Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế hệ thống phân loại sản phẩm bằng nhận dạng mờ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN
KHOA KỸ THUẬT & CÔNG NGHÊ

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIÊT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIÊM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIÊP
Giảng viên: Th.s Đỗ Văn Cần
Bộ môn: Kỹ Thuật Điện
Sinh viên: …………Lê Anh Tuấn………...…….Mã số:……3351070189…
Đề Tài:
Thiết kế hệ thống phân loại sản phẩm bằng nhận dạng mờ.
Mục lục.
Danh mục bảng biểu, hình vẽ.
Lời nói đầu.
Chương 1: Tổng quan về hệ thống phân loại sản phẩm và điều khiển mờ.
Tổng quan về phân loại sản phẩm.
Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước về lĩnh vực này.
Nội dung thực hiện ( nội dung sẽ làm).
Chương 2: Lý thuyết mờ và lựa chọn thiết bị điều khiển.
Cơ sở lý thuyết về mờ.
Lựa chon thiết bị điều khiển.
Chương 3: Thiết kế hệ thống phân loại sản phẩm.
Sơ đồ cấu trúc và xác định cấu hình I/O.
Xây dựng thuật toán chương trình.
Xây dựng chương trình điều khiển S7-400.
Chương 4: Thiết kế giao diện SCADA.
Xây dựng cấu hình trên Win CC.
Thiết kế giao diện hệ thống bằng Win CC.
Kết quả mô phỏng (điều khiển giám sát, thu thập dữ liệu).
Kết luận.

Kết quả đạt được.
Hạn chế còn tồn tại.
Định hướng phát triển tương lại.
Tài liệu tham khảo.
Ngày giao nhiệm vụ: 15/9/2014
Ngày hoàn thành: 15/12/2014
Bảo vệ bằng Slide ( sử dụng phần mềm)
Bình Định, Ngày 29 Tháng 12 Năm 2014
Giảng viên Hướng dẫn
Trưởng Bộ môn
Trưởng Khoa


MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU...............................................................................................1
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM
VÀ ĐIỀU KHIỂN MỜ NƠ-RON.....................................................................2
1.1. TỔNG QUAN VỀ PHÂN LOẠI SẢN PHẨM..................................2
1.1.1. Các phương pháp phân loại sản phẩm.........................................2
1.1.2. Một số dây chuyền phân loại sản phẩm trong công nghiệp........3
1.1.2.1 Máy phân loại bằng X-quang trong chế biến thực phẩm:.....3
1.1.2.2. Máy tách màu gạo: (Seri RB của hãng Meiya)....................4
1.1.2.3 Máy tách kim loại:.................................................................6
1.1.2.4. Dây chuyền tự động hóa phân loại gạch granite:.................7
1.2. GIỚI THIỆU ROBOT CÔNG NGHIỆP............................................8
1.2.1. Quá trình phát triển của robot công nghiệp.................................8
1.2.2. Ứng dụng của robot công nghiệp................................................9
1.2. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MẠNG MỜ NƠ RON
TRONG NHẬN DẠNG SẢN PHẨM.........................................................11
1.4. ĐỊNH HƯỚNG THỰC HIỆN ĐỀ TÀI............................................14

CHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT VỀ MỜ-NƠ RON VÀ LỰA CHỌN THIẾT
BỊ ĐIỀU KHIỂN.............................................................................................16
2.1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ MỜ.........................................................16
2.1.1. Tổng quan về logic mờ..............................................................16
2.1.2. Mờ hóa......................................................................................17
2.1.3. Các phép toán trên tập mờ........................................................20
2.1.3.1. Phép hợp hai tập mờ...........................................................20
2.1.3.2. Phép giao hai tập mờ..........................................................21
2.1.4. Biến ngôn ngữ và giá trị của biến ngôn ngữ.............................22
2.1.5 Luật hợp thành mờ.....................................................................23


2.1.5.1. Mệnh đề hợp thành.............................................................23
2.1.5.2. Mô tả mệnh đề hợp thành...................................................24
2.1.5.3. Luật hợp thành mờ.............................................................24
2.1.5.4. Các cấu trúc cơ bản của luật hợp thành..............................26
2.1.5.5. Luật hợp thành đơn có cấu trúc SISO................................26
2.1.6. Giải mờ......................................................................................29
2.1.6.1. Phương pháp cực đại..........................................................29
2.1.6.2. Phương pháp điểm trọng tâm.............................................32
2.2. ĐIỀU KHIỂN MỜ...........................................................................33
2.2.1.Cấu trúc của bộ điều khiển mờ...................................................33
2.2.1.1. Sơ đồ khối bộ điều khiển mờ.............................................33
2.2.1.2. Phân loại bộ điều khiển mờ................................................34
2.2.1.3. Các bước thiết kế bộ điều khiển mờ...................................35
2.2.2. Bộ điều khiển mờ tĩnh...............................................................37
2.2.2.1 Khái niệm............................................................................37
2.2.2.2. Thuật toán tổng hợp một bộ điều khiển mờ tĩnh................37
2.2.2.3. Tổng hợp bộ điều khiển mờ tuyến tính từng đoạn.............39
2.2.3. Bộ điều khiển mờ động.............................................................39

