Đang tải... (xem toàn văn)
TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNH HẢI VIỆT NAM VIỆN CƠ KHÍ ĐỒ ÁN TỐT NHIỆP NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG XỬ LÝ ẢNH CHO ROBOT SONG SONG DELTA TRÊN CÁC DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT TỰ ĐỘNG NGÀNH KỸ THUẬT CƠ KHÍ MÃ SỐ 7520103 CHUYÊN NGÀ.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNH HẢI VIỆT NAM VIỆN CƠ KHÍ ĐỒ ÁN TỐT NHIỆP NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG XỬ LÝ ẢNH CHO ROBOT SONG SONG DELTA TRÊN CÁC DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT TỰ ĐỘNG NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ MÃ SỐ: 7520103 CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ STT Nhóm sinh viên Họ Tên Mã SV Tô Xuân Hiển 77957 Nguyễn Văn Đức 77707 Đỗ Hữu Sáng 79615 Nguyễn Minh Hiếu 78012 Nguyễn Mạnh Cường 77379 Lớp CĐT59ĐH CĐT59ĐH CĐT59ĐH CĐT59ĐH CĐT59ĐH Giáo viên hướng dẫn: ThS.Nguyễn Đức Sang HẢI PHÒNG, 5/2022 TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM VIỆN CƠ KHÍ Độc lập – Tự – Hạnh phúc PHIẾU GIAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Bộ môn: Cơ điện tử Đợt: Năm học: 2021 - 2022 Tên đề tài: Nghiên cứu ứng dụng xử lý ảnh cho Robot song song Delta dây chuyền sản xuất tự động TT Họ tên sinh viên Nhiệm Yêu cầu Yêu cầu vụ chuẩn đầu chuẩn đầu kiến kỹ Ghi thức Tô Xuân Hiển Nguyễn Văn Đức Đỗ Hữu Sáng Nguyễn Minh Hiếu Nguyễn Mạnh Cường Yêu cầu khác: ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… Hải Phòng, ngày… tháng… năm 2022 Trưởng Bộ môn Giáo viên hướng dẫn KẾT QUẢ KIỂM TRA CHỐNG SAO CHÉP PHẦN ĐÁNH GIÁ QUÁ TRÌNH THỰC HIỆN CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN T T Họ tên sinh viên Nhiệm vụ Yêu cầu chuẩn đầu kiến thức Yêu cầu chuẩn đầu kỹ Nhận xét GVHD Hải Phòng, Ngày … tháng …… năm 2022 Ý kiến Trưởng Bộ môn (đạt hay không đạt yêu cầu): Giáo viên hướng dẫn LỜI CAM ĐOAN Chúng em xin cam đoan đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng xử lý ảnh cho Robot song song Delta dây chuyền sản xuất tự động” nhóm sử dụng kiến thức kỹ học để thực khơng có chép Đề tài tham khảo dựa tài liệu có sẵn từ sách nguồn dẫn rõ ràng Nếu có khơng trung thực nhóm xin nhận trách nhiệm Hải Phịng, Ngày…tháng…năm 2022 Nhóm sinh viên CĐT59ĐH Tô Xuân Hiển Nguyễn Văn Đức Đỗ Hữu Sáng Nguyễn Minh Hiếu Nguyễn Mạnh Cường LỜI CÁM ƠN Lời đầu tiên, chúng em xin chân thành cảm ơn đến tồn thể Thầy, Cơ giáo Viện Cơ Khí nói chung Thầy mơn Cơ Điện Tử nói riêng, Trường Đại học Hàng Hải Việt Nam truyền đạt kiến thức bảo chúng em suốt bốn năm học mái trường Đại Dương Để chúng em có kiến thức kỹ cho sau trường Hơn nữa, chúng em gửi lời tri ân sâu sắc đến thầy Nguyễn Đức Sang, cố vấn học tập nhóm, kề vai hỗ trợ bọn em suốt hai năm cuối thời sinh viên Từ môn học Cơ điện tử Lab2 đến đồ án, thầy không truyền đạt kiến thức liên quan đến ngành học mà giúp đỡ bọn em cách tư duy, sáng tạo kỹ sống Tuy