Thiết kế hệ thống đóng gói hộp tự động sử dụng robot scara bốn bậc tự do

ĐỒ ÁN TỐT
NGHIỆP

GVHD: TS.Nguyễn Thành
Hùng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHÍA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

NHIỆM VỤ
THIẾT KẾ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ và tên sinh viên: Nguyễn Thế Vinh

MSSV: 20164692

Họ và tên sinh viên: Lê Văn Kiễu

MSSV: 20166325

Họ và tên sinh viên: Nguyễn Mạnh Tiến

MSSV: 20166831

Họ và tên sinh viên: Đào Văn Duy
MSSV: 20150596
Bộ môn: Cơ Điện Tử
Viện: Cơ Khí
I/ ĐỀ TÀI THIẾT KẾ

“Thiết kế hệ thống đóng gói hộp tự động sử dụng Robot Scara bốn bậc tự
do”
II/ CÁC SỐ LIỆU BAN ĐẦU
- Kích thước hộp đầu vào:
+ Chiều dài x Chiều rộng x chiều cao:
(50-150 mm) x (50-150 mm) x (50-100 mm)
- Khối lượng hộp: tối đa 1 kg
- Màu sắc hộp: xanh hoặc nâu
- Năng suất: 5 sản phẩm/phút
III/ NỘI DUNG THUYẾT MINH VÀ TÍNH TỐN
- Tổng quan
- Giới thiệu kết cấu phần cơ khí và hệ thống điều khiển
- Ứng dụng thuật tốn xử lí ảnh nhận diện mã QR
- Xây dựng thuật tốn xử lí ảnh xác định hướng của hộp
- Xây dựng thuật toán BinPacking 3D Online
IV/ CÁC BẢN VẼ VÀ ĐỒ THỊ
- Bản vẽ lắp hệ thống cơ khí (A0)
- Bản vẽ sơ đồ mạch điện (A0)
V/ CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS. Nguyễn Thành Hùng
VI/ NGÀY GIAO NHIỆM VỤ THIẾT KẾ: 02/10/2020
VII/ NGÀY HOÀN THÀNH ĐỒ ÁN: 27/01/2021
Hà Nội, ngày tháng năm 2021
Giảng viên hướng dẫn

Trang

1


ĐỒ ÁN TỐT

NGHIỆP

GVHD: TS.Nguyễn Thành
Hùng

Đánh giá của giảng viên hướng dẫn
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………

Kết quả đánh giá
Họ và tên

Điểm

Hà Nội, ngày tháng năm 2021
Giảng viên hướng dẫn

Nguyễn Thế Vinh
Lê Văn Kiễu
Nguyễn Mạnh Tiến
Đào Văn Duy

Trang

2


ĐỒ ÁN TỐT
NGHIỆP

GVHD: TS.Nguyễn Thành
Hùng

Đánh giá của giảng viên phản biện
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………

Kết quả đánh giá
Họ và tên

Điểm

Hà Nội, ngày tháng năm 2021
Giảng viên phản biện

Nguyễn Thế Vinh
Lê Văn Kiễu

Nguyễn Mạnh Tiến
Đào Văn Duy

Trang

3


ĐỒ ÁN TỐT
NGHIỆP

GVHD: TS.Nguyễn Thành
Hùng

LỜI CẢM ƠN
Nhóm đồ án chúng em xin chân thành cảm ơn quý thầy/cô trong bộ mơn
Cơ điện tử đã tận tình chỉ bảo và tạo điều kiện để nhóm chúng em hồn thành đồ
án tốt nghiệp. Đặc biệt chúng em cảm ơn sự giúp đỡ tận tình của giảng viên
hướng dẫn TS. Nguyễn Thành Hùng và giảng viên phản biện TS. Bùi Đình Bá đã
ln bám sát phân tích, giảng giải, chỉnh sửa và hướng dẫn nhóm trong suốt q
trình làm đồ án. Chúng em xin chân thành cảm ơn và chúc quý thầy/cô sức khỏe
và công tác thật tốt trong công việc, đặc biệt là trong lĩnh vực giáo dục hiền tài
cho đất nước.

TÓM TẮT NỘI DUNG ĐỒ ÁN
Hiện nay, Logistics là lĩnh vực rất được quan tâm do xu thế chuỗi cung
ứng toàn cầu và thương mại điện tử càng ngày càng phát triển. Sự phát triển của
Logistics đòi hỏi những nhà kho thơng minh, có tính tự động hóa và năng suất
cao. Thực tế ở Việt Nam hiện nay, các nhà kho vẫn được vận hành một cách thủ
công, sử dụng sức người là chính. Hàng hóa vẫn được phân loại, nhập xuất bằng

tay. Từ đó, năng suất của nhà kho thấp, gây tốn kém về thời gian và chi phí.
Trước tình hình đó, nhóm chúng em đã thực hiện đề tài tính tốn thiết kế
hệ thống Robot nhập xuất kho tự động để thực hiện công tác nhập xuất hàng
trong kho. Nhóm đã xử dụng Microsoft Visual Studio kết nối với Arduino để
điều khiển cơ cấu, còn về bộ phận chấp hành nhóm dùng Băng tải kết hợp Robot
Scara bốn bậc tự do để thực hiện gắp vật.
Kết quả: Nhóm đã thiết kế được mơ hình hệ thống có tính thực tế và đạt
hiệu quả trong sắp xếp sản phẩm cụ thể là các gói hàng trong kho các doanh
nghiệp vận tải. Hệ thống giúp việc nhập xuất nhanh gọn có tính tự động hóa cao
và được quản lý chặt chẽ.
Hướng phát triển: Trong tương lai hệ thống có thể phát triển để tạo ra hệ
sinh thái giúp quản lý dữ liệu nhập suất trong các nhà kho chặt chẽ tiện lợi.

Trang

4


ĐỒ ÁN TỐT
NGHIỆP

GVHD: TS.Nguyễn Thành
Hùng

Sau quá trình làm đồ án nhóm chúng em đã tích lũy được rất nhiều kiến
thức chun mơn như kỹ năng lập trình và điều khiển; các thuật tốn xử lí ảnh và
BinPacking 3D; kinh nghiệm thực tế; kỹ năng làm việc nhóm đồng thời nhóm
lắm bắt được xu hướng phát triển của nền công nghiệp hiện nay. Những kiến
thức, kinh nghiệm, kỹ năng này sẽ giúp nhóm rất nhiều trong tương lai.

