói,dây chuyền quản lý thiết bị
điện,.v.v.v.
Sự phát triển kỹ thuật nhận dạng ảnh đã góp phần hỗ trợ, giúp đỡ rất lớn vào các lĩnh

vực khác để thực hiện các công việc ngày càng mang lại nhiều hiểu quả kinh tế, giải
quyết được các vấn đề phức tạp một cách chính xác và tin cậy. Điều này đã được ứng
dụng rất nhiều trong lĩnh vực phòng chống tội phạm, y học, thăm dò, quản lý hồ sơ,
phân loại chất lượng sản phẩm trong các công nghê sản xuất.
Kỹ thuật robot là một khâu không thể thiếu trong các công nghệ sản xuất hiện đại. Sự có
mặt của các tay máy trong các dây chuyền sản xuất nhằm mang lại hiểu quả sản xuất
cao hơn, chất lượng sản phẩm tốt hơn và môi trường làm việc được an toàn hơn.
Phân loại sản phẩm trong dây chuyền sản xuất là một công đoạn rất quan trọng bởi nó
quyết định đến năng suất, chất lượng sản xuất. Có nhiều phương án để phân loại sản
phẩm đã được phổ biến trong công nghiệp, tuy nhiên thì phương pháp kỹ thuật nhận
Phan Thanh Tú
-1311050149
Nguyễn Quốc Sâm
-1311050009
Trần Trọng Hồng Anh -1311050001

Page 6


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

dạng để phát hiện đặc điểm, tính chất của sản phẩm, phế phẩm và điều khiển tay máy
đến để phân loại là một giải pháp tối ưu. Tuy nhiên đối với những doanh nghiệp vừa và
nhỏ thì chưa được hoàn toàn áp dụng trong những khâu phân loại, đóng bao bì mà còn
sử dụng nhân công, chính vì vậy năng suất còn chưa cao và chưa đạt hiểu quả tốt nhất.
Trong thực tế cuộc sống và những kiến thức mà chúng em đã học được ở trường muốn
tạo ra hiệu suất lao động lên gấp nhiều lần, đồng thời vẫn đảm bảo được độ chính xác
cao về kích thước. sản phẩm được sản xuất đòi hỏi phải có mẫu mã và kích thước màu
sắc chính xác và nó giúp cho quá trình sản xuất và chất lượng sản phẩm được nâng cao.
Vì thế,với tiêu chí học hỏi và tiếp thu những điều mới lạ là một trong những lý do thiết

yếu đối với chúng tôi khi nghiên cứu đồ án delta robot này. Đây là một đề tài rất thú
vị,không chỉ ứng dụng trong quá trình sản xuất dây chuyền công nghệ cao mà còn có
thể ứng dụng trong những công việc khác như:trong lĩnh vực nghiên cứu các vật chất có
hại cho con người,trong việc lắp ráp và vẽ mô hình 3D đang là một xu thế khá nổi bật
của các doanh nghiệp,các công ty xây dựng hiện nay. Với khả năng nắm bắt thông tin
tốt,xử lý nhanh và hoạt động chính xác…Chúng tôi tin nó sẽ là một tiền đề phát triển
của tương lai.

1.2. Tính cấp thiết của đề tài
Ngày nay, cùng với sự phát triển của các ngành khoa học kỹ thuật, kỹ thuật điện tử mà
trong đó điều khiển tự động đóng vai trò hết sức quan trọng trong mọi lĩnh vực khoa
học kỹ thuật, quản lý, công nghiệp tự động hóa, cung cấp thông tin. Do đó chúng ta phải
nắm bắt và vận dụng nó một cách có hiểu quả nhằm góp phần vào sự phát triển nền
khoa học kỹ thuật thế giới nói chung và trong sự phát triển kỹ thuật điều khiển tự động
nói riêng.
Sự kết hợp giữ ngành điện tử và cơ khí là một bước tiến quan trọng trong sự phát triển
của tự động hóa trong công nghiệp. Hiện nay đất nước ta đang trong quá trình phát triển
và hội nhập, chính vì thế các mặt hàng được sản xuất ra không những đạt tiêu chuẩn về
Phan Thanh Tú
-1311050149
Nguyễn Quốc Sâm
-1311050009
Trần Trọng Hồng Anh -1311050001

Page 7


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

chất lượng, mà còn đòi hỏi phải có độ chính xác cap về hình dạng, kích thước màu sắc.

