Phát triển hệ thống tự động tách cuống trái ớt tươi .Phát triển hệ thống tự động tách cuống trái ớt tươi .Phát triển hệ thống tự động tách cuống trái ớt tươi .Phát triển hệ thống tự động tách cuống trái ớt tươi .Phát triển hệ thống tự động tách cuống trái ớt tươi .Phát triển hệ thống tự động tách cuống trái ớt tươi .Phát triển hệ thống tự động tách cuống trái ớt tươi .Phát triển hệ thống tự động tách cuống trái ớt tươi .Phát triển hệ thống tự động tách cuống trái ớt tươi .Phát triển hệ thống tự động tách cuống trái ớt tươi .Phát triển hệ thống tự động tách cuống trái ớt tươi .Phát triển hệ thống tự động tách cuống trái ớt tươi .Phát triển hệ thống tự động tách cuống trái ớt tươi .Phát triển hệ thống tự động tách cuống trái ớt tươi .Phát triển hệ thống tự động tách cuống trái ớt tươi .Phát triển hệ thống tự động tách cuống trái ớt tươi .Phát triển hệ thống tự động tách cuống trái ớt tươi .Phát triển hệ thống tự động tách cuống trái ớt tươi .Phát triển hệ thống tự động tách cuống trái ớt tươi .Phát triển hệ thống tự động tách cuống trái ớt tươi .Phát triển hệ thống tự động tách cuống trái ớt tươi .Phát triển hệ thống tự động tách cuống trái ớt tươi .Phát triển hệ thống tự động tách cuống trái ớt tươi .
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển tự động hóa Mã ngành: 9520216 HUỲNH QUỐC KHANH PHÁT TRIỂN HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG TÁCH CUỐNG TRÁI ỚT TƯƠI NĂM 2023 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ Người hướng dẫn chính: TS Nguyễn Văn Cương Luận án bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ cấp trường Họp tại: (Hội trường…, Trường Đại học Cần Thơ) Vào lúc … … ngày … tháng … năm … Phản biện 1: PGS TS ………………………………… Phản biện 2: PGS TS ………………………………… Phản biện 3: PGS TS ………………………………… Xác nhận xem lại Chủ tịch Hội đồng PGS TS ………………………… Có thể tìm hiểu luận án thư viện: - Trung tâm Học liệu, Trường Đại học Cần Thơ - Thư viện Quốc gia Việt Nam DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ Tạp chí quốc tế H.Q Khanh, N.C Ngon, V.N.H Phuc, T.N.P Lan, L.P Hung, L.D.K Linh and N.V Cuong, 2021 “Crack Identification on the Fresh Chilli (Capsicum) Fruit Destemmed System,” Journal of Sensors, vol 2021, Article ID 8838247 DOI: 10.1155/2021/8838247 Tạp chí nước H.Q Khanh, V.N.H Phúc N.V Cương, 2020 “Mơ hình tốn xác định lực tách cuống trái ớt tươi,” Tạp chí Cơ khí Việt Nam, Số 9(2020), trang 24-30 H.Q Khanh, N.C Ngon, T.N.P Lan, V.N.H Phuc, H.T Thuong and N.V Cuong, 2022 “Evaluating the optimal working parameters of the color sensor TCS3200 in the fresh chili destemming system”, Can Tho University Journal of Science, Vol 14, No (2022): 3542) DOI: 10.22144/ctu.jen.2022.004 Chương sách H.Q Khanh, N.C Ngon, W.C Lin, V.N.H Phuc, T.N.P Lan, L.D.K Linh and N.V Cuong, 2021 “Design of Chili Fruit Flipping Mechanism for Identification of the Damages Caused by Diseases”, In: Advances in Intelligent Systems and Computing, Choudhury S., Gowri R., Sena Paul B., Do DT (eds) Singapore: Springer, 2021, vol 1341, pp 185-194 DOI: 10.1007/978-981-16-1510-8_20 H.Q Khanh, N.C Ngon, J.R Ho, V.N.H Phuc and N.V Cuong, 2021 “Evaluation on the Diseased Damage Grading Model of the Fresh Destemmed Chilli Fruits”, In: Smart Innovation, Systems and Technologies, Reddy A.N.R., Marla D., Favorskaya M.N., Satapathy S.C (eds) Singapore: Springer, 2021, vol 265, pp 147-155 DOI: 10.1007/978-981-16-6482-3_15 H.Q Khanh, N.C Ngon, J.R Ho, T.N.P Lan, N.H Cuong, V.N.H Phuc and N.V Cuong, 2022 “A Force Model for Controlling the Destemming