2.2.3. Hệ điều khiển mờ lai (F-PID)....................................................42
2.2.4. Hệ điều khiển thích nghi mờ.....................................................42
2.3. LỰA CHỌN THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN............................................44
2.3.1. Sơ đồ nguyên lý làm việc..........................................................44
2.3.3. Lựa chọn thiết bị động học........................................................47
2.3.4. Lựa chọn thiết bị cảm biến........................................................48
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM...........52
3.1. CẤU HÌNH VÀO/RA......................................................................52
3.2. XÂY DỰNG SƠ ĐỒ THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN.....................53


3.2.1. Sơ đồ thuật toán chương trình chính.........................................53
3.2.3. Sơ đồ thuật toán chương trình con được nhận dạng là động cơ 56
3.3. CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN...................................................59
CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG SCADA TRÊN WINCC...............68
4.1.PHẦN MỀM PLC SIM.....................................................................68
4.2. THIẾT KẾ GIAO DIỆN HỆ THỐNG BẰNG WINCC...................69
KẾT LUẬN.................................................................................................72
TÀI LIỆU THAM KHẢO...........................................................................74


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Băng tải phân loại hạt điều...........................................................2
Hình 1.2. Máy phân loại bằng X-Quang của hãng Meiya............................4
Hình 1.3. Máy tách màu gạo seri RB của hãng Meiya.................................5
Hình 1.4. Máy tách kim loại dùng cho nguyên liệu rời.................................6
Hình 1.5. Dây chuyền tự động hóa phân loại gạch granite..........................7
Hình 1.6. Sơ đồ cấu trúc chung của hệ thống cảm biến..............................11
Hình 1.7. Mô phỏng hệ thống điều khiển SVC dùng mờ nơ-ron.................12
Hình 1.8. Hệ thống hút tích hợp với cánh tay robot....................................13

Hình 1.9. Mô hình bộ điều khiển mờ nơ-ron...............................................14
Hình 1.10. Sơ đồ nội dung thực hiện...........................................................15
Hình 2.1. Mô tả hàm phụ thuộc μA(x) của tập các số thực từ -5 đến 5......18
Hình 2.2. Mô tả hàm phụ thuộc μB(x) của tập mờ B..................................18
Hình 2.3. Độ cao, miền xác định, miền tin cậy của tập mờ........................19
Hình 2.4. Hợp của hai tập mờ có cùng cơ sở..............................................20
Hình 2.5. Giao của hai tập mờ có cùng cơ sở.............................................21
Hình 2.6. Mờ hóa biến tốc độ......................................................................23
Hình 2.7. Mô tả hàm liên thuộc của luật hợp thành...................................25
Hình 2.8. Rời rạc hóa các hàm liên thuộc..................................................27
Hình 2.9. a, b, c: Các nguyên lý giải mờ theo phương pháp cực đại..........30
Hình 2.10.....................................................................................................31
Hình 2.11. Hàm liên thuộc B’ đối với luật hợp thành MAX-PROD............31
Hình 2.12. Giá trị rõ y’ là hoành độ của điểm trọng tâm............................32
Hình 2.13. So sánh các phương pháp giải mờ............................................33
Hình 2.14. Các khối chức năng của bộ Điều khiển mờ...............................34
Hình 2.15. a,b,c. Các bộ điều khiển mờ......................................................35
Hình 2.16. Cấu trúc tổng quát một hệ mờ...................................................36


Hình 2.17. Hệ điều khiển mờ theo luật PI...................................................40
Hình 2.18. Hệ điều khiển mờ theo luật PD.................................................40
Hình 2.19. Hệ điều khiển theo luật PID......................................................41
Hình 2.20. Nguyên lý điều khiển mờ lai......................................................42
Hình 2.21. Cấu trúc phương pháp điều khiển thích nghi trực tiếp.............43
Hình 2.22. Sơ đồ nguyên lý làm việc...........................................................44
Hình 2.23. PLC S7-400...............................................................................46
Hình 2.24. Cân băng tải..............................................................................48
Hình 2.25. Cảm biến quang........................................................................49
Hình 3.1. Sơ đồ đấu dây..............................................................................53

Hình 3.2. Sơ đồ thuật toán chương trình chính...........................................54
Hình 3.3. Sơ đồ thuật toán chương trình con nhận dạng............................55
Hình 3.4. Sơ đồ thuật toán chương trình con khi sản phẩm là động cơ.....58
Hình 3.5. Sơ đồ thuật toán chương trình con sự cố....................................58
Hình 3.6. Chương trình điều khiển..............................................................59
Hình 4.1. Biểu tượng PLCSIM....................................................................68
Hình 4.2. Giao diện PLCSIM......................................................................68
Hình 4.3. Các module mô phỏng.................................................................69
Hình 4.4. Thiết lập tag cho wincc...............................................................69
Hình 4.5. Giao diện khi bắt đầu..................................................................70
Hình 4.6. Giao diện mô phỏng....................................................................70
Hình 4.7. Các phím ấn điều khiển...............................................................71
Hình 4.8. Bảng thông báo những thiết bị làm việc.....................................71
DANH MỤC BẢNG
Bảng 3.1. Cấu hình vào ra..........................................................................52


