Luận văn thạc sĩ thiết kế và chế tạo hệ thống rửa và phân loại trái cây ứng dụng công nghệ xử lý ảnh
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.58 MB, 90 trang )
..
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CƠ KHÍ
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
ĐỀ TÀI:
THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG RỬA VÀ
PHÂN LOẠI TRÁI CÂY ỨNG DỤNG CÔNG
NGHỆ XỬ LÝ ẢNH
Người hướng dẫn:
Sinh viên thực hiện:
Số thẻ sinh viên :
Lớp:
TS. VÕ NHƯ THÀNH
HỒNG TRỌNG TÍN
PHẠM DUY THƠNG
101130221
101130219
13CDT2
Đà Nẵng, 2018
TÓM TẮT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Tên đề tài : THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG RỬA VÀ PHÂN LOẠI TRÁI
CÂY ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ XỬ LÝ ẢNH
Họ và tên SV
MSSV
: Hồng Trọng Tín
: 101130221
Lớp
Họ và tên SV
: 13CDT2
: Phạm Duy Thông
MSSV
Lớp
GV hướng dẫn
: 101130219
: 13CDT2
: T.S Võ Như Thành
GV duyệt
: T.S Đặng Phước Vinh
Nội dung bao gồm các vấn đề:
1. Nhu cầu thực tế của đề tài:
Đồ án tốt nghiệp một trong những học phần bắt buộc cúa sinh viên ngành Cơ điện tử
nói riêng cũng như sinh viên các ngành kỹ thuật nói chung. Qua những kiến thức đã học
từ các thầy cơ, nhóm đồ án đã áp dụng các kiến thức đã học vào thực tế với đồ án tốt
nghiệp.
Nền nông nghiệp nước ta đang phát triển theo hướng hiện đại hóa nên ứng dụng khoa
học kỹ thuật vào quá trình sản xuất, giúp tăng năng suất cây trồng nên số lượng nông sản
ngày càng nhiều mà cơng việc rửa và phân loại cịn thủ cơng nên năng suất thấp, tốn nhân
lực nhiều. Từ đó, các hệ thống rửa và phân loại trái cây tự động đang được nghiên cứu,
chế tạo để áp dụng vào thực tiễn. Chính vì vậy, nhóm đồ án đã chọn đề tài là “Thiết kế và
chế tạo hệ thống rửa và phân loại trái cây ứng dụng công nghệ xử lý ảnh” giúp cho quá
trình rửa và phân loại trái cây sau khi thu hoạch được nhanh chóng, chính xác từ đó giúp
tăng năng xuất và hiệu quả kinh tế.
2. Phạm vi nghiên cứu của đề tài tốt nghiệp:
Trong đề tài này nhóm đồ án đã thiết kế các cơ cấu cho hệ thống, tìm hiểu các phương
pháp điều khiển để đưa ra phương án tối ưu nhất. Từ đó chế tạo nên một hệ thống hồn
chỉnh với các phần:
- Tính tốn, thiết kế các cơ cấu trong hệ thống.
- Tính tốn, thiết kế mạch điều khiển cho hệ thống.
- Thiết kế và chế tạo hệ thống.
3. Nội dung đề tài đã thực hiện:
- Thuyết minh
- Bản vẽ: 7 bản vẽ A0
- Hệ thống rửa và phân loại trái cây ứng dụng công nghệ xử lý ảnh
4. Kết quả đạt được:
- Tìm hiểu tổng quan về hệ thống rửa và phân loại trái cây, tính cấp thiết và ứng dụng
của để tài.
- Giới thiệu một số phương án thiết kế cho tồn hệ thống.
- Chọn lựa, tính tốn các cơ cấu trong hệ thống.
- Thiết kế và chế tạo mạch điều khiển.
- Tìm hiểu cơng nghệ xử lý ảnh và ứng dụng vào hệ thống
- Thiết kế và chế tạo thành công hệ thống rửa và phân loại trái cây ứng dụng công nghệ
xử lý ảnh.
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CƠ KHÍ
CỘNG HỊA XÃ HƠI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
TT
Họ tên sinh viên
Số thẻ SV
1
2
Hồng Trọng Tín
Phạm Duy Thơng
101130221
101130219
Lớp
13CDT2
13CDT2
Ngành
CƠ ĐIỆN TỬ
CƠ ĐIỆN TỬ
1. Tên đề tài: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG RỬA VÀ PHÂN LOẠI TRÁI CÂY
ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ XỬ LÝ ẢNH
2. Đề tài thuộc diện: ☐ Có ký kết thỏa thuận sở hữu trí tuệ đối với kết quả thực hiện
3. Các số liệu và dữ liệu ban đầu:
4. Nội dung các phần thuyết minh và tính tốn:
a. Phần chung:
TT
Họ tên sinh viên
Nội dung
1
Hồng Trọng Tín
-
2
Phạm Duy Thơng
-
b. Phần riêng
TT
Họ tên sinh viên
1
Hồng Trọng Tín
-
Tìm hiểu một số hệ thống rửa và phân loại trái
cây ngoài thực tế và đưa ra ý tưởng để thiết kế.
Đưa ra nguyên lí, lựa chọn các cơ cấu phù hợp
để thiết kế.
Tìm hiểu cơng nghệ xử lý ảnh.
Chế tạo hệ thống.
-
Nội dung
Tính tốn, thiết kế mạch điều khiển
Code điều khiển và xử lý ảnh.