Cho nên từ đó các khu công nghiệp được hình thành với nhiều thiết bị máy móc hiện đại
để phối hợp với nhu cầu sản xuất để tạo ra chất lương sản phẩm tốt và năng suất tối đa
nhất. Chính vì vậy chúng em đã tìm hiểu về đề tài này và hy họng có thể phát triển để
ứng dụng rộng rãi ở trong các nhà máy, xí nghiệp,…

1.3. Mục tiêu của đề tài.
 Thiết kế và thi công mô hình phân loại sản phẩm theo màu sắc sử dụng xử lý
hình ảnh.
 Phân loại được các màu sắc của sản phẩm theo yêu cầu (phân loại 2 màu cơ bản:
Xanh và đỏ).
 Thiết kế delta robot dùng để gắp vật.
 Thiết kế giao diện điều khiển của mô hình qua phần mềm LabVIEW giao tiếp
với mạch Arduino Mega.

1.4. Mục đích nghiên cứu
Xuất phát từ những tò mò và ham muốn thúc đẩy của những người làm kỹ thuật, vận
hành và đứng máy sản xuất các công ty, nhà máy sản xuất về những thao tác nguy hiểm,
trở ngại cấp và lấy sản phẩm ảnh hưởng đến hiểu quả sản xuất, ảnh hưởng đến chất
lượng của sản phẩm và thiết bị công tác,… Đặc biệt là các các ngành sản xuất đòi hỏi
tính chính xác cao như các công ty dược sản xuất thuốc và các công ty sản xuất bia phải
kiểm tra đầy đủ số lượng thuốc trong một vỉ hoặc kiểm tra tem nhãn của chai bia. Vậy
vấn đề đặt ra phải làm sao kiểm tra chính xác nhất, hiểu quả nhất mà năng xuất vẫn đạt
được mức cao nhất.
Giải quyết bài toán này phải thực hiện các bước sau:


Sự dụng camera để quét và nhận dạng các sản phẩm.

Phan Thanh Tú
-1311050149

Nguyễn Quốc Sâm
-1311050009
Trần Trọng Hồng Anh -1311050001

Page 8


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP



Xử lý ảnh xem sản phẩm đạt chuẩn hay không nếu bị lỗi thì sản phẩm sẽ bị gạt



Điều khiển tay máy để gấp các sản phẩm đúng vị trí cài đặt.

ra.

Đây là bài toán có nội dung tương đối khó đòi hỏi thời gian dài công sức và kinh phí
nhiều.
Do đó với mục đính bước đầu nghiên cứu một cách cơ bản nhất. Nên nhóm chúng em
chỉ nhận dạng và phân loại 2 sản phầm có màu sắc khác nhau.

1.5. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước.
Lĩnh vực nhận dạng và kết hợp điều khiển tay máy được nghiên cứu rất rộng và
mạnh mẽ ở các công ty, trường đại học, viện nghiên cứu của các nước trên thới giới.
Kết quả đã ứng dụng vào cuộc sống, sản xuất như nhận dạng mặt, cơ thể, vân tay con
người, kỹ thuật chuẩn đoán các tế bào bệnh bên trong cơ thể người, phẫu thuật chăm sóc
và chẩn đoán bệnh từ xa, Thám hiểm vật thể ngoài trái đất, thực hiện các công việc

trong các phòng thí nghiệm độc hại, phát hiện và gỡ bom mìn,.. Những sản phẩm này
thường có giá thành rất cao.
Ở trong nước, những năm gần đây các trường đại học và viện cũng đã có nhiều
nghiên cứu về vấn đề nhận dạng ảnh, kỹ thuật robot những vẫn chỉ là đang nghiên cứu
chưa đưa ra, hay công bố kết quả mang tính chất ứng dụng thực tiễn.