chưa hoàn thành tốt nhiệm vụ đồ án lần này, nhóm biết nhận thiếu từ thân học làm việc nhóm, kinh nghiệm quý báu để chúng em chuẩn bị cho hành trang bước vào tương lai khơng cịn ngồi ghế nhà trường Lời cuối, em xin cảm ơn đến gia đình bạn bè ln tin tưởng, tạo động lực cho chúng em tự tin suốt khoảng thời gian dài Nhóm có thiếu sót nên mong thầy bạn góp ý để nhóm sửa đổi hồn thiện cách tốt Chúng em xin chân thành cảm ơn! Hải Phòng, ngày…tháng…năm 2022 MỤC LỤC DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU…………………………………………………… 11 DANH MỤC CÁC HÌNH…………………………………………………………… 12 MỞ ĐẦU…………………………………………………………………………… 16 CHƯƠNG 1………………………………………………………………………… 17 TỔNG QUAN VỀ ROBOT CÔNG NGHIỆP……………………………………… 17 1.1 Khái quát Robot 17 1.1.1 Lịch sử hình thành phát triển Robot .17 1.2 Robot delta .18 1.2.1 Khái niệm 18 1.2.2 Nguồn gốc dẫn đến khái niệm thiết kế Robot Delta 18 1.2.3 Tổng quan Robot delta 18 1.2.4 Cấu trúc robot delta 19 1.3 Lý chọn đề tài .20 1.4 Mục đích nghiên cứu 20 CHƯƠNG 2………………………………………………………………………… 21 ĐỘNG HỌC ROBOT SONG SONG BA BẬC TỰ DO…………………………… 21 2.1 Xây dựng sơ đồ động học Delta robot .21 2.2 Thiết lập phương trình động học 23 2.3 Tính tốn động học thuận 26 2.4 Tính tốn động học ngược 30 2.5 Tính tốn vùng làm việc 33 2.5.1 Sublime text gì? 34 2.5.2 Tại nhóm sử dụng Sublime text? 34 CHƯƠNG 3………………………………………………………………………… 35 THIẾT KẾ CHẾ TẠO BĂNG CHUYỀN SẢN XUẤT……………………………… 35 3.1 Phần mềm thiết kế 35 3.1.1 Giới thiệu tổng quan phần mềm NX .35 3.1.2 Những ưu điểm phần mềm NX .36 3.1.3 Những chức phần mềm NX .37 3.2 Thiết kế băng chuyền 39 3.2.1 Xây dựng mơ hình NX 39 3.2.2 Bản vẽ kỹ thuật chi tiết thiết kế băng tải 40 3.3 Chọn vật liệu 43 3.4 Chế tạo lắp ráp băng tải .45 3.4.1 Chế tạo .45 3.4.2 Lắp ráp .47 3.5 Thiết kế Robot song song 49 3.5.1 Xây dựng mơ hình robot song song NX .49 3.5.2 Bản vẽ kỹ thuật chi tiết thiết kế Robot 52 3.5.3 Lắp ráp Robot 56 CHƯƠNG 4………………………………………………………………………… 58 ỨNG DỤNG XỬ LÝ ẢNH CHO ROBOT SONG SONG DELTA………………… 58 4.1 Khái quát xử lý ảnh 58 4.2 Các công cụ phần mềm .59 4.2.1 Ngơn ngữ lập trình Python 59 4.2.2 Thư viện mã nguồn mở OpenCV .60 4.2.3 Một số gói cơng cụ thư viện khác 60 4.3 Thuật toán xử lý ảnh 62 4.3.1 Tiền xử lý ảnh phát vật thể 62 4.3.2 Xác định vị trí vật thể 66 4.4 Xây dựng giao diện 68 CHƯƠNG 5……………………………………………………………………… .70 LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN………………………………………………………… 70 5.1 Lựa chọn thiết bị .70 5.1.1 NodeMCU ESP32 Wifi BLE .70 5.1.2 Driver A4988 73 5.1.3 Động hút chân không 74 5.1.4 Nguồn tổ ong 75 5.1.5 Mạch hạ áp LM2596 76 5.1.6 Cơng tắc hành trình 77 5.1.7 Module Relay 5VDC 78 5.1.8 Quạt tản nhiệt .79 5.1.9 Webcam 720p .80 5.1.10 Động bước 80 5.1.11 Module thu phát hồng ngoại .82 5.2 Thiết kế mạch điện tử .83 5.2.1 Giới thiệu phần mềm EasyEDA 83 5.2.2 Môi trường thiết kế mach nguyên lý 84 5.2.3 Môi trường thiết kế mạch PCB 84 5.2.4 Xuất sang 