- Tính tốn các cơ cấu.
- Thiêt kế hệ thống bằng soildworks.
- Hoàn thiện thuyết minh.
5. Các bản vẽ, đồ thị ( ghi rõ các loại và kích thước bản vẽ ):
a. Phần chung:
2
TT
1
2
Phạm Duy Thông
Họ tên sinh viên
Hồng Trọng Tín
Phạm Duy Thơng
b. Phần riêng:
Nội dung
-
Bản vẽ kết cấu tổng thể
1A0
TT
Họ tên sinh viên
1
Hồng Trọng Tín
-
Bản vẽ sơ đồ động
Bản vẽ sơ đồ mạch
2
Phạm Duy Thông
-
Bản vẽ kết cấu băng chuyền
1A0
Bản vẽ kết cấu cơ cấu rửa
1A0
Bản vẽ kết cấu băng chuyền xử lý ảnh 1A0
Bản vẽ lắp ghép
1A0
Nội dung
1A0
1A0
6. Họ và tên người hướng dẫn: T.S Võ Như Thành
7. Ngày giao nhiệm vụ đồ án:
5/2/2018
8. Ngày hoàn thành đồ án:
25/5/ 2018
Đà Nẵng, ngày tháng 5 năm 2018
Trưởng Bộ môn Kỹ thuật
Người hướng dẫn
Cơ điện tử
LỜI NÓI ĐẦU
Chúng em xin gởi lời cảm ơn chân thành và sự tri ân sâu sắc với các thầy cơ trong
khoa Cơ khí và bộ mơn Cơ điện tử trường Đại Học Bách Khoa, Đại Học Đà Nẵng trong
những năm qua đã tận tình dạy dỗ, truyền đạt cho chúng em những kiến thức quý báu để
chúng em có thể hoàn thành được đề tài tốt nghiệp này cũng như nền tảng cho công việc
sau khi tốt nghiệp.
Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy T.S Võ Như Thành đã tận tình hướng dẫn, chỉ
bảo chúng em trong suốt q trình làm đề tài để nhóm có thể hồn thành tốt đề tài.
Mặc dù được sự hướng dẫn nhiệt tình của các thầy cơ, nhưng do kiến thức cịn hạn
chế, kinh nghiệm chưa nhiều, tài liệu phục vụ cho thực hiện đề tài cịn ít nên cũng khơng
tránh khỏi sai sót. Nhóm rất mong thầy cơ và các bạn góp ý để đề tài có thể được hồn
thiện hơn.
Một lần nữa cho phép chúng em gửi đến quý thầy cơ cùng các bạn lịng biết ơn sâu
sắc nhất.
Đà Nẵng, ngày tháng năm 2018
Nhóm sinh viên thực hiện
Hồng Trọng Tín
i
Phạm Duy Thông
LỜI CAM ĐOAN
Kính gửi:
- Trường Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng
- Khoa Cơ khí
Nhóm đồ án xin cam đoan: Đồ án tốt nghiệp với đề tài “Thiết kế và chế tạo hệ thống
rửa và phân loại trái cây ứng dụng cơng nghệ xử lý ảnh” là cơng trình nghiên cứu của
nhóm, khơng sao chép bất cứ đồ án hay cơng trình nào đã có trước đây. Mọi sự giúp đỡ
cho việc thực hiện đồ án đã được cảm ơn, các thơng tin trích dẫn trong đồ án đã được ghi
rõ nguồn gốc và được phép cơng bố.
Nhóm sinh viên thực hiên
Hồng Trọng Tín
ii
Phạm Duy Thơng
MỤC LỤC
Tóm tắt đồ án tốt nghiệp
Nhiệm vụ đồ án tốt nghiệp
Lời nói đầu
i
Lời cam đoan
ii
Mục lục
iii
Danh sách các bảng, hình vẽ
vi
Trang
MỞ ĐẦU .......................................................................................................................... 1
Chương 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG RỬA VÀ PHÂN LOẠI TRÁI
CÂY VÀ TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI ..................................................................... 2
1.1. Tổng quan về tình hình thực tế của hệ thống rửa và phân loại trái cây........................ 2
1.1.1. Sự cần thiết của tự động hóa trong hoạt động sản xuất nơng nghiệp ........................ 2
1.1.2. Sự cần thiết phải tự động hóa trong q trình rửa và phân loại trái cây .................... 2
1.1.3. Tình hình thực tế ..................................................................................................... 3
1.2. Tính cấp thiết và ưu điểm của đề tài ........................................................................... 4
1.2.1. Phân tích tính cấp thiết của đề tài ............................................................................ 4
1.2.2. Phân tích ưu điểm của đề tài.................................................................................... 5
1.3. Ý tưởng thiết kế ......................................................................................................... 5
Chương 2: PHÂN TÍCH, LỰA CHỌN NGUYÊN LÍ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG . 7
2.1. Phận tích các hoạt động rửa và phân loại trái cây ....................................................... 7
2.1.1. Các hoạt động rửa và phân loại hiện nay trong các hộ sản xuất, nhà máy ................ 7
2.1.2. Các cơ cấu trong đồ án ............................................................................................ 7
2.1.3. Phạm vi của đồ án ................................................................................................... 7
2.2. Các yêu cầu chính khi thiết kế hệ thống ..................................................................... 8
2.2.1. Sơ đồ nguyên lý của hệ thống ................................................................................. 8
2.2.2. Các chuyển động chính của hệ thống ...................................................................... 9
2.2.3. Các yêu cầu thiết kế ................................................................................................ 9
iii
2.3. Phân tích và lựa chọn phương án thiết kế cho từng bộ phận ....................................... 9
2.3.1. Lựa chọn phương án thiết kế cho bộ phận vận chuyển ............................................ 9
2.3.2. Lựa chọn phương án thiết kế cho bộ phận rửa ....................................................... 12
2.2.3. Lựa chọn phương án thiết kế cho bộ phận băng chuyền sử lý ảnh ......................... 14
2.2.4. Lựa chọn phương án thiết kế cho bộ phận phân loại .............................................. 15
2.3. Lựa chọn cơ cấu truyền động cho các băng tải ......................................................... 17
2.3.1. Phương án sử dụng bộ truyền đai: ......................................................................... 17
2.3.2. Phương án sử dụng bộ truyền xích ........................................................................ 18
Chương 3: TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ CÁC CƠ CẤU............................................... 20
3.1. Các thông số đầu vào của hệ thống .......................................................................... 20
3.2. Tính chọn băng chuyền vận chuyển ......................................................................... 20
3.2.1. Số liệu ban đầu...................................................................................................... 21
3.2.2. Tính chọn động cơ truyền động ............................................................................. 21
