đồ án tốt nghiệp đề tài phân loại sản phẩm theo màu sắc bằng robot 5 bậc tự do

BỘ LAO ĐỘNG THƯƠNG BINH VÀ XÃ HỘI

TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ BÁCH KHOA HÀNỘI

KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Đề tài: PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO MÀU

SẮC BẰNG ROBOT 5 BẬC TỰ DO

Giảng viên hướng dẫn: ThS Nguyễn Minh Đức

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Giáp – MSSV:

CD213544

Hà Nội, ngày 16 tháng 07 năm 2024

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1: NGHIÊN CỨU VÀ KHẢO SÁT ĐỀ TÀI 4

I Nghiên cứu, tìm hiểu và lựa chọn đề tài: 4

1 Hệ thống phân loại sản phẩm 4

2 Ngữ cảnh, lý do lựa chọn và tầm quan trọng của đề tài 6

II Yêu cầu kĩ thuật 7

1 Yêu cầu kĩ thuật 7

2 Yêu cầu chức năng 7

III Ưu nhược điểm của sản phẩm, hướng thực hiện đề tài và ứng dụng của sản phẩm 7

1 Ưu nhược điểm của hệ thống phân loại tự động 7

2 Hướng thực hiện đề tài 8

3 Ứng dụng của sản phẩm: 9

IV Lập kế hoạch 9

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM 10

I Các linh kiện sử dụng trong hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc: 10

1 Arduino Nano: 10

2 Vi điều khiển ESP32 12

3 Mạch điều khiển 16 Chanel PWM PCA9685 13

4 Module điều khiển động cơ L298 14

5 Cảm biến khoảng cách E18-D80NK 14

6 Băng tải (Conveyor Belt): 15

7 Khung băng tải (Conveyor Frame): 15

8 Động cơ (Motor): 15

9 Bộ giảm tốc (Gearbox): 15

10 Bộ căng băng (Tensioning Device): 15

11 Con lăn dẫn hướng (Guiding Rollers): 15

12 Thanh chắn (Skirting Rubber): 15

II Khối, mạch điều khiển trong hệ thống băng tải 16

1 Khối điều khiển trung tâm 16

2 Khối điều khiển PWM 17

9.Khối điều khiển băng tải 19

10.Khối truyền tín hiệu 20

11 Mạch điều khiển tải được thiết kế bằng phần mềm Altium 20

12 Mạch in sau khi hoàn thành thiết kế 20

13 Hình ảnh sản phẩm sau khi thiết kế: 21

III Giới thiệu về LabVIEW trong Báo cáo Đồ án Phân loại Sản phẩm theo Màu sắc bằng Xử lý Ảnh 21

1 Giới thiệu về LabVIEW 21

2 Ứng dụng của LabVIEW trong dự án phân loại sản phẩm theo màu sắc 21

3 Ưu điểm của việc sử dụng LabVIEW 23

4 Kết luận 24

CHƯƠNG 3 KẾT LUẬN, CODE ĐIỀU KHIỂN VÀ TÀI LIỆU THAM KHẢO 24

I Kết luận 24

1 Những nhiệm vụ đã thực hiện: 24

2 Những thuận lợi và khó khăn khi thực hiện đề tài: 24

II Code điều khiển 24

III Tài liệu tham khảo 32

LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay, ngành kĩ thuật điện tử là ngành kĩ thuật mũi nhọn, hiện đại, là đòn bẩy để giúp các ngành khoa học kỹ thuật khác phát triển, chính vì thế nó được ứng dụng rộng rãi trong mọi lĩnh vực sản xuất và đời sống xã hội