NỘI DUNG
DANH MỤC HÌNH ẢNH
DANH MỤC BẢNG
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI.........................................................11
1.1

1.2

1.3

Giới thiệu về robot cơng nghiệp..............................................................11
1.1.1

Sơ lược về q trình phát triển của robot công nghiệp..............11

1.1.2

Ứng dụng robot công nghiệp trong sản xuất.............................13

1.1.3

Các khái niệm và định nghĩa về robot công nghiệp..................13

1.1.4

Phân loại robot cơng nghiệp.....................................................16

Tổng quan thuật tốn BinPacking...........................................................17
1.2.1

Lịch sử nghiên cứu...................................................................17

1.2.2

Phân loại...................................................................................19

1.2.3

Ứng dụng..................................................................................19

Tìm hiểu về xử lý ảnh trong cơng nghiệp................................................19
1.3.1

Lịch sử phát triển lĩnh vực xử lý ảnh........................................20

1.3.2

Tính năng của xử lý ảnh...........................................................20

1.3.3

Ứng dụng của xử lý ảnh...........................................................22

1.4

Lý do chọn đề tài.....................................................................................22

1.5

Giới thiệu các thành phần của hệ thống...................................................23

1.5.1

Phần cơ khí...............................................................................24

1.5.2

Phần điều khiển........................................................................25

1.5.3

Phần camera.............................................................................25

CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN HỆ THỐNG.......................................................26
2.1

2.2

Hệ thống cơ khí.......................................................................................26
2.1.1

Hệ thống băng tải.....................................................................26

2.1.2

Hệ thống robot Scara 4 bậc tự do.............................................27

Hệ thống điều khiển................................................................................49
Trang

5

ĐỒ ÁN TỐT
NGHIỆP

2.3

GVHD: TS.Nguyễn Thành
Hùng

2.2.1

Sơ đồ hệ thống điều khiển........................................................49

2.2.2

Thành phần chính.....................................................................49

Thiết kế hệ thống điều khiển...................................................................55
2.3.1

Chọn luật điều khiển, thiết kế mơ hình điều khiển...................55

2.3.2

Mơ phỏng bằng phần mềm Matlab...........................................58

CHƯƠNG 3. THUẬT TỐN XỬ LÍ ẢNH.....................................................64
3.1

3.2

3.3

Phần mềm................................................................................................64
3.1.1

Thư viện opencv.......................................................................64

3.1.2

Thư viện Zbar...........................................................................66

3.1.3

Giới thiệu về Winform Application..........................................68

Quét mã QR phân loại sản phẩm.............................................................68
3.2.1

Thuật toán xây dựng mã QR.....................................................68

3.2.2

Đọc mã QR...............................................................................72

3.2.3

Kết quả.....................................................................................75

Xây dựng thuật toán xác định hướng sản phẩm.......................................76
3.3.1

Đặt vấn đề và hướng giải quyết................................................76

3.3.2

Sơ đồ thuật toán xác định hướng của một ảnh..........................77

3.3.3

Kết quả.....................................................................................83

CHƯƠNG 4. THUẬT TOÁN BINPACKING 3D ONLINE...........................84
4.1

Giới thiệu chung......................................................................................84

4.2

Hệ thống dữ liệu......................................................................................85

4.3

4.2.1

Mơ hình dữ liệu........................................................................85

4.2.2

Phân loại khơng gian`...............................................................86

4.2.3

Hệ thống dữ liệu.......................................................................86

4.2.4

Cơ chế sinh bộ dữ liệu..............................................................87

Thuật toán tổ chức và hiệu chỉnh hệ thống cơ sở dữ liệu.........................88
4.3.1

Thuật toán loại bộ dữ liệu khỏi hệ thống dữ liệu chính............89

4.3.2

Thuật tốn thêm bộ dữ liệu vào hệ thống dữ liệu chính............90

4.3.3

Thuật tốn hợp nhất các bộ dữ liệu chính.................................90

4.3.4

Thuật tốn sắp xếp bộ dữ liệu chính.........................................92

4.3.5

Thuật tốn loại bộ dữ liệu khỏi hệ thống dữ liệu phụ...............93

4.3.6

Thuật toán thêm bộ dữ liệu vào hệ thống dữ liệu phụ...............94

4.3.7

Thuật toán hợp nhất bộ dữ liệu phụ với bộ dữ liệu chính.........95
Trang

6


ĐỒ ÁN TỐT
NGHIỆP

GVHD: TS.Nguyễn Thành
Hùng

4.4

Thuật tốn tìm kiếm................................................................................95

4.5

Thuật tốn BinPacking 3D Online...........................................................97

4.6

Kiểm nghiệm thuật tốn..........................................................................98

CHƯƠNG 5. MƠ HÌNH THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ.........................102
5.1

5.2

Giới thiệu mơ hình................................................................................102
5.1.1

Phần cơ khí.............................................................................104

5.1.2

Phần điều khiển......................................................................104

5.1.3

Phần camera...........................................................................104

Kết quả thực nghiệm và đánh giá kết quả..............................................104
5.2.1

Kết quả thực nghiệm...............................................................104

5.2.2

Đánh giá kết quả.....................................................................105

KẾT LUẬN
TÀI LIỆU THAM KHẢO07

Trang

7


ĐỒ ÁN TỐT
NGHIỆP

GVHD: TS.Nguyễn Thành
Hùng

DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1 Các tọa độ suy rộng của robot..............................................................15
Hình 1.2 Quy tắc bàn tay phải.............................................................................15
Hình 1.3 Cấu trúc cơ bản của robot cơng nghiệp................................................16
Hình 1.4 Robot....................................................................................................17
Hình 1.5 Thu nhận ảnh, chụp ảnh và số hố ảnh.................................................21
Hình 1.6 Nâng cấp ảnh sử dụng xử lý ảnh..........................................................21
Hình 1.7 Nén ảnh và mã hố ảnh........................................................................22
Hình 1.8 Thành phần của hệ thống xử lý ảnh cơng nghiệp..................................23
Hình 1.9 Chu trình xử lý ảnh...............................................................................24
Hình 2.1 Hệ thống băng tải.................................................................................26
Hình 2.2 Vùng làm việc của robot.......................................................................28
Hình 2.3 Phương án 1 robot Scara TRRR...........................................................28
Hình 2.4 Phương án 2 robot Scara RTRR...........................................................29
Hình 2.5 Hệ trục tọa độ trên robot.......................................................................30
Hình 2.6 Danh mục chọn ổ bi đỡ.........................................................................44
Hình 2.7 Danh mục ổ bi chặn..............................................................................44
Hình 2.8 Thơng số động cơ bước........................................................................45

