Cánh tay robot phân loại sản phẩm theo màu sắc

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HCM KHOA CNKT ĐIỆN – ĐIỆN TỬ - - ĐỒ ÁN HỌC PHẦN ĐỀ TÀI: CÁNH TAY ROBOT PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO MÀU SẮC …., tháng… năm… LỜI NÓI ĐẦU Đồ án học phần Cùng với phát triển không ngừng ngành khoa học kỹ thuật, ngành công nghiệp phát triển nhanh chóng Việc áp dụng máy móc đại vào sản suất yêu cầu thiếu nhà máy nhằm tăng suất, tăng chất lượng giảm giá thành sản phẩm Song song với phát triển đó, cơng nghệ chế tạo Robot phát triển nhanh chóng đặc biệt nước phát triển nhằm đáp nhu cầu sản xuất, sinh hoạt, quốc phịng…Robot thực cơng việc mà người khó thực chí khơng thực như: làm cơng việc địi hỏi độ xác cao, làm việc mơi trường nguy hiểm (như lò phản ứng hạt nhân , dị phá mìn qn sự), thám hiểm khơng gian vũ trụ… Trong họ Robot, khơng nhắc đến ROBOT CƠNG NGHIỆP với đặc thù mà Robot khác khơng có Cánh tay robot phân loại sản phẩm theo màu với khẳ linh hoạt, độ xác cực cao, ứng dụng rộng rãi khắp nước thay người làm công việc môi trường độc hại hay chế tạo Robot khác với độ xác mà người làm tay Sau thời gian làm việc, nghiên cứu, tham khảo chúng em hoàn thành đề tài cánh tay robot phân loại sản phẩm theo màu, làm dựa nhiều lý thuyết, chúng em hồn thiện ứng dụng thực tế Em xin chân thành cảm ơn thầy ************* giúp em hoàn thành đồ án Đồ án học phần MỤC LỤC: CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI: LÝ DO CHỌN BOARD ARDUINO ĐỂ ĐIỀU KHIỂN CÁNH TAY ROBOT PHÂN LOẠI SẢN PHẨM: CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ CÁNH TAY ROBOT PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO MÀU SẮC 2.1 GIỚI THIỆU: 2.2 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN: 2.3 PHÂN LOẠI ARM ROBOT: 10 2.4 ỨNG DỤNG: .13 CHƯƠNG 3: TỔNG QUAN THIẾT BỊ VÀ PHẦN MỀM SỬ DỤNG 14 3.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ARDUINO: 14 1.2.1 Arduino Uno: 18 2.2.1 Arduino Mega 2560: 21 3.2 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CẢM BIẾN: 26 3.2.1 Giới thiệu cảm biến: 26 Cảm biến màu sắc TCS3200: 26 3.2.2 3.3 ĐỘNG CƠ SERVO: 28 3.3.1 Động RC Servo Digital RC FR1510: 28 3.3.2 Động RC Servo 9G: 29 3.4 KHUNG CÁNH TAY ROBOT: 30 3.5 GIỚI THIỆU PHẦM MỀM IDE: 31 CHƯƠNG 4: KẾT NỐI LINH KIỆN, NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG VÀ LẬP TRÌNH 34 4.1 KẾT NỐI LINH KIỆN: 34 4.1.1 Kết nối Servo với Arduino: 34 4.1.2 Kết nối Cảm biến màu sắc với Arduino: 35 4.2 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG: 36 4.3 LẬP TRÌNH: 38 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 43 5.1 KẾT LUẬN: 43 Đồ án học phần 5.1.1 Những nhiệm vụ thực hiện: 43 5.1.2 Những thuận lợi khó khăn thực đề tài: 43 5.