3.2.3. Tính tốn và thiết kế băng chuyền vận chuyển ...................................................... 22
3.3. Tính cơng suất truyền động của cơ cấu rửa trái cây .................................................. 24
Chương 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ......................................................... 26
4.1. Sơ đồ khối của hệ thống ........................................................................................... 26
4.2. Phân tích và lựa chọn bộ phận xử lý ......................................................................... 27
4.2.1. Tổng quan về các bộ điều khiển trong thực tế ....................................................... 27
4.2.2. Giới thiệu về Arduino UNO R3............................................................................. 31
4.3. Lựa chọn các thiết bị, mạch liên quan ...................................................................... 32
4.3.1. Nguồn điện ........................................................................................................... 32
4.3.2. Mạch điều khiển hệ thống đèn chiếu sáng ............................................................. 33
4.3.3. Mạch Arduino và mạch điều khiển cơ cấu phân loại sản phẩm .............................. 34
4.3.4. Mạch điều khiển động cơ DC ................................................................................ 35
4.3.5. Mạch nguyên lý của toàn bộ hệ thống: .................................................................. 37
Chương 5: CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN ................................................................ 38
5.1. Lưu đồ thuật tốn ..................................................................................................... 38
iv
5.2. Xử lý ảnh ................................................................................................................. 39
5.2.1. Tổng quan về xử lý ảnh ......................................................................................... 39
5.2.2. Xử lý ảnh trong đề tài............................................................................................ 44
5.3. Giao tiếp giữa máy tính và Arduino ......................................................................... 48
5.3.1. Giới thiệu về giao tiếp Serial trên Arduino ............................................................ 48
5.3.2. Q trình giao tiếp giữa Arduino và máy tính........................................................ 48
5.4. Giao diện làm việc của phần mềm............................................................................ 49
5.4.1. Thiết kế giao diện.................................................................................................. 49
5.4.2. Giao diện làm việc ................................................................................................ 51
Chương 6: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG ........................................................ 53
6.1. Thiết kế và chế tạo hệ thống..................................................................................... 53
6.1.1. Yêu cầu đặt ra cho hệ thống .................................................................................. 53
6.1.2. Chế tạo phần cơ khí hệ thống ................................................................................ 54
6.1.3. Thiết kế và chế tạo mạch điều khiển...................................................................... 55
6.2. Chương trình điều khiển .......................................................................................... 56
KẾT LUẬN .................................................................................................................... 57
TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................................... 59
PHỤ LỤC
v
DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ
Hình 1.1: Hệ thống rửa và phân loại trái cây ..................................................................... 3
Hình 1.2: Hệ thống rửa trái cây ......................................................................................... 4
Hình 1.3: Hệ thống phân loại trái cây................................................................................ 4
Hình 2.1: Sơ đồ ngun lí của hệ thống ........................................................................... 8
Hình 2.2: Băng tải cao su ................................................................................................ 10
Hình 2.3: Băng tải xích ................................................................................................... 10
Hình 2.4: Băng tải con lăn .............................................................................................. 11
Hình 2.5: Băng tải dạng khay .......................................................................................... 12
Hình 2.6: Sơ đồ cơ cấu rửa dạng băng chuyền ............................................................... 13
Hình 2.7: Sơ đồ cơ cấu rửa kiểu sàng ............................................................................. 14
Hình 2.8: Băng tải gân ................................................................................................... 15
Hình 2.9: Phân loại dùng xylanh khí nén........................................................................ 15
Hình 2.10: Phân loại dùng cánh tay robot ...................................................................... 16
Hình 2.11: Phân loại dùng động cơ servo ....................................................................... 17
Hình 2.12: Bộ truyền đai ................................................................................................ 18
Hình 2.13: Bộ truyền xích .............................................................................................. 18
Hình 3.1: Băng chuyền vận chuyển................................................................................. 20
Hình 3.2: Các thơng số của tang..................................................................................... 23
Hình 3.3: Cơ cấu con lăn rửa trái cây .............................................................................. 24
