báo cáo thực tập tốt nghiệp phân loại rác thải

Được sự đồng ý của thầy Bùi Văn Tuyên trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, chúng em đã tham gia thực tập với đề tài Phân Loại Rác Thải, rác thải hiện đang là một trong những vấn đề cấp thiết

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘi

Viện Cơ Khí

Bộ môn Gia công vật liệu và Dụng cụ quang học -   -

BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Hà Nội, Ngày tháng năm 202

Giảng viên hướng dẫn

2

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 4

TÓM TẮT VẤN ĐỀ 5

PHẦN I: ĐẶT VẤN ĐỀ 6

1.1 Thực trạng và nguyên nhân 6

1.2 Tầm quan trọng của việc phân loại rác 7

1.3 Đề xuất ý tưởng 9

PHẦN II: KẾT QUẢ THỰC TẬP 10

2.1 Hệ thống cơ khí 10

2.1.1 Băng tải 10

2.1.2 Bộ truyền đai/ xích 12

2.1.3 Động cơ 14

2.2 Thiết kế phần mềm xử lý ảnh 15

2.2.1 Mạng CNN 15

2.2.2 Mạng Yolo 15

2.2.3 Thuật toán xử lý ảnh 16

2.2.4 Quá trình thu thập dữ liệu và huấn luyện 21

2.3 Hệ thống điều khiển 23

2.3.1 Vi điều khiển 23

2.3.1 Sơ đồ khí nén 26

2.3.2 Code 27

PHẦN III: KẾT LUẬN 32

3.1 Khó khăn 32

3.2 Kinh nghiệm nhận được 3

LỜI NÓI ĐẦU

Mỗi sinh viên học tập trên mái trường đại học Bách Khoa Hà Nội đều đã nắm bắt được một khối lượng kiến thức không nhỏ Song để những kiến thức ấy thực sự trở thành hành trang cho mỗi chúng ta trong cuộc sống sau này thì nó còn một khoảng cách rất lớn Nhận thức được điều đó, hàng năm trường đại học Bách khoa Hà Nội đã tổ chức các đợt thực tập cho sinh viên năm cuối Mục đích của đợt thưc tập này giúp sinh viên:

- Hệ thông toàn bộ nội dung, kiến thức đã được học trong toàn khóa nhằm hoàn thiện tri thức khoa học của mỗi sinh viên tốt nghiệp ở bậc đại học

- Nắm được phương pháp tiếp cận và giải quyết các vấn đề thuộc chuyênngành đào tạo trên cơ sở những kiến thức đã học và hoạt động thực tiễn, trên

cơ sở lý thuyết gắn với thực tiễn, đồng thời đề xuất đươc các giải pháp, các kiến nghị khoa học nhằm góp phần giải quyết thực tiễn trong quá trình đổi mới sản xuất, kinh doanh, qua đó nâng cao nhận thức của sinh viên

Thực tập là khoảng thời gian quan trọng đối với sinh viên, đặc biệt là đốivới những sinh viên học kỹ thuật Đây là giai đoạn sinh viên bắt đầu tiếp cận với thực tế, củng cố kiến thức đã học và vận dụng những kiến đã học vào thực tiễn

Được sự đồng ý của thầy Bùi Văn Tuyên trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, chúng em đã tham gia thực tập với đề tài Phân Loại Rác Thải, rác thải hiện đang là một trong những vấn đề cấp thiết của xã hội

Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy Bùi Văn Tuyên và thầy Nguyễn Trọng Hải bộ môn Gia công vật liệu và dụng cụ công nghiệp đã giúp đỡ và tạo điều kiện cho chúng em thực tập trong suốt thời gian vừa qua

4

Để giúp giải quyết vấn đề này, đề tài “Thùng phân loại rác thông minh” tạonên 1 thiết bị có thể phân loại rác thải tại nguồn thành 3 loại riêng biệt Nhờ sửdụng mô hình mạng CNN các loại rác đầu vào sẽ được xác định một cách chínhxác Sau khi được định danh thì hệ thống thông qua cơ cấu máng nghiêng sẽ đưarác thải về các thùng chứa tương ứng bao gồm rác hữu cơ, rác vô cơ và rác tái chế.Thông tin về số lượng rác trong từng ngăn chứa, số lần bỏ rác… được gửi lên hệthống lưu trữ bằng module ESP32 thông qua giao thức HTTP với phương thứcPOST Trang web được thiết kế bằng việc sử dụng ngôn ngữ lập trình HTML, CSS,Javascript sẽ nhận dữ liệu sau đó xử lý và hiện thị dưới dạng các con số và biểu đồ.Những số liệu này có thể sử dụng cho việc đánh giá việc phát sinh từng loại ráctheo các khu vực khác nhau hoặc có thể được bên thứ 3 sử dụng cho việc quản lýrác thải.