Phan Thanh Tú
-1311050149
Nguyễn Quốc Sâm
-1311050009
Trần Trọng Hồng Anh -1311050001

Page 9


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

CHƯƠNG 2
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Tổng quan về hệ thống phân loại sản phẩm
 Quá trình hình thành và phát triển
Trước kia, việc phân loại sản phẩm chủ yếu được thực hiện bởi con
người, bằng sự quan sát và dựa vào kinh nghiệm, rồi sau đó chọn ra sản phẩm
đạt yêu cầu và loại bỏ phế phẩm. Công việc này đòi hỏi sự tập trung cao mà
lặp đi lặp lại nhiều lần nên khó đảm bảo độ chính xác và ổn định trong công
việc. Nhưng giờ đây việc đó đã được thực hiện tự động hóa bởi hệ thống các
thiết bị kỹ thuật chuyên dụng giúp việc phân loại sản phẩm nhanh và chính
xác.
Phân loại sản phẩm là một bài toán đã và đang được ứng dụng rất nhiều
trong thực tế hiện nay. Với việc dùng sức người, đối với các công việc đòi hỏi

sự tập trung cao và có tính lặp lại, thì các công nhân khó đảm bảo được sự
chính xác trong công việc. Chưa kể đến có những khâu phân loại dựa trên các
chi tiết kĩ thuật rất nhỏ mà mắt thường khó có thể nhận ra. Điều đó sẽ ảnh
hưởng trực tiếp tới chất lượng sản phẩm và uy tín của nhà sản xuất. Vì vậy, hệ
thống tự động nhận dạng và phân loại sản phẩm ra đời là một sự phát triển tất
yếu nhằm đáp ứng nhu cầu tất yếu này.
Thuật ngữ “Robot” lần đầu tiên xuất hiện năm 1922 trong tác phấm
“Rosum’s Universal Robot “ của Karal Capek. Theo tiếng Séc thì Robot là
người làm tạp dịch. Trong tác phâm này nhân vật Rosum và con trai ông đã
tạo ra những chiếc máy gần giống như con người để hầu hạ con người.
Phan Thanh Tú
-1311050149
Nguyễn Quốc Sâm
-1311050009
Trần Trọng Hồng Anh -1311050001

Page 10


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Hơn 20 năm sau, ước mơ viễn tưởng của Karel Capek đã bắt đầu thành
hiện thực. Ngay sau chiến tranh thế giới lần thứ 2, ở Mỹ đã xuất hiện những
tay máy chép hình điều khiến từ xa, trong các phòng thí nghiệm phóng xạ.
Năm 1959, Devol và Engelber đã chế tạo Robot công nghiệp đầu tiên tại công ty
Unimation.
Năm 1967, Nhật Bản mới nhập chiếc Robot công nghiệp đầu tiên từ
công ty AMF (Americal Machine and Foundry Company) của Mỹ. Đến năm
1990 có hơn 40 công ty của Nhật, trong đó có những công ty khổng lồ như
Hitachi, Mitsubishi và Honda đã đưa ra thị trường nhiều loại Robot nối tiếng.

Từ những năm 70, việc nghiên cứu nâng cao tính năng của robot đã chú
ý nhiều đến sự lắp đặt thêm các cảm biến ngoại tín hiệu để nhận biết môi
trường làm việc. Tại trường đại học tống hợp Stanford (California, Mỹ),
người ta đã tạo ra loại Robot lắp ráp tự động điều khiên bằng vi tính trên cơ
sở xử lý thông tin từ các cảm biến lực và thị giác. Vào thời gian này công ty
IBM đã chế tạo Robot có các cảm biến xúc giác và cảm biến lực điều khiển
bằng máy vi tính đế lắp ráp các máy in gồm 20 cụm chi tiết.
Những năm 90 do áp dụng rộng rãi các tiến bộ khoa học về vi xử lý và
công nghệ thông tin, số lượng Robot công nghiệp đã tăng nhanh, giá thành
giảm đi rồ rệt, tính năng đã có nhiều bước tiến vượt bậc. Nhờ vậy Robot công
nghiệp đã có vị trí quan trọng trong các dây truyền sản xuất hiện đại. Ngày
nay, chuyên ngành khoa học nghiên cứu về Robot “Robotics” đã trở thành
một lĩnh vực rộng trong khoa học, bao gồm các vấn đề cấu trúc cơ cấu động
học, động lực học, lập trình quỹ đạo, cảm biến tín hiệu, điều khiển chuyển
động,…
Đất nước ta đang trong quá trình phát triển và hội nhập, chính vì thế các
mặt hàng được sản xuất ra không những phải đạt tiêu chuẩn về chất lượng, mà
Phan Thanh Tú
-1311050149
Nguyễn Quốc Sâm
-1311050009
Trần Trọng Hồng Anh -1311050001

