Hệ thống giám sát và phân loại sản phẩm theo chiều cao dùng cánh tay robot

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI HỆ THỐNG GIÁM SÁT VÀ PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO CHIỀU CAO DÙNG CÁNH TAY ROBOT Ngành: Kỹ Thuật Điện Giảng viên hướng dẫn: ThS HUỲNH PHÁT HUY Sinh viên thực hiện: NGUYỄN ĐINH BÁCH MSSV: 1815020001 Lớp: 18HDCA1 PHAN THANH SANG MSSV: 1815020013 Lớp: 18HDCA1 THÂN TRỌNG HOÀNG MSSV: 1815020008 Lớp: 18HDCA1 TP Hồ Chí Minh Tháng Năm 2021 Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: Th.S HUỲNH PHÁT HUY BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI HỆ THỐNG GIÁM SÁT VÀ PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO CHIỀU CAO DÙNG CÁNH TAY ROBOT Ngành: Kỹ Thuật Điện Giảng viên hướng dẫn: ThS HUỲNH PHÁT HUY Sinh viên thực hiện: NGUYỄN ĐINH BÁCH MSSV: 1815020001 Lớp: 18HDCA1 PHAN THANH SANG MSSV: 1815020013 Lớp: 18HDCA1 THÂN TRỌNG HỒNG MSSV: 1815020008 Lớp: 18HDCA1 TP Hồ Chí Minh Tháng Năm 2021 LỜI CAM ĐOAN Nhóm em xin cam đoan đề tài: “Mơ hình hệ thống giám sát phân loại sản phẩm theo chiều cao dùng cánh tay robot” cơng trình nghiên cứu độc lập khơng có chép người khác Đề tài sản phẩm mà nhóm em nỗ lực nghiên cứu thực thời gian thực đồ án tốt nghiệp Trong trình viết báo cáo có tham khảo số tài liệu có nguồn gốc rõ ràng, hướng dẫn Thầy Huỳnh Phát Huy Nhóm em xin cam đoan có vấn đề nhóm em chịu hồn tồn trách nhiệm Tp Hồ Chí Minh, ngày 27 tháng 08 năm 2021 LỜI CẢM ƠN Với lòng biết ơn sâu sắc nhất, nhóm em xin chân thành cảm ơn đến quý “Thầy Cô Viện Kỹ Thuật HUTECH – Trường Đại học Cơng Nghệ TP Hồ Chí Minh” truyền đạt vốn kiến thức quý báu cho chúng em suốt thời gian học tập trường Nhờ có lời hướng dẫn, dạy bảo Thầy Cô nên “Đồ án tốt nghiệp” lần nhóm em hồn thành tốt đẹp Một lần nữa, nhóm em xin chân thành cảm ơn Thầy Huỳnh Phát Huy, người trực tiếp giúp đỡ, quan tâm, hướng dẫn nhóm em hoàn thành “Đồ án tốt nghiệp” lần Trong trình thực kiến thức cịn hạn hẹp khơng tránh khỏi thiếu sót, nhóm em mong nhận ý kiến đóng góp quý báu quý Thầy Cơ để kiến thức nhóm em lĩnh vực hồn thiện đồng thời có điều kiện bổ sung, nâng cao ý thức Nhóm em xin chân thành cảm ơn! Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: Th.S HUỲNH PHÁT HUY MỤC LỤC CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1.1 Dây chuyền phân loại sản phẩm theo mã vạch 1.2 Dây chuyền phân loại sản phẩm theo khối lượng 1.3 Dây chuyền phân loại sản phẩm theo kích thước 1.4 Máy phân loại sản phẩm theo màu sắc CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN GIẢI PHÁP 2.1 Giới thiệu Arduino 2.2 Cảm biến vật cản hồng ngoại E18 – D80NK 2.3 LCD 1602 10 2.4 Cánh tay robot 16 2.5 Mạch Giảm Áp LM2596 17 2.6 Băng tải động kéo băng tải 18 2.6.1 Băng tải 18 2.6.2 Động DC giảm tốc GA25 60RPM 21 CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP GIẢI QUYẾT 24 3.1 Tình hình nghiên cứu 24 3.2 