1
LỜI MỞ ĐẦU
Fuzzy logic đã trải qua một thời gian dài từ khi lần đầu được quan tâm
trong lĩnh vực kỹ thuật khi được tiến sĩ Lotfi Zadeh định hướng năm 1965. Từ
đó, đề tài đã là sự tập trung của nhiều nghiên cứu của các nhà toán học, khoa
học và kỹ sư ở khắp nơi trên thế giới. Nhưng có lẽ là do ý nghĩa (fuzzy-mờ)
cho nên fuzzy logic đã không được chú ý nhiều ở tại đất nước đã khai sinh ra
nó cho mãi đến thập kỷ cuối (90). Trong những năm gần đây, Nhật Bản đã có
hơn 1000 bằng sáng chế về kỹ thuật fuzzy logic, và họ đã thu được hàng tỉ
USD trong việc bán các sản phẩm có sử dụng kỹ thuật fuzzy ở khắp nơi trên
thế giới.
Trong sự phát triển của khoa học và kỹ thuật, điều khiển tự động đóng vai
trò quan trọng. Lĩnh vực này có mặt khắp mọi nơi, nó có trong các qui trình

công nghệ sản xuất hiện đại và ngay cả trong đời sống hàng ngày. Điều khiển
mờ ra đời với cơ sở lý thuyết là lý thuyết tập mờ (fuzzy set) và logic mờ
(fuzzy logic). Ưu điểm cơ bản của kỹ thuật điều khiển mờ là không cần biết
trước đặc tính của đối tượng một cách chính xác, khác với kỹ thuật điều khiển
kinh điển là hoàn toàn dựa vào thông tin chính xác tuyệt đối mà trong nhiều
ứng dụng là không cần thiết hoặc không thể có được.
Với những ham muốn tìm hiểu một ngành kỹ thuật điều khiển mới mẻ, em
thực hiện nghiên cứu đề tài “THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN
PHẨM BẰNG NHẬN DẠNG MỜ” do Thạc sĩ Đỗ Văn Cần hướng dẫn. Vì
thời gian bị hạn chế và cũng do giới hạn về kiến thức nên chắc chắn không
tránh khỏi những hạn chế và thiếu sót. Em mong nhận được sự chỉ dẫn và góp
ý quý báu của các Thầy để đề tài được hoàn thiện hơn.
Quy Nhơn, tháng 12 năm 2014
Sinh viên thực hiện

Lê Anh Tuấn


2
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ HÊ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM
VÀ ĐIỀU KHIỂN MỜ NƠ-RON
1.1. TỔNG QUAN VỀ PHÂN LOẠI SẢN PHẨM

Hình 1.1. Băng tải phân loại hạt điều
Đầu tiên ko nên đưa cái này vô mà nên đưa ra mục nghiên cứu ngoài nước
hoặc trong nước
Mà đầu tiên khái quát về phân loại sản phẩm và những nghiên cứu Mờ
trong điểu khiển
1.1.1. Các phương pháp phân loại sản phẩm

- Phân loại theo kích thước: dựa vào kích thước (như lớn hay nhỏ, cao hay
thấp…) của sản phẩm mà phân loại. Phương pháp này thường được ứng dụng
trong các dây chuyền chế biến, xay xát lương thực, thực phẩm như lúa, ngô,
lúa mì, sắn, khoai tây…


3
- Phân loại theo hình dáng: dựa vào hình dáng (tròn, vuông, tam giác…)
của sản phẩm để phân loại. Phương pháp này sử dụng camera chuyên dụng và
một modul xử lý ảnh để nhận dạng hình dáng của sản phẩm. Nó thường ứng
dụng trong các dây chuyền sản xuất hiện đại, công nghệ cao như lắp ráp tự
động (ô tô, điện tử…) nhằm tăng năng suất, giảm chi phí nhân công.
- Phân loại theo trọng lượng: dựa vào trọng lượng của sản phẩm mà phân
loại. Phương pháp này thường dùng thiết bị cân điện tử ngay trên băng tải để
phân loại. Thường gặp nhiều trong chế biến thủy sản (như tôm, cá, mực…).
- Phân loại theo vật liệu: dựa vào loại vật liệu của sản phẩm (như kim loại
hay phi kim) để phân loại. Phương pháp này thường ứng dụng hiện tượng
cảm ứng điện từ để nhận dạng sản phẩm có lẫn kim loại. Nó được ứng dụng
trong các dây chuyền sản xuất thực phẩm như ngũ cốc, thủy sản, bánh kẹo…
- Phân loại theo màu sắc: dựa vào màu sắc của sản phẩm mà phân loại.
Phương pháp này thường sử dụng cảm biến màu sắc hoặc camera để nhận
dạng màu. Được ứng dụng nhiều trong các dây chuyền chế biến gạo xuất
khẩu để phân loại gạo sau khi xay xát dựa vào màu sắc của gạo. Ngoài ra, nó
còn được ứng dụng trong sản xuất vật liệu xây dựng (như gạch ốp lát, vật liệu
trang trí…) nhằm phân loại chính xác màu sắc của sản phẩm.
- Phân loại theo khuyết tật: dựa vào khuyết tật (nứt, rỗ, bọt khí…) của sản
phẩm. Phương pháp này thường sử dụng sóng siêu âm, dòng Foucault (chỉ
dùng đối với vật liệu mỏng), X-Ray… Phương pháp trên được ứng dụng
nhiều trong ngành sản xuất các vật liệu đúc như đồng, nhôm, sứ…
1.1.2. Một số dây chuyền phân loại sản phẩm trong công nghiệp

