Đồ Án Tốt Nghiệp Mô Hình Cánh Tay Robot Phân Loại Sản Phẩm Theo Mã Qr.pdf

LỜI CẢM ƠN Nhóm thực hiện đề tài xin gửi lời cảm ơn chân thành và sự tri ân sâu sắc đốivới các thầy cô của trường, đặc biệt là các thầy cô khoa ĐIỆN – ĐIỆN TỬ củatrường Cao đẳng Kỹ thuật

TRƯỜNG CAO ĐẲNG KỸ THUẬT CAO THẮNG

KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP

TRƯỜNG CAO ĐẲNG KỸ THUẬT CAO THẮNG

KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP

LỜI CẢM ƠN Nhóm thực hiện đề tài xin gửi lời cảm ơn chân thành và sự tri ân sâu sắc đốivới các thầy cô của trường, đặc biệt là các thầy cô khoa ĐIỆN – ĐIỆN TỬ củatrường Cao đẳng Kỹ thuật Cao Thắng đã giảng dạy tận tình, truyền đạt những kiếnthức bổ ích góp phần làm cơ sở, nền tảng cho chuyên ngành sau này.

Nhóm thực hiện đề tài xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy HUỲNHTRỌNG NHÂN giảng viên bộ môn ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP đã trang bị chonhóm thực hiện đề tài những kiến thức, kỹ năng cơ bản và chỉ bảo tận tình chonhóm trong suốt quá trình hoàn thành đề tài đồ án này Cảm ơn thầy đã nhiệt tìnhhướng dẫn nhóm thực hiện đề tài trong việc lựa chọn đề tài nghiên cứu, hướng tiếpcận và giúp nhóm chỉnh sửa những thiếu sót trong quá trình nghiên cứu

Trong thời gian làm đồ án tốt nghiệp, nhóm thực hiện đề tài đã nhận được nhiều

sự giúp đỡ, đóng góp ý kiến và chỉ bảo nhiệt tình của thầy cô, sự động viên của bạnbè

Do kiến thức và kinh nghiệm của nhóm thực hiện đề tài còn hạn chế, thời gianngắn, tài liệu tham khảo không nhiều, chắc chắn đồ án này không thể tránh khỏinhững chỗ thiếu sót Nhóm thực hiện đề tài rất mong nhận được ý kiến đóng góp từphía Thầy, Cô để có thể bổ sung những chỗ chưa chính xác, giúp nhóm thực hiện đềtài hoàn thiện hơn và sẽ hoàn thành tốt hơn

Nhóm thực hiện đề tài xin chân thành cảm ơn

TP.HCM, ngày tháng năm 2022

Nhóm thực hiện Đoàn Trần Công Quí Nguyễn Ngọc Thiện

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

Về tinh thần, thái độ làm việc của sinh viên:

Những kết quả đạt được của ĐA/KLTN:

Những hạn chế của ĐA/KLTN:

Đánh giá chung đề tài Xuất sắc Giỏi Khá Trung bình Yếu

Đề nghị:

Được phản biện Không được bảo vệ

TP.HCM, ngày … tháng… năm 2022 Giảng viên hướng dẫn (GV ký tên và ghi rõ họ tên)

