TỔNG QUAN
Đặt vấn đề
Nhằm nâng cao năng suất và giảm giá thành sản phẩm, việc áp dụng công nghệ tự động hóa linh hoạt ngày càng trở nên phổ biến Xu hướng sử dụng Robot thay thế con người trong dây chuyền sản xuất và lắp ráp là điều tất yếu Luận văn này sẽ tập trung vào việc sử dụng các thư viện xử lý ảnh cho ứng dụng bin picking trong tay máy.
Sơ lược đề tài
1.1 Lý do chọn đề tài:
Trong dây chuyền sản xuất hiện đại, hoạt động gắp - đặt và đóng gói sản phẩm yêu cầu người vận hành phải có tốc độ, chính xác và sự khéo léo cao Robot bin picking, với khả năng lặp lại tối đa, mang lại giải pháp tự động hóa hiệu quả hơn bao giờ hết, thực hiện các nhiệm vụ một cách nhất quán và nhanh chóng mà không cần nghỉ Việc này không chỉ giúp tiết kiệm chi phí nhân công mà còn giảm thiểu sai sót Do đó, ứng dụng xử lý ảnh cho bin picking tay máy ngày càng trở nên phổ biến trong ngành công nghiệp.
Ngày nay, xử lý ảnh ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như y tế, quốc phòng và giáo dục Quá trình này bao gồm bốn lĩnh vực chính: nâng cao chất lượng ảnh, nhận dạng ảnh, nén ảnh và truy vấn ảnh Trong bài viết này, tôi sẽ tập trung vào việc sử dụng thư viện PCL để nhận dạng vị trí của vật thể, từ đó điều khiển cánh tay robot để gắp vật Một camera sẽ được gắn ở end-effector của robot, đảm bảo khoảng cách nhất định với vật cần gắp.
1.2 Mục đích , đối tượng và phạm vi nghiên cứu:
Phân tích và xử lý ảnh bằng thư viện PLC giúp xác định vị trí tối ưu của vật thể Sau khi xác định vị trí, tay máy sẽ được sử dụng để gắp vật đã được nhận diện Quá trình lập trình được thực hiện bằng ngôn ngữ C++.
Các chi tiết có hình dạng tương tự được sắp xếp ngẫu nhiên theo nhiều hướng khác nhau Nghiên cứu này tập trung vào việc xây dựng cơ sở lý thuyết và thiết bị thực nghiệm, sử dụng hệ thống camera và tay máy để xác định tọa độ của các chi tiết.
Các loại chi tiết cơ khí như là bulong, đai ốc,…
Sơ lược về robot công nghiệp
2.1 Lịch sử hình thành của robot công nghiệp
Robot công nghiệp ra đời vào năm 1954 khi một robot có khả năng nhấc và đặt các vật thể được cấp bằng sáng chế tại Hoa Kỳ.
Năm 1975, công ty Unimation bắt đầu ghi nhận lợi nhuận từ sản phẩm robot đầu tiên Chiếc robot công nghiệp này đã được ứng dụng lần đầu tiên vào năm 1961 tại một nhà máy ô tô của General Motors.
Trenton, New Jersey Hoa Kỳ.
Vào năm 1967, Nhật Bản đã nhập khẩu chiếc robot công nghiệp đầu tiên từ công ty AMF Đến năm 1990, hơn 40 công ty Nhật Bản, bao gồm những tập đoàn lớn như Hatachi và Mitsubishi, đã giới thiệu nhiều loại robot nổi tiếng ra thị trường quốc tế.
Từ những năm 80 đến 90, sự phát triển của vi xử lý và công nghệ thông tin đã dẫn đến sự gia tăng số lượng robot công nghiệp, giảm giá thành và cải thiện tính năng Robot công nghiệp đã trở thành một phần quan trọng trong dây chuyền sản xuất hiện đại Những robot như CR-35iA và Coro Co-robot, sản xuất vào năm 2015, cho phép làm việc cùng con người mà không cần hàng rào an toàn Ngoài ra, NEXTAGE, ra mắt vào năm 2011, có thiết kế giống con người và có khả năng thực hiện các nhiệm vụ từng được giao cho công nhân.
Robot công nghiệp là thiết bị tự động linh hoạt, có khả năng mô phỏng các chức năng lao động của con người trong lĩnh vực công nghiệp Những thiết bị này có khả năng thao tác với nhiều bậc tự do, được điều khiển trợ động và có thể lập trình để thay đổi theo nhu cầu Sự mô phỏng này không chỉ giới hạn ở các chức năng lao động chân tay đơn giản mà còn bao gồm cả trí khôn nhân tạo, tùy thuộc vào loại công việc cụ thể Mức độ cần thiết của việc mô phỏng này cũng phụ thuộc vào yêu cầu của từng nhiệm vụ lao động.
Hình 1 1 Unimate-Robot thương mại đầu tiên trên thế giới
Năm 1973, Robot công nghiệp đầu tiên với 6 bậc tự do mang tên Famulus do tập đoàn Kuka Robotics giới thiệu.
Năm 1974, Robot IRB6 được ra mắt là robot công nghiệp đầu tiên được điều khiển bằng máy vi tính, do công ty ASEA sản xuất ASEA, một công ty cơ khí nhỏ tại miền Nam Thụy Điển, sau này đã sáp nhập với tập đoàn BBC của Thụy Sỹ, tạo thành tập đoàn ABB.
Năm 1979, chế tạo thành công Robot dạng Scara tại phòng thí nghiệm của giáo sư người Nhật Bản Hiroshi Makino, tại Đại Học
Thập kỉ 1980s, hình thành và phát triển Delta Robot bởi nhóm phát triển của giáo sư Reymond Clavel tại Viện công nghệ Liên bang Thụy Sỹ Lausanne.
Phân loại các dạng Robot công nghiệp phổ biến và ứng dụng của chúng
4.1 Phân loại theo không gian làm việc
Không gian làm việc dạng tọa độ Descartes là một hệ thống robot với ba chuyển động tịnh tiến theo các trục tọa độ gốc, tạo ra hình hộp chữ nhật Với kết cấu đơn giản và độ tuyến tính cao trong điều khiển, loại robot này có độ cứng vững lớn, thường được ứng dụng trong các lĩnh vực như nâng hạ vật, cấp phôi, lắp ghép và máy CNC.
Hình 1 2 Cơ cấu robot dạng tọa độ Descartes
Không gian làm việc của Robot dạng tọa độ trụ có hình dạng hình trụ rỗng, trong đó khớp thứ nhất thực hiện chuyển động quay, trong khi các khớp còn lại chuyển động tịnh tiến Kiểu cấu trúc này thường được ứng dụng hiệu quả trong các hoạt động nâng hạ và sắp xếp sản phẩm.
