ỨNG DỤNG XỬ LÝ ẢNH CHO TAY MÁY THỰC HIỆN TỰ ĐỘNG DÁN KEO ĐẾ GIÀY

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CƠ KHÍ – BỘ MÔN CƠ ĐIỆN TỬ

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

ỨNG DỤNG XỬ LÝ ẢNH CHO TAY MÁY THỰC HIỆN TỰ ĐỘNG DÁN KEO
ĐẾ GIÀY

SVTH: NGUYỄN THÀNH NHẤT
MSSV: 1412663
GVHD: TS. LÊ ĐỨC HẠNH

TP. HỒ CHÍ MINH, 2018


LỜI CẢM ƠN
Trước tiên, em xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc đến các Thầy cô trong
bộ môn Cơ Điện Tử, khoa Cơ khí, trường Đại học Bách Khoa TP.Hồ Chí Minh đã tận
tình chỉ dạy em qua 4 năm đại học. Thầy cô không chỉ truyền đạt kiến thức, kinh
nghiệm mà còn truyền đạt cả cách sống đó chính là một hành trang vững chắc cho em
mang theo trong suốt những năm tháng sau này.
Em cũng xin chân thành gửi lời cảm ơn đến Thầy TS. Lê Đức Hạnh đã tận tình
hướng dẫn em trong suốt thời gian làm luận văn. Thầy đã tận tình tháo gỡ những khó
khăn, vướng mắc, định hướng cho em các giải quyết vấn đề một cách hiệu quả và phù
hợp nhất. Thầy đã truyền đạt những kinh nghiệm và sự hiểu biết sâu sắc về khoa học
của Thầy một cách dễ hiểu nhất đối với sinh viên và qua đó em học được rất nhiều từ
Thầy phương pháp nguyên cứu và giải quyết vấn đề. Sự tậm tâm của Thầy trong việc
hướng dẫn học sinh là điều làm em cảm phục nhất.
Con cũng xin gửi lời cảm ơn đến ba mẹ, người đã luôn động viên con những lúc
khó khăn, ba mẹ là điểm tựa cũng là niềm động lực to lớn giúp con học tập và sống tốt

hơn. Rất khó để nói lời cảm ơn trực tiếp tới ba mẹ, với sự trân trọng và thành tâm nhất,
con xin cảm ơn!.
Em cũng xin gửi lời cảm ơn đến anh Đỗ Tấn Khoa, anh Trần Nguyên Hải và anh
Hồ Ngọc Phú đã tạo điều kiện, cho mượn các thiết bị để em có thể thực hiện tốt đề tài
trong phòng thí nghiệm tự động hóa, Trung tâm đào tạo Khu Công Nghệ Cao.
Tp.Hồ Chí Minh, ngày 30 tháng 5 năm 2018.

Nguyễn Thành Nhất

i


TÓM TẮT LUẬN VĂN
Hiện nay, tự động hóa trong sản xuất được hầu hết các công ty quan tâm và đầu
tư phát triền nhằm nâng cao năng suất và chất lượng sản phầm, robot là một trong
những thiết bị giúp tự động hóa trong quá trình sản xuất. Trong luận văn tập trung
nghiên cứu giải pháp sử dụng robot thay thế con người trong một số công đoạn của
quy trình sản xuất, cụ thể là công đoạn dán keo đế giày.
Luận văn tập trung nguyên cứu giải thuật nhận dạng biên dạng của đế giày bằng
xử lý ảnh, dùng kinect để đọc tọa độ 3D của các điểm trên biên dạng đế giày, xử lý
biên dạng đế giày.
Tìm hiểu và điều khiển tay máy 6 bật tự do NZ07 của hãng Nachi, thiết kế cụm
dán keo gắn tay máy. Sử dụng tay máy NZ07 và cụm dán keo để kiểm nghiệm giải
thuật nhận dạng biên dạng và dán keo đế giày, tiến hành đánh giá sai số của quá trình
thực nghiệm. Luận văn gồm có 8 chương được liệt kê dưới đây
Chương 1: Tổng quan.
Chương 2: Nguyên cứu lựa chọn phương án.
Chương 3: Thiết kế cụm dán keo và hệ thống điện.
Chương 4: Phân tích động học tay máy NZ07
Chương 5: Điều khiển tay máy NZ07.