1.1.2.1 Máy phân loại bằng X-quang trong chế biến thực phẩm:
Nguyên lý làm việc:
Thực phẩm được đưa qua máy chụp X-quang, mật độ và số lượng nguyên
tử càng cao, tỷ lệ hấp thụ càng cao, do đó bộ phận cảm ứng sẽ bắt điểm thu
nhận tín hiệu từ nhiều nguồn màu sắc khác nhau. Thành phần bên trong của


4
nguyên liệu là protein, carbohydrate và chất béo,với tỷ lệ hấp thụ rất khác
nhau với đối tượng là kim loại hoặc đá.
Đặc trưng chính:
- Modul thu nhận dữ liệu độ nét cao kết hợp cùng công nghệ cổng giao tiếp
USB 2.0 tốc độ cao và chức năng giám sát tiến trình bằng hình ảnh XPE
nhằm đảm bảo sự vận hành ổn định và đáng tin cậy của thiết bị.

Hình 1.2. Máy phân loại bằng X-Quang của hãng Meiya
- Máy phân loại bằng X-quang trong chế biến thực phẩm sử dụng màn hình
độ chính xác cao và giao diện thân thiện nhằm đem đến sự đơn giản trong vận
hành thiết bị.
- Công nghệ xử lý bằng hình ảnh ưu việt và độc đáo, cộng thêm vào đó là
bộ phận nhận biết sự có mặt của tạp chất lạ (nhận dạng được kim loại, mảnh
sành sứ, gạch, xương và nhựa cứng), bộ phận cảnh báo tạp phẩm (nhận biết
sản phẩm hỏng hoặc lỗi), thiết đặt bảo vệ (hiệu quả bảo vệ ở cả 2 đầu của
băng chuyền) và nhiều chức năng khác.
- Có tất cả các loại thiết bị bơm đầu ra, nhận ra các yêu cầu chỉ thị đặc biệt.
- Chỉ thị quang học, thiết bị bảo vệ ngoại biên phức hợp.
Lĩnh vực ứng dụng:
Máy phân loại bằng X-quang có thể ngăn ngừa các tạp chất lạ mặt có tính
chất cứng (như kim loại, đá và nhựa) từ mẻ nguyên liệu lớn (ngũ cốc, trái cây,

5
và rau dehydrat hóa); vỏ hải sản, đá sỏi, kim loại bên trong đồ biển, nhựa và
kim loại bên trong đồ hộp và đóng gói sẵn.
1.1.2.2. Máy tách màu gạo: (Seri RB của hãng Meiya)
Giới thiệu công nghệ:
Dựa trên cấu trúc nhiều modul song song, máy tách màu gạo tích hợp cảm
biến camera kỹ thuật số tiên tiến CCD, cabin tách màu quang học ưu việt, bộ
phận tách nguyên liệu tốc độ cao, thuật toán điều khiển tần số video tức thời
và giao thức truyền tín hiệu đáng tin cậy. Chỉ số phân tách vì thế mà được
nâng cao rõ rệt.
Màn hình hiển thị cảm ứng đem lại giao diện thân thiện với khả năng cung
cấp đầy đủ thông tin.
Không chỉ cung ứng các tính năng thông thường, máy tách màu gạo còn có
nhiều tính năng nổi bật khác.

Hình 1.3. Máy tách màu gạo seri RB của hãng Meiya

Đặc trưng chính:
Máng nạp liệu phẳng, dốc, hệ thống vận hành tích hợp và xử lý số tốc độ
cao đem lại kết quả phân tách tốt cùng tuổi thọ lâu bền cho thiết bị.


6
Khả năng tính toán đa kích cỡ, tổ hợp nhiều thuật toán đem lại một hệ
thống vận hành thông minh.
Hệ thống quang học đặc biệt, chế độ tách màu linh hoạt cho nhiều nguyên
liệu thô khác nhau và mục đích loại bỏ phế phẩm khác nhau, những ưu điểm
này đem lại cho thiết bị khả năng đặc biệt để tiến hành tách màu đồng thời
cho hạt vàng và hạt trắng sữa với hiệu quả đạt được thật đáng kinh ngạc.

Hệ thống vận hành tích hợp cung cấp một giao diện thân thiện, vận hành
máy đơn giản.
Cảm biến độ nhạy cao và thuật toán đặc biệt giúp loại bỏ có hiệu quả
những hạt gạo bẩn, không đạt chất lượng.
1.1.2.3 Máy tách kim loại:
Tính năng của máy:
Khi nguyên liệu được chảy qua ống kiểm tra của máy, máy sẽ tự động kiểm
tra, phát hiện các mẫu kim loại nhỏ lẫn trong nguyên liệu, sau đó máy tự động
kích hoạt van gạt và tự động tách phần nguyên liệu có hạt kim loại đó ra một
cửa xả khác.
Máy có khả năng phát hiện hạt kim loại rất nhỏ, phát hiện cả các kim loại
như inox, đồng, nhôm...
Đặc trưng chính:
- Máy được chế tạo toàn bộ bằng thép không gỉ.
- Trang bị hệ thống điện tử tiên tiến, thiết kế cơ khí chuẩn xác.
- Công nghệ Two channel DSP. Tăng khả năng phát hiện kim loại.
- Tín hiệu kỹ thuật số mạch vòng. Sử dụng dễ dàng.
- Thiết kế dễ dàng tháo lắp.


7

Hình 1.4. Máy tách kim loại dùng cho nguyên liệu rời

- Khả năng máy phát hiện được các kim loại: mảnh sắt, mảnh inox, đồng...
- Màn hình hiển thị tinh thể lỏng LCD. Giao diện tiếng Anh.
Ứng dụng: Máy tách kim loại chuyên dùng trong tách các mảnh kim loại
nhỏ trong nguyên liệu các ngành công nghiệp thực phẩm, dược phẩm, nhựa...
1.1.2.4. Dây chuyền tự động hóa phân loại gạch granite:
Dây chuyền do Viện Tự động hóa kỹ thuật quân sự nghiên cứu và chế tạo.

Hình 1.5. Dây chuyền tự động hóa phân loại gạch granite

Hệ thống gồm 3 phần:


8
Phần thứ nhất là khối xử lý nhận dạng và ra quyết định, gồm một hệ thống
camera và đèn chiếu sáng chuyên dụng được đặt trong một hộp đen gá trên
băng chuyền gạch. Khi viên gạch đi qua hộp đen, hệ thống camera thu nhận
hình ảnh bề mặt viên gạch và chuyển cho phần mềm nhận dạng và phân loại.
Phần mềm này sẽ thực hiện nhận dạng và ra quyết định viên gạch thuộc loại
chất lượng nào.
Phần tiếp theo là khối xử lý tín hiệu hỏi đáp, điều khiển và giao tiếp giữa
người và máy, gồm bàn phím, màn hình và các nút điều khiển.
Phần cuối cùng là khối cơ cấu cơ khí chấp hành, là một băng chuyền dọc,
có khe được đặt nối tiếp theo băng chuyền gạch của nhà sản xuất. Trên băng
chuyền có 5 vị trí phân loại ứng với 5 mẫu gạch. Khi bộ xử lý nhận dạng và ra
quyết định gạch thuộc loại chất lượng nào, viên gạch tiếp tục được chuyển
qua băng chuyền có khe, qua tay máy sẽ hút giữ để chuyển xuống băng tải
loại đó.
Ở trên là một số dây chuyền phân loại sản phẩm hiện nay, nhưng những sản
phẩm trên có trọng lượng rất nhẹ và khoảng cách di chuyển sản phẩm không
xa. Vì vậy không thể áp dụng đối với một số sản phẩm cơ khí trong công
nghiệp được, ví dụ như nhà máy sản xuất ô tô…, Vậy nên ta phải sử dụng đến
những cánh tay robot để dễ dàng trong việc chấp hành chuyển sản phẩm có
trọng lượng lớn và khoảng cách di chuyển tương đối xa nhằm giảm chi phí
cũng như sức lao động con người. Để hiểu rõ về khả năng làm việc của những
cánh tay robot cũng như một số ứng dụng của nó trong công nghiệp thì em
xin trình bày sơ qua robot công nghiệp ở mục 1.2 sau.

1.2. GIỚI THIÊU ROBOT CÔNG NGHIÊP
1.2.1. Quá trình phát triển của robot công nghiệp
Cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ robot ngày nay được ứng
dụng rộng rãi trong các lĩnh vực của đời sống xã hội. Thuật ngữ robot xuất
phát từ tiếng Séc (Czech) “Robota” có nghĩa là công việc tạp dịch trong vở
kịch Romssum's Universal Robots của Karel Capek vào năm 1921. Trong vở
kịch Rossum và con trai của ông đã chế tạo ra những chiếc máy gần giống


9
con người để phục vụ con người. Có lẽ đó là một gợi ý ban đầu cho các nhà
sáng chế kỹ thuật về những cơ cấu, máy móc bắt chước các hoạt động cơ bắp
của con người.
Đầu thập kỷ 60, công ty Mỹ AMF (American Machine and Foundy
Company) quảng cáo một loại máy tự động vạn năng và gọi là "Người máy
công nghiệp" (Industrial Robot). Ngày nay người ta đã đặt tên người máy
công nghiệp cho những loại thiết bị có dáng dấp và một vài chức năng như
tay người được điều khiển tự động để thực hiện một số thao tác sản xuất. Về
mặt kỹ thuật, những robot công nghiệp ngày nay có nguồn gốc từ hai lĩnh vực
kỹ thuật ra đời sớm hơn đó là các cơ cấu điều khiển từ xa (Teleoperators) và
các máy công cụ điều khiển số. Dưới đây chúng ta sẽ điểm qua một số thời
điểm lịch sử phát triển của người máy công nghiệp. Một trong những robot
công nghiệp đầu tiên được chế tạo là robot Versatran của công ty AMF, Mỹ.
Cũng vào khoảng thời gian này ở Mỹ xuất hiện loại robot Unimate -1900
được dùng đầu tiên trong kỹ nghệ ô tô. Tiếp theo Mỹ, các nước khác bắt đầu
sản xuất robot công nghiệp: Anh -1967, Thụy Điển và Nhật - 1968 theo bản
quyền của Mỹ, CHLB Đức - 1971, Pháp -1972, … Tính năng làm việc của
robot ngày càng được nâng cao nhất là khả năng nhận biết và xử lý. Năm
1967 trường Đại học Tổng hợp Stanford (Mỹ) đã chế tạo ra mẫu robot hoạt
động theo mô hình mắt-tay, có khả năng định hướng và nhận biết bàn kẹp

theo vị trí vật kẹp nhờ các cảm biến. Năm 1974 công ty Mỹ Cincinnati đưa ra
loại robot được điều khiển bằng máy vi tính gọi là robot T3 (The Tomorrow).
Robot này có khả năng nâng được vật có khối lượng lên đến 40kg. Có thể nói
Robot là sự tổ hợp khả năng hoạt động linh hoạt của cơ cấu điều khiển từ xa
với mức độ tri thức ngày càng phong phú của hệ thống điều khiển theo
chương trình số cũng như kỹ thuật chế tạo các bộ cảm biến, công nghệ lập
trình và các phát triển của trí không nhân tạo, hệ chuyên gia… Trong những
năm sau này việc nâng cao tính năng hoạt động của robot không ngừng được
phát triển cùng với những thành tựu to lớn trong lĩnh vực Tin học- Điện tử.
1.2.2. Ứng dụng của robot công nghiệp


10
Robot được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau. Ví
dụ: Vận chuyển, bốc dỡ vật liệu, gia công, lắp ráp thăm dò…
- Ứng dụng trong vận chuyển và bốc dỡ vật liệu: Robot có nhiệm vụ di
chuyển đối tượng từ vị trí này đến vị trí khác. Nhiệm vụ này được thực hiện
bởi thao tác nhặt và đặt vật thể. Robot nhặt chi tiết ở một vị trí và chuyển dời
đến một vị trí khác. Robot có khả năng bốc xếp các chi tiết có hình dạng và
kích thước khác nhau nhờ các thông tin chuẩn về chi tiết lưu trữ trong bộ nhớ
và robot sử dụng các cảm biến để nhận dạng các chi tiết thực.
- Ứng dụng trong lĩnh vực gia công vật liệu: robot thực hiện như một máy
gia công. Do đó tay robot sẽ gắn một dụng cụ thay cho một cơ cấu kẹp. Ứng
dụng của robot trong công nghiệp gia công vật liệu bao gồm các công nghệ
sau: Hàn điểm, hàn hồ quang liên tục, sơn phủ, công nghệ gia công kim
loại…
- Ứng dụng robot trong lắp ráp và kiểm tra sản phẩm: Robot được sử dụng
trong dây chuyền lắp ráp thông thường ở bốn dạng sau: lắp chi tiết vào lỗ, lắp
lỗ vào chi tiết, lắp chi tiết nhiều chân vào lỗ và lắp ngăn xếp. Robot cũng
được sử dụng trong công đoạn thử nghiệm và kiểm tra đó là máy đo tọa độ

CMM - để kiểm tra kích thước, vị trí và hình dạng của các chi tiết máy hoặc
các bộ phận cơ khí.
Ngoài ra robot được sử dụng trong việc khai thác thềm lục địa và đại
dương, trong y học, sử dụng trong quốc phòng, trong chinh phục vũ trụ, trong
công nghiệp nguyên tử….
Từ khi mới ra đời robot công nghiệp được áp dụng trong nhiều lĩnh vực
dưới góc độ thay thế sức người. Nhờ vậy các dây chuyền sản xuất được tổ
chức lại, năng suất và hiệu quả ngày càng cao.
Mục tiêu ứng dụng robot công nghiệp nhằm góp phần nâng cao năng suất
dây chuyền công nghệ, giảm giá thành, nâng cao chất lượng và khả năng cạnh
tranh của sản phẩm đồng thời cải thiện điều kiện lao động. Đạt được mục tiêu
trên là nhờ vào những khả năng to lớn của robot như: làm việc không biết mệt
mỏi, môi trường độc hại, nhiệt độ khắc nghiệt…nhưng đem lại hiệu quả kinh


11
tế cao hoặc thực hiện các công việc nặng nhọc nhưng đơn điệu, dễ gây mệt
mỏi, nhầm lẫn. Ở Mỹ đã xuất hiện một loại công nhân mới, loại công nhân
này không tham gia vào các tổ chức xã hội nhưng có khả năng làm việc
24/24h, không quan tâm đến tiền lương, tiền thưởng, lương hưu, không quan
tâm đến môi trường làm việc…
Chính vì vậy vai trò của robot có ý nghĩa hết sức quan trọng . Một mặt tạo
ra một năng suất và chất lượng lao động ngày càng cao mặt khác nó còn phục
vụ đắc lực các hoạt động của con người. Tuy nhiên nhược điểm của robot là
chưa linh hoạt như con người trong dây chuyền tự động nếu có một robot bị
hỏng có thể làm ngừng hoạt động của cả dây chuyền cho nên robot hoạt động
vẫn luôn luôn dưới sự giám sát của con người Từ những phân tích trên đây ta
thấy robot đảm nhiệm vai trò rất quan trọng và việc xác định vị trí của đối
tượng là rất cần thiết.
Hạn chế các khoảng trống như thế này

12
Hình 1.6. Sơ đồ cấu trúc chung của hệ thống cảm biến

1.2. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MẠNG MỜ NƠ RON
TRONG NHẬN DẠNG SẢN PHẨM
Lý thuyết tập mờ và mạng nơ-ron ra đời muộn hơn cả song nó cũng đã
khẳng định được ưu thế và khả năng ứng dụng trong nhiều lĩnh vực đặc biệt là
lĩnh vực điều khiển đòi hỏi chất lượng cao. Có được điều đó là do lý thuyết
mờ, mạng nơ-ron được kết hợp khi ứng dụng vào kỹ thuật điều khiển có nhiều
ưu điểm nổi trội bởi tính linh hoạt trong xử lý, mềm dẻo trong khả năng ứng
dụng. Hiện nay sự phát triển của hệ nơ-ron mờ vẫn tiếp tục phát triển mạnh
mẽ và nhận được sự quan tâm của rất nhiều nhà khoa học.
Sau đây là một số công trình nghiên cứu của các nhà khoa học về ứng dụng
của hệ thống điều khiển dùng nơ-ron mờ ở trong nước và trên thế giới.
Ứng dụng mạng nơ-ron để điều khiển bộ bù tĩnh
Đoàn Quang Vinh, Trần Đình Tân-Khoa điện, trường Đại học Bách Khoa,
Đại học Đà Nẵng [6].