Hình 1 3 Cơ cấu Robot dạng tọa độ trụ.
Không gian làm việc kiểu tọa độ cầu cho robot có hình dạng cầu, với độ cứng vững thấp hơn so với các kiểu không gian làm việc khác Thông thường, cấu hình của loại không gian này là R.R.T hoặc R.R.R.
Hình 1 4 Robot dạng tọa độ cầu R.R.T
Hình 1 5 Robot dạng tọa độ cầu R.R.R.
Không gian làm việc của robot kiểu tọa góc được thiết kế mô phỏng theo cánh tay con người, với tất cả các khớp đều có khả năng chuyển động quay Vùng làm việc của robot có hình dạng tương tự như một khối cầu rỗng, mang lại ưu điểm là tất cả các khâu đều nằm trong một mặt phẳng, giúp dễ dàng tính toán Với kích thước nhỏ gọn, vùng làm việc của robot tương đối lớn, đồng thời độ linh hoạt cao cho phép điều khiển robot theo cả 6 bậc tự do trong không gian.
Robot SCARA là loại tay máy đặc biệt với cấu trúc gồm hai khớp quay và một khớp trượt, tất cả đều có trục song song Vùng làm việc của robot SCARA hình thành một phần của hình trụ rỗng, cho phép thực hiện các tác vụ chính xác trong không gian làm việc hạn chế.
4.2 Phân loại theo hệ thống truyền động:
Hệ truyền động điện: thường dùng các động cơ điện (servo, stepper, …) một chiều hoặc xoay chiều để điều khiển khớp Robot, dễ điều khiển và kết cấu gọn.
Hệ truyền động thủy lực có khả năng đạt công suất cao và tạo ra lực lớn, phù hợp cho các tác vụ nặng Tuy nhiên, nhược điểm của nó là độ phi tuyến lớn và kết cấu cồng kềnh.
Hệ truyền động khí nén là lựa chọn lý tưởng cho các tác vụ yêu cầu năng suất cao như Pick and Place với tốc độ lớn Mặc dù có cấu trúc gọn nhẹ, hệ thống này lại tạo ra độ phi tuyến lớn và phát ra tiếng ồn khi hoạt động.
4.3 Phân loại theo ứng dụng:
- Ứng dụng trong công nghiệp: Robot sơn, hàn, lắp ráp, chuyển phôi, hậu cần, …
- Ứng dụng trong ngành dịch vụ: các dạng Robot giao hàng, hút bụi, tạp vụ, …
- Ứng dụng trong nghiên cứu: các Robot khảo sát địa chất, tự hành, …
- Ứng dụng trong an ninh – bảo vệ: Robot giám sát, cứu hộ, …
4.4 Phân loại theo cách thức điều khiển: Điều khiển hở: không có quan hệ hồi tiếp giữa bộ điều khiển và hệ truyền động nên độ chính xác kém. Điều khiển kín: có quan hệ hồi tiếp giữa bộ điều khiển và hệ truyền động thông qua encoder, cảm biến, … nên tăng độ chính xác và độ linh hoạt trong điều khiển.
Tổng quan xử lý ảnh
Xử lý ảnh (XLA) là một lĩnh vực quan trọng trong thị giác máy, liên quan đến việc biến đổi hình ảnh ban đầu thành hình ảnh mới theo ý muốn của người sử dụng Quá trình này bao gồm phân tích, phân lớp đối tượng, cải thiện chất lượng, phân đoạn, tách cạnh và gán nhãn cho các vùng trong ảnh, cũng như biên dịch thông tin hình ảnh.
Xử lý ảnh số là một lĩnh vực quan trọng trong tin học ứng dụng, liên quan đến việc sử dụng các phương pháp và kỹ thuật để biến đổi, truyền tải hoặc mã hóa các ảnh tự nhiên Các ảnh nhân tạo được xem như cấu trúc dữ liệu và được tạo ra bởi các chương trình trong quá trình xử lý dữ liệu bằng đồ họa Mục đích của xử lý ảnh là cải thiện chất lượng hình ảnh và tối ưu hóa việc truyền tải thông tin.
- Biến đổi ảnh làm tăng chất lƣợng ảnh.
- Tự động nhận dạng ảnh, đoán nhận ảnh, đánh giá các nội dung của ảnh.
Nhận biết và đánh giá nội dung ảnh là quá trình phân tích hình ảnh thành các phần có ý nghĩa, giúp phân biệt giữa các đối tượng khác nhau và mô tả cấu trúc hình ảnh ban đầu Một số phương pháp nhận dạng cơ bản bao gồm nhận dạng ảnh đối tượng, tách cạnh và phân đoạn hình ảnh Kỹ thuật này được áp dụng rộng rãi trong y học, chẳng hạn như xử lý tế bào và nhiễm sắc thể, cũng như trong việc nhận dạng chữ trong văn bản.
5.1 các quá trình xử lý ảnh:
Hình 1 8 Các giai đoạn chính trong xử lý ảnh
Quá trình thu nhận ảnh là bước đầu tiên và quyết định trong quá trình XLA, nơi ảnh đầu vào được thu thập qua các thiết bị như camera, sensor, và máy scanner Sau đó, các tín hiệu này sẽ được số hóa để xử lý Việc lựa chọn thiết bị thu nhận ảnh phụ thuộc vào đặc tính của đối tượng cần xử lý, với các thông số quan trọng như độ phân giải, chất lượng màu, dung lượng bộ nhớ, và tốc độ thu nhận ảnh.
Tiền xử lý ảnh là bước quan trọng nhằm cải thiện độ tương phản, khử nhiễu và các vấn đề như bóng và độ lệch, giúp nâng cao chất lượng hình ảnh Quá trình này chuẩn bị cho các bước xử lý phức tạp hơn trong phân tích hình ảnh (XLA) và thường được thực hiện bằng cách sử dụng các bộ lọc chuyên dụng.
Phân đoạn ảnh là bước quan trọng trong XLA, giúp phân tích ảnh thành các thành phần có tính chất tương đồng thông qua biên và các vùng liên thông Các tiêu chí xác định vùng liên thông có thể dựa trên màu sắc hoặc mức xám Mục tiêu của phân đoạn ảnh là tạo ra một mô tả tổng quát về các yếu tố cấu thành ảnh thô, đồng thời giảm thiểu lượng thông tin lớn trong ảnh Quá trình này bao gồm việc phân vùng ảnh và trích chọn các đặc tính chủ yếu cần thiết cho ứng dụng.