Và đối với ngành Điện tử công nghiệp là ngành, nghề mà người hành nghề thực hiện lắp đặt, bảo trì, bảo dưỡng, vận hành các thiết bị điện, điện tử, thiết bị điều khiển của các hệ thống công nghiệp, hệ thống giám sát an ninh, cảnh báo an toàn, hệ thống truyền thông công nghiệp, hệ thống điện mặt trời, đáp ứng yêu cầu bậc 5 trong Khung trình độ quốc gia Việt Nam Người hành nghề Điện tử Công nghiệp thường làm việc trong môi trường công nghiệp như: nhà máy, xí nghiệp, khu chế xuât, các tòa nhà cao tầng

Ý thức được tầm quan trọng của ngành Điện tử công nghiệp nên vì vậy đòi hỏi người hành nghề phải có kĩ năng tư duy nhạy bén của mình, năng động, đam mê

tìm tòi học hỏi và thức thời với các công nghệ mới tiên tiến trên thế giới.

Ngoài ra người học Điện tử công nghiệp cùng cần có khả năng làm việc độc lập, tổ chức làm việc nhóm, có đạo đức lương tâm nghề nghiệp, tác phong công

nghiệp, thực hành tiết kiệm năng lượng, bảo vệ môi trường Ngành này mang tính phủ sóng diện rộng nên chịu ảnh hưởng từ các yếu tố ngoại tác động rất nhiều, người kỹ sư điện tử – viễn thông cần kiên trì, nhẫn nại và có tinh thần vững vàng để ứng phó trước các sự cố hệ thống

Hơn hết, để thành công trong bất kỳ lĩnh vực nào, ngườihọc cần có đam mê thật sự, có mục tiêu phấn đấu và sựquyết tâm theo đuổi công việc học tập, nghiên cứu pháttriển trong dài hạn.

Trong quá trình thực hiện đề tài này, chúng em đã luôn dành thời gian để nghiên cứu, tìm tòi và luôn trau dồi kiến thức để sản phẩm của chúng em thuyết trình giới thiệu tới các thầy một cách chi tiết và đầy đủ, một cáchhoàn thiện về đồ án của chúng em Và trong quá trình chúng em báo cáo, bảo vệ đồ án có những sai sót, rất mong được các thầy cô góp ý thêm để cho sản phẩm chúng em đi đến sự tối ưu và hoàn thiện nhất

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

LỜI CẢM ƠN

Thời gian 3 năm theo học tại trường có lẽ không phảilà thời gian quá dài nhưng cũng sẽ không phải là thờigian quá ngắn đối với chúng em Thời gian như dòng chảy mà ngày nhập học đầu tiên với chúng em mới như ngày hôm qua Trong suốt quá trình học tập chúng em đã học được rất nhiều điều bổ ích, những giá trị kiến thức được truyền tải từ các thầy cô Từ những cậu tân sinh viên, chúng em bây giờ sắp kết thúc chương trình học của mình tại đây Chúng em xin chân thành cảm ơn nhà trường và các thầy cô trong khoa đã tạo điều kiện cho chúng em được học tập không ngừng, truyền dạy những kiến thức bổ ích để sau này chúng em có thể trưởng thành vững bướcra ngoài lập nghiệp để tự hào khẳng định bản thân mình là những chàng kỹ sư, kỹ thuật viên vững chắc chuyên môn của trường Cao Đẳng Nghề Bách Khoa.Cuối cùng, nhóm chúng em xin gửi lời cảm ơn chân

thành và sâu sắc tới Thầy Th.s Nguyễn Minh Đức –

người hướng dẫn chúng em Cảm ơn thầy đã hết sức tận tình, tạo nhiều điều kiện tốt nhất để chúng em cóthể hoàn thành đề tài này thuận lợi.

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

CHƯƠNG 1: NGHIÊN CỨU VÀ KHẢO SÁT ĐỀ TÀI

I Nghiên cứu, tìm hiểu và lựa chọn đề tài:

1 Hệ thống phân loại sản phẩm

Là một hệ thống tự động sử dụng các cảm biến và thiết bị máymóc để phân loại sản phẩm theo các tiêu chí khác nhau, chẳnghạn như kích thước, trọng lượng, màu sắc, hình dạng,v.v

Hệ thống phân loại sản phẩm không chỉ giúp mọi người dễ dàng

xác định và chọn lựa sản phẩm một cách thuận lợi, mà còn đóngvai trò quan trọng trong quản lý và phân phối hàng hóa chodoanh nghiệp

Sau đây là các hệ thống phân loại sản phẩm phổ biến nhất 2024

Theo mã vạch

Hệ thống phân loại sản phẩm theo mã vạch Barcode hoặc

mã QR giúp lựa chọn sản phẩm dựa trên thông tin chi tiết như lô- ngày sản xuất, model Đây là phương pháp phổ biến được sửdụng trong việc phân loại kiện hàng, bưu phẩm, sản phẩm đượcđóng thùng carton, túi, và gắn mã vạch barcode, mã QR Hệthống phân loại tự động này có hiệu suất cao gấp 3-5 lần so với

cách quét mã vạch áp dụng phương pháp thủ công, với khả năngđạt 10.000 sản phẩm/giờ.

Theo khối lượng

Hệ thống phân loại sản phẩm phân loại theo khối lượng áp

dụng cho các ngành thực phẩm, thủy hải sản, nông sản, để đảmbảo chất lượng và kích thước sản phẩm

Theo màu sắc

Hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc sử dụng công

nghệ vision và camera, phù hợp cho ngành nông nghiệp, thựcphẩm, dầu, và nhiều ngành khác Sử dụng camera độ phân giảicao kiểm tra sản phẩm, công nghệ vision xử lý ảnh, với năngsuất từ 0.8-1.5 tấn/giờ, đặc biệt đảm bảo xác suất chính xác >99%.

Theo kích thước

Phân loại sản phẩm dựa trên kích thước, đặc biệt hiệu quả trongcác ngành thực phẩm, nông sản, và trái cây, với độ chính xáccao, hoạt động ổn định, và năng suất 3-5 tấn/giờ, tương đương1000-1100 sản phẩm/phút.

2 Ngữ cảnh, lý do lựa chọn và tầm quan trọng của đề tài: - Ý tưởng đề tài

Trong bối cảnh công nghiệp hóa và hiện đại hóa ngày càng pháttriển, nhu cầu tối ưu hóa quy trình sản xuất và logistics trở nêncấp thiết hơn bao giờ hết Các doanh nghiệp đang tìm kiếmnhững giải pháp tự động hóa để nâng cao hiệu suất, giảm chiphí nhân công và tăng tính cạnh tranh trên thị trường Hệ thốngbăng tải, với khả năng vận chuyển hàng hóa một cách nhanhchóng, chính xác và liên tục, đang dần trở thành một phầnkhông thể thiếu trong nhiều ngành công nghiệp, từ sản xuất,chế biến thực phẩm, dược phẩm đến logistics và khai thác.

-Mô tả sản phẩm

Băng tải công nghiệp là hệ thống vận chuyển tự động, bao gồmmột băng chuyền hoặc các con lăn được điều khiển bởi động cơ,

sử dụng để di chuyển các sản phẩm hoặc nguyên vật liệu từmột điểm đến điểm khác trong quá trình sản xuất hoặc

logistics

Băng tải là một thiết bị cơ khí quan trọng được sử dụng rộng rãitrong nhiều ngành công nghiệp nhằm tăng hiệu suất và giảm chiphí vận hành Chúng giúp di chuyển nguyên liệu, hàng hóa mộtcách nhanh chóng và hiệu quả, đồng thời tối ưu hóa quy trìnhsản xuất và logistics Là một phần quan trọng trong việc tự độnghóa các quy trình công nghiệp, giúp tối ưu hóa hiệu quả và giảmchi phí Sự phát triển của công nghệ mới tiếp tục mở ra nhiều cơhội cải tiến và ứng dụng cho hệ thống băng tải trong tương lai.Băng tải không chỉ giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất và vậnchuyển trong công nghiệp mà còn có những ứng dụng thiết thựcvà đa dạng trong cuộc sống hàng ngày Việc sử dụng băng tảigiúp tăng hiệu quả, tiết kiệm thời gian và chi phí, đồng thời cảithiện độ an toàn và chất lượng trong nhiều lĩnh vực khác nhau.

