1. Trang chủ
  2. » Giáo Dục - Đào Tạo

ứng dụng xử lý ảnh tối ưu đường đi cho robot delta

98 1 0
Tài liệu đã được kiểm tra trùng lặp

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

THÔNG TIN TÀI LIỆU

Thông tin cơ bản

Tiêu đề Ứng dụng xử lý ảnh tối ưu đường đi cho robot delta
Tác giả Hồ Thanh Pháp, Nguyễn Thế Hào
Người hướng dẫn PGS. TS Vũ Văn Phong
Trường học Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
Chuyên ngành Công Nghệ Kỹ Thuật Điều Khiển Và Tự Động Hóa
Thể loại Khóa luận tốt nghiệp
Năm xuất bản 2024
Thành phố Tp. Hồ Chí Minh
Định dạng
Số trang 98
Dung lượng 9,16 MB

Cấu trúc

  • CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ĐỀ TÀI (21)
    • 1.1. Đặt vấn đề (21)
    • 1.2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài (23)
    • 1.3. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài (23)
    • 1.4. Phương pháp nghiên cứu (23)
    • 1.5. Giới hạn đề tài (24)
    • 1.6. Nội dung đề tài (24)
  • CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT (26)
    • 2.1. Giới thiệu chung về Robot Delta (26)
      • 2.1.1. Khái niệm về Robot Delta (26)
      • 2.1.2. Lịch sử hình thành của Robot Delta (26)
      • 2.1.3. Một số ứng dụng trong thực tế (26)
      • 2.1.4. Ưu và nhược điểm của Robot Delta (27)
    • 2.2. Động học Robot Delta (29)
      • 2.2.1. Động học nghịch (29)
      • 2.2.2. Động học thuận (33)
      • 2.2.3. Kiểm chứng matlab (36)
    • 2.3. Lý thuyết xử lý ảnh (37)
      • 2.3.1. Tổng quan về xử lý ảnh và thị giác máy (37)
      • 2.3.2. Khái niệm cơ bản trong xử lý ảnh (38)
      • 2.3.3. Các phương pháp xử lý ảnh đã sử dụng trong đề tài (38)
    • 2.4. Lý thuyết thuật toán travelling salesman problem – TSP (41)
      • 2.4.1. Nguồn gốc bài toán (41)
      • 2.4.2. Phát biểu bài toán (41)
      • 2.4.3. Phương pháp giải bài toán (41)
      • 2.4.4. Thuật toán láng giềng gần nhất (nearest neighbour algorithm) (42)
  • CHƯƠNG 3. THIẾT KẾ HỆ THỐNG (45)
    • 3.1. Mô hình hóa Robot Delta (45)
    • 3.2. Các phương án thiết kế (46)
      • 3.2.1. Phương án thiết kế 1 (48)
      • 3.2.2. Phương án thiết kế 2 (49)
    • 3.3. Lựa chọn cơ cấu truyền động cho Robot (50)
    • 3.4. Chọn động cơ và thông số của bộ truyền (51)
    • 3.5. Thiết kế cơ khí của robot (54)
      • 3.5.1. Khung Robot (54)
      • 3.5.2. Cánh tay L1 (55)
      • 3.5.3. Cánh tay L2 (55)
      • 3.5.4. Khâu chấp hành (56)
      • 3.5.5. Robot Delta (56)
    • 3.6. Lựa chọn thiết bị (57)
      • 3.6.1. Module điều khiển vị trí Mitsubishi QD75D4 (57)
      • 3.6.2. Bộ động cơ AC Servo Panasonic A4 MSMD012P1 100W (58)
      • 3.6.3 Bộ điều khiển Driver AC servo Panasonic Minas A4 (58)
      • 3.6.4. Băng tải (59)
      • 3.6.5. Camera Logitech C270 (60)
    • 3.7. Sơ đồ nối dây (61)
      • 3.7.1. Tủ điện (61)
      • 3.7.2. Sơ đồ nối dây toàn hệ thống (62)
    • 3.8. Lưu đồ hệ thống (62)
  • CHƯƠNG 4. CÀI ĐẶT MÔI TRƯỜNG SỬ DỤNG (66)
    • 4.1. Cài đặt môi trường PLC (66)
    • 4.2. Thiết kế màn hình giám sát điều khiển (68)
      • 4.2.1. Truyền nhận dữ liệu với PLC (68)
      • 4.2.2. Yêu cầu màn hình giám sát, điều khiển (70)
      • 4.2.3. Màn hình giám sát, điều khiển (71)
  • CHƯƠNG 5. KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC (74)
    • 5.1. Kết quả phần cơ khí (74)
    • 5.2. Kết quả phần mềm (76)
    • 5.3. Kết quả xử lý ảnh (77)
      • 5.3.1. Quá trình xử lý ảnh (77)
      • 5.3.2. Trường hợp điều kiện ánh sáng ổn định (78)
      • 5.3.3. Trường hợp điều kiện ánh sáng không ổn định (79)
    • 5.4. Kết quả tối ưu hóa đường đi (79)
  • CHƯƠNG 6. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN (82)
    • 6.1. Kết luận (82)
    • 6.2. Hướng phát triển (83)

Nội dung

viii TÓM TẮT Trong đề tài này, nhóm chúng em đã thiết kế mô hình Robot Delta robot song song, bộ điều khiển chính được sử dụng trong đề tài là PLC Mitsubishi dòng Q.. Trong số các loại

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Giới thiệu chung về Robot Delta

2.1.1 Khái niệm về Robot Delta

Robot Delta là một loại robot song song được thiết kế với ba cánh tay gắn vào một đế cố định Điểm nổi bật của Robot Delta là sự kết hợp của các cánh tay, cho phép robot thực hiện các chuyển động nhanh chóng và chính xác trong không gian ba chiều Thiết kế này mang lại sự linh hoạt cao, đặc biệt phù hợp cho các nhiệm vụ yêu cầu tốc độ và độ chính xác cao

