ĐỒ án tốt NGHIỆP chuyên ngành điện công nghiệp đề tài ỨNG DỤNG PLC điều KHIỂN ROBOT DELTA PHÂN LOẠI sản PHẨM THEO màu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Chuyên ngành Điện Công Nghiệp ĐỀ TÀI: ỨNG DỤNG PLC ĐIỀU KHIỂN ROBOT DELTA PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO MÀU Giáo viên hướng dẫn: TS TRẦN VI ĐÔ Sinh viên thực hiện: PHÙNG HUỲNH MINH TUẤN 16142488 TRẦN HẢO Ý TP HỒ CHÍ MINH 1/2021 download by : skknchat@gmail.com TRƯỜNG ĐH SPKT TP HỒ CHÍ MINH CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC BỘ MÔN ĐIỆN CÔNG NGHIỆP o0o NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Phùng Huỳnh Minh Tuấn Chuyên ngành: Hệ đào tạo: Khóa: I TÊN ĐỀ TÀI : ỨNG DỤNG PLC ĐIỀU KHIỂN ROBOT DELTA PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO MÀU II NHIỆM VỤ Các nguyên liệu ban đầu: CPU PLC S7-1200 1212 DC/DC/DC, Module mở rộng SM 1222 RLY, Web camera 5MP, Hệ thống băng tải, Bộ sản phẩm mẫu với màu xanh lá, xanh lam, đỏ Các nội dung cần thực hiện: Thi công hệ robot delta, Thi cơng tủ điều khiển, Xây dựng chương trình điều khiển PLC, Xây dựng chương trình xử lý ảnh, Xây dựng ứng dụng điều khiển liên kết PLC xử lý ảnh III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 20/9 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ:15/1 V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS Trần Vi Đô CÁN BỘ HƯỚNG DẪN BM ĐIỆN CÔNG NGHỆP download by : skknchat@gmail.com TRƯỜNG ĐH SPKT TP HỒ CHÍ MINH CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC BỘ MÔN ĐIỆN CÔNG NGHIỆP o0o LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên 1: Phùng Huỳnh Minh Tuấn Lớp: 169420A………………………………………………………………………… Họ tên sinh viên 2: Trần Hảo Ý Lớp: 169420A………………………………………………………………………… Tên đề tài: Ứng Dụng Plc Điều Khiển Robot Delta Phân Loại Sản Phẩm Theo Màu Tuần 1-2 4-5 7-8 9-11 12-14 15 16-17 TS Trần Vi Đô download by : skknchat@gmail.com LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, chúng em xin cảm ơn quý thầy cô Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh, đặc biệt thầy cô khoa Điện- Điện tử Bộ môn Điện công nghiệp tận tình hết lịng truyền đạt kiến thức cho chúng em suốt quãng thời gian năm chúng em học tập trường Chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy Trần Vi Đô Người thầy hết lòng giúp đỡ theo sát chúng em q trình thực hồn thành luận văn Chúng em xin gửi lời cảm ơn đến bạn lớp 16420A Những người bạn học giúp đỡ lẫn suốt trình học tập luận văn cuối khóa Cuối cùng, chúng em xin gửi lời cảm ơn đến thầy cô phản biện thầy cô hội động bảo vệ luận văn dành thời gian để nhận xét giúp đỡ chúng em trình bảo vệ luận văn Lời cuối, chúng em xin gửi lời chúc sức khỏe đến thầy cô Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh, đặc biệt thầy cô khoa ĐiệnĐiện tử môn Điện công nghiệp TP HCM, ngày … tháng … năm 2021 Sinh viên Phùng Huỳnh Minh Tuấn Trần Hảo Ý download by : skknchat@gmail.com MỤC LỤC CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Giới thiệu Robot Delta 1.2 Mục tiêu, nhiệm vụ đề tài 1.3 Phương án 1.4 Các bước tiến hành CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Phương