II Yêu cầu kĩ thuật

1 Yêu cầu kĩ thuật

- Sắp xếp linh kiện hợp lý

- Các mối hàn gọn, sáng sủa, không bị bong chóc

- Mạch nhỏ gọn, tiện lợi, dễ sử dụng.

- Vật liệu sử dụng chắc chắn, đảm bảo an toàn.- Đi dây gọn gàng tránh thừa ra ngoài.

2 Yêu cầu chức năng

- Thiết bị chạy ổn định.

- Phần cứng không bị quá nóng, bị chập - Ít phát sinh lỗi vặt trong quá trính sử dụng.- Vận hành dễ dạng, tiện lợi.

chính xác, giảm thời gian tìm kiếm đơn hàng.

 Giảm sự phụ thuộc vào lao động, đồng thời tăng năng suất và giảm chi phí sản xuất.

 Tỷ lệ sai sót thấp, đồng nghĩa với việc cải thiện chất lượng dịch vụ.

 Kích thước nhỏ gọn, giúp tối ưu hóa không gian nhà kho. Hoạt động liên tục mà không bị gián đoạn, không phụ

thuộc vào số lượng ca làm việc và khả năng của nhân viên.

 Giảm rủi ro tai nạn và vấn đề về sức khỏe, tạo điều kiện làm việc an toàn hơn cho nhân viên kho và tài xế.

 Theo dõi chính xác lượng hàng tồn kho, ngăn chặn tình trạng thiếu hụt hoặc tồn kho quá mức, và giảm lỗi do thờigian.

 Không sử dụng giấy tờ, giúp tối ưu hóa quy trình và giảm rủi ro mất thông tin.

 Linh hoạt trong ứng dụng, có thể điều chỉnh phù hợp với các yêu cầu về không gian lắp đặt, diện tích nhà xưởng, và nhu cầu cụ thể của từng khách hàng.

 Hệ thống phân loại sản phẩm tự động giúp mang lại

lợi ích lâu dài cho doanh nghiệp.

1.2 Nhược điểm

- Chưa khai thác hết các tính năng - Vẫn còn độ trễ nhất định

- Nhiễu do kết nối và nhiễu do linh kiện

2 Hướng thực hiện đề tài

- Đề tải cơ bản đáp ứng được những yêu cầu đặt ra tuy nhiên để sản phẩm hoàn thiện được hơn nữa thì đòi hỏi cần được cải tiến và nghiên cứu thêm.

- Ngoài những gì mà em tìm hiểu được, có thể phát triển hơn nữa đề tài điều khiển cánh tay robot gắp sản phẩm trên băng chuyền thành nhiều phiên bản hơn nữa, ví như cánh tay robot gắp và phân loại sản phẩm theo kích thước,màu hoặc nhiệt độ.

- Ngoài ra đề tài này có thể phát triển thành cánh tay robotdùng để gắp linh kiện, hay hàn, cắt hay khoan, hoặc là cánh tay robot tự động vẽ theo mẫu có sẵn

- Ngoài những hướng phát triển mà em nghĩ mình có khả năng có thể làm được trong tương lai với lượng kiến thức đã nghiên cứu, và cần phải tìm hiểu hơn Vì Robot phát triển đa dạng nên mong thầy có thể bổ sung và hướng dẫn em nhiều hơn nữa.

3 Ứng dụng của sản phẩm:

Nghiên cứu về cấu tạo và các phương pháp điều khiển của hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc, xây dựng những giải pháp phần cứng cũng nhưphần mềm để chế tạo bộ diều khiển hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc nhằm áp dụng trong việc giảng dạy và học tập tại trường Cao đẳng nghềBách Khoa Hà Nội.

