Thiết kế, mô phỏng hệ thống phân loại sản phẩm ứng dụng Robot và 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 CNKT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA THIẾT KẾ, MÔ PHỎNG HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM ỨNG DỤNG ROBOT VÀ XỬ LÝ ẢNH GVHD: SVTT: TS TRẦN MẠNH SƠN NGŨ THẾ BẢO S K L0 1 Tp Hồ Chí Minh, tháng 12/2021 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 ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ, MÔ PHỎNG HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM ỨNG DỤNG ROBOT VÀ XỬ LÝ ẢNH Ngành Công Nghệ Kỹ Thuật Điều Khiển Và Tự Động Hóa GVHD : TS Trần Mạnh Sơn SVTH : Ngũ Thế Bảo MSSV : 17151044 Tp Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2021 i TRƯỜNG ĐH SPKT TP HỒ CHÍ MINH CỘNG HỒ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO Độc lập – Tự – Hạnh phúc ………… Tp.Hồ Chí Minh, ngày 16 tháng 12 năm 2021 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên : Ngũ Thế Bảo MSSV: 17151044 Giảng viên hướng dẫn: TS Trần Mạnh Sơn ĐT: 0919197139 Chuyên ngành: Công nghệ Kĩ thuật Điều khiển Tự động hoá Hệ đào tạo: Đại học quy Khóa: K17 Lớp: 17151CL3 TÊN ĐỀ TÀI : Thiết kế, mô hệ thống phân loại sản phẩm ứng dụng Robot xử lý ảnh 2.NHIỆM VỤ Các số liệu, tài liệu ban đầu: Các tài liệu mơ hình robot bậc 3,4 loại tài liệu liên quan đến xử lý ảnh Nội dung thực đề tài: Lên ý tưởng thiết kế phần cứng cho mơ hình robot bậc tự Tính tốn động học hồn chỉnh cho robot bậc tự Thiết kế mô động học dùng SolidWorks Matlab Thiết kế mô chuyển động dùng SolidWorks Motion Ứng dụng xử lý ảnh định vị ví trí phân biệt số màu sắc, hướng đến ứng dụng phân loại sản phẩm vào kho hàng Sản phẩm: Mơ hình mơ cánh tay robot bậc tự ii Chương trình điều khiển, giám sát mô dùng phần mềm SolidWorks Matlab Mô nhận dạng số màu sắc thông qua camera kết nối với Matlab Quyển báo cáo đồ án tốt nghiệp 3.NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 8/9/2021 4.NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 17/12/2021 HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TRƯỞNG NGÀNH TS Trần Mạnh Sơn GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN (Ký & ghi rõ họ tên) (Ký & ghi rõ họ tên) iii TRƯỜNG ĐH SPKT TP HỒ CHÍ MINH CỘNG HỒ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO Độc lập – Tự – Hạnh phúc ………… Tp.Hồ Chí Minh, ngày 16 tháng 12 năm 2021 PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Họ tên sinh viên: Ngũ Thế Bảo Ngành: Giảng viên hướng dẫn: MSSV: 17151044 CNKT Điều khiển Tự động hoá TS Trần Mạnh Sơn ĐT: 0919197139 NHẬN XÉT Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện: - Tính tốn thiết kế mơ hình robot bậc tự - Tính tốn động học thuận động học nghịch hoàn chỉnh cho robot - Tìm hiểu sử dụng phẩn mềm Malab, SolidWorks SolidWorks Motion để lập trình mơ thực tế ảo toàn hệ thống - Ứng dụng xử lý để phân biệt số màu sắc Ưu điểm: Sinh viên xây dựng chương trình mơ thực tế ảo mơ q trình hoạt động hệ thống tương đương với mơ hình vật lý, từ làm tảng cho bước thi cơng mơ hình vật lý Khuyết điểm: Do kinh nghiệm quản lý thời gian lên kế hoạch không tốt dẫn đến sinh viên bị động quỹ thời gian, khơng kịp để thi cơng mơ hình vật lý Tuy nhiên, với kết tính tốn mơ thực tế ảo việc thi cơng mơ hình vật lý áp dụng giải thuật điều khiển vào thực tế hoàn toàn khả thi Đề nghị cho bảo vệ hay không? Đề nghị bảo vệ trước hội đồng Đánh giá loại: Giỏi Điểm: (Bằng chữ: ) iv Tp.Hồ Chí Minh, ngày 16 tháng 12 năm 2021 Giáo viên hướng dẫn v LỜI CẢM ƠN Trong năm học trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP Hồ Chí