2.1.2 Lịch sử hình thành của Robot Delta

Robot Delta được ra đời vào những năm 1980 bởi Giáo sư Reymond Clavel ở Thụy Sĩ Ban đầu, mục tiêu của ông là phát triển một robot có thể xử lý các nhiệm vụ yêu cầu tốc độ cao và độ chính xác, chẳng hạn như lắp ráp các linh kiện điện tử Robot Delta nhanh chóng được công nhận nhờ thiết kế độc đáo và hiệu suất vượt trội, trở thành một trong những robot phổ biến nhất trong các ứng dụng công nghiệp

2.1.3 Một số ứng dụng trong thực tế

Robot Delta được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau nhờ vào tốc độ và độ chính xác của nó Một số ứng dụng phổ biến bao gồm:

- Công nghiệp sản xuất: Robot Delta thường được sử dụng trong các dây chuyền sản xuất để lắp ráp, đóng gói và kiểm tra sản phẩm Nhờ khả năng hoạt động nhanh và chính xác của chúng

Hình 2.1: Robot Delta trong một công đoạn của dây chuyền nhà máy [5]

- Ngành thực phẩm: robot được thiết kế với độ an toàn vệ sinh ở mức cao, được ứng dụng gắp và đặt ở tốc độ cao trong các ngành công nghiệp đòi hỏi khắt khe như thực phẩm, dược phẩm

Hình 2.2: Robot Delta được sử dụng trong ngành thực phẩm [5]

Robot Delta còn được ứng dụng trong lĩnh vực nghiên cứu và giáo dục, cụ thể là tại các phòng thí nghiệm và trường học Tại đây, chúng được sử dụng để giảng dạy về robot học, điều khiển và tự động hóa, góp phần đào tạo thế hệ kỹ sư tương lai.

Nhờ thiết kế sáng tạo cùng khả năng vận hành tối ưu, Robot Delta đã khẳng định vị thế trong nhiều ngành công nghiệp, đóng góp to lớn cho sự phát triển của tự động hóa.

2.1.4 Ưu và nhược điểm của Robot Delta Ưu điểm:

- Tốc độ cao: một trong những ưu điểm nổi bật nhất của Robot Delta là tốc độ hoạt động vượt trội Thiết kế song song của các cánh tay cho phép robot thực hiện các chuyển động nhanh và chính xác Điều này đặc biệt quan trọng trong các ngành công nghiệp yêu cầu tốc độ sản xuất cao, như lắp ráp điện tử, đóng gói thực phẩm và dược phẩm Với khả năng tăng tốc và giảm tốc nhanh chóng, Robot Delta có thể hoàn thành các nhiệm vụ trong thời gian ngắn hơn so với nhiều loại robot khác

- Độ chính xác cao: Robot Delta có thể thực hiện các thao tác với độ chính xác cực kỳ cao, thường ở mức micromet Độ chính xác này là kết quả của thiết kế cơ học đặc biệt và hệ thống điều khiển tiên tiến, giúp giảm thiểu sai số trong quá trình vận hành Độ chính xác cao làm cho Robot Delta trở nên lý tưởng cho các ứng dụng đòi hỏi sự tỉ mỉ và chi tiết, chẳng hạn như lắp ráp linh kiện nhỏ, kiểm tra chất lượng sản phẩm và các thao tác vi mô trong lĩnh vực y tế

- Linh hoạt và dễ lập trình: Robot Delta rất linh hoạt và có thể được lập trình để thực hiện nhiều nhiệm vụ khác nhau Các hệ thống điều khiển hiện đại cho phép người dùng dễ dàng thay đổi chương trình hoạt động của robot, đáp ứng nhanh chóng các yêu cầu sản xuất thay đổi Sự linh hoạt này giúp giảm thời gian và chi phí chuyển đổi giữa các quy trình sản xuất khác nhau, tăng tính linh hoạt và hiệu quả của dây chuyền sản xuất

- Giới hạn về tải trọng: Một trong những nhược điểm chính của Robot Delta là giới hạn về tải trọng mà nó có thể xử lý Do thiết kế dựa trên các cánh tay nhẹ và nhanh, Robot Delta thường không phù hợp cho các nhiệm vụ yêu cầu xử lý vật liệu nặng Tải trọng tối đa của Robot Delta thường nhỏ hơn so với các loại robot công nghiệp khác, như robot SCARA hoặc robot cánh tay (robot arm), hạn chế khả năng ứng dụng của nó trong một số ngành công nghiệp nặng

- Phạm vi hoạt động hạn chế: Robot Delta thường có phạm vi hoạt động hạn chế, đặc biệt là về chiều cao và chiều sâu Điều này có nghĩa là robot có thể không phù hợp cho các ứng dụng yêu cầu di chuyển xa hoặc thao tác trong không gian lớn Giới hạn này có thể ảnh hưởng đến tính linh hoạt của robot trong các nhiệm vụ cần sự đa dạng về không gian làm việc

- Chi phí đầu tư ban đầu cao: Mặc dù Robot Delta mang lại nhiều lợi ích về tốc độ và độ chính xác, chi phí đầu tư ban đầu để mua và lắp đặt một

9 hệ thống Robot Delta có thể khá cao Chi phí này bao gồm không chỉ robot mà còn các thiết bị điều khiển, phần mềm lập trình, và các hệ thống hỗ trợ khác Điều này có thể là một rào cản đối với các doanh nghiệp nhỏ hoặc các dự án có ngân sách hạn chế

- Yêu cầu bảo trì và hỗ trợ kỹ thuật: Robot Delta, giống như nhiều hệ thống tự động hóa khác, yêu cầu bảo trì định kỳ và hỗ trợ kỹ thuật chuyên nghiệp để duy trì hiệu suất hoạt động Việc bảo trì và sửa chữa có thể phức tạp và tốn kém, đòi hỏi nhân viên kỹ thuật có trình độ cao Hơn nữa, sự cố kỹ thuật hoặc hỏng hóc có thể dẫn đến gián đoạn sản xuất, gây thiệt hại về kinh tế

Động học Robot Delta

Để điều khiển chuyển động của Robot Delta, nhóm nghiên cứu sử dụng phương trình động học, cụ thể là phương pháp hình học để tính toán động học Bằng cách này, robot có thể di chuyển theo ý muốn, đảm bảo độ chính xác và hiệu quả trong quá trình vận hành.