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI: 44 TÀI LIỆU THAM KHẢO: 45 Đồ án học phần CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI: Hiện với cơng nghiệp hóa đại hóa, với phát triển kỹ thuật đại, công nghiệp 4.0 cần sản xuất nhiều linh kiện hay chế tạo máy móc, hay cơng nghiệp sản xuất hàng hóa củng cần đại hóa Việc xếp phân loại công đoạn thiết yếu, để giảm tiết kiệm thời gian, công sức tiền bạc, việc chế tạo tay máy để phục vụ nhu cầu công nghiệp phát triển rộng rãi nước ta Với ngành cơng nghiệp Việt Nam robot chưa xuất nhiều dây truyền sản xuất Vì sản phẩm đắt thị trường Việt Nam Nhằm nội địa hóa sản phẩm, nghiên cứu chuyên sâu robot, em chọn đề tài “Cánh tay robot phân loại sản phẩm theo màu sắc” Đề tài hướng tới thay điều khiển cơng ty nước ngồi xây dựng thuật điều khiển tối ưu cho đối tượng sản xuất, mà đối tượng thích hợp với điều kiện sản xuất nước ta Với phịng thí nghiệm, mơ hình để sinh viên thực nghiệm nghiên cứu, để hướng tới cho bạn sinh viên nhìn cụ thể, thực tiễn robot Mục đích đề tài nghiên cứu cấu tạo phương pháp điều khiển thích hợp sở ứng dụng arduino để hiểu điều khiển cánh tay robot phân loại sản phẩm theo màu sắc áp dụng vào phịng thí nghiệm trường cao đẳng, đại học ứng dụng sản xuất công nghiệp Đồ án học phần LÝ DO CHỌN BOARD ARDUINO ĐỂ ĐIỀU KHIỂN CÁNH TAY ROBOT PHÂN LOẠI SẢN PHẨM:  Về phần cứng : Arduino thiết kế chuyên biệt dành cho người không chuyên điện tử làm Bạn khơng phải thời gian giai đoạn “làm mạch”, thứ có sẵn bạn cần tập trung cho phần điều khiển mà thơi Nếu có khơng ổn xảy ra, bạn đỡ thời gian cho việc rà soát lỗi phần mạch, lỗi nằm code bạn Arduino dễ sử dụng, trực quan, mạch có ký hiệu rõ ràng,đầy đủ chân, thuận tiện q trình sử dụng  Về phần mềm : Mơi trường phát triển tích hợp (IDE) Arduino ứng dụng crossplatform (nền tảng) viết Java, từ IDE sử dụng cho Ngôn ngữ lập trình xử lý (Processing programming language) project Wiring Nó thiết kế để dành cho người tập làm quen với lĩnh vực phát triển phần mềm Nó bao gồm chương trình code editor với chức đánh dấu cú pháp, tự động brace matching, tự động canh lề, compile(biên dịch) upload chương trình lên board với cú nhấp chuột Một chương trình code viết cho Arduino gọi sketch Với ưu điểm vượt trội em chọn Board arduino để làm điều khiển cho đề tài cánh tay robot phân loại sản phẩm theo màu sắc Đồ án học phần CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ CÁNH TAY ROBOT PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO MÀU SẮC 2.1 GIỚI THIỆU: Đề tài cánh tay robot phân loại sản phẩm phân nhánh Robot cơng nghiệp em xin giới thiệu tổng quát lịch sử đời từ Robot công nghiệp Thuật ngữ Robot xuất lần vào năm 1922 tác phẩm “Rossum’s Universal Robot” Karel Capek Trong tác phẩm nhân vật Rossum trai tạo máy giống người để phục vụ cho người Năm 40 nhà văn viễn tưởng Nga, Issac Asimov, mô tả robot máy tự động, mang diện mạo người điều khiển hệ thần kinh khả trình Positron, người lập trình Asimov đặt tên cho ngành nghiên cứu robot robotics, có nguyên tắc bản:  Robot không xúc phạm người không gây tổn hại cho người  Hoạt động robot phải tuân thủ quy tắc người đặt Các quy tắc không vi phạm nguyên tắc thứ  Một robot cần phải bảo vệ sống mình, không vi phạm hai nguyên tắc trước Robot tác nhân khí, nhân tạo, ảo, thường hệ thống khíđiện tử Với xuất chuyển động mình, robot gây cho người ta cảm giác giác quan giống người Từ "robot" thường hiểu với hai nghĩa: robot khí phần mềm tự hoạt động Về lĩnh vực Robot, Mỹ Nhật Bản nước đầu giới lĩnh vực Tay robot thiết kế để thực công việc mong muốn hàn, nắm, quay, vv, tùy thuộc vào ứng dụng Ví dụ, cánh tay robot dây chuyền lắp ráp ô tô thực nhiều