Chương 6:Giải thuật dán keo đế giày.
Chương 7: Thực nghiệm đánh giá sai số.
Chương 8: Kết luận và hướng phát triển của đề tài.

ii


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ...................................................................................................................i
TÓM TẮT LUẬN VĂN ................................................................................................. ii
MỤC LỤC ..................................................................................................................... iii
DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ .................................................................................... vii
DANH SÁCH BẢNG BIỂU ........................................................................................... x
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ......................................................................................... 11
1.1 Tổng quan về công đoạn dán keo trong công nghiệp giày da. ............................. 11
1.2 Tổng quan về robot công nghiệp .........................................................................12
1.3 Các phương pháp nhận diện 3D............................................................................13
1.3.1 Nhận diện vật 3D dùng camer 3D. .......................................................................14
1.3.2 Phương pháp CMM(Coordinate measuring machines) ........................................15
1.4 Các hệ thống trên thị trường: ................................................................................15

iii


1.4.1 Máy dán keo giày Orisol. ..................................................................................... 15
1.4.2 Máy dán keo tự động Cerim K300. .....................................................................17
1.5 Mục tiêu, nhiệm vụ và phạm vi đề tài. .................................................................18
1.5.1 Mục tiêu. ...............................................................................................................18
1.5.2 Nhiệm vụ. .............................................................................................................19
1.5.3 Phạm vi đề tài. ......................................................................................................19

1.5.4 Tổ chức luận văn. .................................................................................................19
CHƯƠNG 2: NGUYÊN CỨU LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN........................................20
2.1 Cơ khí : .................................................................................................................... 20
2.1.1 Lựa chọn dạng robot. ............................................................................................ 20
2.1.2 Cơ cấu chấp hành .................................................................................................21
2.2 Camera ..................................................................................................................... 26
2.2.1 Lựa chọn loại camera. .......................................................................................... 26
2.2.2 Lựa chọn cách gá đặt camera ...............................................................................28
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ CỤM DÁN KEO VÀ HỆ THỐNG ĐIỆN ........................... 31
3.1 Thiết kế cụm dán keo .............................................................................................. 31
3.1.1 Chọn động cơ: ......................................................................................................33
3.1.2 Tính toán bộ truyền vit me bi ...............................................................................34
3.1.3 Tính toán chọn ổ lăn cho vit me đai ốc bi ............................................................ 36
3.1.4 Tính toán mối ghép ren giữa tool và robot. ......................................................... 37
3.2 Thiết kế và tính toán hệ thống điện. ........................................................................39
3.2.1Sơ đồ hệ thống điện ............................................................................................... 39
3.2.2 Vi điều khiển arduino uno. ................................................................................... 40
3.2.3 Driver A4988 ........................................................................................................41

iv


3.2.4 PLC Misubishi. .....................................................................................................42
3.2.5 Relay ..................................................................................................................... 42
3.2.6 Nguồn điện ...........................................................................................................43
3.2.7 Điều khiển PLC bằng máy tính ............................................................................44
3.3 Kết luận.................................................................................................................... 46
CHƯƠNG 4: PHÂN TÍCH ĐỘNG HỌC TAY MÁY VÀ THIẾT KẾ TOOL DÁN
KEO ............................................................................................................................... 47
4.1 Động học thuận: ......................................................................................................47

4.2 Động học ngược: .....................................................................................................50
CHƯƠNG 5: ĐIỀU KHIỂN TAY MÁY MZ07 ........................................................... 59
5.1 Tay máy Nachi NZ07. ............................................................................................. 59
5.2 Bộ điều khiển CFD. .................................................................................................60
5.3 Dụng cụ lập trình cầm tay Tech pendant. ................................................................ 62
5.4 Robot language[] .....................................................................................................63
5.5 Giao tiếp với Robot .................................................................................................64
5.5.1 Tổng quan về giao tiếp giữa máy tính và Nachi robot.[..] ...................................64
5.4.1 TCP/IP ..................................................................................................................65
5.4.2 Socketcomnication ............................................................................................... 66
5.4.3 Giải thuật . ............................................................................................................69
CHƯƠNG 6: GIẢI THUẬT DÁN KEO ĐẾ GIÀY. .................................................... 75
6.1.Kinect V1 .................................................................................................................75
6.2.Thư viện OpenCV ...................................................................................................76
6.3 Giải thuật chương trình dán keo đế giày. ................................................................ 76
6.4 Xử lý ảnh tìm biên dạng đế giày. ...........................................................................78

