Ngôn ngữ Python được sử dụng để giải quyết phần xử lý ảnh phân biệt màu sắc và trọng tâm của vật thể từ đó robot có thể điều chỉnh góc quay ở khớp cuối phù hợp để gắp vật một cách chính
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CNKT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM ỨNG DỤNG ROBOT SCARA GVHD: TS TRẦN MẠNH SƠN SVTH: DƯƠNG HIỂN TÙNG PHẠM LÊ ANH DŨNG SKL011305 Tp Hồ Chí Minh, tháng 07/2023 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO BÁO CÁO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM ỨNG DỤNG ROBOT SCARA SVTH : Dương Hiển Tùng MSSV: 19151196 Phạm Lê Anh Dũng MSSV: 19151104 Khóa : 2019 Ngành : CNKT Điều Khiển Tự Động Hóa GVHD : TS Trần Mạnh Sơn TP HỒ CHÍ MINH, tháng 07 năm 2023 TRƯỜNG ĐH SPKT TP HỒ CHÍ MINH CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC o0o Tp Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2023 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Sinh viên thực đề tài: Dương Hiển Tùng MSSV: 19151196 Lớp: 19151CL3B Phạm Lê Anh Dũng MSSV: 19151104 Lớp: 19151CL3B Ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Điều Khiển Tự Động Hóa Giảng viên hướng dẫn: TS Trần Mạnh Sơn ĐT: 0919197139 Ngày nhận đề tài: 06/02/2023 Ngày nộp đề tài: 30/06/2023 Tên đề tài: - Điều khiển giám sát hệ thống phân loại sản phẩm ứng dụng Robot SCARA Nhiệm vụ ban đầu: - Phân loại sản phẩm màu (lục, vàng, tím) chạy băng tải vật nặng khoảng 100gr với tốc độ ~10s/1 vật Sử dụng vi điều khiển STM32 F303Re Giám sát hệ thống qua giao diện thiết kế C# Có thống kê số lượng sản phẩm Phân loại sản phẩm chương trình Python Ứng dụng Google test để thực unit test cho đề tài Nội dung thực đề tài - Tìm hiểu vi điều khiển STM32 F303Re Các cách thức hoạt động, lựa chọn động vật liệu phù hợp Xây dựng phần cứng mơ hình Xây dựng chương trình điều khiển, quản lý robot C# Tạo môi trường, lập trình chương trình unit test Google test Chạy thử nghiệm, tinh chỉnh sửa lỗi mơ hình Viết báo cáo khóa luận tốt nghiệp Các sản phẩm dự kiến: - Mơ hình Robot Scara Trang i - Chương trình, giao diện điều khiển - Quyển báo cáo đồ án tốt nghiệp - Poster giới thiệu đồ án Ngơn ngữ trình bày: Bản báo cáo: Tiếng Anh Tiếng Việt x Trình bày bảo vệ: Tiếng Anh Tiếng Việt x TRƯỞNG NGÀNH (Ký, ghi rõ họ tên) GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN (ký, ghi rõ họ tên) Trang ii TRƯỜNG ĐH SPKT TP HỒ CHÍ MINH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC o0o Tp Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2023 LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Sinh viên thực đề tài: Dương Hiển Tùng MSSV: 19151196 Lớp: 19151CL3B Phạm Lê Anh Dũng MSSV: 19151104 Lớp: 19151CL3B Ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Điều Khiển Tự Động Hóa Giảng viên hướng dẫn: TS Trần Mạnh Sơn ĐT: 0919197139 Tên đề tài: - Điều khiển giám sát hệ thống phân loại sản phẩm ứng dụng Robot SCARA Kế hoạch thực đồ án Xác Thời gian Nhiệm vụ nhận GVHD Tuần Tìm đọc tài liệu báo cáo liên quan (13/2 – 19/2) đến đề tài Tìm hiểu unit test Tuần Tính tốn động học cho robot hệ thống (20/2 – 26/2) hóa lại cơng việc cần làm Tuần 3-6 Xây dựng phần cứng (chưa có băng tải) (27/2 – 26/3) Tuần 7-8 Đi dây cho robot, thiết kế băng tải (27/3 – 9/4) camera Nghiên cứu Google test Tuần 