MỤC LỤC

Tran

Chương 1 TỔNG QUAN 1

1.1 Tính cấp thiết đề tài 1

1.2 Tình hình nghiên cứu hiện nay 1

1.3 Mục đích nghiên cứu 1

1.4 Nhiệm vụ nghiên cứu 1

1.5 Mục tiêu nghiên cứu 2

Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 3

2.1 Visual Studio 3

2.1.1 Mô tả 3

2.1.2 Tạo Project 4

2.2 Arduino IDE 6

2.3 Mã QR 7

2.3.1 Mô tả 7

2.3.2 Lịch sử 8

2.3.3 Lưu trữ 9

2.4 Webcam Logitech C270 9

2.4.1 Sơ lược về Webcam 9

2.4.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động 10

2.4.3 Ứng dụng 11

2.4.4 Thông số kỹ thuật webcam logitech C270 12

2.5 Arduino 12

2.5.1 Tổng quan về Arduino 12

2.5.2 Cấu tạo phần cứng của Arduino 13

2.5.3 Giới thiệu vi điều khiển AVR 14

2.5.4 Các dòng Arduino 14

2.5.5 Ardunio Mega 2560 20

2.5.6 Thông số kỹ thuật 21

2.5.7 Sơ đồ chân Arduino Mega 2560 21

2.6 Giao thức UART (Universal Asynchronous Receiver / Transimitter) 22

2.6.1 Giới thiệu 22

2.6.2 Truyền thông UART 23

2.6.3 Ứng dụng 24

2.6.4 Ưu điểm, nhược điểm 24

2.7 Giao thức I2C 24

2.7.1 Giới thiệu 24

2.7.2 Đặc điểm 25

2.7.3 Giao thức truyền dữ liệu 26

2.8 Cảm biến vật cản hồng ngoại E18-D80NK 28

2.8.1 Mô tả 28

2.8.2 Thông số kỹ thuật 28

2.8.3 Sơ đồ chân 29

2.8.4 Ưu điểm 30

2.9 Mạch hạ áp 5A XL4015 30

2.9.1 Mô tả 30

2.10 Động cơ Servo MG996R 32

2.10.1 Mô tả 32

2.10.2 Thông số kỹ thuật 34

2.10.3 Sơ Đồ chân 35

2.11 Băng chuyền 35

2.11.1 Mô tả 35

2.11.2 Cấu tạo 36

2.11.3 Ứng dụng 36

2.12 Motor giảm tốc 36

2.12.1 Mô tả 36

2.12.2 Thông số kỹ thuật 37

2.13 Bộ nguồn tổ ong 12VDC 10A 37

2.13.1 Mô tả 37

2.13.2 Thông số kỹ thuật 38

2.14 Màn hình LCD 38

2.14.1 Tổng quan 38

2.14.2 Thông số kỹ thuật 39

2.14.3 Sơ đồ chân 40

2.15 Module Relay 41

2.15.1 Mô tả 41

2.15.2 Thông số kỹ thuật 41

2.15.3 Sơ đồ mạch và nguyên lý hoạt động 42

2.16 Module chuyển đổi I2C 43

2.16.1 Mô tả 43

2.16.2 Sơ đồ chân 43

2.16.3 Thông số kỹ thuật 44

2.17 Quạt tản nhiệt 12V 44

2.17.1 Giới thiệu 44

Chương 3 THIẾT KẾ HỆ THỐNG 45

3.1 Yêu cầu hệ thống 45

3.2 Sơ đồ khối 45

3.3 Lưu đồ giải thuật 47

3.4 Sơ đồ nguyên lý 48

3.5 Khối xử lý trung tâm 49

3.6 Khối nguồn 50

3.7 Khối cảm biến 50

3.8 Khối hiển thị 50

3.9 Khối vận chuyển 51

Chương 4 THI CÔNG HỆ THỐNG 52

4.1 Giao diện chính hệ thống 52

4.2 Cánh tay robot 52

4.3 Thi công LCD 53

4.4 Thi công Adruino 53

4.5 Thi công webcam 54

4.6 Thi công mô hình hoàn chỉnh 54

Chương 5 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 55

5.1 Kết quả đạt được 55

5.2 Hạn chế 55

5.3 Hướng phát triển 55

TÀI LIỆU THAM KHẢO 59

PHỤ LỤC 60

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 2.1 Phần mềm Visual Studio 3