v


6.4.1 Ảnh 2D và Ma trận tọa độ thực 3D của Kinect ................................................... 79
6.4.2 Lấy ngưỡng HSV ..................................................................................................80
6.4.3 Xử lý nhiễu và tìm contour. ..................................................................................80
6.4.4 Xác định tâm và góc của vật................................................................................83
6.5 Giải thuật tiền xử lý biên dạng, nội suy tách điểm. .................................................84
6.4.1Xử lý biên dạng, tìm điểm nội suy biên dạng. ...................................................... 85
6.4.2 Tìm lại biên mới cho đế giày. ...............................................................................87
6.6 Calib camera với Robot ........................................................................................... 88
6.7 Giải thuật tracking đế giày. ..................................................................................... 93
6.7.1 Tính vận tốc băng tải ............................................................................................ 94

6.7.2 Tính toán điểm gặp nhau của robot và đế giày..................................................... 95
CHƯƠNG 7: THỰC NGHIỆM ĐÁNH GIÁ SAI SỐ. .................................................96
7.1 Thực nghiệm đánh giá sai số kinect: .......................................................................96
7.2 Đánh giá biên dạng nội suy và biên dạng thực....................................................... 98
7.3 Đánh giá thời gian của quá trình. ............................................................................99
7.3 Thực nghiệm quá trình dán keo. ............................................................................100
CHƯƠNG 8: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI ....................101
8.1 Đánh giá kết quả ....................................................................................................101
8.1.1 Nội dung đã hoàn thành ......................................................................................101
8.1.2 Hạn chế của luận văn ..........................................................................................101
8.2 Hướng phát triển của đề tài ...................................................................................101
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...........................................................................................102
PHỤ LỤC ....................................................................................................................102

vi


DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1 Công đoạn dán keo đế giày. ..................................................................12
Hình 1.2 Robot song song Yaskawa và tay máy công nghiệp Nachi. .................13
Hình 1.3 Nguyên lý hoạt động stereo vision. ...................................................... 14
Hình 1.4 Hoạt động của structure light camera. .................................................15
Hình 1.5 Tay máy scan 3D ..................................................................................15
Hình 1.6 Máy phun keo ORISOL. .......................................................................16
Hình 1.7 Đầu phun keo của máy. ........................................................................16
Hình 1.8 Cảm biến laze 3D Scanner. ...................................................................17
Hình 1.9 Máy dán keo tự động Cerim K300. ...................................................... 18
Hình 2.1 Robot Delta HIWIN. .............................................................................20
Hình 2.2 Robot Nachi MZ07. ..............................................................................21
Hình 2.3 Động cơ DC Servo. ...............................................................................22

Hình 2.4 Động cơ step. ........................................................................................ 22
Hình 2.5 Động cơ RC servo. ................................................................................23
Hình 2.6 Vime đai ốc ........................................................................................... 23
Hình 2.7 Thanh răng bánh răng. ..........................................................................24

vii


Hình 2.8 Arduino Uno. ........................................................................................ 25
Hình 2.9 PLC misubishi....................................................................................... 25
Hình 2.10 Hình 3D tool dán keo. .........................................................................26
Hình 2.11 Camera Logitech. ................................................................................26
Hình 2.12 Stereo camera. ..................................................................................... 27
Hình 2.13 Camera Creative. ................................................................................27
Hình 2.14 Kinect V1. ........................................................................................... 28
Hình 2.15 Bố trí gá đặt camera trên tool. ............................................................ 29
Hình 2.16 Bố trí gá đặt camera gắn liên kết với bàn Robot. ............................... 30
Hình 3.1 Cơ cấu dán keo...................................................................................... 31
Hình 3.2: Lực tác động lên pittong ......................................................................32
Hình 3.3: Sơ đồ bộ truyền vitme- đai ốc bi. ........................................................ 35
Hình 3.4 Bản vẽ 2D của cặp vit me –đai ốc bi .................................................... 36
Hình 3.5 Bảng các đặc điểm của ổ bi ..................................................................37
Hình 3.6 Gá cụm dán keo lên tay máy.................................................................38
Hình 3.7: Sơ đồ khối hệ thống điện. ...................................................................40
Hình 3.8 Giao diện chương trình điều khiển PLC. ..............................................45
Hình 3.9: Lưu đồ SFC.......................................................................................... 46
Hình 3.10: Mô hình 3D cụm dán keo trong solidworks. .....................................46
Hình 4.1 Hệ trục tọa độ tay máy ..........................................................................47
Hình 5.1 Robot Nachi MZ07 ...............................................................................59
Hình 5.2 Tủ điều khiển CFD. ..............................................................................61