2D, 3D xuất để làm mạch in .85 5.2.5 Sơ đồ đấu nối .86 5.2.6 Thiết kế mạch nguyên lý phần mềm 87 5.2.7 Thiết kế mạch PCB phần mềm 88 5.2.8 Kết làm .89 5.3 Lưu đồ thuật toán 91 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ……………………………………………………… 92 TÀI LIỆU THAM KHẢO…………………………………………………………….93 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT STT Chữ viết tắt CAM CAD PCB CAE ABS AI CPU Nghĩa Computer-aided manufacturing Computer-aided design Printed Circuit Board Computer-Aided Engineering Acrylonitrin Butadien Styren Artifical Intelligence Central Processing Unit 10 cánh tay, giúp cánh tay hoạt động cách trơn tru đạt u cầu tốt Ngồi ra, khơng dùng để điều khiển cánh tay nhóm cịn dùng thêm động để điều khiển băng tải di chuyển Động bước phải có moment xoắn lớn vận tốc nhỏ moment xoắn nhỏ vận tốc lớn Khi động bắt đầu với vận tốc lớn chuột khơng thể chạy động bị giật rotor quay đến vị trí Nên phải cho động tăng tốc từ từ đạt đến tốc độ lớn Cũng để dừng chuột phải làm tương tự Hình 5.11: Động bước b) Thông số kỹ thuật Bảng 4.2 Thông số động 5.1.11 Module thu phát hồng ngoại 84 a) Giới thiệu Một Sensor sử dụng nhiều dự án môn học, module thu phát hồng ngoại sử dụng để pháp vật với mắt thu mắt phát Trong xe dò line người ta sử dụng để bám theo đường đua màu đen, có thi người ta sử dụng module nhiều mắt để tăng độ xác Hình 5.12 Module thu phát hồng ngoại b) Thơng số - Điện áp: 3.3V ~ 5V - Có lỗ để cố định với kích thước 3mm - Khi cấp nguồn đèn báo module hoạt động - Led trắng mắt phát led đen mắt thu - Ngồi cịn có led báo ngắt hồng ngoại - Trên module cịn có biến trở dùng để điều chỉnh khoảng cách thu pháp c) Đấu nối - Chân VCC đấu với nguồn 3.3V ~ 5V - Chân GND đấu với GND ESP32 - Chân IN vào chân tín hiệu ESP32 85 5.2 Thiết kế mạch điện tử 5.2.1 Giới thiệu phần mềm EasyEDA Đúng với tên gọi Easy, phần mềm thiết kế đơn giản miễn phí Khác biệt với phần mềm Proteus, Kicad, Altium… EasyEDA thiết kế Web mà không cần cài đặt muốn dùng phiên trạng thái OFF phần mềm cài đặt máy bình thường EasyEDA nhiều trường Đại học sử dụng để đưa đến cho giảng viên, sinh viên kỹ sư điện cách thiết kế mạch đơn giản Phần mềm cập nhật thư viện với nhiều linh kiện sơ đồ mẫu, chia sẻ cộng đồng sử dụng phần mềm Nếu bạn thiết kế có mẫu hay chia sẻ cho người tham khảo sử dụng rộng rãi EasyEDA mua hàng trực tuyến phần mềm, thiết kế xong mạch PCB lựa chọn nhà xuất mạch thông số báo giá dự kiến…Ngồi phần mềm cịn hỗ trợ tệp Altium, Kicad để chỉnh sửa hỗ trợ xuất PDF, PNG Altium Hình 5.13 Giao diện phần mềm EasyEDA tải máy tính 86 5.2.2 Môi trường thiết kế mach nguyên lý Để thiết kế mạch nguyên lý, phần mềm hỗ trợ cách kéo thả linh kiện mà thư viện tìm kiếm, thư viện hỗ trợ hình ảnh linh kiện kích thước Thư viện Easy cập nhật liên tục nên lo việc phải thiết kệ lại linh kiện Khi lựa chọn linh kiện mong muốn xếp ghi ký hiệu linh kiện cho dễ hiểu, bên tay phải có công cụ để thiết kế mạch nguyên lý, dây, GND, VCC…Nếu việc dây khiến rối mắt có cơng cụ dán nhãn giúp hạn chế việc dây, cần đặt tên giống giúp mạch nguyên lý dễ nhìn Tất công cụ sẵn để sử dụng chưa có ý tưởng thiết kế cho mạch điện sử dụng tài khoản để đăng nhập tham khảo vài mẫu thiết kế để từ vẽ lên mạch nguyên lý Hình 5.14 Giao diện thiết kế mạch nguyên lý 5.2.3 Môi trường thiết kế mạch PCB Khi hoàn thành thiết kế mạch nguyên lý, sang môi trường làm việc mạch PCB Ở phần mềm hỗ trợ cho thiết kế mạch lớp 87 hai lớp, thường với sinh viên người biết đến mạch PCB dùng mạch lớp giúp giảm thiểu chi phí Như thiết kế mạch nguyên lý, có cơng cụ để dây khoan lỗ, phủ đồng…Khi dây phần mềm hỗ trợ soi sáng đến địa dây cần để tránh nhầm dây khiến mạch hỏng, rõ lỗi để khắc phục lỗi vẽ Ngồi có “Bố cục chủ đề”, giúp ẩn lớp không liên quan lớp mong muốn để dễ nhìn dây cách đơn giản Bên cạnh đó, có bảng thơng số giúp ta thay đổi hình dạng lỗ kích thước lỗ mong muốn Còn giúp ta đọc tên chân linh kiện mà thay đổi kích thước dây mà muốn cách dễ dàng Hình 5.15 Giao diện thiết kế mạch PCB 5.2.4 Xuất sang 2D, 3D xuất để làm mạch in Khi thiết kế xong mạch để muốn xem hình ảnh 2D 3D sử dụng công cụ “2D 3D view” môi trường PCB Cũng muốn gửi nhà sản xuất mạch ta cần phải vào “File – Generate PCB” để xuất file đưa cho nhà sản xuất 88 Hình 5.16 Cơng cụ 2D,3D view xuất file 5.2.5 Sơ đồ đấu nối Để vẽ nguyên lý ta phải biết đường nguồn đường tín hiệu 89 Hình 5.17 Sơ đồ đấu nối - Thuyết minh: Nguồn tổ ong cấp điện cho tất thiết bị điện tử, công tắc hành trình cảm biến ni nguồn ESP32 Khi cấp điện động chạy va vào cơng tắc hành trình, lúc cơng tắc hành trình nhận tín hiệu gửi ESP32 động dừng, băng tải chạy module thu phát hồng ngoại xác định vật băng tải dừng ESP32 kết nối với máy tính qua cáp nạp nên lúc ta nhập toạ độ cổng COM Arduino IDE để gửi tín hiệu đến Driver A4988 Và Driver điều khiển động đến vị trí mà vật dừng trước đó, ESP32 gửi tiếp tín hiệu đến relay để kích hoạt bơm 12V giúp hút nhả vật Hồn thành chu trình 5.2.6 Thiết kế mạch nguyên lý phần mềm Sử dụng thư viện có sẵn thiết kế vài hình khối đơn giản để hồn thành mạch ngun lý với khối khối nguồn, khối điều khiển, khối chấp hành 90 Hình 5.18 Mạch nguyên lý 5.2.7 Thiết kế mạch PCB phần mềm Để mạch in tốt phải chọn kích cỡ dây phù hợp, đường tín hiệu ta chọn 0.800mm đường nguồn 1.000mm Cũng chọn kích thước lỗ cách phù hợp để đặt linh kiện vào không bị rộng hay hẹp khiến việc hàn chân khó khăn Hình 5.19 Thiết kế mạch PCB 91 Hình 5.20 Hình ảnh 2D phần mềm 5.2.8 Kết làm Khi phay xong mạch in đạt yêu cầu quét lớp thông nhựa thơng lỏng để chống oxy hố 92 Hình 5.21 Mạch in sau hoàn thành Khi hàn chân linh kiện: Hình 5.22 Mạch in sau hàn chân linh kiện 93 5.3 Lưu đồ thuật tốn 94 Hình 5.23: Lưu đồ điều khiển cánh tay, bơm băng tải 95 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết đạt - Đo đạc thiết kế lại Robot phần mềm NX - Thiết kế