Bài toán động học nghịch là bài toán cho biết tọa độ 𝑬 𝟎 = (𝑥 0 , 𝑦 0 , 𝑧 0 ) Từ đó tính ra 3 góc (𝜃 1 , 𝜃 2 , 𝜃 3 ) của 3 trục động cơ làm xoay các cánh tay robot di chuyển tới vị trí đặt trước

Ta có các thông số biết trước của Robot Delta (hình 2.3):

- f: là cạnh tam giác đều của tấm đế cố định

- e: là cạnh tam giác đều của tấm đế di chuyển

- 𝑟 𝑒 : là cánh tay L2 của robot

Hình 2.3: Mô tả thông số mặc định robot Delta [7]

Hình 2.4: Xác đinh tọa độ điểm 𝐸′ 1 [7]

Ta có: Theo hình 2.5, khớp 𝐹 1 chỉ có thể di chuyển trong mặt phẳng YZ tạo thành vòng tròn với tâm ở điểm 𝐹 1 và bán kính 𝑟 𝑓 (hình 2.3) Trái ngược với 𝐹 1 , 𝐽 1 và

𝐸 1 được gọi là khớp vạn năng, có nghĩa là có thể quay tự do tương đối với E1, tạo thành hình cầu với tâm ở điểm 𝐸 1 và bán kính 𝑟 𝑒

Nhìn hình 2.4, 𝐸 1 ′ là hình chiếu của 𝐸 1 trên mặt phẳng YZ (hình 2.5)

Tọa độ điểm là 𝐸 0 (𝑥 0 , 𝑦 0 , 𝑧 0 ) (hình 2.5)

Theo đó khoảng các 𝐸 0 𝐸 1 (hình 2.4) là:

Do tọa độ điểm 𝐸 1 chỉ thay đổi theo trục Y, suy ra tọa độ điểm 𝐸 1 là:

Vì 𝐸 ′ 1 nằm trên mặt phẳng YZ (hình 2.5) nên có tọa độ 𝑥 0 = 0

Theo định lý tam giác vuông, khoảng cách 𝐸′ 1 𝐽 1 là:

⇒ 𝐸 ′ 1 𝐽 1 = √𝑟 𝑒 2 − 𝑥 0 2 (2.6) Dựa vào gốc tọa độ O (hình 2.4), ta có tọa độ điểm 𝐹 1 là:

Ta lại có, khoảng cách 𝐽 1 𝐹 1 như sau:

Từ (2.5) và (2.6) ta có được hệ phương trình như sau:

Từ (2.10), giải hệ phương trình 2 ẩn, ta suy ra được tọa độ điểm 𝐽 1 (0, 𝑦 𝑗1 , 𝑧 𝑗1 )

𝒚 𝑭𝟏 −𝒚 𝑱𝟏) Nhờ sự di chuyển khớp 𝐹 1,2,3 trong mặt phẳng YZ, giá trị của tọa độ trục X không thay đổi, vì vậy chúng ta hoàn toàn có thể bỏ qua tọa độ trục X Tương tự, ta

13 áp dụng để tính các góc 𝜃 2 , 𝜃 3 còn lại thông qua tính đối xứng của robot delta Bằng cách xoay thêm các góc ngược chiều kim đồng hồ 120 độ (hình 2.6)

Hình 2.6: Cách tính các góc còn lại [7]

Bài toán động học thuận cung cấp cho chúng ta biết với góc quay 3 trục động cơ (𝜃 1 , 𝜃 2 , 𝜃 3 ) sẽ xác định được vị trí robot 𝑬 𝟎 = (𝑥 0 , 𝑦 0 , 𝑧 0 ) Khi chúng ta có 3 góc 𝜃, thì có thể dễ dàng suy ra vị trí ba điểm 𝐽 1 , 𝐽 2 , 𝐽 3 ( hình 2.7) Các Joints 𝐽 1 𝐸 1 ,

𝐽 2 𝐸 2 , 𝐽 3 𝐸 3 có thể di chuyển tự do tạo thành một quả cầu có bán kính là 𝑟 𝑒

Tiếp theo, ta tịnh tiến tâm của quả cầu lần lượt là 𝐽 1 , 𝐽 2 , 𝐽 3 thành điểm 𝐽′ 1 , 𝐽′ 2 , 𝐽′ 3 bằng cách sử dụng các vectors tương ứng 𝐸 1 𝐸 0 , 𝐸 2 𝐸 0 , 𝐸 3 𝐸 0 như hình 2.7

Hình 2.7: Hình vẽ kí hiệu Robot Delta [7]

14 Vậy để tìm được tọa độ của 3 điểm 𝑥 0 , 𝑦 0 , 𝑧 0 ta phải giải hệ 3 phương trình mặt cầu như sau:

(𝑥 − 𝑥 𝑗 ) 2 + (𝑦 − 𝑦 𝑗 ) 2 + (𝑧 − 𝑧 𝑗 ) 2 = 𝑟 𝑒 2 (2.11) Trong đó, (𝑥 𝑗 , 𝑦 𝑗 , 𝑧 𝑗 ) là tọa độ tâm của mặt cầu bán kính 𝑟 e

Tìm tọa độ của 3 điểm 𝑱′ 𝟏 , 𝑱′ 𝟐 , 𝑱′ 𝟑

Dựa vào tính chất của tam giác đều (hình 2.8), ta có:

Chiếu điểm J và J’ lên mặt phẳng XY (hình 2.8 ), ta có

Từ (2.11), suy ra hệ 3 phương trình, lưu ý 𝑥 0 = 0

Thay (2.22), (2.23) vào (2.16), ta tính được 𝒛 𝟎 Sau đó tính được 𝒙 𝟎 và 𝒚 𝟎

Tọa độ z có 2 nghiệm vì có dấu ± Vì robot luôn nằm dưới tấm đế cố định vậy nên ta luôn lựa chọn nghiệm z âm

Sau khi có được các công thức động học nghịch và động học thuận Nhóm đã tiến hành lập trình matlab để kiểm tra độ chính xác của nó, ở 3 trường hợp bên dưới Bằng cách thay 3 góc 𝜃 1 , 𝜃 2 , 𝜃 3 vào khối động học thuận (Foward_Kinematic) cho ra các kết quả 𝑃 𝑥 , 𝑃 𝑦 , 𝑃 𝑧 Sau đó dùng 3 kết quả này thay tiếp vào khối động học nghịch

(Inverse_Kinematic) cho ra các kết quả là các góc ban đầu được thay vào

- Trường hợp 1: Tiến hành thay 3 góc 5, 10, 15

Hình 2.9: Kiểm chứng động học trường hợp 1

- Trường hợp 2: Tiến hành thay 3 góc 20, 45, 20

Hình 2.10: Kiểm chứng động học trường hợp 2

- Trường hợp 3: Tiến hành thay 3 góc 30, 45, 5

Hình 2.11: Kiểm chứng động học trường hợp 3

Nhận xét: Quan sát 3 hình 2.9, 2.10, 2.11, ta thấy rằng kết quả ra giống với giá trị ban đầu mà ta đã sử dụng, điều này cho thấy công thức động học là đúng.

Lý thuyết xử lý ảnh

2.3.1 Tổng quan về xử lý ảnh và thị giác máy

Xử lý ảnh và thị giác máy là lĩnh vực quan trọng trong khoa học máy tính và trí tuệ nhân tạo, tập trung vào việc xử lý và hiểu thông tin từ hình ảnh Xử lý ảnh sử dụng các kỹ thuật để chuyển đổi, trích xuất và phân tích thông tin, như cân bằng histogram, loại bỏ nhiễu và phát hiện cạnh Ngược lại, thị giác máy tập trung vào việc hiểu và tương tác với môi trường xung quanh thông qua hình ảnh, sử dụng xử lý hình ảnh, trích xuất đặc trưng và phân loại dữ liệu hình ảnh bằng các thuật toán học máy và học sâu.

Cả hai lĩnh vực này có ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành nghề khác nhau Trong công nghiệp, các hệ thống dựa trên ứng dụng XLA và thị giác máy được sử dụng để kiểm tra, đánh giá, theo dõi được áp dụng rất nhiều từ đó giúp tăng hiệu suất, cải thiện chất lượng sản phẩm, và tăng cường tính tự động hóa trong nhà máy

Tính quan trọng của XLA và thị giác máy không chỉ nằm ở việc giúp máy tính hiểu và tương tác với thế giới xung quanh mà còn trong việc tạo ra các ứng dụng độc đáo và tiên tiến Các kỹ thuật và phương pháp trong cả hai lĩnh vực này ngày càng

18 mở rộng và phát triển, mở ra những cơ hội mới cho các hệ thống thông minh và mới lạ

2.3.2 Khái niệm cơ bản trong xử lý ảnh

Ảnh kỹ thuật số là dạng ảnh được biểu diễn dưới dạng ma trận số 2 chiều Dựa vào độ phân giải cố định hay không, ảnh kỹ thuật số được chia thành 2 loại: ảnh vector và ảnh raster Trong đó, thuật ngữ "ảnh kỹ thuật số" thường được dùng để chỉ ảnh raster có độ phân giải cố định.

- Độ phân giải: Độ phân giải của ảnh là mức độ chi tiết mà nó có thể hiển thị Khi độ phân giải càng cao, ảnh sẽ có nhiều chi tiết hơn

Trong ảnh kỹ thuật số, điểm ảnh là đơn vị biểu diễn nhỏ nhất của hình ảnh, đóng vai trò như những ô màu tạo nên mẫu ảnh Số lượng điểm ảnh càng nhiều, hình ảnh càng chính xác và có độ phân giải cao Mỗi điểm ảnh được xác định bởi vị trí theo tọa độ (x, y) và cường độ ánh sáng (Intensity), giúp tạo nên độ sâu và sắc thái của hình ảnh.

- Ảnh mức xám: Mức xám của ảnh (grayscale) là một loại biểu diễn của ảnh kỹ thuật số mà mỗi pixel chỉ có một giá trị duy nhất biểu thị cường độ sáng, thay vì các kênh màu RGB Ảnh mức xám thường được sử dụng trong các ứng dụng đơn giản hoặc khi màu sắc không quan trọng

- Không gian màu: Không gian màu là một không gian đa chiều được sử dụng để biểu diễn màu sắc trong ảnh kỹ thuật số Các không gian màu phổ biến nhất là RGB (đỏ, xanh lá cây, lam), CMYK (cyan, magenta, yellow, key), và HSV (hue, saturation, value) Mỗi không gian màu có cách biểu diễn và sử dụng khác nhau tùy thuộc vào mục đích của ảnh

2.3.3 Các phương pháp xử lý ảnh đã sử dụng trong đề tài

1 Chuyển đổi hình ảnh sang ảnh xám: Chuyển đổi ảnh màu sang ảnh xám liên quan đến việc kết hợp các giá trị của kênh màu theo một công thức để tạo ra giá trị cường độ xám duy nhất cho mỗi điểm ảnh

- Công thức chuyển đổi từ BGR sang Grayscale:

Hình 2.12: Chuyển đổi ảnh màu sang ảnh xám

2 Làm mượt ảnh màu: là một kỹ thuật làm mượt phổ biến được sử dụng trong xử lý ảnh với các mục đích sau:

- Làm mịn ảnh: Giảm thiểu sự thay đổi đột ngột của các giá trị pixel, tạo ra ảnh mịn hơn