Page 11


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

còn đòi hỏi phải có độ chính xác cao về hình dạng, kích thước, trọng lượng,
màu sắc… Cho nên từ đó các khu công nghiệp được hình thành với việc chú

trọng đầu tư dây chuyền thiết bị máy móc hiện đại để phối hợp với nhu cầu
sản xuất, và để tạo ra năng suất cao hơn trong quá trình sản xuất.
Trên thực tế có rất nhiều phương pháp phân loại sản phẩm và có khi sử
dụng đan xen nhiều phương pháp lại với nhau để đạt được kết quả tốt nhất.
Dưới đây là một số phương pháp phân loại sản phẩm trên thực tế và phạm vi
ứng dụng của chúng.
Phương pháp phân loại sản phẩm theo chiều cao: thường được áp
dụng trong nhiều nhà máy đóng chai, đóng hộp,…
Phương pháp phân loại sản phẩm theo kích thước: thường được áp
dụng trong việc phân loại hạt như trong các nhà máy cà phê, điều, các loại củ quả,…
Phương pháp phân loại sản phẩm theo trọng lượng: thường được áp
dụng cho việc phân loại các sản phẩm đóng hộp và các loại bánh kẹo, vật liệu xây
dựng,…
Phương pháp phân loại sản phẩm theo màu sắc: phương pháp này
được áp dụng rất rộng rãi trong sản xuất như việc phân loại quả chín: Cà chua, táo,
xoài,… Phân loại thực phẩm bị biến đổi màu sắc ví dụ như sữa …, Phân loại màu sơn,
màu sắc chuẩn của gạch, các bao bì ,…
Phương pháp phân loại sản phẩm theo hình dạng (phân tích hình ảnh) cách phân loại
này có thể giải quyết các vấn đề tại nhà máy gạch Granit với dây chuyền phân loại gạch
chính và phế phẩm, kiểm tra lỗi.
Các hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc trong công nghiệp hiện nay.

Phan Thanh Tú
-1311050149
Nguyễn Quốc Sâm
-1311050009
Trần Trọng Hồng Anh -1311050001

Page 12

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Trong các hệ thống sản xuất công nghiệp hiện nay nói chung cũng như
các hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc nói riêng thì nhu cầu về năng
xuất lao động cũng như chất lượng của sản phẩm được đòi hỏi rất cao. Chính
vì vậy mà các dây chuyền công nghệ tiến tiến và hiện đại nhất đã được áp
dụng rất nhiều trong sản xuất ở các nhà máy, xí nghiệp.
Sau đây là một số các hệ thống máy móc, trang thiết bị được sử dụng
trong sản xuất:
Dây chuyền tự động nhận dạng, phân loại gạch ốp lát Granite sử dụng
camera thu nhận ảnh.
Hệ thống còn có thể được dùng trong việc phân loại các sản phẩm in ấn, thực phẩm
và gỗ

Hình 2.1: Dây chuyền tự động nhận dạng, phân loại gạch ốp lát

Phan Thanh Tú
-1311050149
Nguyễn Quốc Sâm
-1311050009
Trần Trọng Hồng Anh -1311050001

Page 13


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Hình 2.2: Dây chuyền sản xuất nước ngọt

Hình 2.3: máy in 3D đang mô phỏng theo ý đồ

Phan Thanh Tú
-1311050149
Nguyễn Quốc Sâm
-1311050009
Trần Trọng Hồng Anh -1311050001

Page 14


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Hình 2.4: Robot song song đang phân loại sản phẩm

Lịch sử phát triển của robot
Thuật ngữ ROBOT xuất hiện vào năm 1920 trong một tác phẩm văn học của nhà văn
Tiệp Khắc có tên Karel Capek.
Thuật ngữ Inducstrial Robot (IR), xuất hiện đầu tiên ở Mỹ do công ty AMF
(American Manchine and Foundry company) quảng cáo, mô tả một thiết bị mang dáng
dấp và có một số chức năng như tay người được điều khiển tự động để thực hiện một số
thao tác sản xuất. Thiết bị có tên gọi Versatran.
Quá trình phát triển của IR có thể tóm tắt như sau:
-Từ những năm 50 ở Mỹ xuất hiện viện nghiên cứu đầu tiên.
-Đầu những năm 60 xuất hiện sản phẩm Versatran của công ty AMF.
-Ở Anh người ta nghiên cứu và chế tạo các IR theo bản quyền của Mỹ 1967.
-Ở các nước Tây Âu như: Đức, Ý, Pháp, Thụy Điển, từ những năm 1970.