Process of the Fresh Chilli Fruit”, In: Lecture Notes in Networks and Systems, N Duy Cuong et al (eds) Switzerland: Springer, vol 366, 2022, pp 1-10 DOI: 10.1007/978-3-030-925741_6 Kỷ yếu hội nghị quốc tế H.Q Khanh, N.C Ngon, V.N.H Phuc, L.H Tam, L.D.K Linh and N.V Cuong, 2020 “Identification of the Damages Caused by Diseases on Fresh Destemmed Chili Fruits,” In: The 2020 12th International Conference on Knowledge and Systems Engineering (KSE2020), Can Tho, Vietnam, November 2020, Vietnam: IEEE, 2020, pp 126-130 DOI: 10.1109/KSE50997.2020.9287653 Giải pháp h u ích H.Q Khanh, N.V Cương, V.N.H Phúc, L.Đ.K Linh, N.H Thanh L.P Hưng, 2022 “Máy tách cuống ớt” B ng độc quy n Giải pháp h u ích số 2822 theo Quyết định số 1235w/QĐ-SHTT ngày 24/01/2022 Đ tài nghiên cứu khoa học cấp s H.Q Khanh, L.P Hưng T.N.P Lan, 2020 “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo máy tách cuống trái ớt tươi” Đ tài nghiên cứu khoa học cấp s năm 2019, Trường Đại học Cần Thơ, mã số: T2019-02 (Chủ nhiệm đ tài – nghiệm thu vào tháng 9/2020) CHƯƠNG GIỚI THIỆU 1.1 Lý chọn đề tài Ớt nông sản phổ biến với sản lượng thu hoạch hàng năm khu vực Đồng b ng Sông Cửu Long (ĐBSCL) 90.000 tấn, nhu cầu tách cuống trái ớt tươi cần thiết Khâu tách cuống ớt thực hồn tồn thủ cơng, dẫn đến nhi u khó khăn Nhi u nghiên cứu thực để giải vấn đ đ u có hạn chế như: khơng tách hồn tồn cuống, làm dập thân trái, cịn lẫn ớt bệnh, … Luận án nghiên cứu “Phát triển hệ thống tự động tách cuống trái ớt tươi” thực nh m ứng dụng tự động hóa, giới hóa vào khâu tách cuống trái ớt tươi Từ giải vấn đ đáp ứng nhu cầu cấp thiết kinh tế, xã hội, nâng cao giá trị tính cạnh tranh chuỗi sản phẩm ớt 1.2 Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu luận án trái ớt tươi sau thu hoạch cần tách cuống Ngồi cịn có đối tượng nghiên cứu khác như: quy trình, phương pháp, nhu cầu tách cuống, … 1.3 Mục tiêu nghiên cứu 1.3.1 Mục tiêu tổng quát Luận án hướng đến mục tiêu phát triển hệ thống tự động tách cuống phân loại trái ớt tươi, để giải vấn đ ứng dụng tự động hóa giới hóa vào khâu xử l , chế biến ớt, giúp làm giảm công lao động thủ công, tăng khả cạnh tranh nâng cao chuỗi giá trị sản xuất, chế biến kinh doanh ớt 1.3.2 Mục tiêu cụ thể Các mục tiêu cụ thể luận án trình bày sau: Đánh giá ưu, nhược điểm hệ thống tách cuống hiện; Xây dựng nguyên lý hoạt động mơ hình hệ thống tách cuống phù hợp, đáp ứng yêu cầu; Chứng minh tính khả thi khả ứng dụng nguyên lý hoạt động mơ hình hệ thống đ xuất 1.4 Nội dung nghiên cứu Nh ng nội dung nghiên cứu luận án sau: Lược khảo tổng quan tài liệu, đ xuất nguyên lý hoạt động hệ thống tự động tách cuống cụm phân loại trái ớt tươi; Xác định thông số thiết kế cần thiết; Xây dựng mơ hình kiểm sốt lực tách cuống; Xây dựng mơ hình mạng CNN để phát vết nứt vết bệnh; Khảo nghiệm, đánh giá khả hoạt động ứng dụng mơ hình hệ thống tự động tách cuống, phân loại trái ớt tươi 1.5 Những đóng góp luận án · · · · Luận án đạt nh ng điểm sau: Nguyên lý xếp tách cuống thiết lập phù hợp với đặc tính hình dạng, màu sắc giống ớt khu vực ĐBSCL; Mơ hình tốn dùng để mơ tả thay đổi lực tách cuống cần thiết theo thời gian bảo quản; Mơ hình l ực dùng để kiểm sốt lực kẹp tách cuống xây dựng dựa nguyên lý tách cuống; Mơ hình mạng CNN phát vết nứt vết bệnh trái ớt 1.6 Ý nghĩa khoa học ý nghĩa thực tiễn 1.6.1 Ý nghĩa khoa học Luận án góp phần làm sáng tỏ luận khoa học v phương pháp dự đoán lực tách cuống cần thiết phương pháp kiểm soát lực tách cuống, làm sáng tỏ khả ứng dụng trí tuệ nhân tạo kết hợp với thị giác máy tính để giải