Hình 2.9 Mơ phỏng khơng gian làm việc của robot............................................46
Hình 2.10 Sơ đồ hệ thống điều khiển..................................................................49
Hình 2.11 Nguồn cơng suất.................................................................................50
Hình 2.12 Cảm biến tiệm cận..............................................................................50
Hình 2.13 Cơng tắc hành trình............................................................................50
Hình 2.14 Cơ cấu chấp hành...............................................................................51
Hình 2.15 Hình ảnh giao diện điều khiển............................................................52
Hình 2.16 Sơ đồ thuật tốn điều khiển................................................................53
Hình 2.17 Basler ace-acA1300-300um...............................................................54
Hình 2.18 Thiết bị tính tốn chọn Lens...............................................................55
Hình 2.19 Basler Lens C125-1218-5M F1.8.......................................................55
Trang

8


ĐỒ ÁN TỐT
NGHIỆP

GVHD: TS.Nguyễn Thành
Hùng

Hình 2.20 Mơ hình hệ thống sử dụng bộ điều khiển PID....................................56
Hình 2.21 Mơ hình đối tượng điều khiển............................................................57
Hình 2.22 Mơ hình hệ thống...............................................................................57
Hình 2.23 Mơ hình điều khiển PD + Lực............................................................58
Hình 2.24 Khối phản hồi phi tuyến.....................................................................60
Hình 2.25 Khối robot..........................................................................................61
Hình 2.26 Đồ thị vị trí và sai lệch vị trí các biến khớp........................................62
Hình 3.1 Thêm các file header OpenCV.............................................................65

Hình 3.2 Thêm thư viên OpenCV.......................................................................65
Hình 3.3 Thêm file thư viện OpenCV.................................................................66
Hình 3.4 Thêm thư viên Zbar..............................................................................67
Hình 3.5 Thêm thư viên Zbar..............................................................................67
Hình 3.6 Thêm thư viên Zbar..............................................................................68
Hình 3.7 Các Pattern của mã QR.........................................................................70
Hình 3.8 Khu vực thơng tin phiên bản................................................................71
Hình 3.9 Các sắp xếp các bit data........................................................................72
Hình 3.10 Các bước quét mã QR........................................................................74
Hình 3.11 Code xử lý ảnh....................................................................................75
Hình 3.12 Kết quả nhận diện mã QR..................................................................76
Hình 3.13 Sơ đồ thuật tốn xác định hướng của hộp...........................................77
Hình 3.14 Chuyển đổi ma trận đầu vào thành ma trận đầu ra..............................78
Hình 3.15 Các khả năng của biên........................................................................80
Hình 3.16 Kết quả xác định hướng của hộp........................................................83
Hình 4.1 Mơ hình khơng gian.............................................................................85
Hình 4.2 Mơ hình dữ liệu mơ tả khơng gian........................................................86
Hình 4.3 Sơ đồ hệ thống dữ liệu chính................................................................87
Hình 4.4 Sơ đồ hệ thống dữ liệu phụ...................................................................87
Hình 4.5 Cơ chế sinh bộ dữ liệu..........................................................................88
Hình 4.6 Thuật tốn loại bộ dữ liệu khỏi hệ thống dữ liệu chính........................90
Hình 4.7 Sơ đồ thuật tốn thêm bộ dữ liệu vào hệ thống dữ liệu chính...............91
Hình 4.8 Sơ đồ thuật toán hợp nhất các bộ dữ liệu chính....................................92
Hình 4.9 Thuật tốn sắp xếp bộ dữ liệu chính.....................................................93
Hình 4.10 Sơ đồ thuật toán loại bộ dữ liệu ra khỏi hệ thống dữ liệu phụ............94
Hình 4.11 Sơ đồ thuật toán thêm bộ dữ liệu vào hệ thống dữ liệu phụ................94
Hình 4.12 Sơ đồ thuật tốn hợp nhất bộ dữ liệu chính và bộ dữ liệu phụ............96
Hình 4.13 Sơ đồ thuật tốn tìm kiếm...................................................................97
Hình 4.14 Sơ đồ thuật tốn BinPacking 3D Online.............................................98
Trang

9


ĐỒ ÁN TỐT
NGHIỆP

GVHD: TS.Nguyễn Thành
Hùng

Hình 4.15 Kết quả kiểm nghiệm 1 của mẫu thử 1.............................................101
Hình 4.16 Kết quả kiểm nghiệm 2 của mẫu thử 1.............................................101
Hình 5.1 Mơ hình robot.....................................................................................103
Hình 5.2 Kết quả xử lý ảnh...............................................................................105

Trang

10


ĐỒ ÁN TỐT
NGHIỆP

GVHD: TS.Nguyễn Thành
Hùng

DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1 Số lượng robot sản xuất tại các nước công nghiệp...............................12
Bảng 2.1 Tham số động học D-H của robot........................................................30
Bảng 2.2 Các thông số đầu vào cho bài toán động lực học robot........................38

Bảng 4.1 Bảng kết quả kiểm nghiệm 1................................................................99
Bảng 4.2 Bảng kết quả kiểm nghiệm 2..............................................................100

Trang

11


ĐỒ ÁN TỐT
NGHIỆP

GVHD: TS.Nguyễn Thành
Hùng

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
1.1 Giới thiệu về robot công nghiệp
Ngày nay cùng với sự phát triển của các ngành khoa học kỹ thuật, kỹ thuật
điện tử mà trong đó điều khiển tự động đóng vai trị hết sức quan trọng trong mọi
lĩnh vực khoa học kỹ thuật, quản lý, cơng nghiệp hóa tự động hóa, cung cấp
thơng tin… Do đó, chúng ta phải nắm bắt và vận dụng nó một cách có hiệu quả
nhằm góp phần vào sự phát triển nền khoa học kỹ thuật thế giới nói chung và
trong sự phát triển của kỹ thuật tự động nói riêng. Xuất phát từ những lần được đi
thực tập trực tiếp tại nhà máy và cơ hội đi thăm quan tại các khu công nghiệp,
chúng em đã được thấy nhiều khâu tự động hóa trong quá trình sản xuất. Một
trong những khâu tự động trong dây chuyền sản xuất tự động hóa đó là hệ thống
phân loại sản phẩm.
1.1.1