Phan Thanh Tú
-1311050149

Nguyễn Quốc Sâm
-1311050009
Trần Trọng Hồng Anh -1311050001

Page 15


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

-Châu Á có Nhật bắt đầu nghiên cứu ứng dụng IR từ năm 1968.
Đến nay trên thế giới có khoảng trên 20 công ty sản xuất IR trong số đó có 80 công
ty của Nhật, 90 công ty của các nước Tây Âu, 30 công ty của Mỹ và một số công ty ở
Nha,…
Theo chủng loại, mức độ điều khiển và khả năng nhận biết thông tin của tay máy và
người máy đã được sản xuất trên thế giới có thể phân loại cái IR thành các thế hệ sau:


Thế hệ 1: Thế hệ có kiểu điều khiển theo chu trình dạng chương trình cứng

không có khả năng nhận biết thông tin.


Thế hệ 2: Thế hệ có kiểu điều khiển theo chu kỳ dạng chương trình mềm bước

đầu đả có khả năng nhận biết thông tin.


Thế hệ 3: Thế hệ có kiểu điều khiển dạng tinh khôn, có khả năng nhận biết thông

tin và bước đầu đã có một số chức năng lý trí của con người.

Đối với tay máy công nghiệp đã có hơn 250 loại, trong số đó có hơn 40% là loại tay
máy có kiểu điều khiển đơn giản thuộc thế thứ nhất.
Sự xuất hiện của robot và sự gia tăng vai trò của chúng trong sản xuất và xã hội loài
người làm xuất hiện một ngành khoa học mới là ngành robot học (Robotic). Trên thế
giới ở nhiều nước đã xuất hiện những viện nghiên cứu riêng về robot. Ở Việt Nam, từ
những năm giữa của thập kỹ 80 đã có viện nghiên cứu về robot.
Tình hình phát triển của robot trên thế giới:
Sự phát triển của khoa học kỹ thuật ngày càng nhanh góp phần nâng cao năng suất
lao động. Đặt 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 đi sức lao động bằng tay chân của người lao
động.

Phan Thanh Tú
-1311050149
Nguyễn Quốc Sâm
-1311050009
Trần Trọng Hồng Anh -1311050001

Page 16


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Đối với các nước ngoài, lĩnh vực tự động hóa đã xuất hiện rất sớm, tới nay ngành tự
động hóa đã đạt được nhiều thành tựu hết sức to lớn, hỗ trợ đắc lực con người trong
nhiều lĩnh vực:
Trong công nghiệp

Hình 2.7: Robot công nghiệp sản xuất xe hơi
Trong lĩnh vực nghiên cứu khoa học

Hình 2.8: Robot thảm hiểm của NASA

Phan Thanh Tú
-1311050149
Nguyễn Quốc Sâm
-1311050009
Trần Trọng Hồng Anh -1311050001

Page 17


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Trong lĩnh vực dân dụng

Hình 2.9: robot lau dọn tự động

Trong hình tượng hướng đên tương lai

Hình 2.10: robot sophia

Phan Thanh Tú
-1311050149
Nguyễn Quốc Sâm
-1311050009
Trần Trọng Hồng Anh -1311050001

Page 18

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Tự động hóa đã trở thành một trong những ngành mũi nhọn của nhiều nước trên thế
giới, với sự phát triển không ngừng của công nghệ, robot không còn là những cổ máy
vô tri, vô giác chỉ biết lập đi lập lại một công việc nhất định mà nó đã bắt đầu có cảm
súc, suy nghĩ và hành động như một sinh vật, từ đó ngành tự động hóa đã mở ra nhiều
ứng dụng hết sức phong phú. Những hệ thống robot gần giống như con người lần lượt
được các hãng như Honda Asimo, Mitsubishi, Sony,... Cho ra đời chứng tỏ sự phát triển
và tương lai của ngành tự động hóa là rất mạnh mẽ.
Tình hình phát triển robot ở Việt Nam:
Riêng ở nước ta lĩnh vực này còn khá mới mẻ. Chúng ta đang ở giai đoạn đầu của
thời kỳ công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước, đa số các máy móc của chúng ta
trong các nhà máy xí nghiệp đều đã lỗi thời và hết sức lạc hậu, chúng không còn thích
hợp trong việc sản xuất. Việc đầu tư mới các thiết bị này ta đều phải nhập ngoại mà
chưa thể tự chế tạo được, do đó tự động hóa được xem như trong bảy nghành công
nghiệp mũi nhọn cần đầu tư phát triển để nó có thể đáp ứng trước sự đòi hỏi của nghành
công nghiệp nước nhà. Để có thể làm được điều đó chúng ta cần có một lực lượng nhân
lực hung hậu cả về số lượng lẫn trình độ chuyên môn cùng với sự đầu tư về trang thiết
bị cơ sở vật chất.
Đứng trước nhu cầu đó trước nhu cầu thực tế đó cộng với long đam mê của bản than,
chúng em đã bắt tay vào thực hiện đề tài này với sự giúp đỡ tận tình về kiến thức, tài
chính và sự động viên nhiên tình của thầy cô. Mong đóng góp một phần sứ lực vào sự
phát triển của nước nhà.