Ngoài ra, việc nghiên cứu và khảo sát hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc còn đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển công nghệ và đổi mới sản xuất, góp phần vào sự nghiên cứu khoa học và ứng dụng công nghệcao trong đời sống sản xuất hàng ngày.

IV Lập kế hoạch

BẢNG 1: Phân công công việc

STT Tên công việc Mục tiêu công việc Người thực hiện1 Chọn đề tài,

nên ý tưởng

-Phân tích từng đề tài, đưa ra lựa chọn thích hợp cho nhóm => Nên ý tưởng sơ bộ

Lê Hồng Anh Nguyễn Văn Giáp Phạm Thế Mạnh2 Lập kế hoạch

thực hiện

-Lên lịch thực hiện, phân công công việc cho các thành viên.

Lê Hồng Anh 3 Mô tả đề tài -Đưa ra mô tả về đề tài cũng như các

ứng dụng của đề tài

Nguyễn Văn Giáp 4 Đưa ra yêu

cầu bài toán

-Đưa ra yêu cầu mà đề tài đặt ra gồm: yêu cầu chức năng và kĩ thuật.

Phạm Thế Mạnh

5 Thiết kế sơ đồkhối và sơ đồ chi tiết

-Vẽ sơ đồ khối và sơ đồ chi tiết của từng khối

-Nguyên lý hoạt động của từng khốiLựa chọn linh kiện phù hợp

Phạm Thế Mạnh Nguyễn Văn Giáp Lê Hồng Anh 6 Ước tính chi

phí +mua linhkiện

-Ước tính chi phí: linh kiện + hoạt động khác

Mua linh kiện

Lê Hồng Anh Nguyễn Văn Giáp Phạm Thế Mạnh

7 Họp bàn thống nhất, viết bản word

-Tập hợp công việc của các thành viên.

-Bắt đầu viết báo cáo bản word

Lê Hồng Anh Nguyễn Văn Giáp Phạm Thế Mạnh8 Làm mạch -Vẽ mạch in

-Hàn mạch-Test mạch

Phạm Thế Mạnh Nguyễn Văn Giáp 9 Hoàn thiện

sản phẩm

Nguyễn Văn Giáp Phạm Thế Mạnh

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM

I Các linh kiện sử dụng trong hệ thống phân loạisản phẩm theo màu sắc:

1 Arduino Nano:

Arduino Nano là một bảng vi điều khiển thân thiện, nhỏ gọn, đầyđủ Arduino Nano nặng khoảng 7g với kích thước từ 1,8cm -4,5cm.

1.1 Thông số kỹ thuật:

Tốc độ xung

16 MHzDòng tiêu thụ I/O

ESP32 là một hệ thống vi điều khiển trênchip (SoC) giá rẻ của Espressif Systems, nhàphát triển của ESP8266 SoC Nó là sự kếthừa của SoC ESP8266 và có cả hai biến thểlõi đơn và lõi kép của bộ vi xử lý 32-bit

Xtensa LX6 của Tensilica với Wi-Fi và Bluetooth tích hợp.

Điểm tốt về ESP32, giống như ESP8266 là các thành phần RF tíchhợp của nó như bộ khuếch đại công suất, bộ khuếch đại nhận tiếng ồn thấp, công tắc ăng-ten, bộ lọc và Balun RF Điều này làm cho việc thiết kế phần cứng xung quanh ESP32 rất dễ dàng vì bạn cần rất ít thành phần bên ngoài.

Một điều quan trọng khác cần biết về ESP32 là nó được sản xuất bằng công nghệ 40 nm công suất cực thấp của TSMC Vì vậy, việc thiết kế các ứng dụng hoạt động bằng pin như thiết bị đeo, thiết bị âm thanh, đồng hồ thông minh, , sử dụng ESP32 sẽ rất dễ dàng.