- Giảm nhiễu: Loại bỏ nhiễu và các chi tiết nhỏ không mong muốn từ ảnh

- G (x,y): là giá trị của hàm Gaussian tại điểm có tọa độ (x,y)

- σ là độ lệch chuẩn (standard deviation) của phân phối Gaussian, đây là tham số quyết định hình dạng của phân phối và độ rộng của nó

Hình 2.13: Ảnh được làm mờ

3 Áp dụng ngưỡng nhị phân

Sử dụng ngưỡng cố định: giá trị cố định được chọn trước, và mọi pixel trong ảnh có giá trị cường độ nhỏ hơn ngưỡng này sẽ được gán giá trị 0 (đen), trong khi mọi pixel có giá trị lớn hơn hoặc bằng ngưỡng sẽ được gán giá trị 1 (hoặc 255, trắng)

Hình 2.14: Ảnh chuyển sang dạng nhị phân

Lý thuyết thuật toán travelling salesman problem – TSP

Nguồn gốc của bài toán người bán hàng vẫn chưa được xác định rõ ràng Một cuốn sổ tay dành cho người bán hàng xuất bản vào năm 1832 đã nhắc đến bài toán này và cung cấp ví dụ về một lộ trình vòng quanh Đức và Thụy Sĩ, nhưng không chứa bất kỳ nội dung toán học nào liên quan Vào thế kỷ 19, bài toán người bán hàng được định nghĩa bởi nhà toán học Ireland William Rowan Hamilton và nhà toán học Anh Thomas Kirkman Trò chơi Icosa của Hamilton là một trò chơi giải trí, trong đó người chơi tìm kiếm một chu trình Hamilton Phiên bản tổng quát của bài toán người bán hàng có thể đã được nghiên cứu lần đầu bởi các nhà toán học tại Vienna và Harvard trong những năm 1930, với Karl Menger là người định nghĩa bài toán và xem xét thuật toán cơ bản nhất để giải quyết nó [3]

Một người cần thực hiện nhiệm vụ giao hàng tại n thành phố Xuất phát từ một thành phố bất kì, người này phải đi qua tất cả các thành phố còn lại và trở về thành phố xuất phát ban đầu, sao cho mỗi thành phố chỉ được ghé thăm một lần Khoảng cách giữa các thành phố có thể được xác định và mỗi thành phố đều có kết nối đến các thành phố khác Khoảng cách này có thể đo bằng độ dài thực tế, chi phí vận chuyển, hoặc thời gian di chuyển Nhiệm vụ là tìm một lộ trình sao cho tổng chi phí là nhỏ nhất [3]

2.4.3 Phương pháp giải bài toán

Có các phương pháp giải thuật toán như:

- Thuật Toán Genetic (Di Truyền)

- Thiết kế thuật toán xấp xỉ để tìm những lời giải không quá lớn so với lời giải tối ưu

- Phương pháp chính xác và tối ưu - Branch and Bound (Rẽ nhánh và giới hạn)

Có thể kếp hợp nhiều phương pháp lại với nhau Việc lựa chọn phương pháp phù hợp phụ thuộc vào yêu cầu cụ thể của bài toán, số lượng cần giải quyết và thời gian yêu cầu bài toán…

Trong đề tài này, với số lượng sản phẩm cần giải quyết là nhỏ không quá lớn, và cần tối ưu hóa tốc độ nên nhóm đã chọn phương pháp giải là thuật toán láng giềng gần nhất [3]

2.4.4 Thuật toán láng giềng gần nhất (nearest neighbour algorithm) Ưu điểm:

- Thuật toán ngắn gọn, đơn giản và dễ hiểu phù hợp với yêu cầu của đề tài

- Lập trình, xử lý tìm ra kết quả nhanh tối ưu hóa hệ thống

- Không đảm bảo lời giải là kết quả tối ưu nhất

- Thụ động, phụ thuộc vào thành phố xuất phát

- Không giải quyết được các bài toán đặc biệt Ví dụ như có sự ràng buộc về thời gian, thay đổi thêm hoặc xóa các thành phố…

Các bước giải của thuật toán:

THUẬT TOÁN LÁNG GIỀNG GẦN NHẤT Bước 1: Chọn một thành phố bất kì bắt đầu chu trình là A

Bước 2: Từ thành phố hiện tại, chọn thành phố tiếp theo chưa được đến có chi phí là ngắn nhất Đánh dấu đã đến với thành phố vừa chọn

Bước 3: Nếu còn thành phố nào chưa đến thì quay lại bước 2 Bước 4: Quay lại thành phố bắt đầu A, kết thúc

Ví dụ: Cho một bài toán có 6 đỉnh tương ứng là 6 thành phố khác nhau (là các số màu tím) được nối các đỉnh lại với nhau – là các tâm của đường tròn màu xanh Cho biết khoảng các giữa mỗi đỉnh là các số màu đỏ Tìm chu trình đường đi qua mỗi

23 thành phố rồi quay lại thành phố bắt đầu, sao cho chi phí là ít nhất với mỗi thành phố bất kì bắt đầu

Hình 2.15: Xử lý ảnh sản phẩm Cách giải: Thuật toán láng giềng gần nhất

Chọn thành phố bắt đầu là đỉnh 1:

- Từ 1, thành phố chưa được đến gần nhất là 3, chiều dài 13 = 95

- Từ 3, thành phố chưa được đến gần nhất là 4, chiều dài 34 = 140

- Từ 4, thành phố chưa được đến gần nhất là 5, chiều dài 45 = 121

- Từ 5, thành phố chưa được đến gần nhất là 6, chiều dài 56 = 204

- Từ 6, thành phố chưa được đến gần nhất là 2, chiều dài 62 = 180

- Không còn thành phố nào nữa Vì vậy quay về thành phố ban đầu là 1, chiều dài 21 = 111

Vậy chu trình đường đi ngắn nhất khi bắt đầu từ thành phố 1 là:

1 – 3 – 4 – 5 – 6 – 2 – 1, với tổng chi phí là 851

Tương tự với các thành phố khác, ta có các kết quả như sau:

Thành phố bắt đầu 2: 2 – 1 – 3 – 4 – 5 – 6 – 2, tổng chi phí là 851

Thành phố bắt đầu 3: 3 – 1 – 2 – 4 – 5 – 6 – 3, tổng chi phí là 940

24 Thành phố bắt đầu 4: 4 – 5 – 3 – 1 – 2 – 6 – 4, tổng chi phí là 802

Thành phố bắt đầu 5: 5 – 4 – 1 – 3 – 2 – 6 – 5, tổng chi phí là 926

Thành phố bắt đầu 6: 6 – 4 – 5 – 3 – 1 – 2 – 6, tổng chi phí là 802

Như vậy có 2 chu trình đường đi với chi phí ngắn nhất là: 802

Cách giải: Theo cách thông thường

Thứ tự các thành phố đi qua được chọn theo danh sách tăng dần được đánh số trong hình 2.15

Thành phố bắt đầu là đỉnh 1:

- Từ 1, thành phố tiếp theo danh sách là 2, chiều dài 12 = 111

- Từ 2, thành phố tiếp theo danh sách là 3, chiều dài 23 = 197

- Từ 3, thành phố tiếp theo danh sách là 4, chiều dài 34 = 140

- Từ 4, thành phố tiếp theo danh sách là 5, chiều dài 45 = 121

- Từ 5, thành phố tiếp theo danh sách là 6, chiều dài 56 = 204

- Không còn thành phố nào nữa Vì vậy quay về thành phố ban đầu là 1, chiều dài 61 = 271

Tổng chi phí đường đi là 1044

Thuật toán láng giềng gần nhất là một cách giải hiệu quả hơn so với các cách giải thông thường để tìm ra danh sách các điểm truy cập lân cận gần nhất Điều này được thể hiện qua việc thuật toán láng giềng gần nhất trả về danh sách 802 điểm truy cập, ngắn hơn đáng kể so với danh sách 1044 điểm truy cập trả về bởi cách giải thông thường.

THIẾT KẾ HỆ THỐNG

Mô hình hóa Robot Delta

Robot Deltad được cấu tạo như sau: bao gồm một đế cố định và một đế di động được kết nối thông qua ba cánh tay song song Mỗi cánh tay bao gồm các khớp quay và khớp các đăng, cho phép robot thực hiện các chuyển động nhanh chóng và chính xác trong không gian ba chiều Các thành phần cơ bản của Robot Delta gồm:

- Khớp quay (Revolute joint): Mỗi cánh tay của Robot Delta có một khớp quay tại đế cố định (đặt tại các điểm 𝐵 𝑖 với 𝑖 = 1, 2, 3) Các khớp quay này điều khiển chuyển động quay của các cánh tay, cho phép thay đổi góc quay của các động cơ

- Khớp các đăng (Universal joint): Mỗi cánh tay cũng có hai khớp các đăng (đặt tại các điểm 𝐴 𝑖 và 𝑃 𝑖 với 𝑖 = 1,2,3) kết nối với một cơ cấu hình bình hành Khớp các đăng cho phép cánh tay di chuyển theo hai trục, duy trì bàn di động luôn song song với đế cố định Cơ cấu hình bình hành đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì sự song song của bàn di động, đảm bảo độ chính xác và ổn định của chuyển động Cấu trúc này giúp Robot Delta thực hiện các nhiệm vụ với độ chính xác cao trong nhiều ứng dụng khác nhau Mô hình này được minh họa trong hình 3.1, dựa trên nghiên cứu của L Williams [6]

Các hệ tọa độ {B} và {P} lần lượt gắn với các tấm đế cố định và tấm đế di động và có gốc tọa độ là tâm của tam giác đều của các tấm đế này Ma trận quay [ 𝑅] = 𝐼 𝐵 𝑃 3 vì hai hệ trục tọa độ {B} và {P} luôn luôn cùng phương với nhau Các biến khớp là 𝜃 = [θ 1 , θ 2 , θ 3 ] 𝑇 và tọa độ của điểm P trong hệ tọa độ {B} là 𝐵 𝑃 𝑃 = [𝑥 𝑦 𝑧] 𝑇

Hình 3.1: Các thông số hình học của robot Delta [6]

Bảng 3.1: Ý nghĩa các thông số hình học của Robot Delta [1]

Các phương án thiết kế

Với yêu cầu thiết kế Robot Delta hoạt động trong vùng làm việc cho trước Cùng với đó phải đảm bảo về sự nhỏ gọn để tránh chiếm quá nhiều diện tích, nhóm

𝑃𝑖 điểm nối giữa cánh tay hình bình hành và tấm đế di động

(𝑖 = 1, 2, 3) sB chiều dài cạnh tam giác đều tấm đế cố định wB khoảng cách từ tâm O đến cạnh của tấm đế cố định uB khoảng cách từ tâm O đến đỉnh của tấm đế cố định sP chiều dài cạnh tam giác đều tấm đế di động wP khoảng cách từ tâm P đến cạnh của tấm đế di động uP khoảng cách từ tâm P đến đỉnh P𝑖 (𝑖 = 1,2,3) của tấm đế di động

L chiều dài cánh tay B𝑖 A𝑖 (𝑖 = 1,2,3) l chiều dài của mỗi cánh tay hình bình hành

27 đã tham khảo nhiều phương pháp khác nhau Trong đó, nhóm tác giả Liu và các cộng sự đã đề ra mười vùng làm việc bao gồm I 𝑎 , I 𝑏 , II 𝑎 , II 𝑏 , II 𝑐 , II 𝑑 , II 𝑒 , II 𝑓 , III 𝑎 , III 𝑏 Thông qua mô phỏng trên phần mềm SolidWorks, nhóm tác giả xác định bốn vùng