Hình 3. 4: Băng chuyền xử lý ảnh .................................................................................. 25
Hình 4.1: Sơ đồ khổi của hệ thống .................................................................................. 26
vi
Hình 4.2: Hệ thống điều khiển sử dụng PLC ................................................................... 28
Hình 4.3: Mơi trường lập trình Arduino IDE................................................................... 30
Hình 4.4: Một số loại Arduino phổ biến hiện nay............................................................ 31
Hình 4.5: Board Arduino Uno ......................................................................................... 31
Hình 4.6: Sơ đồ nguyên lý của Rơ le............................................................................... 33
Hình 4.7: Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển đèn chiếu sáng ............................................ 34
Hình 4.8: Mạch Arduino và mạch điều khiển Servo ........................................................ 35
Hình 4.9: Mạch điều khiển động cơ DC .......................................................................... 36
Hình 4.10: Sơ đồ mạch ngun lý ................................................................................... 37
Hình 5.1: Lưu đồ thuật tốn xử lý ảnh............................................................................. 38
Hình 5.2: Các quá trình xử lý ảnh ................................................................................... 39
Hình 5.3: Dây chuyền phân loại sản phẩm ứng dụng cơng nghệ xử lý ảnh ...................... 41
Hình 5.4: Cơng nghệ xử lý ảnh trong giao thơng ............................................................ 41
Hình 5.5: Ảnh nhị phân................................................................................................... 42
Hình 5.6: Ảnh xám ......................................................................................................... 43
Hình 5.7: Ảnh màu ......................................................................................................... 43
Hình 5.8: Khơng gian màu HSV ..................................................................................... 44
Hình 5.9: Giao diện phần mềm Visual Studio ................................................................. 45
Hình 5.10: Giao diện phần mềm ..................................................................................... 49
Hình 5.11: Một số thuộc tính của đối tượng PictureBox .................................................. 50
Hình 5.12: Giao diện làm việc của hệ thống.................................................................... 51
Hình 6.1: Thiết kế cơ khí tổng thể của hệ thống .............................................................. 54
Hình 6.2: Mơ hình đã chế tạo .......................................................................................... 54
Hình 6.3: Mạch layout của hệ thống ............................................................................... 55
vii
Hình 6.4: Mạch điều khiển đã thi cơng............................................................................ 55
viii
Thiết kế và chế tạo hệ thống rửa và phân loại trái cây ứng dụng công nghệ xử lý ảnh
MỞ ĐẦU
1. Mục đích thực hiện đề tài
Nền nơng nghiệp nước ta đang phát triển theo hướng hiện đại hóa và đang áp dụng các
thành tựu khoa học kỹ thuật vào quá trình trồng trọt cũng như chế biến. Tuy nhiên, số
lượng các sản phẩm tự động được đưa vào hoạt động vẫn cịn rất ít, trong khi đó sản
lượng nơng sản ngày càng tăng lên. Vấn đề đặt ra là cần có một sản phẩm tự động giúp
cho việc rửa và thu hoạch trái cây sau khi hoạch để đem lại hiệu quả kinh tế cho các hộ
sản xuất cũng như các cơng ty chế biến. Chính vì thế, nhóm đồ án đã quyết định chọn đề
tài “Thiết kế và chế tạo hệ thống rửa và phân loại trái cây tự động ứng dụng công nghệ xử
lý ảnh” giúp cho quá trình rửa và phân loại trái cây sau khi thu hoạch được nhanh chóng,
chính xác từ đó giúp tăng năng xuất và hiệu quả kinh tế.
2. Phạm vi, đối tượng và phương pháp nghiên cứu
Trong đề tài này nhóm đồ án đã tìm hiểu, phân tích và chọn lựa các cơ cấu phù hợp để
đưa ra phương án tốt nhất. Từ đó, tính tốn các thơng số cần thiết cho hệ thống rồi tiến
hành thiết kế và chế tạo hệ thống rửa và phân loại trái cây để đem lại hiệu quả kinh tế cao
nhất, giảm giá thành sản phẩm.
Đối tượng nghiên cứu trong đề tài là trái cây nói chung và trái chanh là loại trái mà
nhóm quyết định nghiên cứu để áp dụng vào hệ thống.
Phương pháp nghiên cứu của nhóm là tìm hiểu nhu cầu thực tế, các số liệu cần thiết
của hệ thống, các công nghệ có thể áp dụng vào hệ thống để đem lại hiệu quả tốt nhất rồi
mới tiến hành tính tốn, thiết kế và chế tạo ra hệ thống.
3. Cấu trúc của đồ án tốt nghiệp
Sau quá trình nghiên cứu và chế tạo hệ thống rửa và phân loại trái cây ứng dụng cơng
nghệ xử lý ảnh được hồn thành với cấu trúc của đồ án tốt nghiệp như sau:
- Thuyết minh đồ án
- Bản vẽ của hệ thống
- Mơ hình : hệ thống rửa và phân loại trái cây ứng dụng cơng nghệ xử lý ảnh
Sinh viên thực hiện: Hồng Trọng Tín
Phạm Duy Thơng
Hướng dẫn: T.S Võ Như Thành
1
Thiết kế và chế tạo hệ thống rửa và phân loại trái cây ứng dụng công nghệ xử lý ảnh
Chương 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG
RỬA VÀ PHÂN LOẠI TRÁI CÂY VÀ TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
1.1. Tổng quan về tình hình thực tế của hệ thống rửa và phân loại trái cây
1.1.1. Sự cần thiết của tự động hóa trong hoạt động sản xuất nơng nghiệp
Tự động hóa là một q trình cho phép giảm sức lao động của con người, giảm giá
thành sản phẩm, nâng cao năng xuất lao động. Trong thời buổi kinh tế thị trường như hiện
nay, khách hàng dĩ nhiên có xu hướng chọn mua sản phẩm giá cả tốt nhất trong số rất
nhiều sản phẩm tương tự với cùng mục đích cơng việc và chất lượng tương đương. Chính
vì lẽ đó mà nhà sản xuất ln tìm mọi phương pháp để giảm giá thành sản phẩm và đó là
cơ sở cho ngành tự động hoá ra đời. Thực tế chỉ ra rằng lao động của con người không thể
sánh bằng máy móc kể cả về năng xuất và chất lượng đặc biệt là các loại máy móc tự
động. Đây cũng chính là động lực phát triển của ngành và các sản phẩm tự động hóa.