Phân đoạn ảnh là bước quan trọng trong XLA, giúp phân tích ảnh thành các thành phần có tính chất tương đồng dựa trên biên hoặc các vùng liên thông Tiêu chuẩn xác định các vùng này có thể là màu sắc hoặc mức độ xám Mục tiêu của phân đoạn ảnh là tạo ra một mô tả tổng quát về các yếu tố cấu thành ảnh thô, nhằm giảm thiểu lượng thông tin khổng lồ trong ảnh, vì hầu hết các ứng dụng chỉ cần trích xuất một số đặc trưng nhất định Quá trình này bao gồm việc phân vùng ảnh và chọn lọc các đặc tính chủ yếu.
Kết quả của bước phân đoạn ảnh thường là dữ liệu điểm ảnh thô, bao gồm biên của một vùng ảnh hoặc tập hợp các điểm ảnh thuộc vùng đó Việc chuyển đổi dữ liệu thô này thành dạng phù hợp cho xử lý máy tính là rất cần thiết Câu hỏi quan trọng là nên biểu diễn vùng ảnh dưới dạng biên hay dạng hoàn chỉnh Biểu diễn dạng biên phù hợp cho các ứng dụng chú trọng vào đặc trưng hình dạng bên ngoài, như góc cạnh và điểm uốn, trong khi biểu diễn dạng vùng thích hợp cho việc khai thác các tính chất bên trong, như vân ảnh và cấu trúc xương Lựa chọn cách biểu diễn là bước đầu trong quá trình chuyển đổi dữ liệu ảnh thô, và cần thiết phải có phương pháp mô tả dữ liệu đã chuyển đổi để làm nổi bật các tính chất quan tâm, thuận tiện cho việc xử lý sau này.
Nhận dạng và giải thích là bước cuối cùng trong quá trình XLA, trong đó nhận dạng ảnh là việc gán nhãn cho các đối tượng trong ảnh Đối với nhận dạng chữ viết, cần tách riêng các mẫu chữ và gán đúng các ký tự tương ứng cho chúng Giải thích là công đoạn gán nghĩa cho các đối tượng đã được nhận biết.
Không phải tất cả các ứng dụng XLA đều cần tuân theo mọi bước xử lý đã nêu; ví dụ, các ứng dụng chỉnh sửa ảnh nghệ thuật chỉ cần thực hiện bước tiền xử lý Thông thường, các chức năng xử lý như nhận dạng và giải thích chỉ xuất hiện trong hệ thống phân tích ảnh tự động hoặc bán tự động, nhằm rút trích thông tin quan trọng từ ảnh, chẳng hạn như trong các ứng dụng nhận dạng ký tự quang học và chữ viết tay.
Tổng quan PLC (point clould)
Point cloud là tập hợp các điểm dữ liệu trong không gian 3D, mỗi điểm có toạ độ x, y, z với độ chính xác cao, giúp xác định vật thể đối tượng ở quy mô chi tiết, cụ thể Các đám mây điểm được tạo ra phổ biến nhất bằng cách sử dụng máy quét laser 3D và công nghệ LiDAR, trong đó mỗi điểm đại diện cho một phép đo quét laser duy nhất Quá trình này cho phép tạo ra một cảnh chụp hoàn chỉnh khi các bản quét được ghép lại với nhau, cung cấp thông tin chi tiết về hình dạng và kích thước của đối tượng trong không gian 3D.
- Point cloud là những điểm riêng lẽ và dễ chỉnh sửa:
Sử dụng các điểm không liên quan là yếu tố quan trọng để nâng cao tính hữu ích của đám mây điểm Các đám mây điểm dễ dàng chỉnh sửa, hiển thị và lọc, đồng thời cung cấp một phương tiện thuận tiện để đo lường các thuộc tính của tòa nhà hoặc đối tượng Đặc biệt, các phép đo từ đám mây điểm mang lại độ chính xác và chi tiết vượt trội so với các công nghệ khảo sát khác.
- Có rất nhiều định dạnh point cloud khác nhau:
Có hàng trăm định dạng tệp để tạo mô hình 3D, với các máy quét khác nhau sản xuất dữ liệu 3D ở nhiều định dạng khác nhau Mỗi phần mềm xử lý có khả năng chấp nhận các loại tệp khác nhau và cũng có khả năng xuất dữ liệu theo những định dạng riêng.
Nếu muốn lưu dữ liệu trong 20 năm tới ,tốt nhất nên lưu trữ PLC dưới dạng tệp ASCII
- Point cloud là dữ liệu mở:
PCL là một thư viện mã nguồn mở miễn phí cho mục đích thương mại và nghiên cứu, hỗ trợ đa nền tảng như Linux, MacOS, Windows và Android/iOS Để đơn giản hóa quy trình phát triển, PCL được chia thành nhiều thư viện mã nhỏ hơn có thể biên dịch riêng biệt, giúp tăng tính linh hoạt Tính năng này rất quan trọng cho việc phân phối PCL trên các nền tảng có hạn chế về kích thước hoặc khả năng tính toán.
- Ứng dụng của point cloud
Công nghệ 3D cho phép tạo ra các Point cloud có độ chính xác cao, hỗ trợ hiệu quả cho các ngành bảo tồn và nghiên cứu Những mẫu 3D được lưu trữ sẽ trở thành nguồn dữ liệu quý giá cho nhiều mục đích sử dụng khác nhau.
Dữ liệu Point cloud đóng vai trò quan trọng trong việc lập hiện trạng của đối tượng trong ngành xây dựng Việc này giúp đưa ra những đề xuất thiết thực cho các dự án, chẳng hạn như phương án cải tạo và thi công Sử dụng hiệu quả dữ liệu này không chỉ nâng cao chất lượng công trình mà còn tối ưu hóa quy trình xây dựng.
Khảo sát địa chất là quá trình quan trọng giúp đưa ra dự báo và đánh giá trước khi triển khai công trình, sử dụng công nghệ 3D và các thiết bị chuyên dụng để nghiên cứu điều kiện địa chất tại địa điểm xây dựng Quá trình này xác định cấu trúc nền đất, tính chất cơ lý của các lớp đất, điều kiện nước dưới đất và các tai biến địa chất, phục vụ cho quy hoạch, thiết kế và xử lý nền móng Các phương pháp khảo sát chính bao gồm khoan, đào, xuyên tĩnh, xuyên động, địa vật lý, nén tĩnh, nén ngang, cắt cánh, và tùy thuộc vào từng công trình mà có những yêu cầu cụ thể Khảo sát địa chất được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như xây dựng, điện lực và cầu đường.
Nhiệm vụ
- Thiết kế cơ khí , bản vẽ, chế tạo.
Lựa chọn dạng Robot phù hợp.
Tính toán, chọn cơ cấu phù hợp để gắp chi tiết gá.
Lựa chọn camera phù hợp.
Thiết kế, chế tạo đầu công tác Robot để gắp chi tiết gá.