Sau khi thực hiện quá trình này, rác thải sẽ được phân loại, quản lý và xử lýriêng đối với từng loại Điều này sẽ mang lại nhiều lợi ích về kinh tế cũng như môitrường, giúp giảm khối lượng rác phải chôn lấp, giúp giảm độc hại, giảm ô nhiễmmôi trường không khí Mặt khác, chúng ta có thể thu được nguồn lợi kinh tế từcác loại rác thải có thể tái chế và tái sử dụng Không những vậy, nếu được áp dụngrộng rãi thì đây cũng là một phương pháp tốt nhằm giáo dục cũng như tạo nên thóiquen phân loại rác đối với mọi người đặc biệt là các bạn học sinh khi đang ngồitrên ghế nhà trường

PHẦN I: ĐẶT VẤN ĐỀ 1.1 Thực trạng và nguyên nhân

Rác thải hiện nay đang là vấn đề lớn có tính chất toàn cầu, ảnh hưởng nghiêmtrọng đến môi trường sống nếu không được xử lý triệt để, đặc biệt là ở các đô thị

Do tốc độ tăng trưởng đô thị nhanh, dân số đô thị phát triển mạnh, rác thải ngàycàng trở thành vấn đề nóng không có lời giải

Hiện nay, lượng rác thải tại Việt Nam là khoảng 50.000 tấn/ngày, trong đó tại các

đô thị là khoảng 35.000 tấn/ngày, còn lại là rác thải ở vùng nông thôn Riêng tại HàNội và Thành phố Hồ Chí Minh mỗi ngày thải ra khoảng 7.000 – 8.000 Đặc biệttrong số đó là chất thải rắn và rác thải nhựa gia tăng Mỗi năm ước tính có hơn 1,8triệu tấn nhựa được tạo ra tại Việt Nam nhưng chỉ 27% số đó được tái chế ViệtNam cũng đang đối mặt với nguy cơ trở thành bãi tập kết rác toàn cầu với lượngrác thải nhựa tăng đến 200% trong năm qua Một phần nguyên nhân của thực trạngnày là do việc vứt/ xả rác được nhiều người dân thực hiện một cách tùy tiện Tất cảcác loại rác – bao gồm thực phẩm thừa, vật dụng hỏng… đều bị người dân bỏchung vào thùng rác mà không cần biết trong số rác thải sinh hoạt hàng ngày cũng

có những loại rác có thể đưa vào tái chế và phục vụ cho cuộc sống con người

6

Hình 1: Tình trạng rác thải tại khu vực nội thành Hà Nội

1.2 Tầm quan trọng của việc phân loại rác

Việc phân loại rác thải tại nguồn đóng vai trò quan trọng trong công tác quản lýchất thải, góp phần giảm thiểu nguy cơ phát tán các tác nhân gây bệnh, các yếu tốđộc hại và nguy hiểm, góp phần bảo vệ môi trường Phân loại đúng còn góp phầntiết kiệm tài nguyên, giảm chi phí cho các công tác thu gom và xử lý rác thải.Rác thải sinh hoạt mỗi ngày trước khi được đưa đi xử lý cần phải được phân loạingay tại đầu nguồn Cách phân loại như sau:

- Rác hữu cơ (tiếng anh là organic rubbish) là sản phẩm được tạo ra bởi nhiềuhoạt động của con người Như sản xuất công nghiệp, sản xuất nông nghiệp, xâydựng, sinh hoạt hàng ngày… Nguồn chất thải hữu cơ bao gồm thành phần hữu cơ

bị thải bỏ Có rất nhiều các loại rác thải hữu cơ, chẳng hạn như: phế thải nôngnghiệp, phế liệu giấy, sợi từ nhà máy giấy, nhà máy sợi, thực phẩm đã bị hỏng hoặcthức ăn thừa…