9-10 Lập trình xử lý ảnh giải hai vấn đề: (10/4 – 23/4) Xác định màu xác định chu vi để tìm trọng tâm Tuần 11 Xây dựng chương trình Matlab để xác định (24/4 – 30/4) phạm vi hoạt động kiểm chứng động học thuận nghịch robot Tuần 12-14 Viết chương trình điều khiển robot hai (1/5 – 21/5) chế độ người dùng điều khiển tự động Trang iii Tuần 15-16 (22/5 – 5/6) Tuần 17-18 (6/6 – 18/6) Tuần 19 (19/6 – 25/6) Tuần 20 (26/6 – 29/6) Thiết kế giao diện C# để điều khiển giám sát robot Kiểm tra hiệu chỉnh phần cứng phần mềm robot - Áp dụng Google test vào đồ án - Viết luận văn - Viết testcase cho phần mềm - Chỉnh sửa luận văn GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN (ký, ghi rõ họ tên) Trang iv TRƯỜNG ĐH SPKT TP HỒ CHÍ MINH CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC o0o Tp Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2023 PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN Sinh viên thực đề tài: Dương Hiển Tùng MSSV: 19151196 Phạm Lê Anh Dũng MSSV: 19151104 Ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Điều Khiển Tự Động Hóa Lớp: 19151CL3B Lớp: 19151CL3B Tên đề tài: Điều khiển giám sát hệ thống phân loại sản phẩm ứng dụng Robot SCARA Họ tên giảng viên hướng dẫn: TS Trần Mạnh Sơn Ý KIẾN NHẬN XÉT Nhận xét tinh thần, thái độ làm việc sinh viên Nhận xét kết thực ĐATN 2.1.Kết cấu, cách thức trình bày ĐATN: 2.2 Nội dung đồ án: Tính tốn động học thuận nghịch cho robot SCARA Thi công phần cứng robot SCARA Ứng dụng xử lý ảnh để phân loại màu xác định trọng tâm vật từ đưa phương án gắp xác Trang v Thiết kế giao diện điều khiển giám sát C# Thực unit test cho hệ thống 2.3 Kết đạt được: 2.4 Những tồn (nếu có): Đề nghị cho bảo vệ trước hội đồng hay không? Đánh giá loại : Điểm: Tp.HCM, ngày … tháng … năm 2023 Người nhận xét (Ký ghi rõ họ tên) Trang vi TRƯỜNG ĐH SPKT TP HỒ CHÍ MINH CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC o0o Tp Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2023 PHIẾU NHẬN XÉT PHẢN BIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Sinh viên thực đề tài: Dương Hiển Tùng Phạm Lê Anh Dũng MSSV: 19151196 MSSV: 19151104 Lớp: 19151CL3B Lớp: 19151CL3B Ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Điều Khiển Tự Động Hóa Tên đề tài: Điều khiển giám sát hệ thống phân loại sản phẩm ứng dụng Robot SCARA Giảng viên Phản biện: Hội đồng: Ý KIẾN NHẬN XÉT Nhận xét chung nội dung đề tài Ý kiến kết luận (ghi rõ nội dung cần bổ sung, hiệu chỉnh) Trang vii Đề nghị: Được bảo vệ: Bổ sung để bảo vệ: Không bảo vệ: Điểm: _Bằng chữ: _ Câu hỏi phản biện (Giảng viên không cho SV biết trước) Tp.HCM, ngày … tháng … năm 2023 Người nhận xét (Ký ghi rõ họ tên) Trang viii Lấy giá trị HSV màu vàng Hình 2: Lấy giá trị HSV màu vàng Low HSV = 0;135;0 High HSV = 179; 255; 255 Trang 82 Lấy giá trị HSV màu tím Hình 3: Lấy giá trị HSV màu tím Low HSV = 137; 22; High HSV = 179; 255; 255 Trang 83 Lấy giá trị màu lục Hình 4: Lấy giá trị HSV màu lục Low HSV = 0; 79; 82 High HSV = 179; 255; 255 Trang 84 Sau lấy giá trị màu phân loại xong nhóm thực chạy chương trình phân loại để phân loại màu, chương trình phân loại màu sử dụng thư xử lý ảnh đơn giản hay gặp opencv, numpy, … để thực tính tốn phân loại sản phầm theo mong muốn đặt Chương trình xử lý ảnh phân loại màu phân