Qúa trình tự động hóa đã làm cho việc sản xuất và quản lý trở nên đơn giản hơn, bởi vì
nó khơng những làm thay đổi điều kiện làm việc của cơng nhân mà cịn có thể giảm số
lượng cơng nhân đến mức tối đa. Ngồi ra, tự động hóa có thể thay con người ở những
nơi có điều kiện làm việc nguy hiểm, độc hại,…
Với tầm quan trọng như thế nên tự động hóa được các quốc gia trên thế giới quan tâm
bởi đó khơng những là bộ mặt của nền sản xuất mà trong thời buổi kinh tế thị trường việc
cạnh tranh các sản phẩm trên thị trường là rất khó khăn địi hỏi khơng những về chất
lượng mà còn về giá thành sản phẩm. Nước ta là một nước đang phát triển và đang chú
trọng vào việc hiện đại hóa nền nơng nghiệp nên việc ứng dụng các sản phẩm tự động hóa
là rất cần thiết cho việc phát triển của nền nông nghiệp nói riêng và nền kinh tế nói chung.
1.1.2. Sự cần thiết phải tự động hóa trong q trình rửa và phân loại trái cây
Quá trình rửa và phân loại trái cây hay một sản phẩm nơng nghiệp nào đó là một quá
trình rất quan trọng trong việc nâng cao chất lượng sản phẩm để đem ra thị trường. Vì vậy
các sản phẩm tự động hóa cho q trình này ra đời và ngày càng được cải tiến. Các dây
chuyền sản xuất ra đười những năm đầu thế kỉ 20, ban đầu với những thành phần đơn
giản như băng tải và các cơ cấu cơ khí đơn thuần. Thập niên cuối thế kỉ 20 và đầu thế kỉ
21 chứng kiến sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ tiên tiến, chúng được ứng dụng vào
các hệ thống điều khiển tự động. Máy móc mới, cơng nghệ mới đã có những đóng góp lớn
Sinh viên thực hiện: Hồng Trọng Tín
Phạm Duy Thơng
Hướng dẫn: T.S Võ Như Thành
2
Thiết kế và chế tạo hệ thống rửa và phân loại trái cây ứng dụng công nghệ xử lý ảnh
vào sự phát triển các hệ thống rửa và phân loại trái cây nói riêng cũng như các hệ thống
điều khiển tự động trong sản xuất nơng nghiệp nói chung.
Hệ thống rửa và phân loại trái cây ra đời cùng với sự phát triển của ngành nông
nghiệp, các công ty, nhà máy chế biến. Lượng hàng hóa các sản phẩm về nơng nghiệp nói
chung và trái cây nói riêng ngày càng tăng cao do áp dụng các thành tựu khoa học kỹ
thuật. Với việc ra đời của hệ thống rửa và phân loại trái cây sẽ làm mọi việc trở nên đơn
giản hơn, người công nhân chỉ cần vận hành máy móc chứ khơng phải trực tiếp làm bằng
sức từ đó giúp tăng năng suất rõ rệt, chất lượng sản phẩm cũng được đảm bảo và giúp cho
việc quản lý đầu ra của sản phẩm trở nên dễ dàng hơn.
Hình 1.1: Hệ thống rửa và phân loại trái cây
1.1.3. Tình hình thực tế
Hệ thống tự động cho sản xuất nông nghiệp nói chung cũng như hệ thống rửa và phân
loại trái cây nói riêng là xu hướng tất yếu của hoạt động sản xuất nông nghiêp hiện đại.
Các công nghệ mới đang và sẽ được sử dụng rộng rãi nhằm thay thế sức lao động của con
người, nâng cao năng suất lao động và giảm giá thành sản phẩm.
Hệ thống ra đời, phát triển và ứng dụng rất nhiều ở các nước phát triển. Ở Việt Nam
hệ thống chỉ đươc áp dụng cho các công ty, nhà máy chế biến nông sản lớn với các máy
móc, cơng nghê nhập khẩu từ các nước phát triển. Các hộ sản xuất nhỏ lẻ vẫn phải sử
dụng sức lực cho việc rửa và phân loại nên năng suất không cao, giá thành sản phẩm cũng
tăng lên.