vấn đ phân loại, nâng cao chất lượng trình tách cuống trái ớt tươi 1.6.2 Ý nghĩa thực tiễn Luận án đ xuất mơ hình hệ thống tự động tách cuống phân loại trái ớt tươi Các thí nghiệm chứng minh tính khả thi phù hợp mơ hình với u cầu thực tiễn trình chế biến ớt khu vực ĐBSCL, có khả triển khai ứng dụng vào thực tế, phát triển kinh tế xã hội chuỗi giá trị ớt CHƯƠNG PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN 2.1 Phân tích mối liên kết cuống thân trái ớt tươi Các giống ớt phổ biến ĐBSCL giống thiên, có đặc điểm trái ớt hướng lên phía Khi chín, trái có màu đỏ, cuống màu xanh, ăn có vị cay, nồng, hình dạng thẳng, cong Hình 2.1: Liên kết gi a cuống thân trái ớt Hình 2.1 mơ tả chi tiết mối liên kết gi a cuống thân trái ớt Theo đó, cuống trái ớt bao gồm lớp vỏ cuống (biểu bì) bên ngồi, lớp sợi dạng ống có tác dụng chịu lực phần cuống Cả ba lớp đ u có hai tác dụng dẫn truy n chất dinh dưỡng chịu lực, nhiên, lớp có chức riêng vượt trội Hình 2.2: Biến dạng phức tạp cuống ớt Tại vị trí liên kết gi a cuống thân trái ớt (Hình 2.1), lớp sợi dạng ống có xu hướng phình to tạo nên vòng liên kết với thân Đây yếu tố tạo lực liên kết gi a cuống thân trái ớt Trong trình tách cuống khỏi thân theo phương pháp kéo tách, mối liên kết gi cuống thân chịu biến dạng phức tạp vừa kéo vừa uốn Sự phá hủy bắt đầu b i biến dạng uống vượt mức chịu đựng cuống điểm bắt đầu phá hủy xuất vị trí kéo nhi u (Hình 2.2 a) Sau đó, tác dụng lực kéo-uốn, biến dạng lan dần v phía cịn lại tồn cuống tách khỏi thân trái ớt (Hình 2.2b) 2.2 Nguyên lý hoạt động hệ thống Hình 2.3: Nguyên lý hoạt động cụm tự động tách cuống Sơ đồ nguyên lý hoạt động hệ thống tự động tách cuống trái ớt tươi đ xuất trình bày Hình 2.3 Hình 2.4 Tồn hệ thống đ xuất bao gồm cụm chức sau: • Cụm cấp ớt (Hình 2.3) bố trí vị trí hệ thống với nhiệm vụ nhận nguyên liệu ớt từ phễu tách rời cụm ớt để cấp nguyên liệu dạng trái cho cụm xếp phía sau • Cụm xếp ớt (Hình 2.3) bố trí sau cụm cấp ớt, có nhiệm vụ xếp cho cuống trái ớt đưa băng tải khoảng cách 25÷35 mm để sẵn sàng tách rời Phía cụm mơ đun xếp ớt sử dụng cảm biến màu TCS3200 để phát hiện, gạt, đưa cuống bên băng tải · Cụm tách cuống (Hình 2.3) bố trí sau cụm xếp Các chi tiết cụm có nhiệm vụ kẹp gi phần thân để tiếp tục di chuyển băng tải theo phương ngang, dây đai bánh đỡ thực kẹp di chuyển cuống v phía đến tách khỏi phần thân di chuyển phía băng tải · Cụm phân loại ớt bệnh ớt nứt thiết kế để nâng cao chất lượng thành phẩm (Hình 2.4) Cụm bố trí cuối hệ thống với cấu đảo có dạng bánh phối hợp với dây đai gi trái ớt rãnh xoay 180º để đưa phần phía trái ớt lên phía Cơ cấu giúp khắc phục hạn chế máy quay phim quay phía trái ớt, nhờ tồn thân trái ớt kiểm tra 2.3 Xác định kích thước, trọng lượng áp suất phá hủy cuống Các kích thước trái ớt xác định bao gồm thông số: chi u dài phần thân trái ớt lth, chi u dài phần cuống l s, chi u dài tồn trái ớt lf, đường kính cuống vị trí cách thân 10 mm ds, đường kính thân df độ cong toàn phần trái ớt dco Hình 2.4: Nguyên lý hoạt động cụm phân loại ớt Trọng lượng trái ớt xác định b ng cách lấy mẫu ớt gồm 500 trái ớt tươi để cân tổng trọng lượng tính trung bình nhóm ớt Áp suất phá hủy cuống ớt P áp suất tối thiểu mà cuống ớt bị phá hủy làm phần Giá trị cần thiết phải đo để làm s kiểm sốt q trình tách cuống, giúp tránh tình trạng lực kẹp lớn làm nát cuống, dẫn đến khả kẹp Kết xác định áp suất phá hủy cuống ớt xác định P = 128,8 ± 8,3 (N/mm2) 2.4 Mơ hình dự đốn lực tách cuống cần thiết Lực tách cuống cần thiết F lực tối thiểu cần phải tạo để tách rời