Hệ thống robot delta phân loại sản phẩm bằng xử lý ảnh

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ HỆ THỐNG ROBOT DELTA PHÂN LOẠI SẢN PHẨM BẰNG XỬ LÝ ẢNH GVHD: ThS TƯỞNG PHƯỚC THỌ SVTH: VŨ MINH TUẤN PHẠM ĐẬU HUY HOÀNG PHẠM XUÂN GIAO S K L 9 Tp Hồ Chí Minh, tháng 8/2023 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM - - KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài: “HỆ THỐNG ROBOT DELTA PHÂN LOẠI SẢN PHẨM BẰNG XỬ LÝ ẢNH” Giảng viên hướng dẫn: ThS TƯỞNG PHƯỚC THỌ Sinh viên thực hiện: VŨ MINH TUẤN - 19146299 PHẠM ĐẬU HUY HOÀNG - 19146190 PHẠM XUÂN GIAO - 19146179 Khóa: 2019 - 2023 Tp Hồ Chí Minh, Tháng 08/2023 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO Độc lập – Tự – Hạnh phúc Bộ môn Cơ Điện tử NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Học kỳ 2/ năm học 2023 Giảng viên hướng dẫn: ThS Tưởng Phước Thọ Sinh viên thực hiện: Vũ Minh Tuấn MSSV: 19146299 Điện thoai: 0969118911 Phạm Đậu Huy Hoàng MSSV: 19146190 Điện thoai: 0915716073 Phạm Xuân Giao MSSV: 19146179 Điện thoai: 0968474943 Mã số đề tài: 2222DT346 Tên đề tài: Hệ thống Robot Delta phân loại sản phẩm xử lý ảnh Các số liệu, tài liệu ban đầu: Kích thước 800x800x800 mm, khối lượng 15 kg Nội dung đồ án: Nghiên cứu, thiết kế Robot Delta Sử dụng xử lý ảnh xuất tọa độ điều khiển robot Thiết kế giao diện sử dụng hệ thống Các sản phẩm dự kiến: Phân loại sản phẩm dựa hình dáng màu sắc Năng suất 30 sản phẩm phút Ngày giao đồ án: Ngày nộp đồ án: 15/03/2023 15/07/2023 Ngơn ngữ trình bày: Bản báo cáo: Tiếng Anh ☐ Tiếng Việt ☑ Trình bày bảo vệ: Tiếng Anh ☐ Tiếng Việt ☑ i TRƯỞNG KHOA (Ký, ghi rõ họ tên) TRƯỞNG BỘ MÔN GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN (Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên) ☐ Được phép bảo vệ (GVHD ký, ghi rõ họ tên) ii LỜI CAM KẾT - Tên đề tài: Hệ thống Robot Delta phân loại sản phẩm xử lý ảnh - GVHD: ThS Tưởng Phước Thọ Họ tên sinh viên MSSV Lớp Số điện thoại liên lạc Vũ Minh Tuấn 19146299 19146CL3B 0969118911 Phạm Đậu Huy Hoàng 19146190 19146CL3B 0915716073 Phạm Xuân Giao 19146179 19146CL4A 0968474943 - Địa sinh viên: Số Võ Văn Ngân, P Linh Chiểu, TP Thủ Đức, TP.HCM - Email: 19146179@student.hcmute.edu.vn Ngày nộp khóa luận tốt nghiệp (ĐATN): 24/07/2023 - Lời cam kết: “Chúng tơi xin cam đoan khóa luận tốt nghiệp (ĐATN) cơng trình chúng tơi nghiên cứu thực Chúng không chép viết cơng bố mà khơng trích dẫn nguồn gốc Nếu có vi phạm nào, chúng tơi xin chịu hồn tồn trách nhiệm” Tp Hồ Chí Minh, ngày … tháng 07 năm 2023 Ký tên Vũ Minh Tuấn Phạm Đậu Huy Hoàng Phạm Xuân Giao iii LỜI CẢM ƠN Chúng em xin chân thành cảm ơn Khoa Đào Tạo Chất Lượng Cao Khoa Cơ khí Chế tạo máy trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh giúp tạo điều kiện cho chúng em học tập, tìm hiểu để thực tốt đề tài Chúng em muốn thể biết ơn sâu sắc tới thầy Tưởng Phước Thọ tận tâm hướng dẫn tận tình, bảo kiến thức chuyên ngành thầy cịn truyền đạt cảm hứng động lực cho nhóm em hoàn thành đề tài Chúng em bày tỏ lịng cảm ơn chân thành đến thầy mơn Cơ điện tử nói riêng thầy khoa Cơ khí Chế tạo máy nói chung Cũng thầy cô trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh giảng dạy chúng em với tinh thần nhiệt tình, tận tụy đồng hành, hỗ trợ chúng em mặt Chúng em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến gia đình, bạn bè người thân động viên, quan tâm, giúp đỡ khơng ngừng suốt thời gian học tập hoàn thiện đồ án Cuối cùng, dù cố gắng để hồn thành thật tốt đồ án, hạn chế thời gian kinh nghiệm, nhóm chúng em khơng thể tránh khỏi thiếu sót Chúng em kỳ vọng nhận đóng góp ý kiến nhận xét q báu từ thầy cơ, nhằm giúp nhóm em hồn thiện mở rộng kiến thức Sự góp ý thầy có ý nghĩa vô quan trọng chúng em trân trọng tất lời khuyên nhận xét với lòng biết ơn sâu sắc iv TÓM TẮT ĐỒ ÁN HỆ THỐNG ROBOT DELTA PHÂN LOẠI SẢN PHẨM BẰNG XỬ LÝ ẢNH Trong thời kỳ cơng nghiệp hóa đại hóa, ngày xuất nhiều phương thức sản xuất tự động hóa Việc sử dụng máy móc đại vào trình sản xuất điều thiết yếu, đặc biệt môi trường công nghiệp nhằm tăng suất, nâng cao chất lượng giảm chi phí sản phẩm Cùng với phát triển vũ bão máy móc đại, cơng nghệ chế tạo Robot phát triển với tốc độ nhanh chóng vượt bậc Ngày nay, vai trị Robot trở nên vơ quan trọng đời sống áp dụng rộng rãi lĩnh vực công nghiệp, giáo dục, y tế, quân giải trí… Tùy thuộc vào mục đích chức sử dụng, người ta chia Robot thành nhiều loại Đề tài này, nhóm em tập trung chủ yếu vào nghiên cứu, thiết kế, chế tạo điều khiển hệ thống Delta Robot phân loại sản phẩm thơng qua màu sắc xử lý ảnh Tính toán lựa chọn động cơ, cấu truyền động phù hợp, xây dựng mơ hình động học theo cấu thiết kế chế tạo mơ hình, thiết kế giao diện điều khiển cho hệ thống Robot Delta phân loại sản phẩm Bài báo cáo gồm có chương: CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI CHƯƠNG 3: ĐỘNG HỌC ROBOT DELTA CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ CƠ KHÍ CHƯƠNG 5: HỆ THỐNG ĐIỆN CHƯƠNG 6: XỬ LÝ ẢNH CHƯƠNG 7: KẾT QUẢ VÀ THỰC NGHIỆM v MỤC LỤC NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP I LỜI CAM KẾT III LỜI CẢM ƠN IV TÓM TẮT ĐỒ ÁN V MỤC LỤC VI DANH MỤC BẢNG VIII DANH MỤC HÌNH ẢNH IX DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT XI CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1.1 Tính cấp thiết đề tài 1.2 Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài 1.3 Mục tiêu nghiên cứu đề tài 1.4 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 