Đồ án tốt nghiệp đề tài nghiên cứu, thiết kế và chế tạo mô hình phân loại xoài bằng màu sắc thể tích và khối lượng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY BỘ MÔN CƠ ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài: NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MƠ HÌNH PHÂN LOẠI XỒI BẰNG MÀU SẮC THỂ TÍCH VÀ KHỐI LƯỢNG TP Hồ Chí Minh, tháng năm 2018 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY BỘ MÔN CƠ ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHỆP Đề tài: NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MƠ HÌNH PHÂN LOẠI XỒI BẰNG MÀU SẮC, THỂ TÍCH VÀ KHỐI LƯỢNG KHĨA : 2014 – 2018 TP Hồ Chí Minh, tháng năm 2018 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY Độc lập - Tự – Hạnh phúc Bộ môn …………………………… PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP (Dành cho giảng viên hướng dẫn) Họ tên sinh viên………………………………… MSSV:…………… Hội đồng:………… Họ tên sinh viên………………………………… MSSV:…………… Hội đồng:………… Họ tên sinh viên………………………………… MSSV:…………… Hội đồng:………… Họ tên sinh viên………………………………… MSSV:…………… Hội đồng:………… Tên đề tài: Ngành đào tạo: Họ tên GV hướng dẫn: Ý KIẾN NHẬN XÉT Nhận xét tinh thần, thái độ làm việc sinh viên (không đánh máy) Nhận xét kết thực ĐATN(không đánh máy) 2.1.Kết cấu, cách thức trình bày ĐATN: 2.2 Nội dung đồ án: (Cơ sở lý luận, tính thực tiễn khả ứng dụng đồ án, hướng nghiên cứu tiếp tục phát triển) 2.3.Kết đạt được: 2.4 Những tồn (nếu có): Đánh giá: T T Điểm tối đa Mục đánh giá Hình thức kết cấu ĐATN 30 Đúng format với đầy đủ cả hình thức và nội dung của các mục 10 Mục tiêu, nhiệm vụ, tổng quan đề tài 10 Tính cấp thiết đề tài 10 Nội dung ĐATN 50 Khả ứng dụng kiến thức toán học, khoa học kỹ thuật, khoa học xã hội… Khả thực hiện/phân tích/tổng hợp/đánh giá 10 Khả thiết kế chế tạo hệ thống, thành phần, quy trình đáp ứng yêu cầu đưa với ràng buộc thực tế 15 Khả cải tiến phát triển 15 Điểm đạt Khả sử dụng công cụ kỹ thuật, phần mềm chuyên ngành… Đánh giá khả ứng dụng đề tài 10 Sản phẩm cụ thể ĐATN 10 Tổng điểm 100 Kết luận: ◻ Được phép bảo vệ ◻ Không phép bảo vệ TP.HCM, ngày tháng năm 20… Giảng viên hướng dẫn ((Ký, ghi rõ họ tên) TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM CỘNG HỒ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY Độc lập - Tự – Hạnh phúc Bộ môn …………………………… PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP (Dành cho giảng viên phản biện) Họ tên sinh viên MSSV: ………….Hội đồng………… Họ tên sinh viên MSSV: ………….Hội đồng………… Họ tên sinh viên MSSV: ………….Hội đồng………… Họ tên sinh viên MSSV: ………….Hội đồng………… Tên đề tài: Ngành đào tạo: Họ tên GV phản biện: (Mã GV) Ý KIẾN NHẬN XÉT Kết cấu, cách thức trình bày ĐATN: Nội dung đồ án: (Cơ sở lý luận, tính thực tiễn khả ứng dụng đồ án, hướng nghiên cứu tiếp tục phát triển) Kết đạt được: 4 Những thiếu sót tồn ĐATN: Câu hỏi: Đánh giá: T T Điểm tối đa Mục đánh giá Hình thức kết cấu ĐATN 30 Đúng format với đầy đủ cả hình thức và nội dung của các mục 10 Mục tiêu, nhiệm vụ, tổng quan đề tài 10 Tính cấp thiết đề tài 10 Nội dung ĐATN 50 Khả ứng dụng kiến thức toán học, khoa học kỹ thuật, khoa