2.1 Thông số kỹ thuật của ESP32

ESP32 có nhiều tính năng hơn ESP8266 và rất khó để đưa tất cả các thông số kỹ thuật vào bài này Vì vậy, chúng em đã lập danh sách một số thông số kỹ thuật quan trọng của ESP32 tại đây Nhưng để có bộ thông số kỹ thuật hoàn chỉnh, bạn nên tham khảo datasheet.

Bộ vi xử lý LX6 32-bit lõi đơn hoặc lõi kép với xung nhịp lên đến 240 MHz.

520 KB SRAM, 448 KB ROM và 16 KB SRAM RTC.

Hỗ trợ kết nối Wi-Fi 802.11 b / g / n với tốc độ lên đến 150 Mbps.Hỗ trợ cho cả thông số kỹ thuật Bluetooth v4.2 và BLE cổ điển.34 GPIO có thể lập trình.

18 kênh SAR ADC 12 bit và 2 kênh DAC 8 bit

Kết nối nối tiếp bao gồm 4 x SPI, 2 x I2C, 2 x I2S, 3 x UART.Ethernet MAC cho giao tiếp mạng LAN vật lý (yêu cầu PHY bên ngoài).

1 bộ điều khiển host cho SD / SDIO / MMC và 1 bộ điều khiển slave cho SDIO / SPI.

Động cơ PWM và 16 kênh LED PWM.Khởi động an toàn và mã hóa Flash.

Tăng tốc phần cứng mật mã cho AES, Hash (SHA-2), RSA, ECC vàRNG.

3 Mạch điều khiển 16 Chanel PWM PCA9685

+ PCA9685 được sử dụng để cóthể xuất ra đồng thời 16 xungPWM từ 16 cổng khác nhau+ Phù hợp cho các nhu cầu cầnđiều khiển nhiều xung PWM nhưRobot cánh tay máy, Robot

+ Mạch điều khiển 16 Chanel

PWM PCA9685 có cấu trúc phần cứng phần cứng đơn giản cũngnhư bộ thư viện có sẵn trên Arduino, rất dễ dàng sử dụng và kết

-Thông số kỹ thuật của PCA9685

 Mạch điều khiển 16 Chanel PWM PCA9685 IC chính: PCA9685

 Điện áp sử dụng: 2.3 ~ 5.5VDC.

 Số kênh PWM: 16 kênh, tần số: 40~1000Hz Độ phân giải PWM: 12bit.

 Giao tiếp: I2C (chấp nhận mức Logic TTL 3 ~ 5VDC) Kích thước: 62.5mm x 25.4mm x 3mm

4 Module điều khiển động cơ L298

Mạch điều khiển động cơ L298 DC MotorDriver có khả năng điều khiển 2 động cơ DC,

dòng tối đa 2A mỗi động cơ, mạch tích hợpdiod bảo vệ và IC nguồn 7805 giúp cấp

dụng nguồn 5V này nếu nguồn cấp VCC <12VDC)

 Dòng tối đa cho mỗi cầu H là: 2A

 Mức điện áp logic: Low -0.3V~1.5V, High: 2.3V~Vss Kích thước: 43x43x27mm

5 Cảm biến khoảng cách E18-D80NK

Cảm biến vật cản hồng ngoại E18-D80NKdùng ánh sáng hồng ngoại để xác địnhkhoảng cách tới vật cản cho độ phản hồinhanh và rất ít nhiễu do sử dụng mắt nhậnvà phát tia hồng ngoại theo tần số riêng

biệt Cảm biến hồng ngoại E18-D80NK có thểchỉnh khoảng cách báo mong muốn thôngqua biến trở.

Thông số kỹ thuật cảm biến vật cản hồng ngoại:

 Nguồn điện cung cấp: 5VDC.

 Chất liệu sản phẩm: nhựa. Có led hiển thị ngõ ra màu đỏ. Kích thước: 1.8cm (D) x 7.0cm (L).

Sơ đồ kết nối