Mục đích nghiên cứu 24 3.3 Nhiệm vụ nghiên cứu 24 3.4 Phương pháp nghiên cứu 24 CHƯƠNG 4: QUY TRÌNH THIẾT KẾ 26 4.1 Sơ đồ tổng quát hệ thống 28 4.2 Lưu đồ giải thuật 31 4.3 Thiết kế giao diện giám sát phần mềm Visual Studio 34 4.3.1 Giới thiệu Visual Studio 34 4.3.2 Ngơn ngữ lập trình Visual Studio 34 4.3.3 Thiết kế giao diện Windows Form 35 CHƯƠNG 5: THI CƠNG MƠ HÌNH 37 i Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: Th.S HUỲNH PHÁT HUY 5.1 Lắp đặt kết nối vào hệ thống: 37 5.2 Vận hành mơ hình: 42 5.3 Hướng dẫn vận hành: 45 5.4 Video vận hành mơ hình: 45 CHƯƠNG 6: ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ, KẾT LUẬN 46 6.1 Đánh giá kết giao diện điều khiển giám sát hệ thống VS 46 6.2 Kết luận đề tài 46 6.4 Hạn chế 47 6.5 Hướng phát triển đề tài 47 ii Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: Th.S HUỲNH PHÁT HUY Trong đề tài này, nhóm em dùng trình biên tập Windows Forms App viết ngơn ngữ C# nhờ đặc điểm tạo mơ thực tế, trực quan dễ sử dụng 4.3.3 Thiết kế giao diện Windows Form Giao diện chia làm phần chính: − Giao diện giám sát kết số lượng sản phẩm phân loại theo kích thước gồm có thành phần: + Đếm số lượng sản phẩm + Hiển thị trạng thái hoạt động băng tải cánh tay Robot Giao diện giám sát kết đếm số lượng sản phẩm hình 4.8 Hình 4.8 Giao diện giám sát đếm số lượng sản phẩm 35 Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: Th.S HUỲNH PHÁT HUY Giao diện giám sát trạng thái hoạt động băng tải cánh tay Robot hình 4.9 Hình 4.9 Giao diện giám sát trạng thái hoạt động băng tải cánh tay robot Giao diện kết nối điều khiển gồm có phần: - Cổng kết nối Arduino: Cổng kết nối Arduino máy tính Để truyền nhận liệu từ máy tính sang vi xử lý cần phải lựa chọn xác Port kết nối thơng qua cổng giao tiếp - Điều khiển tự động: Ở chế độ sản phẩm tự chạy băng tải, cảm biến phát cánh tay tự động gắp sản phẩm Để hoạt động chế độ trước tiên cần phải nhập địa Port kết nối băng tải phải ở chế độ chạy (chạy liên tục) Toàn giao diện giám sát phân loại sản phẩm theo chiều cao hình 4.10 Hình 4.10 Giao diện giám sát tồn hệ thống 36 Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: Th.S HUỲNH PHÁT HUY CHƯƠNG 5: THI CƠNG MƠ HÌNH 5.1 Lắp đặt kết nối vào hệ thống: • Gia cơng hộp đựng bo mạch Hình 5.1 Giao thức kết nối với mơ hình • Kết nối Arduino CH340 với chân đế Nano V3 Hình 5.2 Kết nối chân Nano V3 37 Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: Th.S HUỲNH PHÁT HUY • Kết nối mạch giảm áp, Relay 5v Hình 5.3 Kết nối mạch giảm áp relay • Kết nối giao thức I2C Hình 5.4 Kết nối LCD 16x2 I2C 38 Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: Th.S HUỲNH PHÁT HUY • Kết nối Sevro RC vào khớp Robot Hình 5.5 Kết nối Servo RC 39 Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: Th.S HUỲNH PHÁT HUY • Kết nối cảm biến, băng tải vào mơ hình Hình 5.6 Kết nối cảm biến, băng tải vào mơ hình • Lắp khu vực để