- Rác vô cơ là tên gọi chung của những loại rác không thể sử dụng cũng như táichế lại được Việc duy nhất chúng ta có thể làm với chúng chính là mang ra cáckhu chôn lấp rác thải để chôn lấp Một số loại rác vô cơ phổ biến đó là: nilon, sành

sứ, gỗ đá, gạch vỡ,…

Hình 2: Phân loại rác thải hữu cơ

- Rác tái chế chính là loại rác thải đãqua sử dụng, bị thải bỏ nhưng vẫn còn khả năng tái chế Chúng được đem đi phânloại và đưa vào các nhà máy tái chế để chế tạo thành nguyên liệu hoặc các sảnphẩm mới để bán ra thị trường nhằm phục vụ nhu cầu riêng của người tiêu dùng.Các loại rác này đều có thể tái chế được khá dễ dàng ở dạng rắn như các kim loạiđồng, nhôm, sắt thép, inox, nhựa… Chúng sẽ luôn được tận dụng, thu gom lại, vệsinh, phân loại và tiến hành tái chế theo đúng quy trình của bộ tài nguyên và môi

trường

Hình 4: Phân loại rác thải có thể tái chế

Những lợi ích mà việc phân loại rác tại nguồn đem lại:

- Phân loại rác tại nguồn góp phần tiết kiệm được tài nguyên, mang lại lợi ích chochính chủ nguồn thải từ việc tận dụng phế liệu tái chế và phân compost tự chế biến

- Phân loại rác tại nguồn góp phần giảm thiểu tổng lượng rác thải trong cộng đồngthải ra môi trường nhằm giảm tải cho môi trường, tiết kiệm chi phí thu gom, vận

8

Hình 3: Phân loại rác thải vô cơ

“Thùng phân loại rác thông minh” nhằm giải quyết vấn đề này Nếu được áp

dụng rộng rãi trong các trường học thì đây cũng là một phương pháp tốt nhằm giáodục cho các bạn học sinh về vấn đề phân loại rác để bảo vệ môi trường

PHẦN II: MÔ HÌNH PHÂN LOẠI RÁC 2.1 KHẢO SÁT

Thành phần rác thải sinh hoạt

Hiện nay nước ta đang trong gia đoạn công nghệ hóa, tự động hóa Nên rác thải ngày một nhiều gây ra tình trạng ác tắc trong một số nhà máy xử lí rác Nhà nước đang áp dụng rất nhiều mô hình phân loại rác thải như: phân loại rác tại nguồn, nhàmáy phân loại rác tự động, bán tự động…

Cũng đã có nhiều mô hình nghiên cứu của các bạn học sinh, sinh viên nhưng vẫn chưa thế áp dụng mô hình vào thực tế

2.2 MÔ HÌNH

10

Phân loại rác thủ công

Phân loại rác tự động

2.3 YÊU CẦU THIẾT KẾ

Yêu cầu thiết kế:

Thiết kế hệ thống phân loại rác thải, đầu vào gồm 4 loại bao gồm: hộp sữa, chai nhựa, lon kim loại, các sảm phẩm khác

Vì là sản phẩm thiết kế trong quá trình thực tập nên chúng em ưu tiên tới giá thành

rẻ, nhỏ , gọn, dễ chế tạo

2.4 PHÂN TÍCH CÁC PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ

12

PHẦN III: QUÁ TRÌNH THỰC TẬP 3.1 Hệ thống cơ khí

3.1.1 Băng tải

Đây là thành phần không thể thiếu của hệ thống phân loại rác thải Nó cónhiệm vụ vận chuyển phôi tới vị trí thao tác, bên dưới có trang bị hệ thống con lăn.Một số loại băng tải trên thị trường hiện nay:

Loại băng tải Tải trọng Phạm vi ứng dụng

Băng tải dây đai <50 kg Vận chuyển từng chi tiết giữa các

nguyên công hoặc vạn chuyển thungchứa trong gia công cơ và lắp ráp

gia công chuẩn bị phôi và trong lắpráp

Băng tải thanh đẩy 50-250 kg Vận chuyển các chi tiết lớn giữa các

bộ phận trên khoảng cách > 50mBăng tải con lăn 30-500 kg Vận chuyển các chi tiết trên các vệ

tinh giữa các nguyên công với khoảngcách < 50m

Hình 5: Hệ thống cơ khí

Hình 6: Băng tải dây đai

Băng tải dạng cào: sử dụng để thu dọn phoi vụn Năng suất của băng tải loạinày có thể đạt 1,5 tấn/h và tốc độ chuyển động là 0,2m/s Chiều dài của băng tải làkhông hạn chế trong phạm vi kéo là 10kN

Băng tải xoắn vít: có 2 kiểu cấu tạo:

Băng tải 1 buồng xoắn: Băng tải 1 buồng xoắn được dùng để thu dọn phoivụn.Năng suất băng tải loại này đạt 4 tấn/h với chiều dài 80cm

Băng tải 2 buồng xoắn: có 2 buồng xoắn song song với nhau, 1 có chiều xoắn phải, 1 có chiều xoắn trái Chuyển động xoay vào nhau của các buồng xoắn được thực hiện nhờ 1 tốc độ phân phối chuyển động.Cả 2 loại băng tải buồng xoắn đều được đặt dưới máng bằng thép hoặc bằng xi măng