hoàn toàn phần cuống khỏi thân trái ớt Lực phụ thuộc vào độ dòn, độ dẻo ớt sau thu hoạch, đồng thời chịu tác động q trình chín nước sau thu hoạch; đ xuất hàm số thay đổi theo thời gian bảo quản trái ớt t có dạng F = f(t) Để xây dựng mơ hình tốn, trước tiên lực tách cuống cần thiết xác định b ng phương pháp đo với kết Hình 2.5 Căn vào đặc tính giá trị lực tách cuống cần thiết theo thời gian bảo quản, nh ng mơ hình tốn phù hợp đ xuất Bảng 2.1 Lực tách cuống F (N) CP1 CP4 Mten 0 16 24 32 40 48 56 64 72 80 88 96 104 112 120 Thời gian lưu tr t (giờ) Hình 2.5: Kết xác định lực tách cuống cần thiết Phương trình tốn biểu diễn lực tách cuống ớt cần đảm bảo hai đặc điểm sau: (1) Có điểm cực đại, hàm số tăng đến điểm cực đại sau đảo chi u giảm dần; (2) Tiệm cận biên phải hàm số không tiến v giá trị 0, có đạt giá trị nên cách xa v bên phải điểm Hình 2.9: Trái ớt cần phân loại Như mơ tả Hình 2.4, lăn lật chế tạo b ng nhựa sản xuất b ng phương pháp in 3D Hướng nhìn từ xuống mơ tả Hình 2.10 Mơ hình chạy chế độ liên tục để đánh giá khả đảo trái ớt Có 12 mẫu, mẫu chứa 200 trái ớt, sử dụng thí nghiệm Mỗi mẫu chạy lần Trái ớt đặt mặt phẳng n m ngang trạng thái cân b ng tự nhiên Hình 2.11a Phần trái ớt đánh dấu b ng vệt mực Mặt đánh dấu gọi “mặt trên”, mặt lại “mặt dưới” Trái ớt đặt vào rãnh lăn lật (Hình 2.11b), sau di chuyển đến vị trí máy quay để chụp ảnh (Hình 2.11c) Tại đây, gi bên rãnh b i mặt dây đai dần xoay trình di chuyển đến vị trí Hình 2.10: Hướng nhìn từ cấu đảo trái ớt Sau thoát khỏi rãnh lăn lật, trái ớt kiểm tra vết mực quay xuống phía trái ớt đảo hồn tồn Hình 11 2.11d Nếu vết mực n m mặt bên trạng thái gọi đảo bán phần (Hình 2.11e) Cịn lại trường hợp khơng đảo Hình 2.11f Hình 2.11: Các vị trí trái ớt cấu đảo 2.7.3 Mơ hình phân loại ớt nứt Cấu trúc mạng CNN dùng để phát vết nứt thân ớt trình bày Hình 2.12 Mạng gồm lớp đầu vào có 1.024 nơron, lớp ẩn với 64 nơron lớp đầu có nơron tương ứng với hai trạng thái: khơng có vết nứt có vết nứt Tập ảnh huấn luyện gồm 6.000 ảnh gốc Có thao tác xử lý ảnh sử dụng để đa dạng hóa d liệu là: xoay 45°, đối xứng, phóng to kéo giãn Kết tạo tập hợp 30.000 ảnh xám có kích thước 32×32 để huấn luyện mạng nơron b ng cơng cụ Jupyter notebook Hình 2.12: Mơ hình mạng CNN phát vết nứt Mỗi ảnh xử lý qua lớp chập 32, 64, 128 256 kernel, sau tiếp tục làm phẳng để chuyển thành ma trận cột có kích thước 12 1.024×1 Q trình huấn luyện tính tốn hàm mát “CaterogicalCrossentropy” cập nhật thông số mạng b ng hàm “Adam” 2.7.4 Mơ hình phân loại ớt bệnh Mơ hình mạng thần kinh tích chập (CNN) xây dựng để phát vết bệnh xuất thân trái ớt có dạng giống mơ hình phân loại ớt nứt (Hình 2.12) thơng số cấu trúc mạng có khác Nó bao gồm lớp tích chập 32, 64, 128 256 kernel với tỷ lệ dropout 1/2 phương pháp trích giá trị tối đa (Max pooling) Một ảnh xám có kích thước 32×64 pixel sau qua lớp tích chập làm phẳng thành ma trận 2.048×1 để đưa vào mạng thần kinh nhân tạo Mạng gồm lớp đầu vào có 2.048 nơron, lớp ẩn với 90 nơron lớp lớp đầu có nơron tương ứng với trường hợp xảy cụm phân loại: có vết bệnh, khơng có vết bệnh khơng có trái ớt Tổng số ảnh gốc dùng để huấn luyện đánh giá tương ứng 16.330 6.530 ảnh Toàn số ảnh trải qua thao tác đa dạng hóa tạo tập d liệu 114.300 ảnh Sau thời gian huấn luyện 30 phút 70 chu kỳ huấn luyện, kết trả v tập tin mơ hình định dạng h5 lưu máy tính, sẵn sàng cho trình nhận dạng 13 CHƯƠNG KẾT QUẢ THẢO LUẬN 3.1 Kết mơ hình dự đốn lực tách cuống cần thiết Lực tách cuống trái ớt tươi theo thời gian bảo quản sau thu hoạch xác định trình bày