Minh, em nhận kiến thức học quan trọng cho chuyên ngành sống sau từ thầy, cô Nhờ có nhiệt tình giảng dạy, tận tâm công tác truyển đạt kiến thức thầy, cô mà đường sau em bớt chơng gai, khó khăn nhiều Em chân thành cảm ơn Ban Giám Hiệu nhà trường, đặc biệt thầy cô Khoa đào tạo Chất lượng cao tận tâm giảng dạy giúp chúng em hoàn thành tốt khố học Em xin chân thành cảm ơn thầy Trần Mạnh Sơn dẫn, truyển đạt kinh nghiệm kiến thức cho em Trong trình làm khoá luận tốt nghiệp, em nhận nhiều giúp đỡ từ thầy để có kết ngày hôm Sau xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè ln ủng hộ nhiệt thành giúp đỡ em trình làm khố luận tốt nghiệp nói riêng tồn q trình học nói chung Cuối xin kính chúc quý thầy cô ngày mạnh khoẻ để phấn đấu ngày đạt thành tích cao cơng tác giảng dạy nghiệp Chúc trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Hồ Chí Minh tảng vững cho nhiều hệ sinh viên Tp.Hồ Chí Minh, ngày 16 tháng 12 năm 2021 Ngũ Thế Bảo vi LỜI NÓI ĐẦU Trong thời đại khoa học - kỹ thuật tiến bộ, cải tiến ngày nay, việc tự động hoá sản xuất để tăng chất lượng sản phẩm, dễ dàng điều khiển, giảm chi phí nhân cơng, hướng đến giá cạnh tranh điều vô cần thiết với doanh nghiệp, nhà máy Để tìm giải pháp tăng suất, hiệu hoạt động môi trường khắc nghiệt cánh tay robot xử lý ảnh lựa chọn hàng đầu Ứng dụng kiến thức hiểu biết robot, động học robot, xử lý ảnh, thiết kế mơ hình tối ưu, em định chọn đê tài “ Thiết kế, mô hệ thống phân loại sản phẩm ứng dụng robot xử lý ảnh ” để làm giải pháp cho nguyên nhân kể Mục tiêu đề tài thiết kế mô điều khiển mô hình robot bậc tự phương pháp động học nhằm phục vụ gia cơng mơ hình vật lý vii MỤC LỤC NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ii PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN iv LỜI CẢM ƠN vi MỤC LỤC viii DANH MỤC HÌNH ẢNH xi DANH MỤC BẢNG xiii CHƯƠNG : TỔNG QUAN 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Mục tiêu đề tài 1.3 Giới hạn đề tài 1.4 Đối tượng nghiên cứu, phạm vi nghiên cứu 1.4.1 Đối tượng nghiên cứu 1.4.2 Phạm vi nghiên cứu 1.5 Phương pháp nghiên cứu 1.6 Giới thiệu nội dung CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Định nghĩa robot 2.2 Phân loại Robot 2.2.1 Phân loại theo kết cấu 2.2.2 Phân loại theo điều khiển 2.2.3 Phân loại theo ứng dụng 2.3 Động học Robot 2.3.1 Động học thuận cánh tay Robot 2.3.2 Động học nghịch cánh tay Robot 11 2.4 Quy hoạch quỹ đạo 12 2.5 Các phương pháp truyền động cho cánh tay Robot 13 2.5 Tổng quan xử lý ảnh 15 viii 2.5.1 Khái niện xử lý ảnh 15 2.5.2 Những vấn đề hệ thống xử lý ảnh 15 2.6 Phần mềm thiết kế 16 CHƯƠNG THIẾT KẾ MƠ HÌNH 18 3.1 Yêu cầu thiết kế 18 3.2 Thiết kế phần cứng 18 3.2.1 Lựa chọn mơ hình Robot bậc tự 18 3.2.2 Thiết kế Robot bậc tự 19 3.2.3 Lựa chọn tính tốn cấu truyền động 24 3.3 Lựa chọn thiết bị 26 CHƯƠNG 4: TÍNH TỐN, KIỂM CHỨNG VÀ MÔ PHỎNG 32 4.1 Động học mơ hình thiết kế 32 4.1.1 Đông học thuận cánh tay Robot 32 4.1.2 Động học nghịch cánh tay Robot 34 4.2 Kiểm chứng động học cánh tay Robot 36 4.2.1 Động học thuận 36 4.2.2 Động học nghịch 38 4.3 Thiết kế phần mềm 40 4.3.1 Xây dựng nguyên lý hoạt động 40 4.3.2 Thiết kế chương trình điều khiển Matlab 40 4.3.3 Thiết kế chuyển động Solidworks Motion 43 4.3.4 Thiết kế chương trình phân loại màu sắc Matlab 44 CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 48 5.1 Mơ hình robot bậc tự 48 5.2 Chức điều khiển điểm đầu cuối robot 48 5.3 Chức nhận dạng phân loại qua màu sắc 49 5.4 Chức mô môi trường thực tế ảo SolidWorks Motion 51 CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 53 6.1 Kết luận 53 ix