Giới thiệu băng tải dùng trong đề tài Do băng tải dùng trong hệ thống làm nhiệm vụ vận chuyển sản phẩm nên trong đề tài em đã lựa chọn loại băng tải dây đai

14

với những lý do sau đây:

 Tải trọng băng tải không quá lớn

 Kết cấu cơ khí không quá phức tạp

 Dễ dàng thiết kế chế tạo

Tuy nhiên loại băng tải này cũng có một vài nhược điểm như: độ chính xác khi vận chuyển không cao, đôi lúc băng tải hoạt động không ổn định do nhiều yếu tố: nhiệt độ môi trường ảnh hưởng tới con lăn, độ ma sát của dây đai giảm theo thời gian

3.1.2 Bộ truyền đai/ xích

Băng tải là hệ thống vận chuyển liên tục, do đó để thuận lợi cho việc vậnchuyển trong quá trình sản xuất người ta thường lắp thêm bộ truyền động cho băngtải, giúp cho quá trình vận chuyển của băng tải trở lên dễ dàng và chính xác.Bảng so sánh bộ truyền động đai/ xích:

Ưu điểm Làm việc êm, không ồn, tốc độ

cao

Giữ được an toan cho động cơ

và chi tiết máy khi quá tải băng

truyền do trượt trơn

Kích thước nhỏ, không bịtrượt trơn

Có thể cùng lúc truyền chuyểnđộng nhiều trục

Lực tác dụng lên truvj nhỏhơn do không cần căng xíchNhược điểm Khuôn khổ và kích thước lớn

Đòi hỏi chế tạo, lắp ráp chínhxác hơn, yêu cầu chăm sóc,bảo quản thường xuyên.Vận tốc và tỷ số truyền tứcthời không ổn định

Dễ mòn khớp bản lề

Phạm vi thực Do thích hợp với vận tốc cao Thích hợp với vận tốc thấp,

hiện nên thường lắp ở đầu vào của

hộp giảm tốc, thường dùng khi

cần truyền động trên khoảng

cách trục lớn

thường lắp ở đầu ra của hộpgiảm tốc, thích hợp truyềnđộng với khoảng cách trụctrung bình, yêu cầu làm việc không có trượt

Trong phạm vi đồ án, em sử dụng bộ truyền đai vì:

 Tốc độ không đổi Không trượt, lệch hay xộc xệch

 Đai có hệ số đàn hồi lớn sẽ không bị kéo dãn

 Không cần căng đai Giảm tải và tăng tuổi thọ

 Nhỏ gọn, vành đai bánh răng cho phép pully nhỏ hơn, khoảng cách tâm ngắnhơn, đai hẹp hơn

 Hiệu suất cơ học cao cho tốc độ và sức mạnh ổn định

 Gọn nhẹ, tỷ lệ công suất trên khối lượng cao

 Khả năng tải tốc độ cao Tốc độ dây đai lên đến tối đa 30 m/s

 Độ ồn thấp Không rung, không có hiện tượng va chạm răng

 Phạm vi tải trọng rộng

 Ít tạo nhiệt hơn vì hầu như không có ma sát

 Ống lót côn giữ puly trên trục bằng kẹp như tạo áp lực

 Nhanh chóng, dễ dàng lắp đặt hay tháo rời

 Hệ thống nhẹ, sạch sẽ và nhỏ gọn

 Không cần bôi trơn

 Một tỷ lệ được xác định trước luôn được duy trì

 Mối quan hệ góc liên tục giữa puly chủ động và puly bị động được duy trì

vô thời hạn

16

Hình 7: Các thành phần của bộ truyền đai( dây curoa)

3.1.3 Động cơ

Động cơ bước và động cơ servo là hai loại động cơ thông dụng nhất hiện nay

để điều khiển chính xác góc quay của máy Hai động cơ này thường sử dụng cho các máy CNC, máy cắt plasma CNC hay máy cắt laser fiber, Cả hai loại động cơ này đều có những ưu - khuyết điểm riêng

Việc lựa chọn sử dụng loại động cơ nào còn tùy thuộc vào từng lĩnh vực cụ thể Dưới đây là bảng so sánh chi tiết, cụ thể giữa 2 loại động cơ:

Với nhu cầu thực thế của hệ thống phân loại sản phẩm cũng như khả năng kinh tế hạn hẹp nên trong đồ án này chúng em đã chọn động cơ bước cho băng tải

Yếu tố Động cơ bước Động cơ servo motor

Mạch Driver Mạch đơn giản, người dùng có thểtự chế tạo chúng Mạch phức tạp, người dùngthường phải đặt mua mạch

Driver từ hãng sản xuất

Độ nhiễu và

Tốc độ Chậm (tối đa khoảng 1000 - 2000 Nhanh hơn (tối đa khoảng 3000

RPM) -5000 RPM)Hiện tượng

điều khiển Vòng hở (không có encoder) Vòng kín (có encoder)Giá thành

3.1.1 Xilanh

Giới thiệu chung về XI LANH THỦY LỰC:

Từ cuối thế kỉ 19 và sang thế kỉ 20, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của nhiều

ngành khoa học kỹ thuật khác nhau thì việc ứng dụng Hệ Thống Truyền Động Thủy Lực - Khí Nén cũng được nghiên cứu và sử dụng rộng rãi hơn Cụ thể là trong

các ngành như: Máy công cụ CNC, giao thông vận tải(ô tô, máy bay, tàu thủy, côngnghệ vũ trụ…), máy xây dựng, máy ép phun, máy dập, máy y khoa, dây chuyềnchế biến thực phẩm, máy nâng hạ… trong đó có một cơ cấu chấp hành vô cùngphổ biến và quan trọng đó là Xi lanh thủy lực (hydraulic cylinder)

Xi lanh thủy lực là một cơ cấu chấp hành có nhiệm vụ chuyển đổi thế năng ởdạng áp suất dầu thủy lực thành cơ năng tạo công chuyển động thẳng hoặc xoay Một xi lanh thủy lực kiểu AMP5-RB của hãng AMECH (phù hợp với tiêu chuẩnISO 6020/6022) với cấu tạo cơ bản gồm có các bộ phận như hình 1 dưới đây:

18

Hình 1: Cấu tạo xi lanh thủy lực AMP5-RB

cổ và ống 11- Gioăng GHK gạt bụi.

12- Cổ xi lanh

Ở đây chúng em chọn loại xilanh tác động kép với các đặc điểm như sau:

Dầu thủy lực có thể tác động cả 2 phía của piston

+ Loại có giảm chấn: Giảm chấn được thiết kế ở cuối xi lanh có tác dụng như một van tiết lưu khi xi lanh chạy gần hết hành trình nhằm làm giảm tốc độ xi lanh hạn chế va đập

+ Loại không có giảm chấn

+ Loại 2 dầu cần: Cần xi lanh sẽ thò ra cả 2 đầu, loại này chủ yếu dùng trong điều khiển chính xác vì khi đó tốc độ tiến và lùi là như nhau với cùng một lưu lượng cấp vào

+ Xi lanh quay

3.2 Thiết kế phần mềm xử lý ảnh

Sử dụng công nghệ học sâu để tiến hành xử lý và xác định các loại rác từ

dữ liệu hình ảnh đầu vào Một số những mô hình được sử dụng để giải quyếtbài toán.

3.2.1 Mạng CNN

Trong mạng neural, mô hình mạng neural tích chập (CNN) là 1 trongnhững mô hình để nhận dạng và phân loại hình ảnh Trong đó, xác định đốitượng và nhận dạng khuôn mặt là 1 trong số những lĩnh vực mà CNN được sửdụng rộng rãi

CNN phân loại hình ảnh bằng cách lấy 1 hình ảnh đầu vào, xử lý và phânloại nó theo các hạng mục nhất định (Ví dụ: Chó, Mèo, Hổ, ) Máy tính coihình ảnh đầu vào là 1 mảng pixel và nó phụ thuộc vào độ phân giải của hìnhảnh Dựa trên độ phân giải hình ảnh, máy tính sẽ thấy H x W x D (H: Chiềucao, W: Chiều rộng, D: Độ dày)

Về kỹ thuật, mô hình CNN để training và kiểm tra, mỗi hình ảnh đầu vào

sẽ chuyển nó qua 1 loạt các lớp tích chập với các bộ lọc (Kernals), tổng hợp lạicác lớp được kết nối đầy đủ (Full Connected) và áp dụng hàm Softmax để phânloại đối tượng có giá trị xác suất giữa 0 và 1 Hình dưới đây là toàn bộ luồngCNN để xử lý hình ảnh đầu vào và phân loại các đối tượng dựa trên giá trị

Về độ chính xác thì YOLO có thể không phải là thuật toán tốt nhất

nhưng nó là thuật toán nhanh nhất trong các lớp

mô hình object detection Nó có thể đạt được tốc độ

20

Hình 12: Mạng Yolo