chi tiết Hình 2.5 Để đánh giá mơ hình xây dựng, kết dự đốn so sánh với lực tách cuống mẫu kiểm chứng (độc lập với mẫu sử dụng để xây dựng mơ hình) trình bày Hình 3.1 Kết cho thấy giá trị lực tách cuống trái ớt cực đại dự đốn b i mơ hình toán thực nghiệm gần b ng nhau; giá trị 4,7/ 4,4/ 4,3 N tương ứng với giống ớt CP1/ CP4/ MTen Các đồ thị Hình 3.1 cho thấy giá trị cực đại lực tách dự đoán thấp giá trị kiểm chứng 8,5%/ 8,3%/ 4,5% tương ứng với giống ớt CP1/ CP4/ MTen Giống CP1 có giá trị lực tách cuống cực đại lớn hai giống lại 7% 9,3%; tượng giải thích l tính giống ớt CP1 có cuống liên kết với thân trái chắn Hình 3.1: Thực nghiệm kiểm tra sai số mơ hình dự đốn lực tách cuống Cả hai mơ hình toán đ u cho kết tốt khoảng thời gian khảo sát từ đến 120 bảo quản Tuy nhiên giai đoạn sau 120 giờ, mơ hình Gaussian hiệu chỉnh tuyến tính cho khả dự báo đáng tin cậy có xu hướng giảm dần đ u tiệm cận v giá trị > 0; mơ hình đa thức bậc cịn lại cho kết tin cậy lực có xu hướng tăng nhanh (Hình 3.1) 14 3.2 Kết đánh giá hoạt động cảm biến màu TCS3200 Có 100 trái ớt kiểm tra lần trái, tổng số lần kiểm tra 300 Tín hiệu kênh màu đỏ có giá trị cường độ lớn nhi u sơ với kênh màu xanh nên khuyên dùng Giá trị kênh màu đỏ khảo sát vận tốc 100 mm/s độ cao: 15, 20, 25, 30 40 mm Kết trình bày Hình 3.2 Ở độ cao 15 mm 40 mm, khơng thể tìm thấy ngưỡng điểm đỉnh thấp cao điểm đáy cao Ở chi u cao 20 mm, khác biệt phát được, nhiên nhỏ đáng kể so với chi u cao 25 mm 30 mm Do đó, giá trị tín hiệu đỉnh tín hiệu đáy độ cao 25 mm 30 mm lựa chọn để phân tích sâu Đỏ (15) Đỏ (20) Đỏ (25) Đỏ (30) Chu kỳ tín hiệu T (µs) 6000 4000 2000 101 201 301 401 Thời gian (× 0.01 s) Hình 3.2: Tín hiệu kênh màu đỏ 501 601 vận tốc 100 mm/s 10 trái ớt Như mô tả Bảng 3.1, chi u cao 30 mm tạo khác biệt đáng kể gi a trung bình đỉnh trung bình đáy 1031,4 µs so với 498,8 µs độ cao 25 mm Tuy nhiên, xem xét chênh lệch gi a điểm đỉnh thấp điểm đáy cao nhất, chi u cao 25 mm thu khác biệt đáng kể đạt 238 µs so với chênh lệch 154 µs độ cao 30 mm Vì vậy, khoảng cách 25 mm chi u cao lắp đặt cảm biến phù hợp để có khác biệt rõ ràng gi a trạng thái có khơng có ớt 15 Bảng 3.1: Tín hiệu màu đỏ vận tốc 100 mm/s (Đơn vị: µs) Độ cao (mm) 25 30 582,0 441,9 820,0 940,8 238,0 154,0 1.546,0 1.056,7 1.700,0 2.088,1 498,8 1031,4 3.3 Kết hoạt động cụm tách cuống Thử nghiệm thực nhóm 1.000 trái ớt Tổng chi u dài đường kính tối đa chúng n m khoảng 80 ± mm 8,5 ± 0,7 mm Tốc độ chạy băng tải thiết lập 60 mm/s, tương đương với suất 1,5 trái ớt/giây ~ 10 kg/giờ Một đoạn phim ngắn mơ tả lại q trình tách cuống 11 trái ớt chuẩn bị trình bày liên kết: https://youtu.be/j1VbUdmiTGQ Để đoạn phim mô tả rõ ràng, tiến hành quay, thử nghiệm chạy tốc độ chậm Cuống ớt đưa Cuống tách Trái ớt n m băng tải Hình 3.3: Kiểm tra hệ thống tách cuống Hình 3.3 mơ tả q trình kiểm tra hoạt động hệ thống tách cuống Bảng 3.2 trình bày kết tổng hợp đánh giá hoạt động cụm tách cuống Kết thử nghiệm đạt tỷ lệ thành công trung bình hệ thống 96,2% Tỷ lệ lỗi chung 3,8% Lỗi bao gồm lỗi cấu xếp lỗi chế tách cuống Lực tách cuống thiết lập phạm vi thích hợp q trình thử nghiệm Chỉ có số 1.000 trái ớt có tượng kẹp cuống khơng đủ chặt Và khơng có trường hợp phá nát cuống tìm thấy 16 tất trường hợp Các trường hợp lỗi lại chiếm 36/1.000 trái ớt, chủ yếu lỗi cụm xếp chưa đẩy cuống vào vị trí Bảng 3.2: Kết khảo sát hoạt động cụm tách cuống Trường hợp Số lượng (trái) Tỷ lệ (%) 962 96,2 0,2 36 3,6 Thành công Kẹp không đủ chặt Sắp xếp sai vị trí Tổng Vận tốc Năng suất lth df (mm/s) (trái/giờ) (mm) (mm) 