Hình 5.3 Kết nối an toàn cho robot......................................................................61
Hình 5.4 Teach Pendant ....................................................................................... 62

viii


Hình 5.5: Chuyển đổi 2 dạng ngôn ngữ nguồn và chương trình thực thi. ...........64
Hình 5.6 Giao tiếp thông qua thư viện OpenNR .................................................65
Hình 5.7 Mô hình TCP/IP .................................................................................... 66
Hình 5.8: Mô hình giao thức TCP và UDP. ........................................................ 66
Hình 5.9: Giải thuật khởi tạo socket. ...................................................................69
Hình 5.10: Giải thuật truyền dữ liệu. ...................................................................70
Hình 5.11:Lưu đồ liên hệ chương trình thực thi và User task ............................. 74
Hình 6.1 Kinect V1 .............................................................................................. 75
Hình 6.2 Kết nối Kinect và PC ............................................................................76
Hình 6.3 Lưu đồ quá trình tìm biên dạng vật ...................................................... 78
Hình 6.4 Mô hình sơ đồ ảnh ................................................................................79
Hình 6.5 a) Hình trước khi lọc ngưỡng HSV, b) Hình sau khi lọc ngưỡng HSV80
Hình 6.6: a) ảnh trước xử lý, b) ảnh sau xử lý ..................................................... 82
Hình 6.7 a) Hình trước khi tìm contour, b) hình sau khi tìm contour. ...............82
Hình 6.8: Tọa độ tâm và góc của vật. ..................................................................84
Hình 6.9: Giải thuật quá trình xử lý biên dạng đế giày .......................................84
Hình 6.10: a) Biên dạng đế giày trước xử lý, b) biên dạng đế giày sau xử lý .....85
Hình 6.11: Nội suy y theo x. ................................................................................86
Hình 6.12: Tập hợp điểm nội suy của biên dạng đế giày. ...................................86
Hình 6.13:Vị trí tương quan của hai hệ trục đế giày và camera. ......................... 87
Hình 6.14: 3D viewer trong pcl. ..........................................................................92
Hình 6.15: a) tìm tâm trong hệ camera, b) tìm tâm trong hệ robot...................... 93
Hình 6.16: Giải thuật tracking đế giày................................................................. 94
Hình 6.17 Sơ đồ băng tải và robot .......................................................................95

ix


Hình 7.1: Tính kích thước các ô trong bàn cờ bằng camera. ............................... 96
Hình 7.2 Vẽ lại biên dạng đế giày bằng lệnh Curve trong solidworks. ...............98
Hình 7.3 Xuất biên dạng qua bản vẽ 2D. ............................................................. 99
Hình 7.4: Biểu đồ phân bố thời gian của quá trình dán keo. .............................100

DANH SÁCH BẢNG BIỂU
Bảng 3-1: Số liệu thực nghiệm lực đẩy: ............................................................... 33
Bảng 3-2: Thông số động cơ NEMA 17 ............................................................... 34
Bảng 3-3: Các chân điều khiển của driver A4988. ...............................................41
Bảng 3-4:Bảng thống kê nguồn điện. ...................................................................43
Bảng 3-5: Các chương trình trong thư viện MX component ................................ 44
Bảng 3-6: Các cờ và chức năng. ...........................................................................45
Bảng 5-1: Thông số tay máy MZ07. .....................................................................60
Bảng 5-2: Thông số bộ điều khiển CFD. .............................................................. 61
Bảng 5-3: Thông số của TP. ................................................................................63
Bảng 5-4: Các lệnh cơ bản trong User Task. ........................................................ 67
Bảng 7-1 Bảng thống kê sai số Kinect theo phương X. .......................................97
Bảng 7-2 Bảng thống kê sai số Kinect theo phương Y. .......................................97
Bảng 7-3 Bảng phân bố thời gian xử lý ảnh và dán keo. ....................................100

x


CHƯƠNG 2: TÌM HIỂU BÀN MÁY CNC 2D DẪN ĐỘNG BẰNG ĐAI
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
Trong những thập niên trở lại đây, việc tự động hóa trong sản xuất ngày càng