học xã hội… 5 Điểm đạt Khả thực hiện/phân tích/tổng hợp/đánh giá 10 Khả thiết kế, chế tạo hệ thống, thành phần, quy trình đáp ứng yêu cầu đưa với ràng buộc thực tế 15 Khả cải tiến phát triển 15 Khả sử dụng công cụ kỹ thuật, phần mềm chuyên ngành… Đánh giá khả ứng dụng đề tài 10 Sản phẩm cụ thể ĐATN 10 Tổng điểm 100 Kết luận: ◻ Được phép bảo vệ ◻ Không phép bảo vệ TP.HCM, ngày tháng năm 20 Giảng viên phản biện ((Ký, ghi rõ họ tên) LỜI CẢM ƠN Nhóm chúng tơi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến quý thầy cô trường Đại học Sư phạm kỹ thuật TP Hồ Chí Minh nói chung thầy giáo khoa Cơ khí chế tạo máy, mơn Cơ điện tử nói riêng tận tình giảng dạy, truyền đạt cho kiến thức, kinh nghiệm quý báy suốt thời gian qua Đặc biệt xin gửi lời cảm ơn đến thầy Nguyễn Trường Thịnh, thầy tận tình giúp đỡ, trực tiếp bảo, hướng dẫn suốt trình làm đồ án Trong thời gian làm việc với thầy, không ngừng tiếp thu thêm nhiều kiến thức bổ ích mà cịn học tập tinh thần làm việc, thái độ nghiên cứu khoa học nghiêm túc, hiệu quả, điều cần thiết cho chúng tơi q trình học tập cơng tác sau Trong q trình hồn thành đồ án làm báo cáo đồ án, khó tránh khỏi sai sót, mong thầy, bỏ qua Đồng thời trình độ lý luận kinh nghiệm thực tiễn cịn hạn chế nên báo cáo khơng thể tránh khỏi thiếu sót, chúng tơi mong nhận ý kiến đóng góp q thầy, để học hỏi thêm nhiều kinh nghiệm Chúng tơi xin chân thành cảm ơn! TĨM TẮT Để thực đề tài nhóm tiến hành nghiên cứu vấn đề cần thiết như: đặc tính xồi cát Chu xồi cát Hịa Lộc, tình hình sản xuất phân loại xồi thủ cơng Đồng Tháp, mơ hình phân loại nơng sản ngồi nước, tiêu chuẩn đánh giá phân loại xoài từ địa phương…Đồng thời từ áp dụng nghiên cứu xồi thực tế để (khảo sát, thống kê) xây dựng nên phương pháp tính (phương trình, thuật tốn) cho kết xác Sau đưa phương án thiết kế khác (cách thức phân loại), chọn phương án tối ưu Cuối tiến hành vào khâu thiết kế, chế tạo mơ hình phân loại thực tế Nội dung thực đề tài bao gồm bước tiến hành: - Nghiên cứu mơ hình Tính tốn, thiết kế mơ hình phân loại xồi Chế tạo mơ hình phân loại xoài Đánh giá kết quả, thực nghiệm, khắc phục sai sót Sản phẩm: Mơ hình phân loại xồi cát Chu xồi cát Hịa Lộc màu sắc, thể tích khối lượng ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - Nhiệt độ làm việc -10 ~ 70 ℃ ❖ Xy lanh khí nén Chọn xy lanh chiều dài 200 mm, đường kính 5mm Hình 26: Các thiết bị sử dụng mơ hình phân loại xồi 4.4.2 Chương trình điều khiển Khai báo kết nối PLC INPUT: STT Tên CB CB CB CBT CBT CBT Địa I 0.0 I 0.1 I 0.2 I 0.3 I 0.4 I 0.5 Ghi Cảm biến xử lý ảnh Cảm biến gạt bỏ trái hỏng Cảm biến cân Loadcell Cảm biến từ gạt bỏ trái hỏng Cảm biến từ xy lanh phân loại Cảm biến từ xy lanh phân loại TRANG 77 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CBT Cảm biến từ xy lanh phân loại I 0.6 Bảng 7: Bảng địa Input PLC OUTPUT: STT Tên Địa Xy lanh Xy lanh Xy lanh Xy lanh Q 0.2 Q 0.3 Q 0.4 Q 0.5 Ghi Xy lanh phân loại Xy lanh phân loại Xy lanh phân loại Xy lanh gạt Bảng 8: Bảng địa Output PLC Sơ đồ kết nối PLC S7-1200 CPU 1212C DC/DC/DC cảm biến, xy lanh TRANG 78 