60 5.400 80,0 ± 6,0 8,5 ± 0,7 1.000 3.4 Kết hoạt động mơ hình đảo trái ớt để phân loại 92% 1.800 1.00 1.300 2.600 97.200 96.100 2.900 3.500 3.200 93.300 94% 96.900 96% 94.600 2.500 1.900 1.00 97.100 700 2.400 96.900 600 2.900 96.500 900 2.300 2.300 600 97.100 900 2.100 97.00 700 2.400 96.900 3.500 98% 95.700 Tỷ lệ thành công (%) 100% 800 Vận tốc tịnh tiến dây đai thiết lập khoảng 25 ÷ 116,67 mm/s, tương ứng với suất từ 3.600 đến 16.800 trái/giờ Để thực đánh giá này, cấp tốc độ, có lần kiểm tra 200 trái ớt Số lần kiểm tra tương đương 1.000 lần cấp tốc độ tổng cộng có 12.000 lần tồn 12 cấp tốc độ khác 90% Vận tốc (mm/s) Hình 3.4: Ảnh hư ng vận tốc đến tỷ lệ đảo trái ớt thành cơng Hình 3.4 trình bày tỷ lệ đảo trung bình vận tốc khác Theo đó, tỷ lệ đảo thành cơng trung bình đạt mức 96,3% Giá trị có 17 suy giảm lượng nhỏ xuống mức 93,3% vận t ốc 100 mm/s Đồng thời, tỷ lệ đảo bán phần mức thấp, quanh giá trị 2,5% Tỷ lệ khơng đảo có thay đổi nhỏ khoảng 1,2% Tuy nhiên, tăng gấp đơi lên 2,5% vận tốc 91,67 mm/s gần gấp ba đạt mức 3,2% 100 mm/s Trong phạm vi vận tốc này, dây đai phát có dao động mạnh làm xoay sau khỏi lăn lật Ở tốc độ nhanh hơn, tỷ lệ khơng đảo tr lại giá trị trung bình thơng thường Với phương pháp thị giác máy tính, trái ớt đảo hoàn toàn đảo bán phần đ u nhận dạng vết bệnh Do đó, tỷ lệ đảo thành công tương đương tổng hai trường hợp Nói cách khác, sử dụng tới 98,8% số lần đảo để xác định trái ớt bị bệnh 3.5 Kết hoạt động mô hình phân loại trái ớt nứt Hình 3.5: Mơ hình phát ớt nứt Mơ hình kiểm tra khả phát vết nứt trình bày Hình 3.5 Và đoạn phim ngắn mơ tả q trình kiểm tra động 10 trái ớt trình bày liên kết: https://youtu.be/upYLDklN78A Máy quay phim chụp ảnh 640×480, sau chuyển sang ảnh xám, cắt ảnh 160×160, giảm kích thước cịn 32×32, chuyển ma trận cột đưa vào so sánh với mơ hình h5 xây dựng trước Nếu có vết nứt xuất động gạt tác động để đẩy trái ớt rớt khỏi băng tải, ngược lại trái ớt cấp để kiểm tra 3.5.1 Kết phát vết nứt Kết thí nghiệm trạng thái tĩnh cho tỷ lệ nhận dạng thành công trường hợp có vết nứt cao đạt 97,6% so với 96,4% 18 trường hợp trái ớt nguyên vẹn Mức độ chênh lệch tương đối nhỏ (1,8%) mơ hình có khả nhận dạng trái ớt nứt trái ớt không nứt tương đương 100 Tĩnh 99 Tỷ lệ thành công (%) 98 97 Động 97.600 96.600 97.00 96.400 96 95.300 95 94.00 94 93 92 91 90 Có nứt Khơng nứt Hình 3.6: Khả nhận dạng vết nứt Trung bình trạng thái tĩnh trạng thái động So sánh v tỷ lệ nhận dạng thành công trạng thái động với trạng thái tĩnh trình bày Hình 3.6 Tỷ lệ nhận dạng xác giảm nhẹ từ 97,6% xuống 96,4% với trái ớt có vết nứt, có suy giảm đáng kể từ 96,4% xuống 94% nh ng trái ớt khơng có vết nứt Đi u lý giải rung động làm ảnh hư ng đến chất lượng hình ảnh đầu vào, làm phát sinh điểm ảnh có đặc trưng tương tự vết nứt ảnh trái khơng có vết nứt, dẫn đến sai lệch kết nhận dạng Trong trái ớt có vết nứt ảnh vốn có sẵn đặc tính vết nứt nên rung động có ảnh hư ng Kết khảo sát khả nhận dạng vết nứt theo thời gian bảo quản cho thấy tỷ lệ phát thành công sau 24 bảo quản ổn định, suy giảm chút v 93% 120 bảo quản Tuy nhiên, sau tỷ lệ giảm nhanh chóng xuống 90% 144 giờ, 85% sau 168 Trong trình sản xuất, để đảm bảo chất lượng trái ớt tươi, công đoạn tách cuống thường thực quãng thời gian 36 19 bảo quản Vì suy giảm tỷ lệ nhận dạng xác khơng đáng kể u kiện thực tế 3.6 Kết hoạt động mô hình phân loại trái ớt bệnh Bảng 3.3: Kết kiểm tra mơ hình phân loại ớt bệnh Ớt đỏ Ớt xanh Bệnh Không bệnh Tổng Bệnh Không bệnh Tổng Số Số lần trái kiểm tra 470 2.350 450 2.250 920 