Sơ lược về quá trình phát triển của robot công nghiệp

Thuật ngữ “robot” xuất phát từ CH séc có nghĩa là cơng việc tạp dịch
trong vở kịch Rossum’s Universal Robots của Karel Capek, vào năm 1921. Trong
vở kịch này, Rossum và con trai của ông đã chế tạo ra những chiếc máy gần
giống 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 kỹ 60, công ty Mỹ AMF quảng cáo một loại máy tự động vạn
năng gọi là “Người máy công nghiệp”. Ngày nay người ta đặt người máy cơng
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 cơ cấu điều khiển từ xa và các máy công
cụ điều khiển số.
Các cơ cấu điều khiển từ xa đã phát triển mạnh trong chiến tranh thế giới
lần hai nhằm nghiên cứu các vật liệu phóng xa. Người thao tác được tách biệt
khỏi khu vực phóng xạ bởi một bức tường có một hoặc một vài cửa để có thể
nhìn thấy được cơng việc bên trong. Các cơ cấu điều khiển từ xa thay thế cho
cánh tay của người thao tác, nó gồm có một bộ kẹp ở bên trong và hai tay cầm ở
bên ngoài. Cả hai tay cầm và bộ kẹp được nối với nhau bằng một cơ cấu sáu bậc
tự do để tạo ra các vị trí và hướng tùy ý của tay cầm và bộ kẹp. Cơ cấu dùng để
điều khiển bộ kẹp theo chuyển động của tay cầm.
Vào khoảng năm 1949, các máy công cụ điều khiển số ra đời, nhằm đáp
ứng yêu cầu gia công các chi tiết trong ngành chế tạo máy bay. Những robot đầu
Trang

12


ĐỒ ÁN TỐT
NGHIỆP

GVHD: TS.Nguyễn Thành
Hùng

tiên thực chất là sự nối kết giữa các khâu cơ khí của cơ cấu điều khiển từ xa với
khả năng lập trình của máy cơng cụ điều khiển số.
Một trong số 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 (1990) được dùng đầu tiên trong kỹ nghệ ôtô.
Tiếp sau Mỹ, các nước khác bắt đầu sản xuất Robot công nghiệp: Anh
(1967), Thụy Điển và Nhật Bản (1968) theo bản quyền của Mỹ, CHLB Đức
(1971), Pháp (1972), Ý (1973), …
Tính năng của robot càng ngày càng được nâng cao nhất là tính năng nhận
biết và xử lý. Năm 1967, trường đại học Stanford (Mỹ) đã chế tạo mẫu robot hoạt
động theo mơ hình “mắt-tay”, có khả năng nhận biết và định hướng 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 Tommorrow Tool:
cơng cụ tương lai). Robot này có thể nâng được vật có khối lượng lên tới 40kg.
Có thể nói robot là sự tổ hợp khả năng hoạt động linh hoạt của các 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, cơng nghệ
lập trình và các phát triển trí khôn nhân tạo, hệ chuyên gia, …
Trong những năm sau này, việc nâng cao tính năng hoạt động của robot
khơng ngừng phát triển. Các robot được trang bị thêm các loại cảm biến khác
nhau để nhận biết môi trường xung quanh, cùng với những thành tựu to lớn trong
lĩnh vực tin học – điện tử đã tạo ra các thế hệ robot với nhiều tính năng đặc biệt,
số lượng robot ngày càng tăng, giá thành ngày càng giảm. Nhờ vậy, robot cơng
nghiệp đã có vị trí quan trọng trong các dây chuyền sản xuất hiện đại.
Một vài số liệu về số lượng robot được sản xuất ở một số nước công
nghiệp phát triển như sau:

Bảng 1.1 Số lượng robot sản xuất tại các nước công nghiệp

Nước sản
xuất
Nhật
Mỹ
Đức
Ý
Pháp
Anh

Năm
1990
66.118
4.237
5.845
2.500
1.448
510

Năm
1994
29.756
7.634
5.125
2.408
1.197
1.086

Năm

1998
67.000
11.000
8.600
4.000
2.000
1.500
Trang

13


ĐỒ ÁN TỐT
NGHIỆP

GVHD: TS.Nguyễn Thành
Hùng

Hàn Quốc
1.1.2

1000

1.200

Ứng dụng robot công nghiệp trong sản xuất

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 sản xuất tăng lên rõ rệt.

Mục tiêu ứng dụng robot công nghiệp nhằm góp phần năng cao năng suất
dây chuyền cơng 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 các mục tiêu
trên là nhờ vào những khả năng to lớn của robot như: làm việc không biết mệt
mỏi, rất dễ dàng chuyển nghề một cách thành thạo, chịu được phóng xạ và các
mơi trường làm việc độc hại, nhiệt độ cao, cảm thấy được cả từ trường và nghe
được cả siêu âm… Robot được dùng thay thế con người trong các trường hợp
trên hoặc thực hiện các công việc tuy không nặng nhọc nhưng đơn điệu, dễ gây
mệt mỏi, nhầm lẫn.
Trong ngành cơ khí, robot được sử dụng nhiều trong công nghệ đúc, công
nghệ hàn, cắt kim loại, sơn, phun phủ kim loại, tháo lắp vận chuyển phôi, lắp ráp
sản phẩm…
Ngày nay đã xuất hiện nhiều dây chuyền sản xuất tự động gồm các máy
CNC với robot cơng nghiệp, các dây truyền đó đạt được mức tự động hóa, mức
linh hoạt cao. Ở đây, các máy và robot được điều khiển bằng cùng một hệ thống
chương trình.
Ngồi các phân xưởng nhà máy, kỹ thuật robot cũng được sử dụng trong
việc khai thác thềm lục địa và đại dương, trong y học, sử dụng trong quốc phịng,
trong chinh phục vũ trụ, trong cơng nghiệp ngun tử, trong các lĩnh vực xã
hội….
Rõ ràng là khả năng làm việc của robot trong một số điều kiện vượt hơn
khả năng của con người. Do đó, nó là phương tiện hữu hiệu để tự động hóa, nâng
cao năng suất lao động, giảm nhẹ cho con người những công việc năng nhọc và
độc hại. Nhược điểm lớn nhất của robot là chưa linh hoạt như con người, trong
dây chuyền tự động, nếu có một robot bị hỏng có thế làm ngừng hoạt động của cả
dây chuyền, cho nên robot vẫn luôn hoạt động dưới sự giám sát của con người.
1.1.3