mạch in với độ chuẩn xác cao nhanh để lập trình điều khiển - Dùng ngơn ngữ Python để tạo giao diện phần mềm áp dụng xử lý ảnh để nhận biết vật - Thiết kế băng tải để mô việc gắp vật - Điều khiển Robot đến vị trí mặc định để gắp nhả vật Hạn chế - Chưa giao tiếp Robot giao diện phần mềm Kiến nghị Nhóm xin đưa hướng pháp triển sau để có hồn thiện đồ án tốt nhất: - Cần trau dồi thêm kiến thức ngơn ngữ Python - Tìm hiểu thêm việc giao tiếp Robot giao diện - Từ hồn thiện Robot phát triển thêm việc Robot di chuyển 96 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] nhongxich119 [Online] http://nhongxich119.vn/san-pham/xich-tai-ga-sa1/?fbclid=IwAR0LuRk9OdM4hD1-wDfNduDMVZZQpVFRGem0u1dOqCACz2VbbMS5mD7Pdo [2] Mohinhrobot [Online] https://mohinhrobot.com/robot/may-bom-hutchan-khong-micro-12v-24v [3] blogin3d blogin3d [Online] https://blogin3d.com/soi-nhua-in-3d-abspla-voltivo-excelfil-gia-re-in-maudep.html? fbclid=IwAR2UiHFye7JuCE8aUYq51DViOtr1sLPlRfZssHtNfR6B3KiJYkWpHfkdK0 [4] Cui, Dillon He Eric 2013 Easyeda [Online] 2013 https://easyeda.com/ [5] Dejan HowtoMechatronics [Online] https://howtomechatronics.com/tutorials/arduino/how-to-control-stepper-motorwith-a4988-driver-and-arduino/ [6] Doxygen OpenCV [Online] https://docs.opencv.org/4.x/d5/dae/tutorial_aruco_detection.html [7] Hưng, Nguyễn 2021 Vietnix [Online] 02 19, 2021 https://vietnix.vn/python-la-gi/ [8] MISCHIANTI, RENZO 2021 mischianti.org [Online] 17, 2021 https://www.mischianti.org/2021/02/17/doit-esp32-dev-kit-v1-high-resolutionpinout-and-specs/ [9] Mzavatsky 2009 forums.trossenrobotics [Online] 27, 2009 https://hypertriangle.com/~alex/delta-robot-tutorial/?fbclid=IwAR02kr1V3lfxZj1cuU7DqIcaO0SlCPKwQqG496MowiXCT2nqqU6Q07Cckg [10] Nguyễn, Thuỷ 2020 Bizfly [Online] 05 12, 2020 https://bizfly.vn/techblog/sublime-text-la-gi-va-cac-tinh-nang-quan-trong-doi- 97 voi-lap-trinh-vien.html?fbclid=IwAR2V1DzmEQwj919YpCDuxAU1aLTexQ-wiJ_dN1oVWrW5nLCJgD1ApQqTts [11] Sforum 2021 Sforum [Online] 9, 2021 https://cellphones.com.vn/sforum/computer-vision-no-la-gi-va-tai-sao-no-quantrong [12] TAPIT 2018 TAPIT.VN [Online] 12 18, 2018 https://tapit.vn/huongdan-cai-dat-arduino-ide-de-lap-trinh-cho-esp32/ Topdev Topdev [Online] https://topdev.vn/blog/opencv-la-gi-hoccomputer-vision-khong-kho/ [13] 98 ... nhện, robot thêm năm để xuất cơng nghiệp có mặt khắp giới 1.2.3 Tổng quan Robot delta Robot delta cấu trúc theo dạng song song có ba bậc tự do, ba cánh tay robot delta lắp ghép với bàn di động,... robot hàn Robot có nhiều cơng dụng không công nghiệp mà y tế, giáo dục… 1.2 Robot delta 1.2.1 Khái niệm Robot delta robot song song có bậc tự do, với phần cánh tay robot cấu tạo khâu khâu khâu... Độc lập – Tự – Hạnh phúc PHIẾU GIAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Bộ môn: Cơ điện tử Đợt: Năm học: 2021 - 2022 Tên đề tài: Nghiên cứu ứng dụng xử lý ảnh cho Robot song song Delta dây chuyền sản xuất tự động