Giới thiệu xử lý ảnh trong công nghiệp
Công nghiệp phải ngày càng chính xác và nhanh chóng để đáp ứng được xu thế hiện
đại hóa. Các ngành công nghiệp đóng gói, dược phẩm củng như trong lĩnh vực điện,
điện tử là những ngành đòi hỏi sự chính xác trong kiểm tra đầu ra, và dể thay thế con
Phan Thanh Tú

-1311050149
Nguyễn Quốc Sâm
-1311050009
Trần Trọng Hồng Anh -1311050001

Page 19


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

người trong việc kiểm tra thành phẩm với một tốc độ và sự chính xác cao, công nghệ xử
lý ảnh ra đời và không ngừng phát triển để ngày càng hoàn thiện hơn.
Một hệ thống xử lý ảnh bao gồm các thành phần sau:


Camera.



Ống kính.



Hệ thống chiếu sang.



Bộ xử lý.

Hình 2.10: Thiết bị xử lý ảnh công nghiệp

Tùy vào từng ứng dụng củ thể mà chúng ta sẽ có những hệ thống xử lý ảnh khác
nhau.
Một số ví dụ cho thấy xử lý ảnh được ứng dụng rất nhiều trong công nghiệp:


Trong công nghiệp đóng gói, người ta sử dụng hệ thống xử lý ảnh để kiểm tra

xem các sản phẩm đã được dán nhãn chưa hoặc kiểm tra nhãn hiệu bao bì có đúng với
thành phần chuẩn bị được đóng gói không.


Trong công nghiệp dược phẩm, áp dụng hệ thống xử lý ảnh để kiểm tra số lượng

viên thuốc có trong vỉ thuốc.
Phan Thanh Tú
-1311050149
Nguyễn Quốc Sâm
-1311050009
Trần Trọng Hồng Anh -1311050001

Page 20


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP



Trong lĩnh vực điện, điện tử xử lý ảnh dùng để phát hiện sự thiếu sót các mối hàn

sau khi hàn các chân linh kiện vào board mạch



Hiện nay, camera sử dụng trong công nghiệp có nhiều loại như: Area scan

camera, line scan camera và network camera.


area scan camera, cung cấp chất lượng hình ảnh hàng đầu với tỷ lệ giá/hiệu suất

nổi bật. Được áp dụng trong nhiều lĩnh vực, từ tự động hóa nhà máy và giám sát giao
thông (ITS) đến hệ thống bán lẻ, dược phẩm.


Line scan camera, thích hợp cho các ứng dụng cần cả tốc độ cao và chất lượng

hình ảnh cao. Loại camera này không theo dõi toàn bộ ảnh mà đánh giá ảnh chính xác
theo từng dòng. Thường được sử dụng trong quá trình kiểm tra chất lượng hàng hóa và
quy trình phân loại.


Network camera, thường được sử dụng để giám sát với chất lượng hình ảnh vượt

trội và hiệu suất mạnh mẽ trong môi trường ánh sáng thấp.
Phan Thanh Tú
-1311050149
Nguyễn Quốc Sâm
-1311050009
Trần Trọng Hồng Anh -1311050001

Page 21


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Một hệ thống xử lý ảnh tốt không chỉ cần camera tốt mà còn cần đến một ống kính
chính xác cho ứng dụng. Các tiêu chí căn cứ để lựa chọn được một ống kính chính xác
là:
Kích thước cảm biến và vòng tròn ảnh:


Độ phân giải và kích thước pixel.