Các khái niệm và định nghĩa về robot công nghiệp

a) Định nghĩa robot công nghiệp
Định nghĩa theo tiêu chuẩn AFNOR: Robot công nghiệp là cơ cấu
chuyển động có thể lập trình, lặp lại các chương trình, tổng hợp các chương trình
Trang

14


ĐỒ ÁN TỐT
NGHIỆP

GVHD: TS.Nguyễn Thành
Hùng

đặt ra trên các trục tọa độ, có khả năng định vị, định hướng, di chuyển các đối
tượng vật chất chi tiết, dao cụ, gá lắp… theo những hành trình thay đổi đã
chương trình hóa nhằm thực hiện các nhiệm vụ công nghệ khác nhau.
Định nghĩa theo RIA: Robot là một tay máy vạn năng có thể lặp lại các
chương trình được thiết kế để di chuyển vật liệu, chi tiết, dụng cụ hoặc các thiết
bị chun dùng thơng qua các chương trình chuyển động có thể thay đổi để hoàn
thành các nhiệm vụ khác nhau.
Định nghĩa theo GOCT 25686-85: Robot công nghiệp là một máy tự
động, được đặt cố định hoặc di động được, liên kết giữa một tay máy và một hệ
thống điều khiển theo chương trình, có thể hồn thành các chức năng vận động
và điều khiển trong q trình sản xuất.
Có thể nói robot cơng nghiệp là một máy tự động linh hoạt thay thế từng
phần hoặc toàn bộ các hoạt động cơ bắp và hoạt động trí tuệ của con người trong
nhiều khả năng thích nghi khác nhau.
Robot cơng nghiệp có khả năng chương trình hóa linh hoạt trên nhiều trục
chuyển động, biểu thị cho số bậc tự do của chúng. Robot công nghiệp được trang

bị những bàn tay máy hoặc các cơ cấu chấp hành, giải quyết những nhiệm vụ xác
định trong các q trình cơng nghệ, hoặc trực tiếp tham gia thực hiện các nguyên
công hoặc phục vụ các q trình cơng nghệ với những thao tác cầm nắm, vận
chuyển và trao đổi các đối tượng với các trạm công nghệ, trong một hệ thống
máy tự động linh hoạt, được gọi là “hệ thống tự động linh hoạt robot hóa” cho
phép thích ứng nhanh và thao tác đơn giản khi nhiệm vụ sản xuất thay đổi.
b) Bậc tự do của robot (DOF: Degree of Freedom)
Bậc tự do là số khả năng chuyển động của một số cơ cấu (chuyển động
quay hoặc tịnh tiến). Để dịch chuyển được một vật thể trong không gian, cơ cấu
chấp hành của robot phải đạt được số bậc tự do. Nói chung cơ hệ của robot là
một cơ cấu hở, do đó bậc tự do của nó có thể tính theo cơng thức:
(1.1)
Ở đây:n – số khâu động
�� – số khớp loại I (i=1,2,3,4,5: số bậc tự do bị hạn chế)
Đối với các cơ cấu có các khâu khớp được nối với nhau bằng khớp quay
hoặc tịnh tiến thì số bậc tự do bằng với số khâu động. Đối với cơ cấu hở, số bậc
tự do bằng tổng số bậc tự do của các khớp động.
Để định vị và định hướng khâu chấp hành cuối một các tùy ý trong không
gian 3 chiều, robot cần có 6 bậc tự do, trong đó 3 bậc tự do để định vị và có thể
Trang

15


ĐỒ ÁN TỐT
NGHIỆP

GVHD: TS.Nguyễn Thành
Hùng

yêu cầu số bậc tự do ít hơn. Các robot hàn, sơn… thường yêu cầu 6 bậc tự do.
Trong một số trường hợp cần sự khéo léo, linh hoạt hoặc cần phải tối ưu hoa quỹ
đạo, người ta dùng robot với số bậc tự do lớn hơn 6.
c) Hệ tọa độ (coordinate frames)
Mỗi robot thường bao gồm nhiều khâu liên kết với nhau qua các khớp, tạo
thành một xích động học xuất phát từ một khâu cơ bản đứng yên. Hệ tọa độ trung
gian khác gắn với các khâu động gọi là hệ tọa độ suy rộng. trong từng thời điểm
hoạt động, các tọa độ suy rộng gọi là hệ tọa độ suy rộng. Trong từng thời điểm
hoạt động, các tọa độ suy rộng xác định cấu hình của robot bằng các chuyển dịch
dài hoặc các chuyển dịch góc của các khớp tịnh tiến hoặc khớp quay. Các tọa độ
suy rộng gọi là biến khớp (Hình 1.1).

Hình 1.1 Các tọa độ suy rộng của robot

Các hệ toạ độ gắn trên các khâu của robot phải tuân theo qui tắc bàn tay
phải: Dùng tay phải, nắm hai ngón tay út và áp út vào lịng bàn tay, xịe 3 ngón:
cái, trỏ và giữa theo 3 phương vng góc nhau, nếu chọn ngón cái là phương và
chiều của trục z, thì ngón trỏ chỉ phương, chiều của trục X và ngón giữa sẽ biểu
thị phương, chiều của trục y (Hình 1.2).