công việc khác hàn xoay linh kiện lắp đặt trình lắp ráp Trong số trường hợp, mô chặt chẽ bàn tay người mong muốn, robot thiết kế để tiến hành giải trừ vũ khí thải bỏ bom Đồ án học phần 2.2 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN: Sau xuất vào năm 1922, 20 năm sau, sau chiến tranh giới thứ 2Hình dạng Robot xuất nước Hoa Kỳ, loại tay máy chép hình dung phịng thí nghiệm vật liệu phóng xạ Vào năm 50 kỷ trước, bên cạnh loại tay máy chép hình khí, loại tay máy chép hình thủy lực điện tử xuất Chiếc robot công nghiệp đưa vào ứng dụng Năm 1961 nhà máy ô tô General Motors lại Trenlon New Jerscy Hoa Kỳ Năm 1967 Nhât Bản nhập robot công nghiệp đấu tiên từ Công ty AMF Hoa Kỳ (American Machine and Foundry Company) Nên năm 1990 có 40 cơng ty Nhật Bản, có cơng ty khơng lẽ Cơng ty Hitachi Công ty Mitsubishi, đưa thi trường quốc tế nhiều lại robot tiếng.Từ năm 70 việc nghiên cứu nâng cao tính robot ý nhiều đến lắp đặt thêm cảm biến ngoại tín hiệu để nhận biết mơi trường làm việc Tại trường Đạỉ học Tổng hợp Stanford người ta tạo loại robot lắp ráp lự động điều khiến máy vi tính sở xử lý thơng tin từ cảm biến lực thị giác Vào thời gian công ty IBM chế tạo loại robot có cảm biến xúc giác cảm biến lực điều khiển máy tính để lắp ráp máy in gồm 20 cụm chi tiết Theo Viện Kỹ Thuật robot cảu Hoa Kỳ định nghĩa robot loại tay máy nhiều chức năng, với chương trình làm việc thay đổi được, dùng để thực số thao tác sản xuất Có nhều tài liệu định nghĩa robot lưu ý đến tiêu chí điều khiển máy tính phân loại robot cơng nghiệp theo tiêu chuẩn Nhật Bản (JISB 0134-1979) có nhóm tay máy điều khiển tay Theo ISO (International Standards Organization) thì: “robot cơng nghiệp tay máy đa mục tiêu, có số bậc tự do, dể dàng lập trình, điều khiển trợ động, dùng để tháo lắp phôi, dụng cụ vật dụng khác Do chương trình thao tác thay đổi nên thực nhiều nhiệm vụ đa dạng” Tuy nhiên, robot công nghiệp định nghĩa chưa hoàn toàn thỏa đáng Robot cơng nghiệp hiểu thiết bị tự động linh hoạt, bắt chước chức lao động cơng nghiệp người Nói đến thiết bị tự động linh hoạt nhấn mạnh đến khả thao tác với nhiều bậc tự do, điều Đồ án học phần khiển trợ động lập trình thay đổi Cịn nói đến bắt chước chức lao động công nghiệp người có ý nói đến khơng hạn chế từ chức lao động chân tay đơn giản đến trí khơn nhân tạo, tùy theo loại hình cơng việc lao động cần đến chức hay khơng Đồng thời nói đến mức độ cân thiết bắt chước người hay không Đồ án học phần 2.3 PHÂN LOẠI ARM ROBOT: Robot Cartesian / Gantry Robot (tọa độ DECAC): (Hình 2.3.1) Được sử dụng để chọn đặt công việc, ứng dụng sealant, hoạt động lắp ráp, xử lý máy cơng cụ hàn hồ quang Đó robot có cánh tay có ba khớp lăng trụ, có trục khớp Hình 2.3.1 : Robot hoạt động theo tạo độ DECAC Robot trụ : (Hình 2.3.2) Được sử dụng cho hoạt động lắp ráp, xử lý máy công cụ, hàn điểm, xử lý máy đúc Đó robot có trục tạo thành hệ trục tọa độ Hình 2.3.2 : Robot hoạt động theo hệ tọa độ trụ 10 Đồ án học phần 3.5 GIỚI THIỆU PHẦM MỀM IDE: (Integrated Development Environment) Hình 3.5.1: Giao diện phần mềm IDE Mơi trường phát triển tích hợp (IDE) Arduino ứng dụng crossplatform (nền tảng) viết Java, từ IDE sử dụng cho Ngôn ngữ lập trình xử lý (Processing programming language) project Wiring Nó thiết kế để dành cho người tập làm quen với lĩnh vực phát triển phần mềm Nó bao gồm chương trình code editor với chức đánh dấu cú pháp, tự động brace matching, tự động canh lề, compile(biên dịch) upload chương trình lên board với cú nhấp chuột Một chương trình code viết cho Arduino gọi sketch 31 Đồ án học phần Các chương trình Arduino viết C C++ Arduino IDE kèm với thư viện phần mềm gọi "Wiring", từ project Wiring gốc, giúp thao tác input/output dễ dàng Người dùng cần định nghĩa hàm để tạo chương trình vịng thực thi (cyclic executive) chạy được: - setup() : hàm chạy khởi động chương trình, dùng để thiết lập cài đặt - loop() : hàm gọi lặp lại tắt nguồn board mạch Một chương trình điển hình cho vi điều khiển đơn giản làm cho bóng đèn Led sáng/tắt Trong môi trường Arduino, ta phải viết chương trình giống sau: Hình 3.5.2: Code sáng tắt led phần mềm IDE Một đặc điểm hầu hết board Arduino chúng có đèn LED điện trở nối chân 13 với đất; đặc điểm thuận tiện cho nhiều ứng dụng đơn giản Đoạn code đọc compiler C++ chuẩn chương trình đúng, ta click vào nút "Upload to I/O board" IDE này, copy đoạn code ghi vào file tạm với 32 Đồ án học phần extra include header phía hàm main () đơn giản nằm phía đáy, để làm cho thàn chương trình C++ khả dụng Arduino IDE sử dụng GNU toolchain AVR Libc để biên dịch chương trình, sử dụng avrdude để upload chương trình lên board Vì tảng Arduino vi điều khiển Atmel, môi trường phát triển Atmel, AVR Studio phiên Atmel Studio hơn, sử dụng để làm phần mềm phát triển cho Arduino 33 Đồ án học phần CHƯƠNG 4: KẾT NỐI LINH KIỆN, NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG VÀ LẬP TRÌNH 4.1 KẾT NỐI LINH KIỆN: 4.1.1 Kết nối Servo với Arduino: Hình 4.1.1: Kết nối Servo với arduino ARDUINO UNO PIN SERVO Dây cam -7, dây đen-GND Dây đỏ -VCC SERVO Dây cam -6, dây đen-GND Dây đỏ -VCC SERVO Dây cam -5, dây đen-GND Dây đỏ -VCC SERVO Dây cam -4, dây đen-GND Dây đỏ -VCC SERVO Dây cam -3, dây đen-GND Dây đỏ -VCC PIN GND Bảng 4.1.1: Kết nối servo với arduino 34 Đồ án học phần 4.1.2 Kết nối Cảm biến màu sắc với Arduino: Hình 4.1.2: Kết nốicảm biến màu sắc với arduino TCS3200 ARDUINO UNO VCC 5V GND GND S0 12 S1 13 S2 11 S3 10 OUT OE GND Bảng 4.1.2: Kết nối cảm biến màu sắc với arduino 35 Đồ án học phần 4.2 NGUN LÝ HOẠT ĐỘNG: Hình 4.2.1: Vị trí servo cánh tay robot  Đầu tiên, khởi động cánh tay robot set vị trí ban đầu  Động Servo(sv) hoạt động, làm cánh tay xoay góc 180 độ đến (vị trí làm việc 1)  Khi đến vị trí làm việc 1, động sv2 sv3 hoạt động đưa cánh tay phía trước (vị trí làm việc 2), đồng thời sv4 sv5 hoạt động đưa kẹp gắp vị trí hình, kẹp gắp mở nhờ sv5  Khi đến vị trí làm việc 2, cảm biến màu sắc hoạt động Khi sản phẩm có màu phân biệt đỏ, xanh vàng cảm biến phân biệt đưa dử liệu arduino xử lý  Khi arduino xử lý nhận màu sắc từ cảm biến sẻ đưa tín hiệu điều khiển đến động Tùy theo màu mà cánh tay sẻ đưa sản phẩm đến vị trí khác nhau: 36 Đồ án học phần o Màu đỏ : vị trí o Màu xanh : vị trí o Màu vàng : vị trí - Chú ý: vị trí làm việc động cơ, vị trí nơi xác định để cánh tay đến  Khi nhận tín hiệu màu rồi, sv5 sẻ hoạt động kẹp chặt vật lại Sv sv3 sẻ hoạt