sản phẩm Hình 5.7 Gắn khu vực phân loại sản phẩm 40 Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: Th.S HUỲNH PHÁT HUY • Cấp nguồn vào hệ thống Hình 5.8 Cấp nguồn vào hệ thống 41 Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: Th.S HUỲNH PHÁT HUY 5.2 Vận hành mơ hình: • Kết nối mơ hình với máy tính: Hình 5.9 Giao thức kết nối với mơ hình • Lưu ý: - Trong thời gian kết nối quan sát hình hiển thị cổng kết nối cổng Port kết nối tiến hành bước vận hành 42 Đồ Án Tốt Nghiệp - GVHD: Th.S HUỲNH PHÁT HUY Nếu khơng kết nối khởi động lại giao thức kiểm tra lại USB B Arduino • Giai đoạn 1: Sản Phẩm di chuyển băng tải cánh tay ở vị trí góc chờ tín hiệu từ cảm biến (hình 5.10) Hình 5.10 Sản phẩm di chuyển băng tải cánh tay ở vị trí góc • Giai đoạn 2: Cảm biến phát vật Cánh tay điều khiển vị trí gắp vật băng tải gắp vật (hình 5.11) Hình 5.11 Cánh tay di chuyển gắp sản phẩm băng tải 43 Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: Th.S HUỲNH PHÁT HUY • Giai đoạn 3: Di chuyển vị trí chứa sản phẩm thả sản phẩm, sau vị trí góc, băng tải hoạt động, hệ thống trở lại chu kỳ làm việc Hình 5.12 Cánh tay gắp vị trí chứa sản phẩm • Giai đoạn 4: Hiển thị kết lên màng hình LCD giao diện giám sát đồng thời số lượng sản phẩm cập nhật (hình 5.13) Hình 5.13 Hiển thị kết 44 Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: Th.S HUỲNH PHÁT HUY 5.3 Hướng dẫn vận hành: - Cấp nguồn 220v AC vào chuyển nguồn 220v AC / 12v DC Lúc hình LCD sáng Các thơng số hiển thị sản phẩm LCD giao diện giám sát máy tính: cao, thấp, trung bình, lỗi tổng số lượng sản phẩm ở mức số - Nhấn nút nhấn nhả Start / Stop: băng tải hoạt động, robot chờ ở vị trí góc chờ gắp - Khi cho vật phẩm chạy băng tải (sản phẩm có kích thước: cao - trung bìnhthấp - thấp hơn) Lúc cảm biến phát vật hoạt động tương ứng với mẫu sản phẩm Nếu mẫu phẩm nằm kích thước: cao - trung bình – thấp băng tải dừng vị trí mặc định cánh tay robot điều khiển vị trí gắp vật băng tải gắp vật (Cịn mẫu phẩm thuộc kích thước thấp băng tải chạy đưa mẫu phẩm rớt xuống) - Robot di chuyển vị trí chứa sản phẩm tương thích với mức: cao – trung bình thấp thả vật phẩm - Lúc hiển thị kết tương thích với mẫu phẩm lên hình LCD giao diện giám sát máy tính đồng thời số lượng sản phẩm cập nhật Qúa trình tiếp tục lặp lại - Trong trình hoạt động muốn dừng ta nhấn nút nhấn nhả Start / Stop - Khi nhấn nút Reset kết hiển thị hình LCD giao diện giám sát máy tính vị trí số Sau ta nhấn nút nhấn nhả Start / Stop bắt đầu trình hoạt động đếm sản phẩm lại từ đầu 5.4 Video vận hành mô hình: https://www.youtube.com/watch?v=E7u05G4dfIU 45 Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: Th.S HUỲNH PHÁT HUY CHƯƠNG 6: ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ, KẾT LUẬN 6.1 Đánh giá kết giao diện điều khiển giám sát hệ thống VS Giao diện điều khiển giám sát hệ thống thực số nội dung sau: − Đếm số lượng sản phẩm