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 27: Sơ đồ kết nối PLC, cảm biến, xy lanh Các bước tiến hành phân loại xồi: ● Bước 1: Tính tốn giá trị tỉ trọng Sau hoàn tất việc nhận giá trị khối lượng từ Loadcell trả tính tốn cho kết khối lượng thực tế, lúc ta truy xuất vào vùng nhớ chứa giá trị thể tích lưu mảng phần băng tải tính tốn xử lý ảnh tính thể tích để lấy giá trị, kết hợp với giá trị khối lượng tính tỉ trọng theo công thức: TRANG 79 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 𝐷= 𝑚 𝑉 ( 𝑔𝑎𝑚 𝑚𝑙) (4 6) Trong đó: D tỉ trọng trái xoài ( 𝑔𝑎𝑚 𝑚𝑙) m khối lượng trái xồi (gam) V thể tích trái xoài (mililit) Từ kết tỉ trọng vừa tính tốn được, theo tiêu chuẩn Global GAP để phân loại sau gửi liệu qua PLC để thực phân loại ● Bước 2: Phân loại sản phẩm Xoài chia làm loại tương ứng với tiêu chuẩn khác (khối lượng, thể tích) Được phân xy lanh đẩy xoài vào thùng chứa tương ứng đặt trước xy lanh đẩy PLC sau nhận tín hiệu xử lý đưa kích hoạt Timer đếm thời gian cho xy lanh đẩy phân loại Timer có giá trị 3s, 7s, 11s tương ứng với xy lanh phân loại loại 1, loại loại Các giá trị thời gian xác định dựa vào việc tìm khoảng cách vị trí trái xồi sau cân đến vị trí xy lanh, ước lượng thời gian tương ứng TRANG 80 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Chương 5: THỰC NGHIỆM, ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 5.1 Kết thực nghiệm Hình 1: Mơ hình phân loại xồi màu sắc, thể tích khối lượng Sau q trình chạy thực nghiệm mơ hình ta thu số kết sau: Về diện tích khuyết tật, ban đầu ta tìm khuyết tật dễ tính tốn để có sở so sánh với kết thu TRANG 81 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 2: Tính diện tích thực khuyết tật xồi để kiểm so sánh với tính tốn Hình 3: Tính diện tích khuyết tật từ mơ hình Từ ta có bảng kết tính tốn diện tích khuyết tật thực tế ST T 10 Diện tích khuyết tật thực tế 3.156 2.45 5.8 4.34 4.6 0.923 0.85 2.8 4.32 Diện tích khuyết tật tính toán 3.13 2.37 5.76 4.31 4.61 0.89 0.86 2.78 4.4 2.92 TRANG 82 Sai số (%) -0.824 -3.265 -0.69 -0.691 0.217 -3.575 1.176 -0.714 1.852 -2.667 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 2.5 0.78 1.26 4.9 2.37 2.12 2.45 0.96 1.25 1.39 2.59 0.774 1.28 4.83 2.342 2.13 2.432 0.971 1.21 1.378 3.6 -0.769 1.587 -1.429 -1.181 0.472 -0.735 1.146 -3.2 -0.863 Bảng 1: Đánh giá kết diện tích khuyết tật tính tốn thực nghiệm Diện tích khuyết tật thu có sai số so với diện tích khuyết tật ta đo thực nghiệm, sai số khơng đáng kể Diện tích khuyết tật nhỏ sai số lớn, sai số độ phân giải camera cịn hạn chế, xuất tình trạng cưa quanh vùng hư hỏng Và trình hoạt động, tượng run lắc băng tải làm ảnh thu có tình trạng nhiễu Tuy nhiên sai số chấp nhận Ta có kết thể tích xồi thu từ tính tốn thực nghiệm : STT 10 11 12 13 14 15 Thể tích thực tế(ml) 370 441 405 460 360 392 270 570 330 382 440 534 414 436 382 Thể tích tính tốn (ml) 368.1423 440.8458 395.4682 468.124 351.6716 400.6998 268.3535 581.9011 336.216 376.0064 437.8234 531.4943 421.319 430.0219 372.7798 TRANG 83 Sai số (%) -0.50 -0.04 -2.35 1.77 -2.31 2.22 -0.61 2.09 1.88 -1.57 -0.50 -0.47 1.77 -1.37 -2.41 