trình động lực học Robot Delta 2.1.1 Cấu tạo robot song song Delta 2.1.2 Động học thuận Robot 2.1.3 Động học nghịch Robot 2.2 Tổng quan công nghệ xử lý ảnh 11 2.2.1 Các khái niệm xử lí ảnh 11 2.2.2 Các vấn đề xử lý ảnh 13 2.2.3 Những vấn đề lý thuyết sử dụng đề tài 15 2.3 Giới thiệu phần cứng 19 2.3.1 PLC S7-1200 (1212C DC/DC/DC) 19 2.3.2 Sơ đồ kết nối PLC S7-1200 20 2.3.3 Module mở rộng SM 1222, DQ 8xRelay/2A (6ES7222-1HF32-0XB0) 21 2.3.4 Động bước 23 2.3.5 Driver Điều Khiển Động Cơ Microstep TB6600 24 2.3.6 Công tắc hành trình 25 2.3.7 Encoder 26 2.4 Phần mềm điều khiển Robot 26 2.4.1 Thư Viện EmguCV 27 2.4.2 Phần mềm TIA Portal V15 27 2.4.3 OPC SQL 38 CHƯƠNG 3: THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN 40 3.1 Thuật toán điều khiển cho PLC 40 3.1.1 Chương trình điều khiển robot delta 40 download by : skknchat@gmail.com 3.1.2 Chương trình tính tốn tốc độ động băng tải 42 3.2 Chương trình điều khiển cho ứng dụng Winform 43 3.2.1 Giao diện điều khiển 43 3.2.2 Chương trình nhận diện màu xác định tọa độ 44 3.2.3 Điều khiển robot tự động gắp vật: 47 3.2.4 Sắp xếp vật theo thứ tự băng tải 47 3.2.5 Phương pháp chuyển đổi tọa độ khung hình sang tọa độ hệ Robot 48 3.3 Kết nối PC-PLC-SQL 49 CHƯƠNG 4: THI CÔNG MƠ HÌNH 51 4.1 Thi công phần cứng 51 4.1.1 Chuẩn bị phần cứng 51 4.1.2 Thi công robot delta tủ điều khiển 52 4.2 Thi công phần mềm 57 CHƯƠNG 5: ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ VÀ NHẬN XÉT 59 5.1 Kết 59 5.1.1 Kết xử lý ảnh 59 5.1.2 Kết robot gắp vật 59 5.2 Nhận xét 60 5.2.1 Những kiến thức nguyên cứu 60 5.2.2 Những hạng mục đạt 61 5.2.3 Những hạn chế 61 5.2.4 Hướng phát triển 61 download by : skknchat@gmail.com DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Robot Delta cơng đoạn đóng gói sản phẩm nhà máy Vinamilk .1 Hình 1.2 Robot Delta công nghiệp Hình 1.3 Robot Delta sử dụng để nâng kính giúp bác sĩ phẫu thuật Hình 1.4 Sáng kiến SV ứng dụng robot Delta diệt cỏ loại sâu Hình 2.1 Cấu tạo Robot Delta Hình 2.2 Mơ hình động học robot delta Hình 2.3 Mơ hình động học robot delta Hình 2.4 Tọa độ điểm J 1' , J 2' , J ' mặt phẳng Oxy Hình 2.5 Mơ hình động học robot delta với thơng số cho trước Hình 2.6 Minh họa động học cánh tay đòn Hình 2.7 Mặt phẳng YZ Hình 2.8 Quy đổi tọa độ 10 Hình 2.9 Biểu diễn ảnh dạng ma trận 11 Hình 2.10 Ảnh pixel bit 12 Hình 2.11 Ảnh mức xám 12 Hình 2.12 Ảnh theo mã màu RGB 13 Hình 2.13 Ảnh theo mã màu RGB 13 Hình 2.14 Ảnh màu ảnh đa mức xám 13 Hình 2.15 Chuyển ảnh ma trân điểm 14 Hình 2.16 Minh họa tìm đường biên lọc Laplacian, Sobel 15 Hình 2.17 Dải màu HSV 15 Hình 2.18 Mơ tả phép giãn ảnh 16 Hình 2.19 Mơ tả phép tốn co 16 Hình 2.20 Hình minh họa phép co dãn ảnh 17 Hình 2.21 Kết tìm Contours 17 Hình 2.22 Mơ tả thuật tốn Approximation 19 Hình 2.23 Hình ảnh PLC 1212C DC/DC/DC 20 Hình 2.24 Sơ đồ chân PLC 20 Hình 2.25 Hình loại module mở rộng S7-1200 22 download by : skknchat@gmail.com Hình 2.26 Datasheet module SM 1222 22 Hình 2.27 Động bước 23 Hình 2.28 Hình minh hoạt thứ tự cấp điện cuộn dây bước quay 24 Hình 2.29 Driver điều khiển động bước TB6600 24 Hình 2.30 Cơng tắc hành trình KW11 25 Hình 2.31 Cấu tạo Encoder 26 Hình 2.32 So sánh tốc độ thư viện xử lý ảnh 27 Hình 2.33 Cho phép phát xung 28 Hình 2.34 Lựa chọn chế độ phát xung PTO 28 Hình 2.35 Xung điều khiển di chuyển hướng 29 Hình 2.36 Gán biến xuất xung 29 Hình 2.37 Cấu trúc điều khiển sử dụng technology object 30 Hình 2.38 Điều khiển cấu sử dụng Technology Object 30 Hình 2.39 Add new Technology object 31 Hình 2.40 Thiết lập phát xung cho Technology object 31 Hình 2.41 Thiết lập động lực phần mềm 31 Hình 2.42 Chức Jerk Limit vơi khả làm mịn 32 Hình 2.43 Khối MC_Power 33 Hình 2.44 Khối MC_Reset 33 Hình 2.45 Khối MC_Home 34 Hình 2.46 Khối MC_Halt 35 Hình 2.47 Khối MC_MoveAbsolute 36 Hình 2.48 Khối MC_MoveRelative 37 Hình 2.49 Khối MC_MoveJog 37 Hình 2.50 Ứng dụng Kepserver 39 Hình 3.1 Sơ đồ hoạt động chương trình PLC 40 Hình 3.2 Lưu đồ điều khiển PLC với nút nhấn START, STOP, RESET tạo WinForm 40 Hình 3.3 Khối Power 41 Hình 3.4 Khối Homing 41 Hình 3.5 Khối điều khiển vị trí động bước 41 Hình 3.6 Khối điều khiển tay 42 download by : skknchat@gmail.com Hình 3.7 Lưu đồ tính tốn tốc độ động băng tải 42 Hình 3.8 Khối điều khiển HSC 43 Hình 3.9 Lưu đồ điều khiển chương trình điều khiển Robot .43 Hình 3.10 Lưu đồ xử lý ảnh 44 Hình 3.11 Ảnh vật qua chuyển đổi HSV 45 Hình 3.12 Ảnh sau nhị phân hóa theo ngưỡng dùng hàm InRange 45 Hình 3.13 Ảnh qua lần co dãn ảnh 46 Hình 3.14 Ảnh qua lần co dãn ảnh 46 Hình 3.15 Lưu đồ xử lý ảnh 47 Hình 3.16 Thuật tốn nhận diện vật theo thứ tự băng tải 48 Hình 3.17 Minh họa trục tọa độ gốc robot trục tọa độ vật 48 Hình 3.18 Sơ đồ kết nối PC-PLC-SQL thơng qua OPC KepServer 49 Hình 4.1 Hình ảnh thiết kế 3D sử dụng phần mềm Fusion 360 52 Hình 4.2 Các linh kiện Robot Delta sau in 3D 52 Hình 4.3 Ráp khung Robot 53 Hình 4.4 Sơ đồ đấu nối PLC điều khiển động 53 Hình 4.5 Mơ hình sử dụng Stepmotor driver TB6600 54 Hình 4.6 Vị trí lắp đặt cơng tắc hành trình 54 Hình 4.7 Sơ đồ kết nối module SM-1222 với băng tải bơm 54 Hình 4.8 Bơm động băng tải 55 Hình 4.9 Sơ đồ kết nối encoder với PLC 55 Hình 4.10 Hình ảnh Encoder mơ hình 55 Hình 4.11 Tủ điều khiển Robot Delta, băng tải bơm sử dụng nguồn 24V 12V .56 Hình 4.12 Mơ hình thực tế 56 Hình 4.13 Trang điều khiển kết nối 57 Hình 4.14 Trang điều khiển chế độ Manual 57 Hình 4.15 Trang điều khiển Auto 58 Hình 4.16 Trang điều khiển Setting 58 Hình 5.1 Hình ảnh thực tế sau qua bước xử lý lọc màu 59 Hình 5.2 Robot gắp vật màu đỏ 59 Hình 5.3 Robot gắp vật màu xanh dương 60 Hình 5.4 Robot gắp vật màu xanh 60 download by : skknchat@gmail.com ... chúng em chọn đề tài: “Thiết kế điều khiển Robot Delta phân loại vật sử dụng PLC S71200” Mục tiêu, nhiệm vụ đề tài ứng dụng PLC S7-1200 công nghệ xử lý ảnh để xây dựng thuật toán điều khiển thiết... hình Robot Delta phân loại sản phẩm theo màu sắc Đề tài gồm Chương: Chương 1: Tổng quan đề tài: Trình bày ứng dụng Robot Delta xử lý ảnh môi trường thực tế, nêu nhiệm vụ phương pháp thực đề tài. .. tốn động lực học áp dụng thực tế phân loại sản phẩm Xây dựng phần mềm điều khiển Robot Delta với chế độ Auto Manual, mơ q trình phân loại sản phẩm công nghiệp 1.3 Phương án Nhận dạng đối tượng