Tính toán, xác định chiều cao gá camera phù hợp, thiết kế cụm gá camera để nhận dạng chi tiết gá.
Lắp đặt các thiết bị trong không gian hợp lý.
- Xây dựng sơ đồ mạch điện, kết nối thiết bị
Tính toán số lượng I/O cần thiết, kiểm tra độ tương thích giữa các thiết bị ngoại vi, từ đó chọn bộ điều khiển trung tâm phù hợp.
Thiết lập sơ đồ đấu nối các thiết bị, đấu nối phần cứng, kiểm tra mạch, tính ổn định của thiết bị.
- Xây dựng giải thuật điều khiều khiển các thiết bị ngoại vi:
Xây dựng chương trình giao tiếp giữa bộ điều khiển và máy tính để có thể truyền nhận thông tin giữa hai thiết bị với nhau.
Tìm hiểu, lập trình bộ điều khiển để điều khiển đầu gắp vật.
Tìm hiểu phương thức điều khiển Robot, thư viện OpenNR của hãng NACHI Robotics, giao tiếp TCP/IP.
- Ứng dụng xử lý ảnh để ước tính vector pháp tuyến và tâm chi tiết gá:
Tìm hiểu thư viện Point Cloud Library: các module tìm kiếm KdTree, OcTree, các module ước tính vector pháp tuyến của vật Normal 3D và Integral Image Normal.
So sánh các phương pháp tìm vector pháp tuyến trong thư viện PCL và lựa chọn phương pháp phù hợp nhất.
Tìm hiểu thư viện OpenCV: các giải thuật nhận diện vị trí tâm của vật OpenCV center of contour và giải thuật nhận diện vật.
Tìm hiểu và đề xuất phương pháp kết hợp thư viện xử lý ảnh với các thư viện điều khiển các thiết bị ngoại vi.
Xây dựng giải thuật điều khiển.
- Kiểm tra, đánh giá sai số:
Nếu tọa độ tâm của chi tiết gá không đạt yêu cầu về độ chính xác, cần thiết phải sử dụng vị trí trung gian để điều chỉnh sai số tâm.
LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN
Các dạng robot sử dụng
Các dạng robot thường được sử dụng trong các ứng dụng Bin Picking bao gồm: Delta robot, Scara robot hoặc Serial robot.
Hình 2 2 OMRON Delta Robot IP67
Là một dạng Robot song song được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp.
Ưu điểm: có tốc độ cao nhất trong các dạng cơ cấu robot.
Nhược điểm của cơ cấu chấp hành là độ cứng vững không cao và chỉ hoạt động theo hướng vuông góc với mặt đất Điều này khiến nó phù hợp cho các ứng dụng như gắp thả vật và đóng gói sản phẩm trên mặt phẳng, đặc biệt trong những tình huống cần năng suất cao.
Hình 2 3 ADEPT Scara Robot I800 series
Khớp đầu tiên trong hệ thống có thiết kế song song với ba khớp đầu tiên, giúp cơ cấu chấp hành di chuyển theo hướng vuông góc với mặt đất Điều này khiến khớp đầu tiên không bị ảnh hưởng bởi trọng lực tải trọng, mang lại độ cứng vững cao và tốc độ di chuyển rất nhanh.
Nhược điểm của hệ thống là số bật tự do chỉ đạt 4 DOF, và cơ cấu chấp hành cuối luôn duy trì hướng vuông góc với mặt phẳng đất Điều này khiến nó phù hợp cho các ứng dụng như lắp ghép, gắp thả và cắt kim loại trên mặt phẳng, đặc biệt trong các tình huống yêu cầu tốc độ cao.
Hình 2 4 Epson ProSix C4-A901C Đây là dạng cơ cấu phổ biến nhất trong Robot công nghiệp.
Robot có độ cứng vững cao và vùng làm việc rộng, với khả năng tự do dao động từ 5-6 dof, mang lại độ linh hoạt vượt trội Điều này khiến chúng trở thành lựa chọn lý tưởng cho các ứng dụng gắp vật, đặc biệt khi cần xem xét yếu tố hướng.
Nhược điểm của Robot Serial là tốc độ hoạt động thấp hơn so với Delta Robot và Scara Robot Tuy nhiên, với yêu cầu gắp chi tiết trên băng tải một cách linh hoạt, yếu tố hướng được xem xét kỹ lưỡng, khiến Robot Serial trở thành lựa chọn phù hợp.
Cơ cấu tác động
Cơ cấu tác động trong hệ thống bao gồm 2 phần: băng tải dùng để di chuyển phôi và cơ cấu gắp/hút phôi từ băng tải.
2.1 Cơ cấu gắp/ hút vật:
Các tool được sử dụng phổ biến để gắp vật cho Robot là: tay gắp, giác hút chân không và nam châm điện.
Hình 2 5 Tay gắp khí nén
Tay gắp khí nén là một trong những cơ cấu chấp hành phổ biến trong robot, nhờ vào lực gắp mạnh mẽ, nó có khả năng gắp các vật nặng và hầu hết các hình dạng khác nhau.
Nhược điểm của tay gắp và phải xác định rõ vị trí và hướng của vật cần gắp, phải chú ý đế kích thước vật gắp để tránh va chạm.
Hình 2 6 Giác hút khí nén
Giác hút là giải pháp lý tưởng cho các vật nhẹ nhờ vào tính dễ sử dụng và lắp đặt, cùng với giá thành phải chăng Người dùng có thể kết hợp nhiều giác hút thành một nhóm để tăng cường lực hút Tuy nhiên, nhược điểm lớn nhất của giác hút là gây ra tiếng ồn khá lớn trong quá trình hoạt động.
Nam châm điện là giải pháp lắp đặt tiện lợi và dễ sử dụng, có khả năng hút các bề mặt không phẳng với độ ồn thấp Nó cung cấp nhiều loại công suất phù hợp với khối lượng khác nhau, tuy nhiên, nhược điểm lớn nhất là chỉ có thể hút các vật liệu có từ tính Đối với chi tiết cần gắp có kích thước 125×80×55mm và bề dày 5mm, với một mặt phẳng hoàn toàn và mặt còn lại có gân đỡ và khớp nối, lựa chọn giác hút khí nén sẽ là phương án tối ưu nhất cho cơ cấu gắp vật.
Camera
Camera 3D, hay còn gọi là camera Stereo, sử dụng hai hoặc nhiều cảm biến hình ảnh để thu thập các góc ảnh khác nhau Từ sự chênh lệch giữa các giá trị trả về của hai camera, chiều sâu của ảnh được tính toán Đây là mô hình camera 3D đầu tiên, mặc dù độ chính xác không cao so với các loại camera cùng chức năng khác và có giá thành tương đối rẻ Tuy nhiên, nhờ vào sự cải thiện trong chất lượng cảm biến hình ảnh và thuật toán xử lý, hiện nay có nhiều loại camera Stereo cung cấp chất lượng hình ảnh tốt nhưng giá thành lại cao hơn.