4.600 200 1.000 200 1.000 400 2.000 Chính xác 2.234 2.038 4.272 913 888 1.801 Tỷ lệ thành công (%) 95,06 90,58 92,87 6.073/6.600 = 92,02 91,30 88,80 90,05 Một đoạn phim mơ tả q trình phân loại lơ 20 trái ớt trình bày liên kết https://youtu.be/4syjzoGU8Hg Thí nghiệm thực tổng số 920 trái ớt đỏ 400 trái ớt xanh Mỗi trái kiểm tra lần, tổng số lần thử nghiệm 6.600 lần Mơ hình q trình thí nghiệm phân loại ớt bệnh trình bày Hình 3.7 với hướng quan sát tương ứng Kết thử nghiệm ghi lại trình bày Bảng 3.3 Hình 3.7: Mơ hình phân loại ớt bệnh 20 Quan sát kết mô tả Bảng 3.3, tỷ lệ nhận dạng thành cơng trung bình ớt xanh bị bệnh không bị bệnh 90,05%, thấp so với giá trị 92,87% nhóm nh ng trái ớt đỏ Và kết thấp 88,80% xuất nhóm nh ng trái ớt xanh không bị bệnh Do tỷ lệ thành cơng nhóm bị bệnh cao nhóm không bị bệnh, nên phương pháp phân loại khuyên dùng phát ớt bị bệnh đẩy chúng khỏi băng tải Đi u đảm bảo chất lượng cao thành phẩm 3.7 Đề xuất hệ thống tách cuống Bảng 3.4: Ước tính kinh tế kỹ thuật đ xuất hệ thống tách cuống ớt Nội dung Giải thích chi tiết Chi phí đầu tư Năng suất line × 80.000.000/line = 640.000.000 VNĐ 80% × 20 kg/giờ/line × line × 16 giờ/ngày = 2.048 kg/ngày 80% × 20 kg/giờ/line × line × 16 giờ/ngày × 250 ngày/năm = 512 tấn/năm Đầu vụ, ớt to: 1.000 VNĐ/kg Cuối vụ, ớt nhỏ: 4.000 VNĐ/kg Trung bình: 1.500 VNĐ/kg 512.000 kg/năm × 1.500 VNĐ/kg = 768.000.000 VNĐ/năm kWh × 16 giờ/ngày × 250 ngày/năm × 1,05 × 3.000 VNĐ/kWh = 37.800.000 VNĐ/năm ca/ngày × 250 ngày/năm × 400.000 VNĐ/người/ca × 1,1 = 220.000.000 VNĐ/năm 640.000.000 VNĐ × 12%/năm = 76.800.000 VNĐ/năm 640.000.000 VNĐ × 10%/năm = 64.000.000 VNĐ/năm 5.000.000 VNĐ/tháng × 12 tháng/năm = 60.000.000 VNĐ/năm 5.000.000 VNĐ/tháng × 12 tháng/năm = 60.000.000 VNĐ/năm 5.000.000 VNĐ/tháng × 12 tháng/năm = 60.000.000 VNĐ/năm Đơn giá công tách cuống Doanh thu Ti n điện Nhân cơng Lãi vay Khấu hao Mặt b ng Phí quản lý Phịng ngừa rủi ro Tổng chi phí Lợi nhuận gộp Lợi nhuận gộp sau thuế Biên lợi nhuận ròng 578.600.000 VNĐ/năm 768.000.000 - 578.600.000 = 189.400.000 VNĐ/năm 189.400.000 VNĐ/năm × 80% = 151.520.000 VNĐ/năm (189.400.000/768.000.000) × 100% = 24,66% Nghiên cứu dừng lại việc xây dựng mô hình ứng với cụm riêng lẻ, để đánh giá khả hoạt động ứng dụng thực tế mơ 21 hình Mơ hình có quy mơ cơng nghiệp với suất thực tế, phù hợp yêu cầu thực tiễn chế biến đ xuất Hình 3.8 Theo đó, mơ đun bao gồm cụm cấp ớt, cụm xếp, cụm tách cuống cụm phân loại bố trí thẳng hàng thành chuy n (line) Phễu cấp ớt thiết kế chung để thuận lợi cho người vận hành Mỗi mơ đun xử l suất ~ 20 kg/giờ Hệ thống đ xuất gồm mơ đun lắp song song (Hình 3.8) xử lý ớt với suất tính tốn 160 kg/giờ Năng suất thực tế tính tương đương 80% suất tính tốn (khoảng 128 kg/giờ), để đảm bảo khả cân b ng dây chuy n sản xuất hệ thống Hệ thống yêu cầu cơng nhân trình độ phổ thơng có nhiệm vụ cấp ớt vào phễu, thu sản phẩm trái ớt tách cuống dọn dẹp phần cuống ớt bị loại bỏ Cơng suất tiêu tốn ước tính cho mơ đun tiêu thụ tương đương 3.000 Wh Các ước tính sơ ban đầu v đặc tính kinh tế kỹ thuật hệ thống trình bày Bảng 3.4 Trong đó, ngày làm việc ca với ca Số ngày làm việc năm xem tương đương 250 ngày Các yếu tố lãi vay, chi phí thuê mặt b ng, chi phí quản lý, quỹ phòng ngừa rủi ro, … ước lượng theo mức giá trung bình thời điểm năm 2022 Chi phí thuê nhân công ước lượng cao mức trung bình để dễ dàng th nhân cơng u kiện làm việc thay đổi theo ca Phân tích tính kinh tế với u kiện trung bình đặt suất tách cuống 512 tấn/năm, doanh thu tương ứng 768 triệu/năm Tổng chi phí 