Trang

16


ĐỒ ÁN TỐT
NGHIỆP

GVHD: TS.Nguyễn Thành
Hùng

Hình 1.2 Quy tắc bàn tay phải

Trong robot, ta thường dùng chữ O và chỉ số n đế chỉ hệ toạ độ gắn trên
khâu thứ n. Như vậy hệ toạ độ cơ bản (Hệ toạ độ gắn với khâu cố định) sẽ được
ký hiệu là O0; hệ toạ độ gắn trên các khâu trung gian tương ứng sẽ là O1, O2, …,
On-1. Hệ toạ độ gắn trên khâu chấp hành cuối ký hiệu là On.
d) Cấu trúc cơ bản của robot cơng nghiệp

Hình 1.3 Cấu trúc cơ bản của robot công nghiệp

1.1.4

Phân loại robot công nghiệp

a) Phân loại theo kết cấu

Trang

17


ĐỒ ÁN TỐT
NGHIỆP

GVHD: TS.Nguyễn Thành
Hùng

Theo kết cấu của tay máy người ta phân thành robot kiếu toạ độ Đe các,
Kiểu toạ độ trụ, kiểu toạ độ cầu, kiểu toạ độ góc, robot kiểu SCARA như đã trình

bày ở trên.
b) Phân loại theo hệ thống truyền động
Các dạng truyền động phổ biến là:
- Hệ truyền động điện: Thường dùng các động cơ điện 1 chiều (DC: Direct
Current) hoặc các động cơ bước (step motor). Loại truyền động nay dễ điều
khiển, kết cấu gọn.
- Hệ truyền động thuỷ lực: có thể đạt được công suất cao, đáp ứng những
điều kiện làm việc nặng. Tuy nhiên hệ thống thuỷ lực thường có kết cấu cồng
kềnh, tồn tại độ phi tuyến lớn khó xử lý khi điều khiến.
- Hệ truyền động khí nén: có kết cấu gọn nhẹ hơn do không cần dẫn ngược
nhưng lại phải gắn liền với trung tâm tạo ra khí nén. Hiện nay, làm việc với cơng
suất trung bình và nhỏ, kém chính xác, thường chỉ thích hợp với các robot hoạt
động theo chương trình định sắn với các thao tác đơn giản “nhấc lên – đặt
xuống” (Pick and Place or PTP: Point To Point).
c) Phân loại theo ứng dụng
Dựa vào ứng dụng của robot trong sản xuất có Robot sơn, robot hàn, robot
lắp ráp, robot chuyển phôi .v.v…
1.2 Tổng quan thuật toán BinPacking
Trong hệ thống nhà kho tự động, khi một sản phẩm được đặt vào thùng,
một vấn đề ln được đặt ra là tìm chỗ đặt sản phẩm trong thùng chứa. Hơn nữa,
vị trí đặt sản phẩm phải tối ưu để hạn chế số thùng chứa cần sử dụng. Vấn đề này
được biết đến với tên gọi BinPacking. Thuật toán BinPacking đưa ra cho chúng
ta phương án giải quyết vấn đề trên. Mục tiêu của thuật toán là tối ưu hóa q
trình sắp xêp những đối tượng có kích thước khác nhau vào thùng chứa để đạt
được số lượng thùng cần sử dụng là ít nhất. Trong bối cảnh lĩnh vực logistics và
thương mại điện tử ngày càng phát triển, yêu cầu về thuật toán BinPacking ngày
càng cấp thiết. Trước xu thế đó, nhóm em nghiên cứu và xây dựng thuật toán
BinPacking 3D Online.

Trang

18


ĐỒ ÁN TỐT
NGHIỆP

GVHD: TS.Nguyễn Thành
Hùng

Hình 1.4 Robot

1.2.1

Lịch sử nghiên cứu

BinPacking là một vấn đề đã xuất hiện từ rất lâu. Nó xuất phát từ nhu cầu
sắp xếp đồ vật vào thùng chứa, rõ ràng, ta luôn mong muốn số thùng chứa cần
dùng là ít nhất. Thời kì đầu, thuật tốn BinPacking được vận dụng chủ yếu dựa
trên kinh nghiệm. Phương pháp kinh nghiệm cho ta những cách giải quyết đơn
giản, hiệu quả trong từng trường hợp cụ thể nhưng tính tổng qt hóa và tự động
hóa khơng cao.
Cuối thế kỷ 20, sản xuất và thương mại phát triển, nó phát sinh nhu cầu tự
động hóa ngày càng cao trong hệ thống kho bãi. Việc ứng dụng các hệ thống tự
động vào nhà kho làm cho yêu cầu giải quyết vấn đề BinPacking trở lên vơ cùng
cần thiết vì nó ảnh hưởng trực tiếp tới năng suất hoạt động của nhà kho. Thời kì
này, các nhà khoa học đã tập trung nghiên cứu thuật toán BinPacking để tạo ra
những thuật toán có tính tự động hóa cao.
Năm 1978, Tinarelli và Addonizio cơng bố bài báo trình bày vấn đề tối
giản hóa số thùng vận chuyển hàng hóa.

Năm 1980, George và Robinson cơng bố bài báo mơ tả chi tiết thuật tốn
BinPacking với những loại hộp có kích thước khác nhau. Thuật tốn dựa theo
cách tiếp cận Wall-building. Theo đó, những hộp cùng loại được xếp hành một
lớp theo chiều rộng thùng chứa. Một lớp có thể có nhiều hơn một loại hộp nếu số
lượng hộp cùng loại không đủ lấp đầy lớp. Thuật tốn thể hiện cách xếp thơng
dụng ở ngồi thực tế.
Năm 1981, Liu và Chen cải tiến cách tiếp cận của George và Robinson
bằng cách thực hiện xoay hộp để tăng không gian trống ở các lớp.

Trang

19


ĐỒ ÁN TỐT
NGHIỆP

GVHD: TS.Nguyễn Thành
Hùng

Năm 1982, Bischoff và Dowsland công bố thuật toán mới dựa trên thuật
toán của Tinarelli và Addonizio. Thuật tốn này có 2 sự thay đổi so với trước: thứ
nhất, trong một lớp chỉ có một loại hộp; thứ hai, các hộp cùng lớp được xếp sao
cho không gian trống lớn nhất.
Năm 1989, Han, Knott và Egbelu nêu ra ý tưởng mới về cách tiếp cận
Wall-building. Theo đó, các hộp trong một lớp được xếp thành khối chứ L chạy
dọc theo chiều dài và rộng của thùng chứa.
Năm 1990, Bischoff và Marriott công bố nghiên cứu về các phương pháp
kinh nghiệm. Thông qua nghiên cứu 14 phương án kinh nghiệm, họ nhần thấy
rằng kết quả của các phương pháp không tổng quát, phụ thuộc vào số loại hộp