được phổ biến hơn, không chỉ có các nhà máy lớn mà các nhà máy vừa và nhỏ đang
dần thay thế các công đoạn thủ công trong quy trình sản xuất bằng các máy móc tự
động nhằm tăng năng suất và chất lượng sản phẩm tạo ra.
Robot là một trong những thiết bị tự động nhằm thay thế con người trong các
công đoạn của quá trình sản xuất. Tuy nhiên, trong những thập niên trước, Robot hoạt
động một cách độc lập nên chỉ thực hiện được những thao tác đơn giản, cố định, được
lập trình trước trong một môi trường cố định. Những năm trở lại đây, sự phát triển
mạnh mẽ của các thiết bị cảm biến giúp cung cấp các thông tin về đối tượng giúp
robot hoạt động linh hoạt, tùy biến hơn. Việc kết hợp các cảm biến, robot có thể thực
hiện các ứng dụng phức tạp thay thế các công đoạn của con người, ví dụ như các ứng
dụng như gắp vật 3D, hàn, lắp ráp, dán keo...
Robot dán keo đế giày là một robot công nghiệp thực hiện việc dán keo lên đế
giày. Đế giày khi chạy trên băng chuyền được theo dõi bởi một cảm biến hình ảnh,
cảm biến này sẽ cho thông tin về đế giày, sau khi xử lý thông tin, hệ thống điều khiển
sẽ di chuyển robot mang đầu dán keo chạy theo biên dạng đó để hoàn tất việc gián
keo.
1.1 Tổng quan về công đoạn dán keo trong công nghiệp giày da.
Dán keo là một trong những công đoạn của quá trình sản xuất giày da, keo dán
giúp gắn kết phần đế giày và thân giày lại với nhau. Độ bền của mối ghép quyết định
bởi chất lượng keo, lượng keo và độ đồng đều của keo trên mối ghép.
Trong ngành giày da hiện này, công đoạn dán keo trong dây chuyền sản xuất chủ
yêu được thực hiện thủ công, người công nhân thực hiện lặp đi lặp lại các thao tác dán
keo nhiều lần dễ dẫn đến mất tập trung và sao nhãn trong công việc. Do đó việc thay
thế công nhân bằng robot giúp hạn chế lỗi sản phẩm đồng thời tăng năng suất và chất
lượng.

11


CHƯƠNG 2: TÌM HIỂU BÀN MÁY CNC 2D DẪN ĐỘNG BẰNG ĐAI

Hình 1.1 Công đoạn dán keo đế giày.
Keo để dán đế giày là 1 loại keo lỏng, và tùy vào độ lỏng của keo mà có những
phương pháp dán khác nhau. Trong luận văn, keo sử dụng cho đế giày là loại keo có
độ đặc trung bình có thể phun ra bằng xilanh đẩy. Do đó đề tài dùng một xilanh keo để
thực hiện việc dán keo.
1.2 Tổng quan về robot công nghiệp
Robot công nghiệp được phát triển từ thập niên 60 của thế kỉ trước, ngày nay robot
công nghiệp cũng được phát triển không ngừng, đóng một vai trò quan trọng trong
các hoạt động sản xuất. Cùng với sự phát triển của các cảm biến ứng dụng công
nghệ mới giúp robot có thể thực hiện nhiều thao tác phức tạp và hiệu quả hơn.
Theo hiệp hội Robot của Nhật bản, Robot được phân chia ra 6 loại cơ bản:
- Robot điều khiển bằng tay: Robot nhiều bậc tự do được vận hành bởi con
người.
- Robot chương trình tuần tự cố định: Robot thực hiện các công đoạn liên tiếp
theo 1 chương trình cố định.
- Robot chương trình tuần tự thay đổi được: Robot thực hiện các công đoạn được
lập trình tuần tự nhau, tuy nhiên chương trình có thể tái lập trình được.