loại màu sắc, vẽ đường viền xung quanh sản phẩm hình chữ nhật đưa vào, chương trình cho biết tọa độ trung tâm để gửi qua chương trình điều khiển robot để giúp cho robot gắp phân loại, ngồi tọa độ trung tâm chương trình xử lý ảnh nhóm viết cịn nhận biết góc đặt sản phẩm Sau thực viết chương trình, đưa vào thực hoạt động chương trình phân loại màu thực xác màu sản phẩm băng tải Đây hình việc phân loại màu sản phẩm Hình 5: Nhận biết màu vàng - Màu: Vàng Vị trí điểm trọng tâm (x,y) (291,201) Góc nghiêng: 81 Trang 85 Hình 6: Nhận biết màu tím - Màu: Tím Vị trí điểm trọng tâm (x,y) (284,188) Góc nghiêng: 24 Trang 86 Hình 7: Nhận biết màu lục - Màu: lục Vị trí điểm trọng tâm (x,y) (234,202) Góc nghiêng: 91 Trang 87 Hình 8: Độ nhạy chương trình xử lý ảnh Nhận xét : Chương trình xử lý ảnh nhận diện hệ thống hoạt động xác, khơng phân biệt màu mà trường hợp màu lục ta thấy chương trình xử lý ảnh “nhạy” đến mức nhận biết góc đặt vật dù Trang 88 Giao diện hệ thống Giao diện diều khiển hệ thống nhóm viết trình qua ngơn ngữ lập trình C#, giao diên tương đối đầy đủ gồm hai trang trang thơng tin Việc lập trình ngơn ngữ C# tương đối dễ chỉnh sửa đơn vị cho hệ thống Giao diện điều khiển tay điều chỉnh thơng số góc xoay cho động học thuận, vị trí cho động học nghịch, cài đặt vị trí home, điều chỉnh tốc độ băng tải Giao diện điều khiển tự động cho Robot phân loại thống kê sản phẩm phân loại qua biểu đồ , bảng, thông số Và giao diện để hiển thị thông tin Robot Sau trình thiết kế giao diện nhóm thực hiện: Hình 9: Giao diện Auto điều khiển Kết luận: Kết đạt ánh sáng tốt, liên tục(dưới ánh sáng mặt trời) Số mẫu xử lý Mục tiêu đặt Phân loại Gắp sai Hiệu suất Màu lục Màu vàng Màu tím 10 10 10 10 10 10 10 10 0 90% 100% 100% Bảng 1: Kết gắp sản phẩm điều kiện ánh sáng tốt Trang 89 Màu lục có sai lệch in 3D cho băng tải vơ tình màu sắc bị trùng với mẫu màu xanh nên robot có tình trạng bị gắp nhầm, cịn màu cịn lại robot hoạt động hồn tồn đúng, khơng có sai số Kết đạt ánh sáng không đủ tốt, không liên tục(thực vào buổi tối, bóng đèn huỳnh quang) Màu lục Màu vàng Màu tím Số mẫu xử lý 10 10 10 Mục tiêu đặt 10 10 10 Phân loại 10 Gắp sai Hiệu suất 70% 80% 100% Bảng 2: Kết gắp sản phẩm điều kiện ánh sáng Lí ánh sáng khơng liên tục ảnh hưởng lớn đến trình xử lý ảnh hệ thống, từ khâu xác định thông số HSV xuất nhiễu nên chạy robot việc gắp sai khó tránh khỏi Ngồi cịn có trường hợp ta đưa vật vào mà rút tay không kịp, camera nhận diện tay màu vàng gắp sai Gắp sai lần màu lục nghĩa robot gắp vào phần màu xanh băng tải Gắp sai lần màu vàng nghĩa robot gắp vào tay người thực cho vật vào rút không đủ nhanh Trang 90 6.3 Kết thực unit test cho hệ thống Vì thời gian có hạn nên nhóm khơng thể viết hết test case cho toàn robot được, nhiên qua việc viết vài test case nhóm phần nắm nguyên lý hoạt động tác dụng Google Test Khi thực thi test case chắn hệ thống hoạt động theo mong muốn Hình 10: Kết chạy unit test hệ thống testcase Trang 91 Hình 11: Ví dụ Unit test Qua việc nghiên cứu áp dụng unit test vào hệ thống, nhóm nhận giá trị vơ to lớn test Cùng bàn luận qua ví dụ: Ở ví dụ Hình 6.11, ta mong muốn thực hàm abc() Tuy nhiên, người lập trình khơng ý biến “a” khai báo gán giá trị “0” bên thực thi đoạn code từ dịng 16 đến 24, trình