Sinh viên thực hiện: Hồng Trọng Tín
Phạm Duy Thơng
Hướng dẫn: T.S Võ Như Thành
3
Thiết kế và chế tạo hệ thống rửa và phân loại trái cây ứng dụng công nghệ xử lý ảnh
* Một số sản phẩm của hệ thống rửa và phân loại trái cây
Hình 1.2: Hệ thống rửa trái cây
Hình 1.3: Hệ thống phân loại trái cây
1.2. Tính cấp thiết và ưu điểm của đề tài
1.2.1. Phân tích tính cấp thiết của đề tài
Từ xưa đến nay, nơng nghiệp đóng một vai trò rất quan trọng trong nền kinh tế nước
ta, đóng góp một vai trị khơng nhỏ trong sự phát triển của đất nước. Trong bối cảnh hội
nhập kinh tế xã hội như hiện nay, các sản phẩm nông nghiệp ngày càng phải đảm bảo các
Sinh viên thực hiện: Hoàng Trọng Tín
Phạm Duy Thơng
Hướng dẫn: T.S Võ Như Thành
4
Thiết kế và chế tạo hệ thống rửa và phân loại trái cây ứng dụng công nghệ xử lý ảnh
tiêu chuẩn khắc khe về chất lượng mới có được chỗ đứng trên thị trường. Điều này đòi
hỏi sự tuân thủ các yêu cầu nghiêm ngặt từ quá trình gieo trồng cho đến q trình chế biến
và phân loại nơng sản. Để thay thế con người và đạt được hiệu quả cao hơn, các hệ thống
máy móc ngày càng được ứng dụng rộng rãi hơn trong q trình sản xuất nơng nghiệp.
Hiện nay, q trình gieo trồng và chế biến nơng sản đã được áp dụng các tiến bộ khoa
học, kĩ thuật một cách rộng rãi, trong khi quá trình phân loại sản phẩm mới thu hoạch vẫn
còn rất hạn chế, chủ yếu được thực hiện thủ cơng. Chính vì thế, hệ thống rửa và phân loại
trái cây ứng dụng công nghệ xử lý ảnh ra đời nhằm giúp cho quá trình sản xuất linh hoạt
hơn, tiết kiệm thời gian và nhân lực, đồng thời tăng hiệu quả của quá trình phân loại nơng
sản.
1.2.2. Phân tích ưu điểm của đề tài
Nắm bắt được những khó khăn của người nơng dân cũng như các cơng ty chế biến
nơng sản, nhóm đồ án đã dành thời gian nghiên cứu thực tế, khả năng ứng dụng của “Hệ
thống rửa và phân loại trái cây ứng dụng công nghệ xử lý ảnh” với mong muốn là:
- Góp một phần cơng sức vào sự phát triển trong việc nghiên cứu, giải quyết các khó
khăn trong nền nông nghiệp hiện đại.
- Đưa những kiến thức, kĩ năng được học vào việc giải quyết một vấn đề cụ thể đồng
thời rằng luyện các kỹ năng nghiên cứu, làm việc.
Qua tìm hiểu thực tế, nhóm đồ án nhận thấy hệ thống rửa và phân loại trái cây ứng
dụng công nghệ xử lí ảnh có rất nhiều ưu điểm như sau:
- Có thể hoạt động với nhiều loại sản phẩm nông sản khác nhau.
- Tiết kiệm rất nhiều thời gian và công sức cho việc rửa và phân loại
- Sản phẩm sau khi rửa và phân loại được đồng điều hơn.
- Ứng dụng cơng nghệ xử lí ảnh giúp việc phân loại trở nên dễ dàng và chính xác hơn.
1.3. Ý tưởng thiết kế
Đa số trái cây có thể phân loại chất lượng tương đối theo màu sắc và hình dáng bên
ngồi của nó. Nhờ đó, ta có thể áp dụng các kỹ thuật xử lý ảnh số để phân loại chất lượng
của trái cây, đem lại hiệu quả cao hơn so với khi thực hiện theo phương pháp thủ công
truyền thống.
Với thực trạng nền nông nghiệp Việt Nam hiện nay, trái cây sau khi thu hoạch được
lái buôn thu mua tại vườn vẫn chưa được rửa sạch và phân loại theo chất lượng trái cây.
Công đoạn này mất rất nhiều thời gian và chi phí th nhân cơng, cịn nếu bỏ qua thì sản
Sinh viên thực hiện: Hồng Trọng Tín
Phạm Duy Thơng
Hướng dẫn: T.S Võ Như Thành
5
Thiết kế và chế tạo hệ thống rửa và phân loại trái cây ứng dụng công nghệ xử lý ảnh
phẩm đầu ra bán khơng được giá và cịn tồn tại dư lượng chất bảo vệ thực vật gây ảnh
hưởng đến người tiêu dùng. Do đó, nhóm đồ án chúng em có ý tưởng thiết kế “Hệ thống
rửa và phân loại trái cây ứng dụng công nghệ xử lý ảnh” giúp nâng cao hiệu quả của quá
trình nhưng lại giảm chi phí và nhân cơng.
Qua q trình nghiên cứu thiết kế, hệ thống gồm 3 bộ phận chính: bộ phận vận
chuyển trái cây, bộ phận rửa trái cây và bộ phận phân loại dùng xử lý ảnh. Đồng thời hệ
thống phải đảm bảo các tiêu chí kỹ thuật như điều khiển linh hoạt, dễ vận hành, bảo quản,
đảm bảo độ an toàn, tuổi thọ cho hệ thống và kinh tế-mỹ thuật như giá thành hợp lý, năng
suất làm việc cao, giao diện thân thiện.