13

Hình 1.7. Mô phỏng hệ thống điều khiển SVC dùng mờ nơ-ron
Ứng dụng mạng mờ nơ-ron để xác định độ hút mong muốn (phụ thuộc vào
dữ liệu thu thập từ thực nghiệm và các đặc tính của máy) – Nikos et al (1999)
Một bộ điều khiển van chuyên gia sau đó được thiết kế để tạo ra, điều chỉnh
và duy trì lượng hút được tính toán bởi modul hút mờ nơ-ron. Đặc tính của
toàn bộ hệ thống điều khiển độ hút được so sánh với các kết quả thực nghiệm
đạt được khi sử dụng hệ thống kẹp mẫu để thực hiện với vật liệu mềm. [9]

14

Hình 1.8. Hệ thống hút tích hợp với cánh tay robot
Ứng dụng mạng mờ nơ-ron cho việc điều khiển nhiệt độ dùng quang phổ
dạng TSK – Cheng Chen Lee (2006)
Mô hình này có cấu trúc 5 lớp kết hợp với bộ TSK (Takagi Sugeno Kang)
truyền thống. Lớp 2 của mô hình mạng mờ nơ-ron quang phổ dạng TSK chứa
các hàm chức năng kích hoạt nhiều lớp thành phần quang phổ. Mỗi hàm thành
phần được tạo thành từ tổng các hàm xích ma dịch chuyển bởi các khoảng
chuyển tiếp quang phổ. Một thuật toán học tự hình thành chứa thuật toàn tự
tập hợp (self-clustering algorithm) và thuật toán phản hồi cũng được đưa ra.
Thuật toán tự tập hợp nhanh cho ước tính động các tập hợp trong không gian
dữ liệu đầu vào. Thuật toán phản hồi được sử dụng để điều chỉnh các thông
số. [10]
Ứng dụng mạng nơ-ron điều khiển thích nghi các hàm thành phần mờ và
tối ưu hóa động học các luật mờ ngôn ngữ cho hệ thống điều khiển dao động
– Yang Tung Liu (2005)


15
Cấu trúc của một mạng thuận 5 lớp được chỉ ra để xác định các luật logic
mờ chính xác của hệ thống, điều chỉnh tối ưu các thông số (theo từng vùng)
của các thành phần và thực hiện chính xác can thiệp mờ.[11]

Hình 1.9. Mô hình bộ điều khiển mờ nơ-ron
1.4. ĐỊNH HƯỚNG THỰC HIÊN ĐỀ TÀI
Quá trình di chuyển và phân loại vật từ vị trí sản xuất đến các kho chứa
là rất khó khăn cho con người. Ngay cả khi có sự can thiệp của máy móc hay

các thiết bị nhận dạng đơn giản thì không thể phân loại sản phẩm một cách
chính xác được. Chính vì lý do đó, mà em quyết định tìm hiểu và thực hiện đề
tài ứng dụng hệ nhận dạng mờ để nhận dạng sản phẩm và sử dụng cánh tay
robot công nghiệp để phân loại và chuyển vật từ vị trí sản xuất đến kho chứa
một cách dễ dàng và chính xác nhất.
Đề tài thực hiện sẽ đề cập đến hệ thống phân loại sản phẩm cơ khí của
nhà máy lắp ráp ô tô. Ứng dụng hệ nhận dạng mờ nơ ron để nhận biết và
truyền tín hiệu đến bộ phận điều khiển, bộ phận điều khiển sẽ ra lệnh điều
khiển cánh tay robot thực hiện dịch chuyển sản phẩm đến đúng nơi như người
lập trình đưa ra. Sản phẩm phân loại trong đề tài gồm: Khung xe, lốp xe, nắp
sau xe, động cơ xe… vào đúng vị trí đã quy định.


16

Hình 1.10. Sơ đồ nội dung thực hiện


17
CHƯƠNG 2:
LÝ THUYẾT VỀ MỜ-NƠ RON
VÀ LỰA CHỌN THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN
2.1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ MỜ
2.1.1. Tổng quan về logic mờ
Quá trình phát triển của lôgic mờ
Từ năm 1965 đã ra đời một lý thuyết mới đó là lý thuyết tập mờ (Fuzzy
set theory) do giáo sư Lofti A. Zadeh ở trường đại học Califonia - Mỹ đưa ra.
Từ khi lý thuyết đó ra đời nó được phát triển mạnh mẽ qua các công trình
khoa học của các nhà khoa học như: Năm 1972 GS Terano và Asai thiết lập ra
cơ sở nghiên cứu hệ thống điều khiển mờ ở Nhật, năm 1980 hãng Smith Co.