đầu vào.
Năm 1994, Mohanty, Mathur và Ivancic đưa ra phương án giải quyết vấn
đề BinPacking trong không gian 3 chiều. Phương án họ đưa ra dựa trên giải thuật
tham lam nên hiệu quả không cao và phụ thuộc đầu vào.
Năm 1995, Bischoff, Janetzz và Ratcliff phát triển mơ hình thuật tốn mới
có độ ổn định cao. Hộp được xếp thành các lớp từ đáy lên đỉnh. Trong một lớp có
tối đa 2 loại hộp khác nhau. Việc lựa chon loại hộp trong một lớp phụ thuộc vào
bề mặt lớp đặt lên. Các nhà nghiên cứu đã phát triển và kiểm tra 3 thuật toán: thứ
nhất, hai loại hộp khác nhau đặt cùng một lớp; thứ hai, 2 loại hộp khác nhau đặt
cùng độ cao; thứ ba, mỗi lớp chỉ có một loại hộp. Kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng
thuật tốn thứ nhất có hiệu quả nhất nhưng sẽ giảm đi khi số loại hộp tăng lên.
Năm 2000, Martello, Pisinger và Vigo đưa ra phương pháp branch-andbound để giải quyết vấn đề BinPacking. Phương pháp giải quyết tốt vấn đề với số
hộp từ 30 đến 50. Số hộp lớn hơn làm cho cách giải quyết khó khăn. Thêm vào
đó, phương pháp yêu cầu không được xoay hộp.
1.2.2

Phân loại

a) Phân loại theo đối tượng
- BinPacking 1D: chia một tập hợp các giá trị wi (khối lượng, chiều dài,
…) vào các nhóm con sao cho số nhóm con ít nhất và tổng giá trị trong một
nhóm con khơng vượt q giá trị nào đó.
- BinPacking 2D: sắp xếp đối tượng trên một miền phẳng 2 chiều sao cho
số miền nhỏ nhất.
- BinPacking 3D: sắp xếp đối tượng vào khối hộp ba chiều sao cho số hộp
cần dùng ít nhất.
b) Phân loại theo hoạt động

Trang

20


ĐỒ ÁN TỐT
NGHIỆP

GVHD: TS.Nguyễn Thành
Hùng

- BinPacking Offline: Tập hợp các hộp được cho biết trước. Thứ tự xếp
các hộp là tùy ý.
- BinPacking Online: Tập hợp các hộp không được biết trước. Thứ tự xếp
hộp theo thứ tự xuất hiện từng hộp. Q trình xếp hộp hồn thành trước khi hộp
tiếp theo xuất hiện.
1.2.3

Ứng dụng

Thuật toán BinPacking được ứng dụng chủ yếu trong tối ưu việc sắp xếp
đồ vật vào thùng chứa. Ngồi ra, thuật tốn cịn được ứng dụng vào việc phân
chia nguyên vật liệu chia.
1.3 Tìm hiểu về xử lý ảnh trong công nghiệp
Xử lý ảnh là một phân ngành trong xử lý số tín hiệu với tín hiệu cần xử lý
là ảnh. Đây là một phân ngành khoa học mới phát triển trong những năm gần
đây. Tuy là một ngành khoa học mới mẻ so với nhiều ngành khác nhưng tốc độ
phát triển của nó rất nhanh, kích thích các trung tâm nghiên cứu, ứng dụng, đặc
biệt là việc sản xuất các máy tính chuyên dụng riêng cho việc xử lý ảnh.
Xử lý ảnh là kỹ thuật áp dụng trong việc tăng cường và xử lý các ảnh thu
nhận từ các thiết bị như camera, webcam… Bao gồm 4 lĩnh vực chính: xử lý
nâng cao chất lượng hình ảnh, nhận dạng ảnh, nén ảnh và truy vấn ảnh. Sự phát

triên của xử lý ảnh mang lại rất nhiều lợi ích cho cuộc sống của con người
1.3.1

Lịch sử phát triển lĩnh vực xử lý ảnh

Các phương pháp xử lý ảnh bắt nguồn từ hai lĩnh vực ứng dụng chính:
nâng cao chất lượng ảnh và phân tích hình ảnh.
Ứng dụng đầu tiên được biết đến là nâng cao chất lượng hình ảnh trên báo
được truyền từ Ln Đơn đến New York từ những năm 1920. Vấn đề nâng cao
chất lượng ảnh có liên quan tới phân bố mức sáng và độ phân giải của ảnh.
Việc nâng cao chất lượng ảnh được phát triển vào khoảng những năm
1955. Điều này có thể giải thích được vì sau thế chiến thứ hai, máy tính phát triển
nhanh tạo điều kiện cho quá trình xử lý ảnh số được thuận lợi hơn.
Năm 1964, máy tính đã có khả năng xử lý và nâng cao chất lượng hình
ảnh mặt trăng và vệ tinh Ranger 7 của Mỹ bao gồm: làm nổi đường biên, lưu ảnh.
Từ năm 1964 đến nay, các phương tiện xử lý, nâng cao chất lượng, nhận
dạng ảnh phát triển không ngừng. Các phương pháp tri thức nhân tạo như mạng
nơ ron nhân tạo, các thuật toán xử lý hiện đại và cải tiến, các công cụ nén ảnh
ngày càng được áp dụng rộng rãi và thu được nhiều kết quả khả quan hơn.