biên dịch thực vế else vế if mong muốn, lỗi nguy hiểm trình biên dịch không cho cảnh báo hay lỗi mà trực tiếp thực thi vế else cách bình thường Đối với dự án lớn, với số lượng lên đến hàng triệu dịng code vơ tình để lọt lỗi khơng thời gian để tìm tồn dự án sai đâu, bước mà cịn ảnh hưởng đến uy tín cơng ty tập đồn Để tránh gặp phải lỗi unit test thực hữu ích Đoạn code unit test để test cho đoạn chương trình viết sau: Trang 92 Hình 12: Test case cho đoạn code ví dụ Kết chạy testcase trả giá trị FAILED hàm abc() không gọi nên câu lệnh “EXPECT_NO_THROW(abc());” trả giá trị FALSE giúp biết lỗi đến từ đâu Trang 93 CHƯƠNG 7: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Chương trình bày kết công việc thực hướng phát triển tương lai 7.1 Kết luận: Qua trình thực đề tài, nhóm hồn thành nội dung sau: - Thiết kế robot SCARA phân loại sản phẩm theo màu Thiết kế chương trình xử lý ảnh phân biệt màu sắc, góc đặt trọng tâm vật Thiết kế hình điều khiển giám sát C# Xây dựng chương trình mơ động học Matlab để kiểm chứng động học trước thực gia công phần cứng robot Xây dựng chương trình xác định vùng hoạt động robot dựa vào thông số phần cứng Có áp dụng unit test để kiểm tra phần code robot Có nút dừng khẩn cấp robot gặp cố 7.2 Hướng phát triển - - Sử dụng động hồi tiếp vịng kín (động AC, động Servo) để điều khiển xác cho robot Tích hợp thêm chức điều khiển giám sát robot qua Web việc gắn thêm ESP32 để robot kết nối mạng cục Trên thực tế, nhóm bỏ thời gian công sức để nguyên cứu hướng lại bị giới hạn kiến thức việc lập trình Web nên chưa thể hoàn thành nội dung Viết test case unit test cho toàn hệ thống để đảm bảo toàn hệ thống hoạt động Nguyên cứu nâng cấp camera thuật toán xử lý ảnh để nhận biết vật tốt điều kiện thời tiết Có thể áp dụng máy học vào robot để không phân biệt vật có nhiều màu sắc mà cịn vật có nhiều hình dạng màu sắc khác Trang 94 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] https://tci.vn/danh-muc-san-pham/robot-agv-iot-smartfactory/cartesian-robot/ [Online] [2] https://www.linear-rotary.com/info/what-is-a-cartesian-robot55810216.html [Online] [3] https://vi.wikipedia.org/wiki?curid=17530687 [Online] [4] https://uniduc.com/vi/blog/robot-scara [Online] [5] https://timtailieu.vn/tai-lieu/luan-van-gioi-thieu-cnc-cybermill2444/ [Online] [6] https://sentayho.com.vn/i2c-la-gi.html [Online] [7] https://25giay.vn/hoi-dap/spi-la-gi.html [Online] [8] https://dientutuonglai.com/chuan-giao-tiep-spi-la-gi.html [Online] [9] https://sentayho.com.vn/uart-la-gi.html [Online] [10] https://os.mbed.com/platforms/ST-Nucleo-F303RE/ [Online] [11] https://hshop.vn/products/arduino-cnc-shield-2 [Online] [12] https://www.electronicoscaldas.com/datasheet/MG996R_TowerPro.pdf [Online] [13] https://datasheetspdf.com/pdf-file/1260602/Schneider/NEMA17/1 [Online] [14] https://hshop.vn/products/mach-giamop-dc-lm2596-3a [Online] [15] https://hocthatlamthat.edu.vn/limit-switch/ [Online] [16] A S S A K R Ashwin Misra, "Design and Development of a Low-Cost CNC Alternative SCARA Robotic Arm," 2020 [17] S B V S R C Pranav Shevkar, "A Desktop SCARA Robot using Stepper Motors," 2019 [18] P N T Thịnh, Giáo trình Kỹ thuật Robot, Nhà xuất Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh, 2014 Trang 95 S K L 0