3.2 Time-of-Flight camera (ToF camera):
Camera ToF sử dụng ánh sáng hồng ngoại để chiếu tới vật thể cần xác định và cảm biến đo thời gian phản hồi của tia hồng ngoại nhằm xác định chiều sâu Với sai số khoảng 1cm, Microsoft Kinect v2 là một trong những ví dụ điển hình cho loại camera này.
Phương pháp này hoạt động bằng cách chiếu một dải ánh sáng lên bề mặt cần xác định, sử dụng hiện tượng cong của ảnh trả về để tính toán chiều sâu bề mặt Với tốc độ khoảng 30fps, phương pháp này nhanh hơn các camera ToF (20fps) và có sai số khoảng 1cm Tuy nhiên, một vấn đề cần lưu ý là vật thể phải đủ lớn để tạo ra hiện tượng cong ảnh Giá thành của phương pháp này tương đối phù hợp cho các ứng dụng học tập và nghiên cứu, với Microsoft Kinect v1 và Asus Xtion là những đại diện tiêu biểu.
Hình 2 11 Asus Xtion Pro Live
3.4 LiDAR: Được phát triển cho các ứng dụng khảo sát địa lý, địa chất, khảo cổ học… LiDAR có nguyên lý hoạt động tương tự như ToF camera nhưng cho chất lượng ảnh 3D tốt hơn rất nhiều lần
LiDAR sử dụng tia laser để chiếu tới vật cản, nhờ vào tính định hướng cao của laser, ánh sáng phản xạ được thu nhận bởi cảm biến, mang lại độ chính xác cao Kết hợp với motor quay, LiDAR có khả năng bao quát một vùng không gian rộng Đây là loại cảm biến 3D được ưu tiên trong các ứng dụng xe tự hành.
Hình 2 12 Velodyne LiDAR Puck Hi-Res sensor
So sánh các ưu nhược điểm của các loại camera 3D và dựa trên các điều kiện có sẵn, đề tài sử dụng camera 3D Asus Xtion Pro Live.
Bộ điều kiển
Bộ điều khiển đóng vai trò trung tâm trong việc xử lý tín hiệu từ máy tính, cho phép ra lệnh đóng mở van khí nén để hút và ghép vật Đồng thời, nó cũng phát xung điều khiển cho động cơ chạy băng tải.
Vi điều khiển có sự đa dạng về chủng loại và khả năng lập trình cao, với giá thành tương đối rẻ và kích thước nhỏ gọn, dễ lắp đặt Tuy nhiên, khi ứng dụng trong các thiết bị công nghiệp, vi điều khiển thường gặp phải vấn đề nhiễu từ các tác nhân vật lý như hồ quang điện và từ trường động cơ, dẫn đến độ tin cậy không cao Thêm vào đó, vi điều khiển thường sử dụng điện áp DC3.3V hoặc DC5V, gây khó khăn trong việc chuyển đổi điện áp khi kết nối với các thiết bị công nghiệp.
Card mở rộng kết nối với máy tính để bàn qua cổng PCI, đi kèm nhiều tính năng điều khiển và thư viện từ nhà sản xuất với giao diện thân thiện Sử dụng điện áp DC24V, card này không gặp vấn đề về mức điện áp khi kết nối với thiết bị công nghiệp Tuy nhiên, giá thành của card điều khiển khá cao, dẫn đến việc nó chưa được phổ biến tại Việt Nam.
Hình 2 14 ADAPTEC 2940W AHA-2940UW PCI SCSI CARD
IV.3 Programmable Logic Controller (PLC): Được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp do độ tin cậy, khả năng chống nhiễu và độ linh hoạt trong khả năng thay đổi thuật toán cao Ngôn ngữ lập trình trực quan, dễ học, gọn nhẹ và dễ lắp đặt, có thể mở rộng thêm chức năng bằng cách kết nối các module mở rộng Sử dụng điện áp DC24V nên không gặp các vấn đề về mức điện áp khi kết nối các thiết bị công nghiệp.
Hình 2 15 PLC Mitsubishi dòng FX
Bài viết so sánh ưu điểm và nhược điểm của các bộ điều khiển, trong đó chọn PLC Mitsubishi Fx3U24MT làm bộ điều khiển trung tâm Lý do lựa chọn này bao gồm khả năng chống nhiễu tốt, thư viện lập trình phong phú và mạnh mẽ, không gặp vấn đề về điện áp, cùng với thiết kế gọn nhẹ và dễ lắp đặt.
Kết luận
Chương 2 đã hoàn thành việc lựa chọn phương án thiết kế cho các cơ cấu hệ thống Robot Pick and Place Lựa chọn phương án tạo cơ sở để tính toán, thiết kế và lập trình chi tiết trong các chương tiếp theo Bảng 2.4 tóm tắt các kết quả được lựa chọn cho từng cơ cấu.
Bảng 1 1 Các phương án lựa chọn để thiết kế hệ thống Robot Bin Picking.
Bộ phận Phương án robot Serial robot
Cơ cấu gắp chi tiết gá Giác hút sử dụng khí nén Camera 3D Structure light camera
PHÂN TÍCH ĐỌNG HỌC TAY MÁY
Sơ lược về Robot Nachi MZ07
Hình 3 1 Robot Serial NACHI MZ07
NACHI MZ07 là Robot nối tiếp 6 bật tự do được phát triển và phân phối bởi hãng NACHI Robotics (Nhật Bản) Thuộc dòng
Robot công nghiệp NACHI MZ07 được thiết kế cho các ứng dụng nhỏ gọn, với khả năng tải trọng tối đa lên đến 7kg Sản phẩm sử dụng bộ điều khiển CFD của NACHI Robotics, mang lại hiệu suất cao và độ chính xác trong các tác vụ công nghiệp.
Hình 3 2 Không gian làm việc của NACHI MZ07 Bảng 3 1 Các thông số cơ bản của Robot NACHI MZ07.
Động học thuận
Phân tích động học thuận là đi tìm biểu diễn toán học vị trí và hướng của tay máy khi đã biết trước giá trị của các khớp góc.
Hình 3 3 Hệ tọa độ tay máy NACHI MZ07 Bảng 3 2 Thông số Denavit–Hartenberg. i a i (Deg) a i (mm) d i (mm) θ i (Deg)
Bảng 3 3 Kích thước Robot NACHI MZ07 (mm).