Trang

21


ĐỒ ÁN TỐT
NGHIỆP

1.3.2

GVHD: TS.Nguyễn Thành
Hùng

Tính năng của xử lý ảnh

Đối với nhận thức của con người, hình ảnh là dạng thông tin tốt hơn bất
kỳ dạng thông tin nào khác. Thị giác cho phép con người nhận thức và hiểu được
thế giới xung quanh của chúng ta.
Mục đích của xử lý ảnh và thị giác máy tính là giúp chúng ta có thể hiểu
được hình ảnh, phân tích hình ảnh bằng cách sử dụng điện tử (hay hiện nay là kỹ
thuật số) để sao chép khả năng của thị giác con người.
Các tính năng của xử lý ảnh:
-

Thu nhận ảnh, chụp ảnh và số hố ảnh
Phân tích ảnh và thị giác máy tính
Mã hố, nén ảnh

Thu nhận ảnh, chụp ảnh và số hoá ảnh sử dụng các hệ thống chụp ảnh và
hệ thống lấy tín hiệu ảnh, cùng với các hệ thống số hoá ảnh (lấy mẫu, lượng tử
hoá). Việc có một tấm hình từ máy ảnh là một q trình vật lý, ánh sáng mặt trời
sẽ được lấy làm nguồn năng lượng chính. Một chuỗi cảm biến được dùng để thu
nhận hình ảnh. Do đó khi ánh sáng mặt trời chiếu xuống vật thể thì lượng ánh
sáng phản xạ bởi vật thể đó sẽ được cảm biến bắt được rồi truyền tín hiệu điện áp
liên tục dựa trên những thơng tin mà nó nhận được. Sau đó ta chuyển các thông
tin nhận được qua dạng kĩ thuật số (số hoá ảnh). Kếy quả của việc lấy mẫu và
lượng tử hố trong cơng đoạn số hố ảnh sẽ tạo ra một mảng hoặc một ma trận 2
chiều hay còn gọi là ảnh kỹ thuật số.

Hình 1.5 Thu nhận ảnh, chụp ảnh và số hố ảnh

Phân tích ảnh và thị giác máy tính giúp cải thiện nâng cấp ảnh, sửa lỗi,
khơi phục ảnh. Phân tách các đặc trưng ví dụ như tách biên ảnh, phân vùng ảnh.
Biểu diễn và xử lý đặc trưng hình dạng đối tượng ảnh. Nhận dạng đối tượng ảnh,
phân tích cảnh và hiểu cảnh.

Trang

22


ĐỒ ÁN TỐT
NGHIỆP

GVHD: TS.Nguyễn Thành
Hùng

Hình 1.6 Nâng cấp ảnh sử dụng xử lý ảnh

Cuối cùng là tính năng mã hố cũng như nén ảnh. Trong lĩnh vực xử lý
ảnh chúng ta thường phải đối mặt với một lượng lớn dữ liệu. Việc nén ảnh giúp
giảm đi lượng dữ liệu cần thiết để biểu diễn một bức ảnh kỹ thuật số, quy trình
nén ảnh nếu tái hiện lại đúng nội dung của ảnh cũ sẽ được gọi là lossless và
ngược lại được gọi là lossy. Việc mã hoá ảnh sẽ đảm bảo khơng phải ai cũng có
quyền truy cập vào ảnh, ảnh sẽ chỉ được truy cập nếu người đó được cấp phép bộ
giải mã. Chuẩn mã hoá thường dùng trong hình ảnh là đối xứng hoặc bất đối
xứng. Mã hố đối xứng là khi khoá dùng cho mã hoá cũng như giải mã là giống
nhau, ngược lại nếu khoá khác nhau cho hai quy trình thì gọi là mã hố bất đối
xứng.

Trang

23


ĐỒ ÁN TỐT
NGHIỆP

GVHD: TS.Nguyễn Thành
Hùng

Hình 1.7 Nén ảnh và mã hoá ảnh

1.3.3

Ứng dụng của xử lý ảnh

Hiện nay xử lý ảnh đã xuất hiện trong hầu hết mọi lĩnh vực, tác động trực
tiếp vào sự phát triển của các lĩnh vực đó.
- Thơng tin ảnh, truyền thơng ảnh
- Xử lý ảnh vệ tinh, viễn thám
- Thiên văn, nghiên cứu không gian, vũ trụ
- Người máy, tự động hố
- Máy thơng minh, thị giác máy nhân tạo
- Sinh học, y học
- Giám sát kiểm sốt, qn sự
- Nén video, truyền thơng video, truyền hình số
- Giám sát theo dõi phát hiện chuyển động
- Điều khiển lưu lượng chuyển động
- Người máy chuyển động

- Quốc phòng an ninh
1.4 Lý do chọn đề tài
Sự phát triển của khoa học kĩ thuật ngày càng nhanh góp phần nâng cao
năng suất lao động. Đặc biệt sự ra đời và phát triển của công nghệ chế tạo Robot
nhằm tạo ra sự tự động hóa trong quá trình sản xuất, giúp giảm đi sức lao động
chân tay của người lao động trước những cơng việc có thể gây ảnh hưởng đến
sức khỏe, lặp lại nhiều lần và đạt hiệu suất cao.
Từ thực trạng hiện nay, các kho hàng chủ yếu dùng sức lao động của con
người để bốc dỡ, sắp xếp hàng hóa có hiệu suất và tính quản lý khơng cao. Cũng
đã có một số dịng robot ra đời để cải thiện vấn đề trên. Tuy nhiên tính linh hoạt
Trang

24


ĐỒ ÁN TỐT
NGHIỆP

GVHD: TS.Nguyễn Thành
Hùng

và tính năng cịn chưa cao. Chính vì lý do đó nhóm chúng em đã nghiên cứu về
đề tài thiết kế hệ thống robot Scara nhập xuất kho tự động ứng dụng xử lý ảnh và
thuật toán BinPacking.
1.5 Giới thiệu các thành phần của hệ thống
Hệ thống xử lý ảnh là công nghệ và các phương pháp được sử dụng để tự
động phân tích và kiểm tra dựa trên xử lý ảnh dùng cho các ứng dụng như kiểm
tra tự động, điều khiển quá trình, và dẫn hướng rô bốt trong công nghiệp.
Các ứng dụng:
- Điều khiển quá trình.

- Điều khiển chất lượng.
- Các ứng dụng phi cơng nghiệp (ví dụ như điều khiển giao thơng).
Một hệ thống phân loại sản phầm bằng xử lí ảnh gồm các thành phần:
- Phần cơ khí: hệ thống băng tải, động cơ servo đẩy phôi, khung chứa
camera, giá đỡ phần điều khiển.
- Phần hệ thống điều khiên: Máy tính xử lí hình ảnh, vi điều khiển, cảm
biến
- Phần camera: bao gồm camera, lens và các bóng đèn tạo ánh sáng
Mỗi thành phần có vai trị nhiệm vụ khác nhau, tuy nhiên đều bổ trợ cho
nhau để tạo thành một hệ thống hồn chỉnh.

Hình 1.8 Thành phần của hệ thống xử lý ảnh công nghiệp

Trang

25