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 16 17 18 19 20 21 22 288 422 490 406 536 380 404 284.0732 415.0136 479.7589 410.9398 538.5071 374.7786 397.963 -1.36 -1.66 -2.09 1.22 0.47 -1.37 -1.49 Bảng 2: Đánh giá kết thể tích thu từ tính tốn thực tế Biểu đồ 1: So sánh thể tích tính tốn thể tích thực tế Với kết thể tích tính tốn thu so với thể tích thực tế có sai số lớn 4.13% Và sai số nhỏ chấp nhận Phần lớn sai số tạo thành phân giải camera thấp, băng tải chạy cịn run nên xồi khơng ổn định di chuyển sai số hồi quy đa biến tạo thành TRANG 84 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Kết khối lượng xồi thu từ tính tốn thực nghiệm: STT Khối lượng thật (gam) 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 377.4 463.491 415.125 456.32 348.84 416.304 278.37 610.47 351.12 412.942 457.16 559.098 435.114 450.388 393.078 301.824 436.77 507.64 442.946 549.4 352.64 Khối lượng tinh toán (gam) 376.2414 466.4149 409.7051 461.1021 347.8032 420.2885 283.6422 617.9790 353.0614 409.587 456.6498 568.5906 441.7693 449.3729 389.1110 298.8450 429.8733 505.4983 446.2475 555.2008 350.593 TRANG 85 Sai số (%) -0.31 0.63 -1.31 1.05 -0.30 0.95 1.89 1.23 0.55 -0.812 -0.11 1.70 1.53 -0.23 -1.01 -0.99 -1.58 -0.42 0.75 1.06 -0.58 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 22 401.98 396.8861 -1.27 Bảng 3: Đánh giá kết khối lượng thu từ thực tế tính tốn Biểu đồ 2: So sánh khối lượng tính tốn khối lượng thực tế Với kết khối lượng tính tốn thu so với khối lượng thực tế có sai số lớn 1,89 % Và sai số nhỏ chấp nhận Phần lớn sai số tạo thành chạy băng tải bị rung lắc phần tín hiệu khuếch đại trả PLC Loadcell bị nhiễu TRANG 86 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Kết tỉ trọng thu từ tính tốn thực tế STT 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 Tỉ trọng thực tế 1.02 1.051 1.025 0.992 0.969 1.062 1.031 1.071 1.064 1.081 1.039 1.047 1.051 1.033 1.029 1.048 1.035 1.036 1.091 1.025 0.928 0.995 Tỉ trọng tính tốn 1.022 1.058 1.036 0.985 0.989 1.051 1.019 1.062 1.062 1.091 1.043 1.031 1.029 1.045 1.058 1.052 1.051 1.057 1.072 1.031 0.945 1.023 Sai số (%) 0.196 0.666 1.073 -0.706 2.064 -1.036 -1.164 -0.84 -0.188 0.925 0.385 -1.528 -2.093 1.162 2.818 0.382 1.546 2.027 -1.742 0.585 1.832 2.814 Bảng 4: Đánh giá kết tỉ trọng thu từ thực tế tính tốn TRANG 87 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Biểu đồ 3: So sánh tỉ tọng tính tốn tỉ trọng thực tế Qua kết so sánh ta nhận thấy sai số tỉ trọng tính so với tỉ trọng tính thực tế lớn 2,82% Sai số nhỏ nên kết chấp nhận 5.2 Đánh giá kết Từ kết thu trình thực nghiệm ta thấy: - Đáp ứng yêu cầu mà đề tài đặt ra: xác định thể tích, khối lượng, kích thước, phân loại theo tiêu chuẩn Kết thu giá trị thể tích, khối lượng tỉ trọng, nhận biết hư hỏng bề mặt, màu sắc Giá trị tính tốn sau xử lý từ mơ hình có sai số nhỏ so với kết thực tế Áp dụng công nghệ kĩ thuật thị giác máy tính thuật tốn xác định khối lượng vào mơ hình Mơ hình sau thực nghiệm đáp ứng yêu cầu đặt ban đầu đề tài nhóm nhận thấy mơ hình cịn vài điểm thiếu xót, hạn chế như: TRANG 88 