12


CHƯƠNG 2: TÌM HIỂU BÀN MÁY CNC 2D DẪN ĐỘNG BẰNG ĐAI
- Robot kiểu học: Con người có thể chỉ dẫn, robot lưu lại các chuyển động và lặp
lại các chuyển động ở lần vận hành sau.
- Robot điều khiển số: Robot được cung cấp chương trình chuyển động thực hiện
tuần tự một công đoạn nào đó hơn việc dạy thủ công.
- Robot thông minh: Robot có khả năng hiểu và thích ứng với môi trường và hoạt
tất công việc mặc cho dự thay đổi của môi trường.
Robot công nghiệp hiện nay được ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực khác nhau

của sản xuất, ví dụ nhưng ứng đụng cho việc hàn, cấp phôi, bốc xếp hàng hóa, dán
keo,...Lý do để robot được ưu tiên sử dụng thay thế công người trong các công đoạn
sản xuất là:
-Tốc độ làm việc cao, có thể hiệu chỉnh được.
-Có thể làm việc 24/7.
-Đầu tư một lần, được khấu hao qua nhiều năm.
-Dễ dàng điều khiển, dạy làm việc thay vì tốn chi phí cho việc đào tạo lao động.
Hiện nay có 2 loại robot công nghiệp được sử dụng phổ biến là robot song song,
ưu điểm về tốc độ, tay máy công nghiệp ưu điểm về độ linh hoạt.

Hình 1.2 Robot song song Yaskawa và tay máy công nghiệp Nachi.
1.3 Các phương pháp nhận diện 3D
Để thực hiện dán keo một vật, cụ thể là đế giày, ta phải cung cấp thông tin về tọa
độ 3D của các điểm trên biên dạng cần dán keo của đế giày. Để lấy được thông tin
3D của một vật có rất nhiều phương pháp, dưới đây là các phương pháp nhận diện
vật 3D.

13


CHƯƠNG 2: TÌM HIỂU BÀN MÁY CNC 2D DẪN ĐỘNG BẰNG ĐAI
1.3.1 Nhận diện vật 3D dùng camer 3D.
❖

Stereo vision: Stereo vision là phương pháp lấy thông tin của một vật 3D nhờ so

sánh hai ảnh của cùng một vật từ hai vị trí chụp khác nhau. Bằng việc so sánh vị trí
tương đối của các điểm trên vật mà có thể suy ra được thông tin 3D của vật.

Hình 1.3 Nguyên lý hoạt động stereo vision.

❖

Time of light camera: time of light camera là một camera ra 3D, việc xác định độ

sâu bằng cách do thời gian của các tia sáng.Loại camera này khá chính xác đi đôi với
đó là giá thành khá đắt.

14


CHƯƠNG 2: TÌM HIỂU BÀN MÁY CNC 2D DẪN ĐỘNG BẰNG ĐAI
Hình 1.3 Hoạt động của time of light camera
❖

Structure light camera là một cảm biến 3D sử dụng một camera 2D và một cảm

biến chiều sâu để xác định chiều sâu của vật thể, từ đó có thể cung cấp thông tin 3D
của vật.

Hình 1.4 Hoạt động của structure light camera.
1.3.2 Phương pháp CMM(Coordinate measuring machines)
Phương pháp CMM(Coordinate measuring machines) sử dụng một cánh tay máy
ghi nhận tọa độ các điểm trên vật thể mà tay máy rà vào nhờ đọc các tín hiệu được ghi
nhận lại từ các encoder gắn tại các khớp của tay máy. Từ các tọa độ đọc về, hệ thống
sẽ tái xây dựng lai mô hình 3D của vật thể.

Hình 1.5 Tay máy scan 3D
1.4 Các hệ thống trên thị trường:
1.4.1 Máy dán keo giày Orisol.

15


CHƯƠNG 2: TÌM HIỂU BÀN MÁY CNC 2D DẪN ĐỘNG BẰNG ĐAI
Hệ thống phun keo tự động này bào gồm một robot gắn đầu tool phun keo tự
động cùng với một máy Scanner 3D thực hiện gián keo một cách chính xác mà không
cần sự can thiệp của con người. Hệ thống đạt năng suất 5 sản phẩm/ phút và với hệ
thống kiểm ra chất lượng on-the-fly.

Hình 1.6 Máy phun keo ORISOL.

Hình 1.7 Đầu phun keo của máy.