1.4.1 Đối tượng nghiên cứu 1.4.2 Phạm vi nghiên cứu 1.5 Phương pháp nghiên cứu 1.5.1 Cơ sở phương pháp luận 1.5.2 Các phương pháp nghiên cứu cụ thể 1.6 Kết cấu ĐATN CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI 2.1 Giới thiệu 2.2 Các nghiên cứu liên quan đến đề tài 2.2.1 Các nghiên cứu nước 2.2.2 Các nghiên cứu nước CHƯƠNG 3: ĐỘNG HỌC ROBOT DELTA 11 3.1 Động học thuận 11 3.2 Động học nghịch 14 3.3 Phương trình động học vận tốc Robot Delta 17 3.4 Phương pháp nội suy đường thẳng 18 3.5 Phương pháp nội suy đường tròn 19 CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ CƠ KHÍ 20 4.1 Đặc tính hệ thống 20 vi 4.1.1 Phương án 20 4.1.2 Phương án thứ 21 4.1.3 Phương án thứ 22 4.1.4 Chọn phương án tối ưu 22 4.2 Kết cấu hệ thống 22 4.2.1 Bệ cố định 24 4.2.2 Tay động 25 4.2.3 Cánh tay máy 26 4.2.4 Đế di động 27 4.3 Tính tốn lựa chọn động 28 4.3.1 Thông số yêu cầu 28 4.3.2 Chọn động 28 CHƯƠNG 5: HỆ THỐNG ĐIỆN 30 5.1 Tổng quan hệ thống điện 30 5.2 Các thiết bị điện tử 30 5.2.1 Vi điều khiển Arduino Mega 2560 30 5.2.2 Driver điều khiển động bước Microstep 3.5A 40VDC 33 5.3 Hệ thống điều khiển Robot 35 5.3.1 Điều khiển động 35 5.3.2 Lưu đồ điều khiển động Arduino 37 CHƯƠNG 6: XỬ LÝ ẢNH 39 6.1 Lưu đồ xử lý ảnh 39 6.2 Quá trình xử lý hình ảnh cho việc phân loại sản phẩm 39 6.3 Đồng tọa độ camera robot 43 6.3.1 Lưu đồ đồng tọa độ 43 6.3.2 Tính tốn vị trí sản phẩm 44 6.3.3 Thực nghiệm hút sản phẩm 46 CHƯƠNG 7: KẾT QUẢ VÀ THỰC NGHIỆM 48 7.1 Cấu trúc khí Robot 48 7.2 Giao diện điều khiển 49 7.3 Hệ thống Robot Delta phân loại sản phẩm 50 KẾT LUẬN 55 TÀI LIỆU THAM KHẢO 56 PHỤ LỤC 57 vii DANH MỤC BẢNG Bảng 4.1 Các thông số Robot Delta 23 Bảng 4.2 Bảng thông số động NEMA 17 29 Bảng 5.1 Thông số kỹ thuật Arduino 31 Bảng 5.2 Chân kết nối Arduino Mega 2560 32 Bảng 6.1 Kết thực nghiệm hút sản phẩm 46 Bảng 7.1 Thông số kỹ thuật Robot Delta 48 Bảng 7.2 Dữ liệu khảo sát động 53 Bảng 7.3 Đánh giá khả hoạt động hệ thống 54 viii TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Phạm Anh Đức, Nghiên cứu chế tạo mơ hình robot song song, LVTN Thạc sĩ, ĐH Đà Nẵng, 2013 [2] PGS.TS Nguyễn Trường Thịnh, Thiết kế chế tạo robot song song dạng Delta sử dụng việc phân loại sản phẩm, báo cáo tổng kết đề tài kh&cn cấp trường trọng điểm, ĐHSPKT TP.HCM, 2013 [3] X Chen, Delta Robot Kinematics 3D printing-building by Learning, University of Washington, 2010 [4] Ph.D Robert L Williams II, The Delta Parallel Robot: Kinematics Solutions, Ohio University, 2016 [5] Kết cấu ứng dụng robot công nghiệp Delta, link http://trueman.com.vn/robotdelta/, 7/2018 56 PHỤ LỤC Chương trình điều khiển Robot Delta: 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 Chương trình xử lý ảnh: 67 68 69 S K L 0