bắt đầu nghiên cứu điều khiển mờ cho lò hơi... Những năm đầu thập kỷ 90
cho đến nay hệ thống điều khiển mờ và mạng nơron (Fuzzy system and neural
network) được các nhà khoa học, các kỹ sư và sinh viên trong mọi lĩnh vực
khoa học kỹ thuật đặc biệt quan tâm và ứng dụng trong sản xuất và đời sống.
Tập mờ và lôgic mờ đã dựa trên các thông tin "không đầy đủ, về đối tượng để
điều khiển đầy đủ về đối tượng một cách chính xác. Các công ty của Nhật bắt
đầu dùng lôgic mờ vào kỹ thuật điều khiển từ năm 1980. Nhưng do các phần
cứng chuẩn tính toán theo giải thuật lôgic mờ rất kém nên hầu hết các ứng
dụng đều dùng các phần cứng chuyên về lôgic mờ. Một trong những ứng
dụng dùng lôgic mờ đầu tiên tại đây là nhà máy xử lý nước của Fuji Electric
vào năm 1983, hệ thống xe điện ngầm của Hitachi vào năm 1987.
Cơ sở toán học của lôgic mờ
Lôgic mờ và xác suất thống kê đều nói về sự không chắc chắn. Tuy nhiên
mỗi lĩnh vực định nghĩa một khái niệm khác nhau về đối tượng. Trong xác
suất thống kê sự không chắc chắn liên quan đến sự xuất hiện của một sự kiện
chắc chắn" nào đó.
Ví dụ: Xác suất viên đạn trúng đích là 0.


18
Bản thân của sự kiện "trúng đích" đã được định nghĩa rõ ràng, sự không
chắc chắn ở đây là có trúng đích hay không và được định lượng bởi mức độ
xác suất (trong trường hợp này là 0,8). Loại phát biểu này có thể được xử lý
và kết hợp với các phát biểu khác bằng phương pháp thống kê, như là xác suất
có điều kiện chẳng hạn.
Sự không chắc chắn trong ngữ nghĩa, liên quan đến ngôn ngữ của con
người, đó là sự không chính xác trong các từ ngữ mà con người dùng để ước
lượng vấn đề và rút ra kết luận. Ví dụ như các từ mô tả nhiệt độ "nóng",
"lạnh", "ấm"sẽ không có một giá trị chính xác nào để gán cho các từ này, các
khái niệm này cũng khác nhau đối với những người khác nhau (là lạnh đối với

người này nhưng không lạnh đối với người khác). Mặc dù các khái niệm
không được định nghĩa chính xác nhưng con người vẫn có thể sử dụng chúng
cho các ước lượng và quyết định phức tạp. Bằng sự trừu tượng và óc suy
nghĩ, con người có thể giải quyết câu nói mang ngữ cảnh phức tạp mà rất khó
có thể mô hình bởi toán học chính xác.
Sự không chắc chắn theo ngữ vựng: Như đã nói trên, mặc dù dùng những
phát biểu không mang tính định lượng nhưng con người vẫn có thể thành
công trong các ước lượng phức tạp. Trong nhiều trường hợp, con người dùng
sự không chắc chắn này để tăng thêm độ linh hoạt. Như trong hầu hết xã hội,
hệ thống luật pháp bao gồm một số luật, mỗi luật mô tả một tình huống. Ví dụ
một luật quy định tội trộm xe phải bị tù 2 năm, một luật khác lại giảm nhẹ
trách nhiệm. Và trong một phiên tòa, chánh án phải quyết định số ngày phạt tù
của tên trộm dựa trên mức độ rượu trong người, trước đây có tiền án hay tiền
sự không,... từ đó kết hợp lại đưa ra một quyết định công bằng.
2.1.2. Mờ hóa
Tập kinh điển
Khái niệm tập hợp được hình thành trên nền tảng lôgic và được định nghĩa
như là sự sắp xếp chung các đối tượng có cùng tính chất, được gọi là phần tử
của tập hợp đó.


19
Cho một tập hợp A, một phần tử x thuộc A được ký hiệu: x ∈ A. Thông
thường ta dùng hai cách để biểu diễn tập hợp kinh điển, đó là:
Liệt kê các phần tử của tập hợp, ví dụ tập A1 = {xe đạp, xe máy, xe ca, xe
tải};
- Biểu diễn tập hợp thông qua tính chất tổng quát của các phần tử, ví dụ:
tập các số thực (R), tập các số tự nhiên (N).
Để biểu diễn một tập hợp A trên tập nền X, ta dùng hàm thuộc μA(x),
với:

Ký hiệu ={ x �X │x thỏa mãn 1 số tính chất nào đó}. Ta nói: Tập A được
định nghĩa tên tập nền X. A = {x∈R|5 ≤ x ≤ 5}

Hình 2.11. Mô tả hàm phụ thuộc μA(x) của tập các số thực từ -5 đến 5
Định nghĩa tập mờ
Trong khái niệm tập hợp kinh điển hàm phụ thuộc μA(x) của tập A, chỉ có
một trong hai giá trị là "1" nếu x∈A hoặc "0" nếu x �A .
Cách biểu diễn hàm phụ thuộc như trên sẽ không phù hợp với những tập
được mô tả "mờ" như tập B gồm các số thực gần bằng 5:

Hình 2.12. Mô tả hàm phụ thuộc μB(x) của tập mờ B