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - Số lượng xồi phân loại cịn Tốc độ xử lý cịn thấp Chỉ dừng lại việc phân loại xồi chưa áp dụng cho loại nông sản khác 5.3 Phân cơng cơng việc Trong q trình thiết kế hồn thành mơ hình nhóm phân chia cơng việc bạn thiết kế phần cấu định Sau đóng góp ý kiến để nhận đồng ý chung nhóm cuối kết nối chúng lại với để hồn thiện mơ hình phân loại xoài: - Nguyễn Đắc Khánh : phụ trách thiết kế phần băng tải xử lý ảnh (dùng camera tìm khuyết tật hình dạng, màu sắc) Nguyễn Hữu Tý : phụ trách thiết kế phần băng tải xử lý tính tốn thể tích Dương Tấn Chì : phụ trách thiết kế tính tốn khối lượng xồi (dùng Loadcell kết nối với PLC truyền liệu PLC với C# ) Nguyễn Hữu Phi : phụ trách thiết kế cấu gạt phân loại xoài (xy lanh điều khiển PLC) TRANG 89 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Chương 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 6.1 Kết luận Việc hồn thành mơ hình phân loại xồi dựa màu sắc, thể tích khối lượng góp phần tạo sở, tảng cho phát triển theo hướng công nghiệp khâu phân loại sản phẩm nông nghiệp vốn xưa tiến hành hoàn toàn thủ cơng Đó kết hợp thị giác máy tính thay cho mắt người việc nhận dạng bề ngồi, màu sắc, hình dạng trái xồi (kiểm tra khuyết tật: đốm đen, biến dạng, hư hỏng…) thuật tốn xử lý khối lượng thơng qua cảm biến Loadcell kết nối với PLC để đưa khối lượng xác cho trái xồi Góp phần tăng chất lượng xoài phân loại, đảm bảo yêu cầu đầu đạt tiêu chuẩn quy định tổ chức nước, quốc tế (Global GAP, VietGAP…) đem lại vị thương hiệu chỗ đứng trái xoài Việt Nam thị trường quốc tế, cạnh tranh nước lớn uất Xoài khác như: Ấn Độ, Trung Quốc, Thái Lan… đồng thời giảm chi phí, thời gian việc phân loại thủ công, tăng suất lớn Xa việc áp dụng tiến nghiên cứu khoa học không dừng lại việc phân loại xồi mà cịn phát triển, áp dụng dối với mặt hàng nông sản khác nước ta như: Cam, sầu riêng, vải, chôm chôm…(sự kết hợp phân loại nhiều loại nông sản máy) Phát triển từ tảng mơ hình sang yếu tố cơng nghiệp sản xuất hàng loại, góp phần phát triển ngành xuất nông sản nước ta, đem lại nguồn lợi kinh tế to lớn, đồng thời làm chủ công nghệ không phụ thuộc vào công nghệ nước Đưa sản phẩm nước ta đến với nước giới, đặc biệt thị trường tiềm như: châu Âu, Mĩ 6.2 Hướng phát triển Từ hạn chế q trình hồn thành thực nghiệm, nhóm rút số kinh nghiệm cần thiết để khắc phục hạn chế, từ hồn thiện mơ phát triển sản phẩm tồn diện, hướng tới mục tiêu thương mại hóa sản phẩm: TRANG 90 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - Tăng số loại xoài phân loại cấu Phát triển thêm cấu cấp xồi tự động vào mơ hình Tối ưu hóa hiệu mơ hình (độ xác…) Phát triển từ mơ hình thành máy cơng nghiệp sản xuất quy mô lớn Phân loại nhiều loại sản phẩm TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Lê Hồng Nhật (cb), Phạm văn Chững, Lê Thanh Hoa, Võ Thị Lệ Uyển (2017), “Giáo trình kinh tể lượng”, Nhà xuất DHQGTP.HCM, Trang 47-58 Tiếng Anh [2] Bimba Manufacturing Company (2012) “Pneumatic Application & Reference Handbook”, pp 24 [3] Nguyen Thanh Hai (2015) “Image processing”, Nhà xuất DHSPKT pp 36-60 TRANG 91