Ma trận chuyển đổi từ khớp 𝑖 sang khớp 𝑖 - 1 có dạng tổng quát:
T=[ cos sin 0 0 θ θ i i −sin cos sin θ θ i 0 i cos α cosα i α i i −cos sin cos θ i θ 0 cos i α sin i α α i i a α i i cos sin d 1 i θ θ i i ] i i−1
(3−1) Đặt sin 𝜃 𝑖 = 𝑠 𝑖 , cos 𝜃 𝑖 = 𝑐 𝑖 , sin(𝜃 𝑖 + 𝜃 𝑗 ) = 𝑠 𝑖𝑗 , cos(𝜃 𝑖 + 𝜃 𝑗 ) = 𝑐 𝑖𝑗
Sử dụng chương trình MATLAB để tính toán các ma trận, ta có:
Ma trận chuyển đổi tọa độ từ khâu tác động về tọa độ gốc tay máy:
Có thể dễ dàng nhận thấy:
Vậy tọa độ khâu tác động cuối có thể được biểu diễn bởi ma trận:
Như vậy, bài toán đọng học thuật đã được giải xong
Động học nghịch
Phân tích động học ngược nhằm xác định biểu diễn toán học của các giá trị khớp góc dựa trên vị trí và hướng của khâu tác động cuối Quá trình này có tính phi tuyến cao, với nhiều nghiệm thỏa mãn và các trường hợp ngoại lệ Có nhiều phương pháp khác nhau để thực hiện phân tích động học ngược, trong đó kỹ thuật Inverse Transformation sử dụng việc nhân các ma trận nghịch đảo theo thứ tự.
Sử dụng chương trình MATLAB để tính toán các ma trận, ta thu được: Tạm thời bỏ qua tác động của khâu tịnh tiến 𝑑 6 : Đặt:
- j,k lần lược là chỉ số của phần tử hàng j cột k của ma trận 𝑉 𝑛
- M có giá trị phụ thuộc vào k
Chuyển 𝑎2𝑐2qua bên trái mỗi phương trình, bình phương hai vế và cộng lại:
Trong quá trình giải động học ngược, không xem xét đến d6, chỉ ảnh hưởng đến vị trí của end-effector Từ phương trình động học thuận đã được giải ở phần 1, vị trí của end-effector [𝑞 𝑥 𝑞 𝑦 𝑞 𝑧 ] 𝑇 được xác định dựa trên vị trí của cổ tay máy [𝑥 𝑦 𝑧] 𝑇.
Hướng của end-effector được xác định thông qua ba góc roll-pitch-yaw, ký hiệu lần lượt là 𝜙 𝑟, 𝜙 𝑝 và 𝜙 𝑦 Các góc này biểu thị sự xoay của hệ trục tọa độ end-effector theo các trục x, y và z trong hệ tọa độ của robot.
Kiểm tra động học nghịch
Để thực hiện kiểm tra động học ngược, trước tiên cần xác định tọa độ điểm tại một vị trí cụ thể Tiếp theo, đọc giá trị tọa độ và các góc khớp từ thiết bị Teach pendant, sau đó tiến hành kiểm tra lại các công thức đã được xác định trong phần 3.3 bằng phần mềm Matlab.
Bảng 3 4 Kết quả kiểm nghiệm động học ngược Robot NACHI MZ07.
Kết quả cho thấy sai số tối đa giữa tọa độ từ Teach pendant và tọa độ tính toán là 0.01mm, cho thấy động học nghịch là đáng tin cậy.
GIAO TIẾP VÀ ĐIỀU KIỂN ROBOT
Tổng quan về giao tiếp Robot NACHI MZ07
Bộ điều khiển được sử dụng cho Robot NACHI MZ07 là CFD
Controller Bộ điều khiển này được hãng NACHI Robotics hỗ trợ 2 phương thức giao tiếp là sử dụng thư viện OpenNR và Socket Communication.
Thư viện NACHI Robotics là một công cụ mạnh mẽ được thiết kế đặc biệt để điều khiển robot qua máy tính Nó cung cấp nhiều tính năng như giám sát và điều khiển tọa độ robot, giám sát lực mô-men xoắn, cùng với khả năng tích hợp điều khiển và nhận dữ liệu từ các thiết bị ngoại vi như camera và cảm biến Thư viện này hỗ trợ các ngôn ngữ lập trình phổ biến như C và C++.
VB và C# là những ngôn ngữ lập trình dễ sử dụng với cú pháp đơn giản và trực quan Tuy nhiên, việc sử dụng thư viện này yêu cầu phải có giấy phép bản quyền từ nhà phát triển, và giấy phép này chỉ được cấp cho một máy tính cụ thể dựa trên địa chỉ MAC.
CFD Controller hỗ trợ thêm một phương thức giao tiếp cho người dùng tùy chỉnh là Socket Communcation Socket
Communication trên CFD Controller hỗ trợ cả 2 protocol là TCP và UDP Chức năng chính của Socket Communcation trên CFD
Controller là dùng để giám sát tọa độ, I/O, Torque, … bằng máy tính, nhưng có thể sử dụng giao thức này truyền nhận dữ liệu để điều khiển Robot.
Do giới hạn về bản quyền phần mềm, đề tài sử dụng Socket Communication để truyền dữ liệu điều khiển Robot.
Giới thiệu về Socket Communication
Socket là một dạng giao diện lập trình ứng dụng (API-
The Application Programming Interface (API) was first introduced in the UNIX - BSD 4.2 release as system functions using C language syntax, including functions like socket(), bind(), connect(), send(), receive(), read(), write(), and close Today, sockets are supported across most operating systems, including MS Windows and Linux, and are utilized in various programming languages such as C, C++, Java, Visual Basic, Visual C++, and Visual C# There are two types of sockets.
Socket kiểu AF_UNIX chỉ cho phép giao tiếp giữa các quá trình trong cùng một máy tính.
Socket kiểu AF_INET cho phép giao tiếp giữa các quá trình trên những máy tính khác nhau trên mạng.
Các khái niệm cần thiết:
Giao thức Internet Protocol (IP) đóng vai trò quan trọng trong việc truyền tải các gói dữ liệu (Packet) giữa các thiết bị Để nhận diện các thiết bị đầu cuối, IP sử dụng địa chỉ IP (IP address) Mỗi gói dữ liệu được truyền tải bao gồm hai phần chính.
+ Header: chứa các thông tin dùng để điều khiển như phiên bản (IPv4/IPv6), độ dài dữ liệu, kiểu protocol (TCP, UDP, …), địa chỉ đích/nguồn, checksum, …
+ Body: dữ liệu cần truyền đi (video, voice, string, …).