Hình 2.2 Giao diện Visual Studio 4

Hình 2.3 Giao diện lựa chọn loại project 4

Hình 2.4 Giao diện cấu hình project 5

Hình 2.5 Màn hình làm việc Visual Studio 6

Hình 2.6 Giao diện code 6

Hình 2.7: Giao diện chính của Arduino 7

Hình 2.8: Webcam Logitech C270 10

Hình 2.9: Chip AVR (Atmega2560) loại linh kiện dán 14

Hình 2.10: Arduino USB 16

Hình 2.11: Arduino Diecimila 18

Hình 2.12: Arduino Duemilanove 18

Hình 2.13: Arduino UNO 19

Hình 2.14: Vi điều khiển của Arduino UNO 20

Hình 2.15: Arduino Mega 2560 21

Hình 2.16: Sơ đồ chân Arduino Mega 2560 22

Hình 2.17: Giao thức UART 23

Hình 2.18: Truyền thông UART 23

Hình 2.19: Sơ đồ kết nối mạng I2C 25

Hình 2.20: Sơ đồ kết nối mạng I2C 26

Hình 2.21: Điều kiện bắt đầu 26

Hình 2.22: Điều kiện kết thúc 27

Hình 2.23: Cảm biến vật cản hồng ngoại E18-D80NK 28

Hình 2.24: Sơ đồ chân E18-D80NK 29

Hình 2.25: Sơ đồ đấu nối NPN 29

Hình 2.26: Sơ đồ hệ thống 30

Hình 2.27: Mạch hạ áp 5A XL4015 31

Hình 2.28: Sơ đồ mạch XL4015 31

Hình 2.29: Động cơ Servo MG996R 32

Hình 2.30: Tín hiệu PWM 33

Hình 2.31: Điều khiển động cơ Servo 33

Hình 2.32: Kích thước động cơ Servo MG996R 34

Hình 2.33: Sơ đồ chân 35

Hình 2.34: Băng chuyền 35

Hình 2.35: Động cơ giảm tốc 37

Hình 2.36: Nguồn tổ ong 12V-10A 38

Hình 2.37: LCD 20X04 39

Hình 2.38: Sơ đồ chân LCD 20X04 40

Hình 2.39: Module Relay 41

Hình 2.40: Sơ đồ mạch relay 42

Hình 2.41: Module chuyển đổi I2C 43

Hình 2.42: Quạt tản nhiệt 44

Hình 3.1: Sơ đồ khối hệ thống 45

Hình 3.2: Lưu đồ giải thuật 47

Hình 3.3: Sơ đồ nguyên lý khối xử lý trung tâm 49

Hình 3.4: Khối nguồn 50

Hình 3.5: Sơ đồ nguyên lý khối cảm biến 50

Hình 3.6: Sơ đồ nguyên lý khối hiển thị 50

Hình 3.7: Sơ đồ nguyên lý Sevro MG996 51

Hình 3.8: Sơ đồ nguyên lý khối vận chuyển 51

Hình 4.1: Giao diện hệ thống 52

Hình 4.2: Thi công cánh tay robot 52

Hình 4.3: Thi công LCD 53

Hình 4.4: Thi công Arduino 53Hình 4.5: Thi công webcam 54Hình 4.6: Thi công mô hình hoàn chỉnh 54

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1: Khả năng lưu trữ dữ liệu 9 Bảng 2.2: Khả năng sửa chữa lỗi 9

Chương 1TỔNG QUAN1.1 Tính cấp thiết đề tài

Sự phát triển của khoa học kỹ thuật ngày càng nhanh chóng góp phần nâng caosuất lao động Đặc biệt sự ra đời và phát triển của công nghệ chế tạo robot nhằm tạo

ra sự tự động hóa trong quá trình sản xuất giảm sức lao động bằng tay chân củangười lao động

Đối với nước ngoài thì robot đã được nghiên cứu và chế tạo để ứng dụng vàosản xuất đã có từ rất lâu Riêng ở nước ta lĩnh vực này còn khá mới mẻ, chúng tavẫn chưa có nhà náy nào có khả năng chế tạo các bộ phận cấu thành của tay máy đatchuẩn quốc tế

Nắm bắt được tình hình đó nên nhóm đã tìm hiểu và nghiên cứu, xây dựng vàphát triển đề tài “Mô hình cánh tay robot phân loại sản phẩm theo mã QR” để nângcao năng suất lao động, phát triển công nghệ chế tạo robot nước ta và sử dụng đề tàinày để làm đồ án tốt nghiệp của mình

1.2 Tình hình nghiên cứu hiện nay

Với các công ty sản xuất, dịch vụ chuyển phát thì việc phân loại sản phẩm luôn

là vấn đề quan trọng cần được quan tâm Việc phân loại sản phẩm bằng tay sẽkhông tránh được những sai sót như nhầm sản phẩm, thất lạc,…và vấn đề lợi nhuậnkinh tế cũng không cao Mô hình nghiên cứu của nhóm sẽ giúp công ty nâng caohiệu quả kinh tế, năng suất, đáp ứng được yêu cầu nhanh chóng tiện lợi của kháchhàng

Mô hình áp dụng được trong rất nhiều ngành khác nhau như: phân loại sảnphẩm trong các công ty chế biến thực phẩm, trong các kho chứa hàng,…

1.3 Mục đích nghiên cứu

Mô hình “Mô hình cánh tay robot phân loại sản phẩm theo mã QR” có thể được

áp dụng rộng rãi trong công nghiệp Số lượng sản phẩm sẽ được giám sát thông quamáy tính Chỉ với 1 nhân viên thì chúng ta đã có thể phân loại sản phẩm và giám sát

số lượng sản phẩm lớn

1.4 Nhiệm vụ nghiên cứu

Trong nội dung đồ án này, nhóm thực hiện đề tài sẽ thực hiện những nhiệm vụ sau:

Trang 1CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

- Dùng camera ghi hình mã QR đọc về máy tính và đọc dữ liệu lên Visual Studio.