động đưa sản phẩm lên cao(vị trí làm việc 6)  Đến vị trí làm việc 6, sv1 sẻ hoạt động, tùy theo màu sắc mà cảm biến nhận mà sv1 đưa cánh tay xoay đến vị trí 3, vị trí hay vị trí  Khi đến vị trí làm việc 3,4 Cánh tay đưa phía trước nhờ động sv2 sv3(vị trí làm việc 2)  Khi đến vị trí làm việc 2, sv sẻ hoạt động thả vật Rồi sv2 sv3 hoạt động đưa cánh tay vị trí làm việc 6, sv5 hoạt động kẹp lại  Đến vị trí làm việc động sv2 sv3, sv1 sẻ hoạt động đưa cánh tay đến vị trí làm việc  Tiếp theo sẻ vịng lặp từ vị trí làm việc cửa động đến hết sản phẩm, cánh tay ln vị trí làm việc chờ Đến cảm biến nhận liệu lại đưa cánh tay đến vị trí làm việc  Trước tắt máy nên nhấn nút Reset, động sẻ vị trí ban đầu 37 Đồ án học phần 4.3 LẬP TRÌNH: 38 Đồ án học phần 39 Đồ án học phần 40 Đồ án học phần 41 Đồ án học phần Kết quả: chương trình chạy khơng bị lỗi Vì làm mặt lý thuyết nên khả sai chạy thực tế sẻ có… tùy cào độ sáng mơi trường nên cảm biến màu sắc sai 42 Đồ án học phần CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 5.1 KẾT LUẬN: 5.1.1 Những nhiệm vụ thực hiện: - Tìm hiểu trình hình thành phát triển Robot - Tìm hiểu arduino - Nghiên cứu, tìm hiểu phần cứng đề tài - Sưu tầm, tìm kiếm tài liệu tham khảo phục vụ cho việc nghiên cứu - Nghiên cứu, học hỏi phương pháp lập trình arduino -… 5.1.2 Những thuận lợi khó khăn thực đề tài: Thuận lợi: - Được thầy bạn hỗ trợ - Được tiếp xúc với mơi trường động xưởng thực hành làm tăng niềm đam mê tìm tịi học hỏi - … Khó khăn: - Vì vừa nghiên cứu phải đảm bảo việc học trường nên phân bố thời gian chưa nhiều - Tài liệu chủ yếu đề tài chủ yếu tiếng anh nên việc dịch có chổ chưa chuẩn xác - … 43 Đồ án học phần 5.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI: Với mà em tìm hiểu được, phát triển đề tài cánh tay robot phân loại sản phẩm thao màu thành nhiều phiên ví cánh tay robot phân loại san phẩm theo kich thước hay nhiệt độ Ngoài việc phân loại sản phẩm đề tài phát triển thành cánh tay robot dùng để gắp linh kiện, hay hàn, cắt hay khoan… Ngồi hướng phát triển mà em nghĩ có khả làm tương lai với lượng kiến thức nghiên cứu, cần phải tìm hiểu Vì Robot phát triển đa dạng nên mong thầy bổ sung hướng dẫn em nhiều 44 Đồ án học phần TÀI LIỆU THAM KHẢO: [1]https://arduinockc.blogspot.com/2016/10/arduino-loai-bo-ieu-khien-on.html [2]https://en.wikipedia.org/wiki/Robotic_arm [3]http://arduino.vn/bai-viet/602-canh-tay-robot-4-bac-tu-do-dieu-khien-bangmay-tinh-dung-labview [4]http://tailieu.vn/doc/ky-thuat-robot-chuong-1-tong-quan-ve-robot695344.html 45 ... tài cánh tay robot phân loại sản phẩm theo màu sắc Đồ án học phần CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ CÁNH TAY ROBOT PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO MÀU SẮC 2.1 GIỚI THIỆU: Đề tài cánh tay robot phân loại sản phẩm phân. .. cánh tay robot phân loại sản phẩm thao màu thành nhiều phiên ví cánh tay robot phân loại san phẩm theo kich thước hay nhiệt độ Ngoài việc phân loại sản phẩm đề tài phát triển thành cánh tay robot. .. : Robot song song (3-PRS) 12 Đồ án học phần 2.4 ỨNG DỤNG: Robot cánh tay phân loại sản phẩm theo màu ứng dụng hệ thống phân loại sản phẩm có màu khác biết trước, phát triển đề tài thay màu sắc