TCP/UDP: là những quy ước truyền nhận dữ liệu, giao thức trung gian nằm giữa Application và IP, nằm trên IP:
TCP (Transmission Control Protocol) là giao thức phát hiện lỗi trong quá trình truyền tải dữ liệu của IP Sau khi nhận đủ các gói dữ liệu, TCP sẽ sắp xếp lại và chuyển tiếp lên lớp ứng dụng Nếu có gói nào bị hỏng hoặc chưa được truyền, TCP sẽ yêu cầu gửi lại gói đó, giúp giảm tải cho mạng TCP yêu cầu kết nối liên tục, vì vậy nó được coi là giao thức đáng tin cậy và hướng kết nối Mặc dù độ tin cậy cao là ưu điểm của TCP, nhưng nó cũng dẫn đến tốc độ truyền dữ liệu chậm, không phù hợp cho các ứng dụng cần truyền tải tức thời như VoIP hay video stream.
+ UDP (User Datagram Protocol): truyền tải dữ liệu qua mạng thông qua các Datagram.
Khác với TCP, giao thức UDP không quan tâm đến việc dữ liệu có được truyền đến đích và theo thứ tự hay không, mà tập trung vào tốc độ truyền tải nhanh hơn Do đó, UDP rất phù hợp cho các ứng dụng cần tốc độ cao mà không yêu cầu sự an toàn và chính xác, như video stream, VoIP và dữ liệu game online Vì không cần duy trì kết nối như TCP, UDP được gọi là giao thức không hướng kết nối (Connectionless hoặc Stateless).
Giải thuật
Các khái niệm cần thiết:
Chương trình Ngôn ngữ Robot (RLP) là một hàm do người dùng định nghĩa, cho phép CFD Controller biên dịch và thực thi các lệnh như di chuyển Robot, kích I/O, và điều khiển van khí nén Để đảm bảo giám sát và an toàn, RLP chỉ cho phép thực hiện tuần tự, với một RLP duy nhất được chạy tại một thời điểm Việc gọi một RLP từ một RLP khác vẫn được coi là chạy tuần tự, vì luồng điều khiển chỉ đi theo một hướng, cho đến khi RLP hiện tại kết thúc mới có thể bắt đầu RLP khác.
User Task: Chương trình/hàm người dùng định nghĩa cho
CFD Controller thực hiện biên dịch và chạy các câu lệnh đã được cung cấp sẵn, bao gồm các lệnh di chuyển Robot, kích hoạt I/O và chạy PLC nội bộ bị cấm Chương trình này có thể hoạt động độc lập hoặc song song với RLP, cho phép tối đa 4 User Task chạy đồng thời Trong trường hợp có xung đột, User Task có độ ưu tiên cao hơn sẽ được ưu tiên thực hiện Chức năng chính của các User Task là tạo giao diện giám sát và xử lý lỗi trên Teach Pendant, cùng với các câu lệnh khởi tạo Socket.
Communication và truyền nhận dữ liệu chỉ có thể được gọi từ các User Task.
Lựa chọn mô hình giao tiếp:
Mô hình giao tiếp giữa PC và CFD Controller truyền 6 thông số tọa độ với tổng dung lượng tối đa 54 byte, do đó tốc độ truyền không quá quan trọng Tuy nhiên, việc điều khiển Robot từ PC cần đảm bảo an toàn, vì vậy dữ liệu nhận được phải được kiểm tra kỹ lưỡng trước khi di chuyển Robot Dựa trên các yêu cầu và đặc điểm này, mô hình Unicast sử dụng Protocol TCP là lựa chọn phù hợp nhất.
Hình 4 2 Lưu đồ giải thuật giao tiếp trên CFD Controller
Trong hai lưu đồ, User Task đảm nhiệm việc truyền và nhận dữ liệu từ máy tính, trong khi RLP thực hiện lệnh di chuyển Robot sau khi nhận đủ dữ liệu Hai chương trình này tương tác với nhau thông qua biến số nguyên toàn cục V100, được sử dụng như một cờ báo hiệu.
THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN VÀ CƠ CẤU CHẤP HÀNH 41 I Sơ đồ khối hệ thống điện
Các thiết bị tác động và vào ra tín hiệu
Hình 5 3 Nút dừng khẩn cấp
Nút nhấn được sử dụng để truyền tín hiệu trực tiếp cho PLC, cho phép thực hiện các lệnh START, STOP và điều khiển bằng tay băng tải cùng dây đai Nút EMERGENCY có chức năng ngắt ngõ ra các thiết bị trong trường hợp khẩn cấp Để điều khiển động cơ DC cho băng tải, cần sử dụng Relay trung gian do yêu cầu dòng điện lớn Giác hút được điều khiển thông qua van điện từ, và trong luận văn này, Relay cùng Valve chân không hoạt động với nguồn 24V.
Hình 5 4 Relay kính điện từ
Aptomat được lắp đặt ở đầu mạng điện để bảo vệ toàn bộ hệ thống khỏi sự cố quá tải và chập mạch Bên cạnh đó, hệ thống đèn báo cũng được sử dụng nhằm thông báo trạng thái hoạt động, lỗi và tình huống khẩn cấp của hệ thống.
Cơ cấu tác động
Cơ cấu tác động của hệ thống bao gồm băng tải và valve chân không dùng để hút vật.
III.1 Tính toán giác hút:
Phần sau đây trình bày việc tính toán valve chân không theo hướng cơ bản, dựa trên các thiết bị có sẵn trên thị trường.
Hình 5 5 Ký hiệu valve chân không.
Van chân không hoạt động dựa trên nguyên lý ống venturi, trong đó cổng P cung cấp dòng khí có áp suất cao 𝑃 Khi dòng khí này di chuyển qua cổng V, nó gây ra sụt áp, làm giảm áp suất tại cổng V xuống thấp hơn áp suất khí quyển 𝑃𝑎 Kết quả là tạo ra lực hút, giúp nâng các vật thể lên.
Hình 5 6 Các lực tác động lên vật khi hút.
Để hút một vật, cần phải vượt qua quán tính của hệ và đảm bảo lực hút lớn hơn trọng lượng của vật Với chi tiết gá nặng 100g, trọng lượng cần nâng sẽ là 1N.
Nguồn khí nén sử dụng có áp suất từ 4-6 bar và lưu lượng khoảng 85 l/phút Để giữ ổn định vật, chọn giác hút ESG của hãng FESTO với đường kính tiêu chuẩn d mm Theo tài liệu từ nhà sản xuất, áp suất đầu vào 4-6 bar tương ứng với Δ𝑃 = -0.9 bar.
Theo bảng tra, lực hút tại -0.7 bar đạt 16.3N, cho thấy F TH có mối quan hệ tuyến tính với Δ𝑃 Với Δ𝑃 = -0.9 bar và hệ số an toàn s=3, lực hút này hoàn toàn đủ để nâng vật nặng 100g Đồ gá giác hút ESH-HD của Festo là lựa chọn phù hợp cho ứng dụng này.
Hình 5 7 Đồ gá giác hút ESH-HD
III.2 Tính toán đồ gá giác hút: Để cố định giác hút lên tay máy, hệ thống cần thêm đồ gá cố định với tay máy để lắp giác hút Khâu 6 của tay máy
NACHI MZ07 được thiết kế với mặt bích có 4 bulong M5 được gắn thêm convenient tools để có thể thay đổi tool dễ dàng.
Hình 5 8 Bảng tra khối lượng ứng với chiều dài tool an toàn.
Tổng khối lượng của các công cụ tiện lợi, đồ gá giác hút và chi tiết cần gắp là khoảng 2kg Chiều dài của công cụ tiện lợi là 12cm, trong khi tài liệu từ nhà sản xuất quy định chiều dài tối đa cho phép của công cụ với khối lượng 1kg là 250mm, do đó chiều dài của đồ gá giác phải nhỏ hơn 13cm Để thuận tiện cho việc lắp ống khí, chiều dài của đồ gá được chọn là 6cm, dẫn đến tổng chiều dài của công cụ tiện lợi và đồ gá là 18cm.
Mối ghép ren giữa mặt bích khâu 6 và convenient tools kiểm nghiệm theo trường hợp mối ghép chịu lực dọc trục đi qua trọng tâm nhóm bulong.
Theo công thức (17.31) tài liệu [] Tải trọng tác dụng lên một bulong: iiIDFGHGFH
Bộ điều khiển trung tâm
Ở chương 2, bộ điều khiển trung tâm được lựa chọn là PLC Phần này sẽ đề cập các vấn đề lựa chọn PLC và đấu dây cho PLC.
PLC được lựa chọn dựa trên các cơ sở:
+ Số lượng cổng vào ra (kể cả cổng tốc độ cao).
+ Loại ngõ ra (Transistor/Relay/Triac).
Ngoài uy tín của nhà sản xuất, giá thành, phần mềm lập trình, tính đồng bộ của hệ thống và độ ổn định cũng là những yếu tố quan trọng cần xem xét Hệ thống yêu cầu 4 cổng vào cho các nút nhấn và 3 cổng ra để điều khiển động cơ băng tải, van chân không và đèn báo Do quy trình điều khiển không sử dụng động cơ step hay servo, nên không cần thiết phải có ngõ vào/ra tốc độ cao.
Dựa trên số lượng cổng vào ra trên và điều kiện có sẵn, lựa chọn PLC Mitsubishi
FX3U LE3U 24MT như hình 5.4, với các thông số:
+ Điện áp nguồn cung cấp: 24 VDC.
+ Số I/O: 14 ngõ vào, 10 ngõ ra (4 ngõ bắn xung tốc độ cao: Y0 – Y3: 100 kHz).
+ Cổng truyền thông: RS232 / RS485.
+ Bộ nhớ chương trình: 8000 steps.
+ Tốc độ truyền nhận: 38400 bps
Hình 5 9 Board PLC Mitsubishi FX3U LE3U 24MT
Bảng 5.3 và Bảng 5.4 mô tả các thiết bị đầu vào/ra được đấu nối quy ước tên của chúng
Bảng 5 1 Các thiết bị đầu vào tương ứng với cổng Input PLC.
Bảng 5 2 Các thiết bị đầu vào tương ứng với cổng Input PLC.
PLC Mitsubishi Fx3U-24MT được sử dụng trong luận văn là phiên bản tương đương chức năng với PLC chính hãng, tuy nhiên sơ đồ chân có sự khác biệt nhỏ Để biết thêm chi tiết về sơ đồ đấu dây, vui lòng tham khảo thêm tài liệu.
“Bản vẽ sơ đồ đấu dây” đi kèm luận văn này.
IV.3 Điều khiển PLC thông qua PC:
PLC Mitsubishi Fx-24MT hỗ trợ chuẩn truyền thông RS232-C và bộ thư viện MX Component để điều khiển PLC từ máy tính
Do yêu cầu của thư viện chỉ hỗ trợ các ngôn ngữ lập trình như C#, VB, và MFC C++, chương trình điều khiển PLC sẽ được viết riêng và giao tiếp với chương trình xử lý ảnh qua giao tiếp Socket, vì không tương thích với chương trình xử lý ảnh viết trên console C++ Trong đề tài này, ngôn ngữ C# được chọn để lập trình phần mềm điều khiển PLC, và sơ đồ tổng quát thể hiện quá trình điều khiển PLC.
Để thiết lập giao tiếp giữa chương trình xử lý ảnh và phần mềm điều khiển PLC, bài viết sử dụng Socket Communication, trong đó chương trình xử lý ảnh đóng vai trò là Server và phần mềm PLC là Client Vì cả hai chương trình đều chạy trên cùng một máy tính (Localhost), địa chỉ IP của server là 127.0.0.1 và portnum được thiết lập là 49854 Quy trình kết nối diễn ra tương tự như mô tả trong sơ đồ tổng quan điều khiển PLC qua máy tính.
Socket Communication đã trình bày ở chương 4.
Sau khi cài đặt thành công MX Component, bước tiếp theo là sử dụng phần mềm Communication Setup Utility để đặt tên cho trạm (Station) nhằm giúp MX Component nhận diện PLC khi gọi thư viện Tiếp theo, người dùng cần thêm các thư viện MITSUBISHI ActUtlType Control và MITSUBISHI ActSupportMsg Control Từ những thư viện này, có thể thực hiện các lệnh điều khiển PLC như bật tắt các cờ, I/O, và thiết lập giá trị thanh ghi.
Do yêu cầu về an toàn khẩn cấp, phần mềm PLC không trực tiếp điều khiển các cổng Output để vận hành thiết bị ngoại vi Thay vào đó, các cổng Output sẽ được điều khiển thông qua các cờ M19 cho băng tải ngõ ra Y1 và M20 cho van chân không ngõ ra Y2.
Các kết quả đạt được:
Trong quá trình thực tập tại phòng thí nghiệm, em đã học hỏi được nhiều kiến thức quý giá và phát triển kỹ năng làm việc, đồng thời hỗ trợ hiệu quả cho nghiên cứu trong việc hoàn thành luận văn của mình.
Tìm hiểu tổng quan, phân tích lựa chọn phương án thiết kế robot thực hiện tác vụ Bin Picking.
Nghiên cứu giải thuật xử lý đám mây điểm nhận diện vị trí và hướng vật thể.
Kết quả nhận diện vật còn hạn chế khi có nhiều nhiễu
Chưa tiến hành mô phỏng kết quả thu được và thực nghiệm trên robot.