- Dùng Arduino điều khiển băng tải và phân loại sản phẩm

- Giám sát và hiển thị số lượng lên Visual Studio

- Cánh tay robot gắp sản phẩm đặt đúng vào vị trí

- Xây dựng, thiết kế và thi công mô hình phần cứng một cách tối ưu nhất

- Khắc phục lỗi, đưa ra đánh giá về mô hình, cải thiện mô hình, giúp mô hình càng hoàn thiện hơn

1.5 Mục tiêu nghiên cứu

Sau khi thực hiện xong đề tài, nhóm mong muốn đạt được những kết quả như sau:

- Nắm được những kiến thức cơ bản về Visual Studio

- Mô hình phân loại sản phẩm theo mã QR và giám sát số lượng sản phẩm

- Cánh tay robot gắp và đặt sản phẩm vào vị trí

Trang 2CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

Chương 2

CƠ SỞ LÝ THUYẾT2.1 Visual Studio

2.1.1 Mô tả

Visual studio là một phần mềm hỗ trợ đắc lực cho công việc lập trình website.Công cụ này được tạo lên và thuộc quyền sở hữu của ông lớn công nghệ Microsoft.Năm 1997, phần mềm lập trình nay có tên mã Project Boston Nhưng sau đó,Microsoft đã kết hợp các công cụ phát triển, đóng gói thành sản phẩm duy nhất.Visual Studio là hệ thống tập hợp tất cả những gì liên quan tới phát triển ứngdụng, bao gồm trình chỉnh sửa mã, trình thiết kế, gỡ lỗi Tức là, bạn có thể viếtcode, sửa lỗi, chỉnh sửa thiết kế ứng dụng dễ dàng chỉ với 1 phần mềm VisualStudio mà thôi Không dừng lại ở đó, người dùng còn có thể thiết kế giao diện, trảinghiệm trong Visual Studio như khi phát triển ứng dụng Xamarin, UWP bằngXAML hay Blend vậy

Phần mềm Visual studio được chia thành 2 phiên bản Visual Studio Enterprise

và Visual Studio Professional, các phiên bản cao cấp có tính phí này được sử dụngnhiều bởi các công ty chuyên về lập trình Bên cạnh đó, Microsoft cũng cho ra mắtphiên bản Community (phiên bản miễn phí) của gói phần mềm, cung cấp cho ngườidùng những tính năng cơ bản nhất, phù hợp với các đối tượng lập trình khôngchuyên, mới tiếp cận tìm hiểu về công nghệ (đối tượng nghiên cứu, nhà phát triển cánhân, hỗ trợ dự án mở, các tổ chức phi doanh nghiệp dưới 5 người dùng)

Hình 2.1 Phần mềm Visual Studio

Trang 3CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

thiết bị hoạt động Nguồn tổ ong này được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị côngnghiệp.

Nguồn tổ ong 12V 10A Power Supply thích hợp với các hệ thống yêu cầu nguồn

có công suất cao (dòng tải lớn ) như: Các hệ thống chiếu sáng led, led quảng cáo,camera, loa đài, máy in 3D

2.13.2 Thông số kỹ thuật

- Điện áp đầu vào 110VAC hoặc 220VAC thay đổi qua công tắc gạt bên trong

- Điện áp đầu ra 9VDC~14VDC chỉnh được thông qua núm chỉnh ADJ có sẵn trên nguồn

2.14.1 Tổng quan

Ngày nay, thiết bị hiển thị LCD (Liquid Crystal Display) được sử dụng trong rấtnhiều các ứng dụng của VĐK LCD có rất nhiều ưu điểm so với các dạng hiển thịkhác: Nó có khả năng hiển thị kí tự đa dạng, trực quan (chữ, số và kí tự đồ họa), dễdàng đưa vào mạch ứng dụng theo nhiều giao thức giao tiếp khác nhau, tốn rất ít tàinguyên hệ thống và giá thành rẽ …

Có nhiều loại LCD với nhiều hình dáng và kích thước khác nhau: LCD 16x02,LCD 20x04, dựa trên kích thước màn hình để phù hợp với số lượng kí tự và mụcđích sử dụng của khách hàng

Khi sản xuất LCD, nhà sản xuất đã tích hợp chíp điều khiển (HD44780) bêntrong lớp vỏ và chỉ đưa các chân giao tiếp cần thiết

2.14.3 Sơ đồ chân

Chức năng của từng chân LCD 2004:

- Chân số 1 - VSS: chân nối đất cho LCD được nối với GND của mạch điều khiển

- Chân số 2 - VDD: chân cấp nguồn cho LCD, được nối với VCC=5V của mạch điều khiển

- Chân số 3 - VE: điều chỉnh độ tương phản của LCD

- Chân số 4 - RS: chân chọn thanh ghi, được nối với logic "0" hoặc logic "1":Logic “0”: Bus DB0 - DB7 sẽ nối với thanh ghi lệnh IR của LCD (ở chế độ

“ghi” - write) hoặc nối với bộ đếm địa chỉ của LCD (ở chế độ “đọc” - read)

Logic “1”: Bus DB0 - DB7 sẽ nối với thanh ghi dữ liệu DR bên trong LCD

- Chân số 5 - R/W: chân chọn chế độ đọc/ghi (Read/Write), được nối với logic

“0” để ghi hoặc nối với logic “1” đọc

- Chân số 6 - E: chân cho phép (Enable) Sau khi các tín hiệu được đặt lên busDB0-DB7, các lệnh chỉ được chấp nhận khi có 1 xung cho phép của chân nàynhư sau:

Ở chế độ ghi: Dữ liệu ở bus sẽ được LCD chuyển vào thanh ghi bên trongkhi phát hiện một xung (high-to-low transition) của tín hiệu chân E

Trang 40Hình 2.38: Sơ đồ chân LCD 20X04CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Ở chế độ đọc: Dữ liệu sẽ được LCD xuất ra DB0-DB7 khi phát hiện cạnh lên(low-to-high transition) ở chân E và được LCD giữ ở bus đến khi nào chân Exuống mức thấp.

- Chân số 7 đến 14 - D0 đến D7: 8 đường của bus dữ liệu dùng để trao đổi thông tin với MPU Có 2 chế độ sử dụng 8 đường bus này là:

Chế độ 8 bit (dữ liệu được truyền trên cả 8 đường, với bit MSB là bit DB7)Chế độ 4 bit (dữ liệu được truyền trên 4 đường từ DB4 tới DB7, bit MSB là DB7)

- Chân số 15 - A: nguồn dương cho đèn nền

- Chân số 16 - K: nguồn âm cho đèn nền

2.15 Module Relay

2.15.1 Mô tả

Module Relay 1 Kênh 5V với opto cách ly nhỏ gọn, có opto và transistor cách lygiúp cho việc sử dụng trở nên an toàn với board mạch chính, mạch được sử dụng đểđóng ngắt nguồn điện công suất cao AC hoặc DC, có thể chọn đóng khi kích mứccao hoặc mức thấp bằng Jumper

Tiếp điểm đóng ngắt gồm 3 tiếp điểm NC (thường đóng), NO (thường mở) vàCOM (chân chung) được cách ly hoàn toàn với board mạch chính, ở trạng thái bìnhthường chưa kích NC sẽ nối với COM, khi có trạng thái kích COM sẽ chuyển sangnối với NO và mất kết nối với NC

2.15.2 Thông số kỹ thuật

Trang 41Hình 2.39: Module RelayCHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

- Sử dụng điện áp nuôi DC 5V

- Relay mỗi Relay tiêu thụ dòng khoảng 80mA

- Điện thế đóng ngắt tối đa: AC250V ~ 10A hoặc DC30V ~ 10A

- Có đèn báo đóng ngắt trên mỗi Relay

- Có thể chọn mức tín hiệu kích 0 hoặc 1 qua jumper

- Kích thước:5.0 cm x 2.6 cm x 1.9 cm

- Weight:17 g

2.15.3 Sơ đồ mạch và nguyên lý hoạt động

Mạch relay sử dụng opto có thể chọn mức tín hiệu kích là cao hoặc thấp bằngJumper Ưu điểm của mạch này là cách ly hoàn toàn về điện giữa vi điều khiển vớirelay và tải Điều này sẽ giúp vi điều khiển loại được một số nhiễu không mongmuốn khi hoạt động, dẫn mạch đến hoạt động ổn định hơn

Hình 2.40: Sơ đồ mạch relayNguyên lý hoạt động:

- Trường hợp 1: Khi Jumper nối điện trở R3 với GND (0V):

Khi tín hiệu điều khiển từ chân D8 ở mức thấp, Led bên trong opto không sáng

do đó transistor phía bên kia của opto không dẫn điện Khi đó chân B củatransistor Q1 sẽ được kéo lên nguồn, nên Q1 không dẫn Cuộn dây relay khôngđược cấp điện, relay mở

Trang 42CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT