HD1 lê văn nghĩa nghiên cứu thiết kế hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc và chiều cao sử dụng cánh tay robot

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CƠ KHÍ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TÊN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẦN THEO MÀU SẮC VÀ CHIỀU CAO SỬ DỤNG CÁNH TAY ROBOT Giáo viên hướng dẫn: Th.S Lê Văn Nghĩa Thành viên nhóm: Lê Văn Giang 2018605725_CĐT3_K13 Vũ Khắc Giỏi 2018605274_CĐT3_K13 Trần Đức Hải 2018605662_CĐT3_K13 Hà Nội-2022 I LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, xã hội ngày phát triển, công nghiệp hóa, đại hóa ngày nâng cao để phát triển đất nước cải thiện sống người Vì việc ứng dụng khoa học kỹ thuật ngày rộng rãi, phổ biến mang lại hiệu cao hầu hết lĩnh vực kinh tế, kỹ thuật đời sống xã hội Xét điều kiện cụ thể nước ta cơng cơng nghiệp hóa, đại hóa sử dụng ngày nhiều thiết bị điều khiển tự động q trình sản xuất, gia cơng chế biến sản phẩm… Điều dẫn đến việc hình thành hệ thống sản xuất linh hoạt, cho phép tự động hóa mức độ cao sở sử dụng máy CNC, robot cơng nghiệp Trong có khâu quan trọng ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm hệ thống phân loại sản phẩm Hệ thống phân loại sản phẩm nhằm chia sản phẩm nhóm có thuộc tính với để thực đóng gói hay loại bỏ sản phẩm hỏng Hiện để phân loại sản phẩm người ta thường sử dụng loại cảm biến với chức khác để phân loại sản phẩm theo mong muốn cảm biến phân loại theo màu sắc, cảm biến phân loại theo hình dáng… Những cảm biến có ưu điểm chung trình lắp đặt vận hành tương đối đơn giản lại dễ gây nhiễu Do dựa tảng kiến thức học, vốn hiểu biết điện tử công nghệ xử lý ảnh với đồng ý giáo viên hướng dẫn – Th.S Lê Văn Nghĩa, nhóm chọn đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc chiều cao sử dụng cánh tay robot” Trong trình nghiên cứu nhận giúp đỡ hướng dẫn tận tình Th.S Lê Văn Nghĩa giúp nhóm hồn thành đề tài nghiên cứu Nhóm sinh viên thực hiện: Lê Văn Giang Vũ Khắc Giỏi Trần Đức Hải MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU I DANH MỤC HÌNH ẢNH II DANH MỤC BẢNG BIỂU IV CHƯƠNG - GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO MÀU SẮC VÀ CHIỀU CAO 1.1 Các vấn đề đặt 1.2 Tổng quát đề tài 1.3 Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài 1.4 Mục tiêu nghiên cứu đề tài 1.5 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 1.6 Phương pháp nghiên cứu CHƯƠNG - TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO MÀU SẮC VÀ CHIỀU CAO 2.1 Nguyên lý làm việc quy trình cơng nghệ hệ thống 2.1.1 Sơ đồ khối hệ thống 2.1.2 Quy trình cơng nghệ hệ thống 2.1.3 Nguyên lý hoạt động hệ thống 2.2 Cơ sở toán học 10 2.3 Hệ thống xử lý ảnh 13 2.3.1 Tổng quan xử lý ảnh 13 2.3.2 Phương pháp nhận dạng màu sắc 17 2.3.3 Những vấn đề xử lý ảnh 21 2.3.4 Thư viện OPENCV 23 2.4 Phân tích, lựa chọn hệ thống điều khiển 23 2.5 Phân tích, lựa chọn khối chức 24 2.5.1 Camera 24 2.5.2 Cảm biến 25 2.5.2.1 Cảm biến tiệm cận 25 2.5.2.2 Cảm biến siêu âm 26 2.5.3 LCD 27 2.6 Khối nguồn 28 2.7 Băng tải 29 2.7.1 Khung băng tải 29 2.7.2 Con lăn băng tải 29 2.7.3 Dây tải 30 2.7.4 Động DC 30 2.8 Cánh tay robot 31 2.8.1 Khung cánh tay robot 31 2.8.2 Động khớp 31 CHƯƠNG - TÍNH TỐN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO MÀU SẮC VÀ CHIỀU CAO 33 3.1 Tính tốn, thiết kế hệ thống khí 33 3.1.1 Thiết kế hệ thống khí 33 3.1.1.1 Thiết kế cánh tay robot ba bậc tự 33 3.1.1.2 Thiết kế băng tải 34 3.1.1.3 Thiết kế module chặn 35 3.1.1.4 Thiết kế module xác định chiều cao 36 3.1.1.5 Bản vẽ thiết kế toàn hệ thống 37 3.1.2 Tính tốn hệ thống khí 37 3.1.2.1 Tính tốn lựa chọn động robot 37 3.1.2.2 Lựa chọn thông số băng tải 39 3.1.2.3 Tính tốn, lựa chọn động băng tải 39 3.2 Thiết kế hệ thống điện điều khiển 43 3.3 Lưu đồ thuật toán 45 3.3.1 Lưu đồ thuật toán hệ thống 45 3.3.2 Lưu đồ xử lý ảnh Pycham 47 CHƯƠNG - CHẾ TẠO HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO MÀU SẮC VÀ CHIỀU CAO 49 4.1 Chế tạo hệ thống khí 49 4.1.1 Chế tạo, lắp ráp hệ thống băng tải 49 4.1.2 Chế tạo, lắp ráp cánh tay robot 50 4.1.3 Chế tạo hệ thống chặn phôi 51 4.1.4 Chế tạo giá đỡ cảm biến siêu âm, hộp đựng sản phẩm phân loại 52 4.2 Chế tạo hệ thống điện điều khiển 53 4.3 Lắp đặt hệ thống phân loại sản phẩm 54 4.4 Thử nghiệm hệ thống 54 4.4.1 Nhận diện màu sắc 54 KẾT LUẬN 58 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 60 II DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Dây chuyền sản xuất bán tự động sử dụng cánh tay robot Hình 1.2 Dây chuyền phân loại nơng sản xanh- chín xử lí màu sắc Hình 1.3 Dây chuyền phân loại đóng gói cam theo trọng lượng Hình 1.4 Dây chuyền phân loại bưu phẩm, kiện hàng linh kiện mã QR Hình 2.1 Sơ đồ khối hệ thống Hình 2.2 Quy trình cơng nghệ hệ thống Hình 2.3 Gắn trục tọa độ động học thuận 10 Hình 2.4 Gắn hệ trục động học nghịch 12 Hình 2.5 Các bước xử lý ảnh 14 Hình 2.6 Khơng gian màu RGB 17 Hình 2.7 Khơng gian màu CMYK 18 Hình 2.8 Không gian màu HSV 19 Hình 2.9 Sơ đồ bước thực phân loại màu 20 Hình 2.10 Arduino uno R3 24 Hình 2.11 SJCAM SJ4000 25 Hình 2.12 Cảm biến vật cản hống ngoại 25 Hình 2.13 Cảm biến siêu âm SRF04 26 Hình 2.14 Màn hình LCD 16x2 27 Hình 2.15 Mạch hạ áp LM2596 28 Hình 2.16 Nguồn tổ ong 24VDC- 5A 28 Hình 2.17 Nhơm định hình 29 Hình 2.18 Con lăn băng tải 29 Hình 2.19 Dây tải PVC 30 Hình 2.20 Nhựa PLA 31 Hình 3.1 Bản vẽ lắp cánh tay robot 33 Hình 3.2 Mơ hình cánh tay robot ba bậc tự 33 Hình 3.3 Bản vẽ lắp băng tải 34 Hình 3.4 Mơ hình băng tải 34 III Hình 3.5 Bản vẽ module chặn 35 Hình 3.6 Mơ hình module chặn 35 Hình 3.7 Bản vẽ module xác định chiều cao 36 Hình 3.8 Mơ hình module xác định chiều cao 36 Hình 3.9 Hệ thống phân loại sản phẩm 37 Hình 3.10 Động servo MG996R 39 Hình 3.11 Động GM37- 550- S550 42 Hình 3.12 Sơ đồ nguyên lý hệ thống 43 Hình 3.13 Lưu đồ xử lý ảnh 47 Hình 4.1 Lắp ráp băng tải 49 Hình 4.2 Băng tải lắp ráp hoàn chỉnh 49 Hình 4.3 Lắp ráp cánh tay robot 50 Hình 4.4 Cánh tay robot hoàn chỉnh 50 Hình 4.5 Chế tạo, lắp đặt hệ thống chặn phôi 51 Hình 4.6 Module chặn hồn chỉnh 51 Hình 4.7 Giá cảm biến siêu âm 52 Hình 4.8 Khay đựng sản phẩm phân loại 52 Hình 4.9 Lắp đặt hệ thống điện điều khiển robot 53 Hình 4.10 Mạch điện điều khiển toàn hệ thống 53 Hình 4.11 Hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao màu sắc 54 Hình 4.12 Nhận biết màu vàng 55 Hình 4.13 Nhận biết màu xanh 55 Hình 4.14 Sản phẩm xác định màu vàng 56 Hình 4.15 Cánh tay robot tiến hành phân loại 56 Hình 4.16 Xác định sản phẩm có màu xanh 57 Hình 4.17 Robot tiến hành phân loại ô màu xanh 57 myservo2.write(pos2); delay(50); } for (pos3 = 130; pos3 = 100; pos2 -= 1) { myservo2.write(pos2); delay(50); } for (pos3 = 130; pos3 120 and hue_value < 165: color = "VIOLET" else: color = "RED" pixel_center_bgr = frame[cy, cx] b, g, r = int(pixel_center_bgr[2]) int(pixel_center_bgr[0]), int(pixel_center_bgr[1]), input_data = color if (input_data == 'BLUE'): Arduino_Serial.write('BLUE'.encode()) if (input_data == 'RED'): Arduino_Serial.write('RED'.encode()) if (input_data == 'YELLOW'): Arduino_Serial.write('YELLOW'.encode()) if (input_data == 'VIOLET'): Arduino_Serial.write('VIOLET'.encode()) cv2.rectangle(frame, (cx - 220, 10), (cx + 200, 120), (255, 255, 255), -1) cv2.putText(frame, color, (cx - 200, 100), 0, 3, (b, g, r), 5) cv2.circle(frame, (cx, cy), 5, (25, 25, 25), 3) cv2.imshow("Frame", frame) if cv2.waitKey(1) & 0xff == ord('q'): break cap.release() cv2.destroyAllWindows() ... thiết kế chế tạo phân loại sản phẩm theo chiều cao màu sắc, đề tài giới hạn phạm vi sau: - Mơ hình hóa hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao màu sắc dùng cho học tập nghiên cứu - Thiết kế mơ... loại bỏ sản phẩm hỏng Hiện để phân loại sản phẩm người ta thường sử dụng loại cảm biến với chức khác để phân loại sản phẩm theo mong muốn cảm biến phân loại theo màu sắc, cảm biến phân loại theo. .. nhóm thực đề tài: “NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO MÀU SẮC VÀ CHIỀU CAO SỬ DỤNG CÁNH TAY ROBOT? ?? với mong muốn đưa giải pháp nhằm cải thiện trình sản xuất cho giảm thiểu chi