Sinh viên thực hiện: Hồng Trọng Tín
Phạm Duy Thông
Hướng dẫn: T.S Võ Như Thành
6
Thiết kế và chế tạo hệ thống rửa và phân loại trái cây ứng dụng công nghệ xử lý ảnh
Chương 2: PHÂN TÍCH, LỰA CHỌN NGUYÊN LÍ HOẠT ĐỘNG CỦA
HỆ THỐNG
2.1. Phận tích các hoạt động rửa và phân loại trái cây
2.1.1. Các hoạt động rửa và phân loại hiện nay trong các hộ sản xuất, nhà máy
Hoạt động rửa: từ thủ công đến các công nghệ hiện đại hơn như sử dụng bể và con
lăn rửa, công nghệ súc khí, cơng nghệ siêu âm, cơng nghệ ozone,… cho việc rửa trái cây.
Tuy nhiên, phương pháp sử dụng bể và con lăn rửa được sử dụng phổ biến trong hệ
thống rửa trái cây vơi những ưu điểm sau:
- Năng suất hoạt động cao hơn so với các phương pháp khác.
- Dễ dàng chế tạo, giá thành thấp và vận hành đơn giản.
- Có thể dùng cho các loại trái cây khác nhau.
Hoạt động phận loại: ngày nay sử dụng các loại cảm biến, đến các công nghệ hiện đại
hơn cho việc phân loại trái cây. Đặc biệt là sử dụng cơng nghệ xử lí ảnh để giúp việc phân
loại trở nên dễ dàng và chính xác bởi có nhiều ưu việt hơn như:
- Có thể phân loại bằng nhiều cách khác nhau như hình dáng, kích thước, màu sắc,..
- Ứng dụng cho nhiều loại quả khác nhau.
- Không bị hao mòn và năng suất hoạt động rất cao.
- Giá thành sản xuất thấp.
2.1.2. Các cơ cấu trong đồ án
Cơ cấu rửa: Cơ cấu băng tải để đưa trái cây từ bể chứa đến hệ thống con lăn để rửa
sạch và đánh bóng trái cây
Cơ cấu phân loại: Trong đồ án này, hoạt động phân loại được thực hiện hoàn toàn tự
động. Trái cây sau khi được rửa sạch đươc đưa đến hệ thống phân loại gồm băng tải xử lý
ảnh và cơ cấu phân loại. Chất lượng trái cây của việc phân loại dựa theo các tiêu chí do
người giám sát định trước như hình dạng, kích thước, màu sắc,…
Ngồi ra, có thể biết được bao nhiêu quả đạt chất lượng, quả không đạt để biết được
chất lượng đầu vào và đầu ra của sản phẩm. Được lưu trữ vào cơ sở dữ liệu để tiện cho
việc giám sát và kiểm tra.
2.1.3. Phạm vi của đồ án
Trong một thời gian ngắn, nhóm đồ án khơng thể giải quyết hết các vấn đề của một
hệ thống trong thưc tế. Tuy nhiên có thể chế tạo được hệ thống đơn giản để rửa và phân
loại trái cây ứng dụng công nghệ sử lý ảnh. Hệ thống sẽ chuyển trái cây tự động từ bể
Sinh viên thực hiện: Hồng Trọng Tín
Phạm Duy Thơng
Hướng dẫn: T.S Võ Như Thành
7
Thiết kế và chế tạo hệ thống rửa và phân loại trái cây ứng dụng công nghệ xử lý ảnh
chứa sau đó qua hệ thống con lăn để rửa và đánh bóng trái cây, sau đó chuyển trái cây đến
băng tải xử lý ảnh để nhận biết được sản phẩm có đạt chất lượng đặt ra hay khơng để tiến
hành phân loại trái cây.
2.2. Các yêu cầu chính khi thiết kế hệ thống
2.2.1. Sơ đồ nguyên lý của hệ thống
Giải thích kí hiệu:
(1) – Bể chứa trái cây
(2) – Bộ phận vận chuyển
(3) – Động cơ truyền động cho băng chuyền vận chuyển
(4) – Bộ truyền xích băng chuyền vận chuyển
(5) – Bộ phận rửa (cơ cấu con lăn)
(6) – Động cơ truyền động cho con lăn
(7) – Bộ truyền xích cho con lăn
(8) – Bộ phận băng chuyền xử lý ảnh
(9) – Động cơ truyền động cho băng chuyền xử lí ảnh
(10) – Bộ truyền đai băng chuyền xử lý ảnh
(11) – Bộ phận phân loại
(12) - Bộ truyền xích cho con lăn
(13) – Động cơ truyền động cho con lăn
Hình 2.1: Sơ đồ ngun lí của hệ thống
Sinh viên thực hiện: Hồng Trọng Tín
Phạm Duy Thơng
Hướng dẫn: T.S Võ Như Thành
8
Thiết kế và chế tạo hệ thống rửa và phân loại trái cây ứng dụng công nghệ xử lý ảnh
2.2.2. Các chuyển động chính của hệ thống
Chuyện động của băng chuyền:
- Chuyển động tịnh tiến của băng chuyền vận chuyển. Sau khi trái cây được đưa vào bể
chứa (1) bộ phận vận chuyển (2) chuyển trái cây từ bể chứa đề bộ phận rửa (5).
- Chuyển động quay tròn của con lăn: tại bộ phận rửa (5) trái cây được vận chuyến đến
và rơi vào hệ thống các con lăn quay trịn làm cho trái cây sạch và bóng hơn.