16


CHƯƠNG 2: TÌM HIỂU BÀN MÁY CNC 2D DẪN ĐỘNG BẰNG ĐAI

Hình 1.8 Cảm biến laze 3D Scanner.
-Đặc điểm và thông số kỹ thuật của hệ thống:
-Giao diện thân thiện với hệ điều hành window 7 trên PC
-3D Scanning camera với độ chính xác cao
-Tự động nhận diện biên dạng vật
-Thời gian nhận điện biên dạng it hơn 10s
-Robot 6 bật tự do di chuyển linh hoạt rà theo từng biên dạng của đế giày

❖

Thông số kĩ thuật:
-Kích thước: W:150x L160xH200 cm

-Khoảng phun keo:900mm
-Khoảng cách scan: 100cm
-Nguồn:380VAC, 3phase, 50/60 Hz.

1.4.2 Máy dán keo tự động Cerim K300.
Hệ thống bao gồm 5 trục tạo chuyển động nội suy cho đầu công tác dán keo lên
biên dạng đế giày.

17


CHƯƠNG 2: TÌM HIỂU BÀN MÁY CNC 2D DẪN ĐỘNG BẰNG ĐAI

Hình 1.9 Máy dán keo tự động Cerim K300.
(Nguồn Makini).
❖

Thông số kỹ thuật
-Gồm một màn hình cảm ứng cho phép lập trình, hiển thị đồ họa.
-Cụm khung gá đế giày tùy chỉnh kích cỡ .
-Năm trục chuyển động nội suy, đầu công tác tích hợp đầu dán keo.
-Hệ thống chứa trong thùng kín, có hệ thống hút kí độc.
-Hiệu suất cao
/>
1.5 Mục tiêu, nhiệm vụ và phạm vi đề tài.
1.5.1 Mục tiêu.

18

CHƯƠNG 2: TÌM HIỂU BÀN MÁY CNC 2D DẪN ĐỘNG BẰNG ĐAI
Mục tiêu của đề tài là thiết kế đầu dán keo và điều khiển tay máy di chuyển đầu
công tác rà theo biên dạng của đế giày để thực hiện công đoạn dán keo. Tay máy phải
dán keo đúng chính xác biên dạng của đế giày trong thời gian quy định, đế giày xoay
nhiều hướng trên băng tải.
1.5.2 Nhiệm vụ.
Xuất phát từ mục tiêu của đề tài, nhiệm vụ cần phải thực hiện của luận văn bao
gồm:
-Tìm hiểu tổng quan và nguyên lý hoạt động của tay máy.
- Thiết kế cụm dán keo gắn tay máy.
-Thiết kế mạch điều khiển, chương trình điều khiển.
-Thực hiện kiểm nghiệm.
1.5.3 Phạm vi đề tài.
Với điều kiện hiện có, luận văn sẽ giới hạn và đặt ra yêu cầu bài toán như sau:
-Hệ thống tự động nhận biên dạng 1 lần.
-Thời gian dán keo nhỏ hơn 2s.
-Mẫu đế giày là mẫu có màu đồng nhất, kích thước 160x40 mm.
1.5.4 Tổ chức luận văn.
Luận văn được chia làm 8 chương, nội dung các chương được trình bày dưới
đây:
Chương 1: Tổng quan.
Chương 2: Nguyên cứu lựa chọn phương án.
Chương 3: Thiết kế cụm dán keo và hệ thống điện.
Chương 4: Phân tích động học tay máy NZ07
Chương 5: Điều khiển tay máy NZ07.
Chương 6:Giải thuật dán keo đế giày.
Chương 7: Thực nghiệm đánh giá sai số.
Chương 8: Kết luận và hướng phát triển của đề tài.
19

CHƯƠNG 2: TÌM HIỂU BÀN MÁY CNC 2D DẪN ĐỘNG BẰNG ĐAI

CHƯƠNG 2: NGUYÊN CỨU LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN

Để điều khiển Robot di chuyển đầu công tác rà trên biên dạng vật ta cần tìm hiểu
rõ về loại robot và các thiết bị cần thiết để thực hiện công đoạn dán keo. Vì vậy, trong
chương 2 sẽ thực hiện việc lựa chọn loại robot, các cơ cấu cần thiết, camera cũng như
cách gá camera dùng cho ứng dụng dán keo này..
2.1 Cơ khí :
2.1.1 Lựa chọn dạng robot.
Robot dùng cho ứng dụng dán keo nói chung có thể là delta robot, sacra robot
hoặc là tay máy công nghiệp tùy vào từng yêu cầu của công đoạn dán keo mà ta có
những lựa chọn khác nhau.
❖

Phương án 1: Sacra và Delta Robot.