Tác động của tiêu cự và kích thước cảm biến.

2.4. Nội dung đề tài
Yêu cầu của đề tài là phân loại sản phẩm bằng xử lý ảnh, chúng tôi quyết định phát
triển thêm vào đề tài là dùng delta robot 3 bậc tự do để phân loại thay vì băng tải. Tận
dụng những vật liệu có sẵn như mica, linh kiện điện tử và các board mạch có sẵn như
Arduino Mega, DC Servo và với sự hướng dẫn của thầy Phạm Quốc Phương nên chúng
tôi quyết định thực hiện đề tài: “Thiết kế và thi công phân loại sản phẩm bằng xử lý ảnh
dung Delta robot”.
Một sô loại delta robot
Robot Delta là cơ cấu động học song song ba bậc tự do. Loại cơ cấu này có ba nhánh,
với mỗi nhánh, một đầu được nối vào giá cố định bằng khớp tịnh tiến hoặc khớp quay
còn đầu kia được nối vào một giá di động thông qua cơ cấu hình bình hành. Với cấu
trúc hình học như vậy nên giá đi động luôn định hướng và chỉ có thể chuyển động tịnh
tiến theo 3 trục XYZ.

 Phân loại
Theo như định nghĩa thì robot delta có thể là bốn dạng: 3-PRPaR, 3-RRPaR, 3P2S2S và 3-R2S2S.
2.4.1. Kiểu 3-PRPaR
Kiểu này có ba nhánh và mỗi nhánh gồm có một khớp dẫn động tịnh tiến (P), hai
khớp bản lề (R) và một khớp hình bình hành.
Phan Thanh Tú
-1311050149
Nguyễn Quốc Sâm
-1311050009
Trần Trọng Hồng Anh -1311050001

Page 22


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Hình 2.12. Cấu trúc kiểu 3-PRPaR
Bậc tự do (dof):
Không gian hoạt động của cơ cấu

λ=6

Số khâu (kể cả khâu cố định) của cơ cấu

n = 17

Số khớp trong cơ cấu

j = 21

Số bậc tự do tương đối của các khớp
trong cơ cấu

fi = 3(7) = 21

Số bậc tự do thừa

ft = 0

Số ràng buộc trùng trong cơ cấu

Rtr = 6

Số ràng buộc thừa trong cơ cấu

Rth = 6

Số bậc tự do của cơ cấu

Phan Thanh Tú
-1311050149
Nguyễn Quốc Sâm
-1311050009
Trần Trọng Hồng Anh -1311050001

F = λ(n − j − 1) + fi − ft + R tr + R th
=3

Page 23

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

2.4.2. Kiểu 3-RRPaR
Kiểu này có ba nhánh và mỗi nhánh gồm có một khớp dẫn động quay (R), hai khớp bản
lề (R) và một khớp hình bình hành.

Hình 2.13. Cấu trúc kiểu 3-RRPaR
Bậc tự do (dof):
Không gian hoạt động của cơ cấu
Số khâu (kể cả khâu cố định) của cơ
cấu
Số khớp trong cơ cấu
Số bậc tự do tương đối của các khớp
trong cơ cấu
Số bậc tự do thừa
Phan Thanh Tú
-1311050149
Nguyễn Quốc Sâm
-1311050009
Trần Trọng Hồng Anh -1311050001

λ=6

n = 17

j = 21
fi = 3(7) = 21
ft = 0

Page 24


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Số ràng buộc trùng trong cơ cấu

Rtr = 6

Số ràng buộc thừa trong cơ cấu

Rth = 6

Số bậc tự do của cơ cấu

F = λ(n − j − 1) + fi − ft + R tr + R th
=3

2.4.3. Kiểu 3-P2S2S
Kiểu này có ba nhánh và mỗi nhánh gồm có một khớp dẫn động tịnh tiến (P), bốn khớp
cầu (S) nối hai thanh theo dạng hình bình hành.

Hình 2.14. Cấu trúc kiểu 3-P2S2S
Bậc tự do (dof):
Không gian hoạt động của cơ cấu

Phan Thanh Tú
-1311050149
Nguyễn Quốc Sâm
-1311050009

Trần Trọng Hồng Anh -1311050001

λ=6

Page 25