- Chuyển động tịnh tiến của băng chuyền xử lý ảnh (8) và phân loại (11) khi nhận được
trái cây từ bộ phận rửa (5) trái cây được đưa vào băng chuyền xử lý ảnh đề camera chụp
hình rồi vận chuyền trái cây đến bộ phận phân loại.
2.2.3. Các yêu cầu thiết kế
Nhìn chung, khi thiết kế hệ thống cần phải đảm bảo các điều kiện sau:
- Đảm bảo thực hiện tốt các công việc đã đặt ra. Công việc này bao gồm cả tính bền
vững và an tồn của hệ thống.
- Hệ thống phải là đơn giản, và tối ưu về mặt không gian.
- Hệ thống điều khiển đáng tin cậy và dễ dùng.
- Giao diện tạo cho người sử dụng cảm giác thoải mái và dễ dàng khi sử dụng.
- Ngồi ra, hệ thống phải khơng những bảo đảm được tính thẩm mỹ mà cần phải có
tính kinh tế.
2.3. Phân tích và lựa chọn phương án thiết kế cho từng bộ phận
2.3.1. Lựa chọn phương án thiết kế cho bộ phận vận chuyển
Có rất nhiều phương án thiết kế cho bộ phận vận chuyển nhưng phổ biến nhất là các
phương án sau:
a. Băng tải cao su
Sinh viên thực hiện: Hồng Trọng Tín
Phạm Duy Thơng
Hướng dẫn: T.S Võ Như Thành
9
Thiết kế và chế tạo hệ thống rửa và phân loại trái cây ứng dụng cơng nghệ xử lý ảnh
Hình 2.2: Băng tải cao su
- Hệ thống băng tải sử dụng tấm phẳng chế tạo từ cao su được nâng đỡ bằng những con
lăn để di chuyển các sản phẩm theo chiều chuyển động của băng tải.
- Ưu điểm:
+ An tồn cao, cấu tạo đơn giản, bền, chi phí sản xuất thấp.
+ Vận chuyển được các sản phẩm có kích thước khác nhau.
+ Làm việc không ồn, năng suất cao.
+ Chế tạo dễ dàng.
- Nhược điểm:
+ Không thể vận chuyển theo đường cong, sản phẩm dễ bị sai lệch hướng di chuyển.
b. Băng tải xích
Hình 2.3: Băng tải xích
Sinh viên thực hiện: Hồng Trọng Tín
Phạm Duy Thơng
Hướng dẫn: T.S Võ Như Thành
10
Thiết kế và chế tạo hệ thống rửa và phân loại trái cây ứng dụng công nghệ xử lý ảnh
- Hệ thống băng tải sử dụng các thanh đỡ được lắp trên các dây xích dẫn để chứa đựng
và vận chuyển các sản phấm.
- Ưu điểm:
+ Tách đơn chiếc từng quả , dễ dàng cho kiểm tra và phân loại.
+ Sản phẩm khô ráo.
- Nhược điểm:
+ Thiết kế chế tạo phức tạp.
+ Khơng thích hợp cho những vật liệu nhỏ, số lượng lớn.
+ Tải trọng nâng chuyển thấp.
c. Băng tải con lăn
Hình 2.4: Băng tải con lăn
Hệ thống băng tải sử dụng các cụm con lăn được truyền động bằng xích để nâng đỡ và
vận chuyển các sản phẩm.
- Ưu điểm:
+ Có thể vận chuyển theo đường cong.
+ Chịu được tải trọng lớn.
+ Sản phẩm khô ráo, dễ phân loại, kiểm tra.
- Nhược điểm:
+ Thiết kế phức tạp, tốn kém.
+ Chỉ thích hợp cho một số sản phẩm.
Sinh viên thực hiện: Hồng Trọng Tín
Phạm Duy Thơng
Hướng dẫn: T.S Võ Như Thành
11
Thiết kế và chế tạo hệ thống rửa và phân loại trái cây ứng dụng công nghệ xử lý ảnh
d. Băng tải dạng khay
Hình 2.5: Băng tải dạng khay
- Hệ thống băng tải sử dụng các thiết bị đỡ dạng khay để chứa đựng, vận chuyển các
sản phẩm.
- Ưu điểm:
+ Thích hợp vận chuyển đơn chiếc, dễ dàng kiểm tra va phân loại.
- Nhược điểm:
+ Khó thiết kế và chế tạo.
+ Năng suất không cao.
Từ các phương án thiết kế cơ cấu vận chuyển trên, dựa trên các ưu điểm, nhược điểm
cùng với sản phẩm là củ quả. Nhóm đã quyết định chọn phương án thiết kế dùng băng tải
cao su để vận chuyển sản phẩm.
2.3.2. Lựa chọn phương án thiết kế cho bộ phận rửa
Có nhiều phương án thiết kế cho bộ phận rửa khác nhau về cấu tạo, tuy nhiên nguyên
tắc hoạt động gần như giống nhau.
a. Cơ cấu rửa dạng băng chuyền
Cơ cấu này gồm một băng tải thép khơng rỉ và thùng chứa nước có thể tích tương đối
lớn. Băng tải được chia làm 3 phần: phần nằm ngang ngập trong nước, phần nghiêng có
các ống phun nước mạnh và một phần nằm ngang ở phía trên cao. Bên dưới băng tài phần
ngập dưới nước được bố trí các ống thổi khí. Trong giai đoạn ngâm, ngun liệu ở trên
Sinh viên thực hiện: Hồng Trọng Tín
Phạm Duy Thông
Hướng dẫn: T.S Võ Như Thành
12