578,6 triệu/năm Hệ số biên lợi nhuận đạt 24,66% đơn vị chi phí đầu tư Đây mức biên lợi nhuận phù hợp xem xét để xúc tiến đầu tư Ngoài ra, xét u kiện đầu tư hệ thống tách cuống nơng thơn, chi phí th mặt b ng, phịng ngừa rủi ro phí quản lý giảm xuống đáng kể, giảm đến 50% lúc biên lợi nhuận tăng lên đến (189,4 + 90)/ 768 = 36,38% 22 Hình 3.8: Đ xuất mơ hình hệ thống tự động tách cuống trái ớt tươi 23 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 4.1 Kết luận Đ tài nghiên cứu phát triển mơ hình hệ thống tự động tách cuống, phân loại trái ớt tươi, đáp ứng đầy đủ mục tiêu nghiên cứu đặt Kết nghiên cứu cho thấy khả ứng dụng cơng nghệ cao, trí tuệ nhân tạo vào thực tiễn chế biến trái ớt sau thu hoạch Nh ng kết đạt đóng góp nghiên cứu bao gồm: - Nghiên cứu phát triển hệ thống tự động tách cuống trái ớt tươi b ng việc cải tiến kiểm soát lực tách cuống để nâng cao hiệu hoạt động nguyên lý tách cuống sử dụng dây đai kết hợp với bánh đỡ Kết nghiên cứu chứng minh mô hình hệ thống có khả tách hồn tồn cuống đài đầu cuống trái ớt khỏi thân trái; đáp ứng yêu cầu chế biến trái ớt tươi ĐBSCL Đi u cho thấy khả ứng dụng mơ hình vào thực tiễn sản xuất chế biến trái ớt tươi hoàn toàn khả thi - Nghiên cứu xây dựng, bổ sung s d liệu liên quan đến lực tách cuống trái ớt tươi, đ xuất mơ hình tốn thực nghiệm dự đốn lực tách cuống F theo thời gian bảo quản t b ng hàm Gaussian hiệu chỉnh tuyến tính giống ớt CP1: ổ (t + 50, 38) -ỗ ữ 85, 78 ø F = 4, 59 ´ e è + 0, 0078 ´ (t - 48 ) (4.1) Mơ hình Gaussian hiệu chỉnh tuyến tính chứng minh khả dự đốn nhanh chóng tin cậy v giá trị lực tách cuống theo thời gian bảo quản sau thu hoạch Kết mơ hình dự đốn đ xuất thời gian phù hợp để thực tách cuống trái ớt từ thu hoạch đến 36 sau thu hoạch - Xác định hệ số ma sát gi a cuống trái ớt dây đai cao su b ng thực nghiệm; xây dựng mô hình tính tốn kiểm sốt lực tách cuống dựa nguyên lý tách cuống b ng dây đai, đảm bảo khả kẹp tách cuống hiệu Mối quan hệ ràng buộc l ực tách cuống mơ tả sau: 24 ( ) ì sin p - b - g ï ´F ³ F ï2 ´ f ´ lc d (min) sin (a ) ï í ï sin p - b - g 2 ï2 ´ ´ F £ P ´ d ´w ï lc s b sin a ( ) î ( ) (4.2) - Ứng dụng phương pháp thị giác máy tính để phân loại trái ớt nứt trái ớt bệnh, giúp cải thiện chất lượng đầu thành phẩm trái ớt tươi; thông qua cấu đảo trái ớt b ng lăn lật có biên dạng thân khai phối hợp với dây đai để kiểm tra tồn thân trái ớt Mơ hình hoạt động phù hợp thuận lợi để nhúng mô hình trí tuệ nhân tạo cho việc phân loại - Nghiên cứu ứng dụng mạng thần kinh nhân tạo CNN tinh chỉnh, để nhận dạng trái ớt bệnh ớt nứt Tỷ lệ phân loại thành công trái ớt bệnh đạt 92,87% ớt đỏ; 90,05% ớt xanh; 95,30% ớt nứt Hạn chế nghiên cứu: - Nghiên cứu mơ hình chứng minh ngun lý hoạt động mơ hình, thiết bị u khiển thực quy mơ phịng thí nghiệm Chỉ đ xuất xây dựng mơ hình cơng nghiệp mục 3.7 - Khâu cung cấp trái ớt b ng học hệ thống tách cuống chưa đảm bảo độ đồng đ u, gây lỗi xếp tách cuống - Cơ cấu nhận dạng để xếp trái ớt sử dụng cảm biến màu bị ảnh hư ng mạnh b i ánh sáng bên ngoài, gây khó khăn cho q trình thiết kế vận hành - Cụm tách cuống chưa xử lý tách cuống trái ớt xanh 4.2 Đề xuất kiến nghị Ứng dụng trí tuệ nhân tạo để cải tiến công đoạn cấp ớt ban đầu để đảm bảo tỷ lệ cấp thành công lần trái ớt Tránh giảm trường hợp cấp trái ớt lúc, gây khó khăn cho q trình xếp tách cuống Phát triển cấu xếp sử dụng thị giác máy tính để đánh giá so sánh, nâng cao hiệu suất, ứng dụng hệ thống Nghiên cứu phát triển mơ hình phân loại sử dụng mơ hình mạng CNN với nhi u đầu để tăng hiệu suất phân loại 25