theo kích thước vật − Kết nối điều khiển giao tiếp UART máy tính với vi xử lý Arduino qua cổng USB − Hiển thị trạng thái hoạt động băng tải cánh tay Robot Hình 6.1 Giao diện điều khiển giám sát hệ thống 6.2 Kết luận đề tài Đề tài đồ án đạt mục tiêu ban đầu đề phân loại chiều cao vị trí với điểm đáng ý Tuy nhiên bên cạnh ưu điểm tồn nhiều hạn chế Kết đạt được: + Phân loại sản phẩm, đáp ứng yêu cầu đề tài + Có sử dụng ngơn ngữ C# phần mềm Visual Studio + Mơ hình đơn giản hiệu 46 Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: Th.S HUỲNH PHÁT HUY Mơ hình đề tài hồn thiện thực yêu cầu đề phân loại sản phẩm theo chiều cao chuyển sản phẩm đến vị trí cài đặt Sau mơ hình khởi động, cánh tay di chuyển vị trí gốc, chờ có tín hiệu cảm biến phát vật Khi có tín hiệu từ cảm biến, cánh tay di chuyển xuống vị trí chờ gắp vật, điều khiển gắp vật có kích thước nhận biết đến vị trí lưu trữ cài đặt theo kích thước Kết thúc chu trình, cánh tay di chuyển vị trí gốc chờ tín hiệu từ cảm biến cho lần Dưới số hình ảnh kết mơ hình hồn thiện đề tài 6.4 Hạn chế − Cánh tay gắp sản phẩm có khối lượng nhỏ (dưới 500 gram) − Đơi cịn xảy lỗi gắp sản phẩm động RC Servo khơng có tín hiệu hồi tiếp − Cánh tay robot phân loại sản phẩm chưa nhanh, nhiều thời gian − Mô hình cánh tay cịn nhỏ nên gắp sản phẩm có hình dạng nhỏ gọn (hình trụ, hình hộp đều, ) 6.5 Hướng phát triển đề tài Nhìn chung mơ hình thực u cầu đề Tuy nhiên để mơ hình hoạt động xác mang tính ứng dụng, mơ hình cần khắc phục nhược điểm sau: cánh tay hay bị rung lắc quán tính động RC Servo khơng có tín hiệu hồi tiếp, mơ hình cánh tay cịn nhỏ nên gắp sản phẩm có hình dạng nhỏ gọn (hình trụ, hình hộp đều, ) 47 Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: Th.S HUỲNH PHÁT HUY Nhóm có số lưu ý sau khắc phục sau: − Cánh tay gắp sản phẩm có khối lượng nhỏ: Sử dụng động Servo có cơng suất lớn, tính tốn thiết kế lại cánh tay Robot − Dùng động có tín hiệu hồi tiếp Encoder, từ dùng điều khiển PID, LQR,… để điều khiển hồi tiếp vịng kín − Áp dụng cho dây chuyển sản xuất nhỏ, hệ thống phân loại trái cây, hàng hóa, vv… − Thay đổi cảm biến để tạo dây chuyền phân loại dựa tiêu chí khác sản phẩm 48 Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: Th.S HUỲNH PHÁT HUY TÀI LIỆU THAM KHẢO − [1] Thư viện EmguCV − http://www.emgu.com/wiki/index.php/Main_Page − [2] Sử dụng C# giao tiếp với Arduino − https://msdn.microsoft.com/enus/library/system.io.ports.serialport(v=vs.110 ).aspx − [3] Cách sử dụng cảm biến hồng ngoại với Arduino − http://arduino.vn/bai-viet/288-infrared-remote-control-dieu-khien-banghong-ngoai-voi-arduino − [4] Cách sử dụng động Servo với Arduino − http://arduino.vn/tutorial/1423-avr-dieu-khien-dong-co-servo-sieu-chuanvoi-bien-do-goc-cuc-nho − [5] Website http://codientu.org/ − [6] Website http://webdien.com/ − [7] Website http://www.tailieu.vn/ − [8] Website http://wikipedia.com/ 49