Ưu điểm:
+ Tốc độ di chuyển nhanh, linh hoạt
+ Làm việc tốt trong vùng 2D
Nhược điểm:
+ Không làm việc ở các điểm bị che khuất, kì dị

Hình 2.1 Robot Delta HIWIN.
❖

Phương án 2: Tay máy công nghiệp

Ưu điểm:

20


CHƯƠNG 2: TÌM HIỂU BÀN MÁY CNC 2D DẪN ĐỘNG BẰNG ĐAI
+ Di chuyển linh hoạt
+vùng làm việc rộng
Nhược điểm
+ Tốc độ di chuyển chậm
+ Khó điều khiển
Kết luận và lựa chọn:
Trong ứng dụng dán keo đế giày, Robot được dùng chủ yếu là Robot 6 bậc tự do.
Do đó trong luận văn này, việc kiểm nghiệm giải thuật sẽ sử dụng tay máy 6 bậc tự do
của Nachi, tay máy có kí hiệu là MZ07.

Hình 2.2 Robot Nachi MZ07.
2.1.2 Cơ cấu chấp hành
Cơ cấu dán keo trên thị trường nước ngoài có rất nhiều, tuy nhiên ở Việt Nam thì
không có bán sản phẩm. Cùng với giá thành khá cao nên tác giả quyết định thiết kế
một cơ cấu phun keo để thực nghiệm để kiểm tra giải thuật điều khiển. Sau đây là
những phương án lựa chọn cho cơ cấu phun keo này.
2.1.2.1 Động cơ:
Để cung cấp lực đẩy cho xilanh keo, ta sử dụng một động cơ để truyền động đẩy
pitong ép keo phun ra, việc lựa chọn động cơ tùy thuộc vào yêu cầu phun keo, dưới
đây là các phương án

21


CHƯƠNG 2: TÌM HIỂU BÀN MÁY CNC 2D DẪN ĐỘNG BẰNG ĐAI
Phương án 1: Động cơ DC Servo

Hình 2.3 Động cơ DC Servo.
Ưu điểm:
+ Có encoder giúp điều khiển vòng kín chính xác
+ Kiểm soát được tốc độ và gia tốc
Nhược điểm:
+ Điều khiển phức tạp hơn động cơ step
Phương án 2: Động cơ step

Hình 2.4 Động cơ step.
Ưu điểm:
+ Điều khiển chính xác vị trí
+ Điều khiển đơn giản
Nhược điểm:
+ Dễ bị trượt bước

22


CHƯƠNG 2: TÌM HIỂU BÀN MÁY CNC 2D DẪN ĐỘNG BẰNG ĐAI
Phương án 3: Động cơ RC Servo

Hình 2.5 Động cơ RC servo.
Ưu điểm:
+ Điều khiển chính xác vị trí
+ Tốc độ và moomen không đổi
Nhược điểm:
+ Giới hạn góc quay
Kết luận và lựa chọn phương án: Do yêu cầu thiết kế đầu dán keo đơn giản,
đảm bảo lượng keo được phun ra chính xác, nên ta chọn động cơ step.

2.1.2.2 Truyền động:
Để biến đổi chuyển động quay của động cơ sang chuyển động tịnh tiến để đẩy pitong
ta cần một cơ cấu truyền động, sau đây là các phương án lựa chọn cơ cấu truyền động
Phương án 1: Vitme đai ốc.

Hình 2.6 Vime đai ốc
Ưu điểm:

23


CHƯƠNG 2: TÌM HIỂU BÀN MÁY CNC 2D DẪN ĐỘNG BẰNG ĐAI
+ Độ chính xác cao.
+ Sử dụng vit me bi giảm đáng kể ma sát.
+ có khả năng tự hãm.
Nhược điểm:
+ Giá thành khá cao.
+ Ma sát lớn.
Phương án 2: Thanh răng bánh răng

Hình 2.7 Thanh răng bánh răng.
Ưu điểm:
+ Giá thành thấp.
+ Kết cấu đơn giản.
Nhược điểm:
+ Độ chính xác không cao.
+ Ma sát lớn.
+ Không tự hãm.
Kết luận và lựa chọn phương án: Lựa chọn phương án dùng trục vít để đảm bảo độ
chính xác cho việc truyền động, ngoài ra giúp động cơ không bị trượt bước do momen

lớn.

24