Thiết kế và điều khiển robot delta phân loại và sắp xếp sản phẩm ứng dụng 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 THIẾT KẾ VÀ ĐIỀU KHIỂN ROBOT DELTA PHÂN LOẠI VÀ SẮP XẾP SẢN PHẨM ỨNG DỤNG XỬ LÝ GVHD: ThS VÕ LÂM CHƯƠNG SVTH: TRƯƠNG ĐẶNG NHẬT QUỲNH TRƯƠNG VĂN ĐỨC VŨ TRỌNG BẰNG S K L Tp Hồ Chí Minh, tháng 7/2023 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHUYÊN NGÀNH: CƠ - ĐIỆN TỬ ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ ĐIỀU KHIỂN ROBOT DELTA PHÂN LOẠI VÀ SẮP XẾP SẢN PHẨM ỨNG DỤNG XỬ LÝ ẢNH SVTH: TRƯƠNG ĐẶNG NHẬT QUỲNH 19146020 TRƯƠNG VĂN ĐỨC 19146177 VŨ TRỌNG BẰNG 19146159 GVHD: ThS VÕ LÂM CHƯƠNG TP HỒ CHÍ MINH, tháng 07/2023 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO Độc lập - Tự – Hạnh phúc NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Học kỳ / năm học 2022- 2023 Giảng viên hướng dẫn: ThS Võ Lâm Chương Sinh viên thực hiện: Trương Đặng Nhật Quỳnh MSSV: 19146020 ĐT: 0903087791 Trương Văn Đức MSSV: 19146177 ĐT: 0328617298 Vũ Trọng Bằng MSSV: 19146159 ĐT: 0367692107 Tên đề tài: Thiết kế Điều khiển Robot Delta phân loại xếp sản phẩm ứng dụng Xử lý ảnh Mã số đề tài: 22223DT183 Các số liệu, tài liệu ban đầu: Số liệu mơ hình từ đồ án Cơ điện tử Nội dung đồ án: - Tính tốn Thiết kế mơ hình khí Robot Delta theo thơng số mong muốn - Thiết kế hệ thống điện điều khiển Robot Delta - Nghiên cứu sở lý thuyết phương pháp giao thức điều khiển Robot - Điều khiến Robot Delta sử dụng PLC module liên quan - Ứng dụng Xử lý ảnh phân loại sản phẩm Các sản phẩm dự kiến: - Mơ hình Robot Delta hoàn chỉnh - Tủ điện điều khiển Robot Ngày giao đồ án: 15/03/2023 Ngày nộp đồ án: 15/07/2023 Ngơn ngữ trình bày: Bản báo cáo: Tiếng Anh Tiếng Việt Trình bày bảo vệ: Tiếng Anh Tiếng Việt TRƯỞNG BỘ MÔN GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN (Ký, ghi rõ họ tên)  Được phép bảo vệ …………………………………………… (GVHD ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên) LỜI CAM KẾT Tên đề tài: Thiết kế Điều khiển Robot Delta Phân Loại Và Sắp Xếp Sản Phẩm Ứng Dụng Xử Lý Ảnh GVHD: ThS Võ Lâm Chương Nhóm sinh viên thực hiện: Họ & tên: Trương Đặng Nhật Quỳnh MSSV: 19146020 Họ & tên: Trương Văn Đức MSSV: 19146177 Họ & tên: Vũ Trọng Bằng MSSV: 19146159 Email liên hệ: nhatquynh.td.17@gmail.com Số điện thoại liên hệ: 0903087791 (Nhật Quỳnh) Ngày nộp đồ án tốt nghiệp: Lời cam kết: “Tôi xin cam kết đồ án tốt nghiệp q trình nghiên cứu, tìm tịi thực hiển nhóm chúng tơi Nhóm chung tơi khơng chép tài liệu hay văn mà khơng ghi rõ nguồn gốc Nếu có hành vi sai trái vi phạm nào, nhóm chúng tơi nhận hồn tồn trách nhiệm” TP Hồ Chí Minh, ngày tháng Ký tên năm 2023 LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, xin cảm ơn mái trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM tạo điều kiện xây dựng môi trường học tập với sở vật chất đầy đủ, giúp chúng em có điều kiện tốt để tiếp thu kiến thức hoàn thành chương trình học tập suốt năm qua Xin gửi lời cảm ơn chân thành đến trường cách sâu sắc Bên cạnh đó, chúng em xin gửi lời cảm ơn to lớn tới thầy Võ Lâm Chương – thầy hướng dẫn đề tài đồng hành với nhóm quãng thời gian vừa qua Thầy tận tình hướng dẫn định hịnh hướng ý tưởng cho nhóm đề tài " Thiết kế Điều khiển Robot Delta xếp phân loại sản phẩm ứng dụng xử lý ảnh" Cuối nhóm xin cảm ơn thầy môn Cơ – Điện tử, khoa Đào tạo Chất Lượng Cao khoa Cơ khí máy tận tình dẫn, trang bị kiến thức cần thiết cho chúng em từ bước vào giảng đường đại học đến Những kiến thức tảng quý báu hữu ích mà chúng em sử dụng trình thực đồ án Tuy nhiên, trình thực đồ án, chúng em khơng thể tránh khỏi sai sót thiếu kiến thức chuyên môn kinh nghiệm thực tiễn cá nhân Chúng em mong nhận góp ý thẳng thắn kịp thời từ q thầy để nhóm nhanh chóng chỉnh sửa hoàn thiện đề tài báo cáo tốt Xin chân thành cám ơn! TP.Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2023 Nhóm sinh viên thực Trương Đặng Nhật Quỳnh Vũ Trọng Bằng Trương Văn Đức TÓM TẮT ĐỒ ÁN Robot Delta loại Robot song song có cấu trúc đặc biệt Nó thuộc loại Robot song song lắp ráp có hình dạng giống hình tam giác delta, gọi "Robot delta" Robot Delta thường có khung hình tam giác delta, gồm ba cánh tay đòn dài sở Các cánh tay địn xếp theo hình tam giác đều, hỗ trợ chuyển động trục Cấu trúc Robot Delta có tính chất động cao, khả di chuyển nhanh linh hoạt Nó thường ứng dụng lĩnh vực công nghiệp sản xuất, lắp ráp sản phẩm, chế tạo, đóng gói nhiều ứng dụng khác đòi hỏi khả làm việc nhanh xác Nhờ ưu điểm mà Delta Robot ứng dụng hoạt động gắp thả tốc độ cao với độ xác tuyệt đối Điều giúp cho công ty, doanh nghiệp tiết kiệm vật liệu chi phí khác từ q trình từ thiết chế tạo mà không làm ảnh hưởng đến khả làm việc Robot (như độ cứng độ bền) Chính lý nhóm định chọn đề tài cho đồ án tốt nghiệp “ Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo Robot Delta phân loại xếp sản phẩm ” ứng dụng dây chuyền sản xuất dùng để phân loại xếp sản phẩm dây chuyền Đề tài giới thiệu loại cấu hình Robot song song có bậc tự áp dụng nhiều vào hoạt động gắp đặt dây chuyền sản xuất thực phẩm, robot song song dạng Delta Đề tài chia thành nhiều chương, phân tích cụ thể hệ thống robot song song Delta Ở Chương trình bày tổng quan robot song song, ý nghĩa thực tiện khoa học Robot Delta Tiếp theo Chương 2, đề tài đề cập đến việc tìm hiểu tốn động học, động lực học, từ tìm thơng số cho việc tìm động thích hợp Ở Chương Chương đề tài sâu phân tích thiết kế khí Robot Delta xây dựng hệ thống điện Cuối Chương 5, đề tài trình bày giải thuật thuật tốn điều Robot ABSTRACT Parallel Robot is a structure of many closed loop mechanism with a set of actuators and shaft end parallel each other In line automaton products, such as picking system installation, assembly, requires a system can operate faster Delta robots (also known as parallel robots) in particular and industrial robots in general are increasingly used in factories and automatic production lines to replace humans They are used for high-speed pick-and-drop applications such as assembly, product classification with absolute precision… With the need to save materials and costs in the design and manufacturing process but still ensure get the robot's working capabilities such as rigidity and durability For that reason, the team decided to choose the topic for the graduation project: "Research, design, develop Delta robot prototype for product classification" applied in production lines used for transportation transferring products This report will be divided into chapters analyze in detail the parallel Delta robot system In Chapter presents an overview of parallel robot Next referring to calculate the kinetic problem, the dynamics, which found the parameters for the search engine at the appropriate chapter Chapters and will introduce mechanical design for delta robot and the electric system Finally, control algorithms will be introduce in Chapter MỤC LỤC TỔNG QUAN Tổng quan đề tài Lý chọn đề tài Ý nghĩa thực tiễn khoa học đề tài Đối tượng nghiên cứu Mục tiêu, nhiệm vụ đề tài Phạm vi nghiên cứu đề tài CƠ SỞ LÝ THUYẾT Yêu cầu hệ thống Cấu tạo Robot song song Delta Động học thuận Robot Động học nghịch Robot Chuyển động vi phân (Chuyển động Jacobi) 12 TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ PHẦN CƠ KHÍ 14 Mơ hình hóa Robot 14 Các phương án thiết kế truyền động cho Robot 14 Lựa chọn phương án chuyển động 16 Cấu hình Robot 17 Mô kết cấu Robot 17 Thiết kế khí Robot 19 Khung Robot 19 Thiết kế cánh tay Robot 19 Cơ cấu gắp 20 Băng tải 20 Lựa chọn cấu truyền động cho Robot 20 Lựa chọn động hộp giảm tốc cho Robot 21 Kiểm nghiệm bền 24 Kiểm tra độ bền khung máy 24 Kiểm nghiệm độ bền cánh tay 25 Kiểm nghiệm độ bền khớp nối 26 XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỆN - ĐIỀU KHIỂN 28 Sơ đồ khối hệ thống 28 Các thiết bị sử dụng cho đề tài 28 Module điều khiển vị trí QD75MH4 28 Bộ điều khiển Servo Amplifier Mitsubishi MR-J3 10B 29 Động AC Servo motor HF-KP13 30 Động băng tải ZGB37-3530-24V 30 Động bơm hút chân không ES-3910 24VDC 31 Camera 32 XÂY DỰNG HỆ THỐNG VÀ THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN 33 Sơ đồ khối hệ thống 33 Xây dựng hệ thống điều khiển PLC 33 Các phương thức truyền thông sử dụng 33 Quy trình cấu hình hệ thống 36 Cấu hình phần cứng 36 Phương pháp điều khiển PLC 39 Thuật toán điều khiển PLC 39 Xây dựng thuật toán gắp vật 41 Xây dựng thuật toán nhận biết vật phân loại màu 43 Cấu trúc hệ thống 44 Thư viện OpenCV 44 Quá trình xử lý ảnh cho việc phân loại 44 KẾT QUẢ VÀ THỰC NGHIỆM 53 Kết đạt 53 Phần cứng 53 Phần mềm tính tốn, điều khiển giám sát 53 Thực nghiệm 56 Kiểm tra quỹ đạo điểm - điểm 56 Kiểm tra trình xử lý ảnh 57 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 59 Kết luận 59 Tính khoa học 59 Khả ứng dụng vào thực tế 59 Hạn chế đề tài 59 Hướng phát triển 59