I 𝑏 , II 𝑒 , II 𝑓 , III 𝑏 có diện tích vùng hoạt động lớn hơn các vùng còn lại và tìm ra hệ bất phương trình phía dưới [1]

Vùng làm viêc của Robot Delta được mô tả ở hình 3.2 Trong đó, vùng làm việc của robot được mô tả bằng hình trụ tròn bao gồm hai thông số là bán kính đường

28 tròn đáy 𝑟 𝑐 và chiều cao h Hình trụ có giới hạn trên và dưới lần lượt là hai mặt phẳng là 𝑧 1 và 𝑧 0 với 𝑧 1 > 𝑧 0

Hình 3.2: Xem vùng hoạt động có dạng hình trụ tròn [1]

Sau khi xác định các bất phương trình của vùng hoạt động, nhiệm vụ của bài toán thiết kế là tìm các kích thước l, L, 𝑅 3 sao cho tối ưu và thỏa mãn các vùng làm việc cho ở trên và hai thông số gần nhau nhất thỏa mãn:

Theo nhóm tác giả Lê Xuân Hoàng, Lê Hoài Nam [1], phương án thiết kế 1 với tâm khối cầu ngoại tiếp trùng tâm hình trụ, được cho trước các kích thước 𝑟 𝑐 và h Hình trụ sẽ xác định duy nhất một khối cầu ngoại tiếp hình trụ Hình trụ sẽ chiếm thể tích lớn nhất bên trong khối cầu

Hình 3.3: Phương án thiết kế 1 [1]

29 Sau khi lập bảng các tham số thiết kế, có thể xác định

- Bán kính khối cầu nội tiếp:

- Lập bảng các kích thước còn lại:

Chọn các kích thước thỏa mãn điều kiện 𝑧1 ≤ 𝑧𝑃1 Kích thước L không quá lớn gây ảnh hưởng đến truyền động Chọn 𝑧1 thích hợp để có không gian cho các cơ cấu gá [1]

Phương án thiết kế 2 sẽ cho trước 3 thông số 𝑟 𝑐 , ℎ, 𝑧 1 Tìm kích thước tối ưu

L, l, 𝑅 3 Chọn mặt phẳng 𝑧 𝑃1 trùng với mặt phẳng 𝑧 1 Phương án này chỉ áp dụng cho vùng II 𝑒 , III 𝑏 [2] (Hình 3.4)

Hình 3.4: Phương án thiết kế 2 [1]

30 Dưa vào bảng các tham số thiết kế của tác giả [1], có thể xác định:

- Tính giá trị trung bình D:

- Lập bảng các kích thước:

L = r1 × D; l = r2 × D; |𝑅 3 | = 𝑟3 × 𝐷 (3.13) Để hình trụ chiếm thể tích lớn nhất của phần còn lại của khối cầu nội tiếp, hình trụ phải có 𝑧 1 trùng với mặt phẳng 𝑧 𝑃1 , đồng thời đường tròn đáy phải tiếp xúc với mặt cầu nội tiếp lớn nhất, điều kiện 𝑙 phải gần với giá trị 𝑙 𝑡 tối ưu

Nhóm thiết kế đã lựa chọn phương án thiết kế 2 trong vùng III b với các thông số cụ thể như sau: L = 30 cm, l = 50 cm, 𝑅3 ≈ 7 Lựa chọn này đáp ứng yêu cầu vùng hoạt động hình trụ có bán kính đáy r c = 30 cm và chiều cao h = 15 cm.

Lựa chọn cơ cấu truyền động cho Robot

Thông thường động cơ thường quay ở tốc độ cao (vài nghìn vòng/phút), trong khi ứng dụng của đề tài là ở mức thấp, cộng với việc sử dụng lực trực tiếp từ động cơ để làm quay cánh tay gây ra tải trọng lớn co thể gây hư hỏng về lâu dài, giảm tuổi thọ

Do đó, việc sử dụng kết hợp một bộ giảm tốc giúp kiểm soát tốc độ phù hợp, với độ chính xác cao, đồng thời tăng momen xoắn giúp cải thiện hiệu suất với các tải nặng Ngoài ra còn giúp giảm tiếng ồn và rung động cho hệ thống

Dưới đây là nguyên lý của hệ thống bánh răng trong hộp giảm tốc được sử dụng (3.15)

- k: số cặp bánh răng ăn khớp ngoài

- 𝑧 2 , 𝑧 3 , 𝑧 1 , 𝑧 2 ′ : là kí hiệu số răng của các bánh răng (hình 3.5)

Chọn động cơ và thông số của bộ truyền

Lực từ tải trọng tác dụng lên phần cánh tay 𝑂 1 𝐴 1 𝑃 1 như hình 3.6

Hình 3.6: Lực do tải trọng tác dụng vào robot

- 𝐹 𝑎 , 𝐹 𝑏 , 𝐹 𝑐 là lực tác động từ các cánh tay lên đế di động

- 𝐹 𝑎′ là phản lực liên kết của đế di động với cánh tay robot

- 𝑃 𝑡 là trọng lượng của tải

- 𝑌 𝑎 , 𝑋 𝑎 là thành phần lực 𝐹 1 theo phương đứng và phương ngang

Từ phương án thiết kế khối lượng tải lớn nhất mà robot có thể nâng là khối lượng lớn nhất trên mỗi cánh tay là 1kg (Hình 3.7)

Hình 3.7: Trường hợp chịu tải lớn nhất trên mỗi cánh tay

Với phân tích lực cho trường hợp cánh tay chịu lực lớn nhất (hình 3.7), ta có thể xác định momen động cơ M trong trường hợp tĩnh như sau:

𝑀 = (𝑚 𝑡 + 𝑚 đ𝑑đ + 𝑚 𝑙 ) 𝐺 𝐿 + 𝑚 𝐿 𝑔 𝑆 (3.16) Thay các giá trị vào (3.16), ta có:

- mt là khối lượng tải m t = 1kg

- mđdđ là khối lượng tấm đế di động mđdđ = 200g

- g là gia tốc trọng trường g= 10 m/𝑠 2

- 𝑚 𝑙 là khối lượng cánh tay l 𝑚 𝑙 = 300g

- 𝑚 𝐿 là khối lượng cánh tay L 𝑚 𝐿 = 300g

- 𝑆 là khoảng cách từ trục động cơ tới trọng tâm cánh tay L S = 130mm

Xét trường hợp robot gắp thả sản phẩm ở vị trí biên của vùng làm việc, khi này tốc độ gắp thả là chậm nhất (hình 3.8)

Góc quay biến thiên của trục động cơ có thể được xác định (θ = 138o) thông qua phần mềm SolidWorks, sau đó tốc độ động cơ cần thiết có thể được tính toán Theo yêu cầu, tốc độ được xác định là 1 sản phẩm/giây.

=> Tốc độ quay trung bình của động cơ là:

360.1 60 = 46 𝑅𝑃𝑀 (3.17) Vậy động cơ phải có momen tối thiểu là M= 4,79 N.m và vận tốc tối thiểu là

Hình 3.8: Robot gắp thả tại vị trí biên Công suất tối thiểu là:

Với các lý do đã nêu trên chúng ta cần một bộ hộp giảm tốc để tăng momen xoắn quay đồng thời giảm tốc độ quay của động giúp cải thiện hiệu suất hệ thống

Với hiệu suất chung của chuyển động bánh răng 𝜂 ℎ𝑠 = 0,9

=> Công suất cần thiết của động cơ là

Qua tìm hiểu các loại động cơ AC servo các hãng sản xuất trên thị trường, thì động cơ AC Servo Panasonic Minas A4 có công suất 100W, momen là 0,95 N.m và tốc độ 3000 RPM là nhỏ nhất và đảm bảo thỏa mãn với thông số động cơ như đã tính

Hình 3.8: Động cơ AC Servo Panasonic Minas A4

34 Với momen định mức của động cơ là 0,95 N.m và momen tính toán là 4,79

N.m thì ta cần hộp số có tỉ số truyền nhỏ nhất là 0.95

4,79≈ 5 Qua khảo sát các loại hộp số trên thị trường, ta chọn được hộp số có tỉ số truyền 1:12

Thiết kế cơ khí của robot

Khung robot là thành phần quan trọng giúp nâng đỡ toàn bộ robot và gá đặt vào vị trí làm việc Vì tính chất ứng dụng linh hoạt nên nhóm sử dụng nhôm định hình kích thước 40 x 40mm giúp robot đủ chắc chắn và có thể gá đặt thuận tiện Khung có kích thước dài x rộng x cao lần lượt là 80 x 80 x 80 cm Thiết kế của khung được trình bày trong hình trên

Hình 3.10: Cánh tay L1 3.5.3 Cánh tay L2

Hình 3.12: Khâu chấp hành 3.5.5 Robot Delta

Hình 3.13: Tổng quan Robot Delta

Lựa chọn thiết bị

3.6.1 Module điều khiển vị trí Mitsubishi QD75D4

Module điều khiển vị trí Mitsubishi QD75D4 là dòng điều khiển phát xung dành cho các ứng dụng servo, module hỗ trỡ tính toán chính xác đến μm và có mức dộ chịu nhiễu tốt Module QD75D4 có thể kết nối các bộ điều khiển servo 1 trục, 2 trục, 4 trục bên thứ 3 tùy theo yêu cầu sử dụng Module điều khiển vị trí Mitsubishi QD75D4 có thể định được địa chỉ cho sẵn mỗi trục lên tới 600 điểm trong quá trình vận hành, module QD75D4 sẽ dựa trên tham số và dữ liệu định vị trí, các lệnh đầu ra được gửi đến bộ điều khiển servo tương ứng và tính toán chiều quay cũng như cấp số xung tương ứng để đáp ứng được yêu cầu bài toán được đề ra

- Số lượng trục điều khiển: 4

- Tín hiệu Ngõ ra: Pulse chain

- Chiều dài tối đa cho Cáp Servo motor: 10 m

- Tuyến tính nội suy 2/3/4 trục, 2 trục nội suy tròn

- Dữ liệu định vị: 600 điểm / trục

- Đơn vị điều khiển: mm, inch, degree, pulse

Hình 3.14: Module điều khiển vị trí Mitsubishi QD75D4

3.6.2 Bộ động cơ AC Servo Panasonic A4 MSMD012P1 100W Động cơ servo là một bộ truyền động quay, tuyến tính cho phép điều khiển chính xác vị trí góc hoặc tuyến tính, vận tốc và gia tốc Nó bao gồm một động cơ phù hợp được ghép nối với cảm biến để phản hồi vị trí Nó cũng đòi hỏi một bộ điều khiển tương đối tinh vi, thường là một mô-đun chuyên dụng được thiết kế đặc biệt để sử dụng với động cơ servo Động cơ servo nhận tín hiệu từ bộ điều khiển và cung cấp lực chuyển động cần thiết cho các thiết bị máy móc khi vận hành với tốc độ và độ chính xác cực kỳ cao Động cơ servo được chia thành 2 loại: động cơ servo AC, động cơ servo DC

AC servo có thể xử lý các dòng điện cao hơn và có xu hướng được sử dụng trong máy móc công nghiệp DC servo không được thiết kế cho các dòng điện cao và thường phù hợp hơn cho các ứng dụng nhỏ hơn

Thông số Servo Panasonic MSMD012P1:

- Điện áp cung cấp: 1 pha 200V

- Tốc độ vòng quay: 3000- 5000 vòng/phút

- Encoder 17 bit, độ phân giải 131072 xung/ vòng

- Mô men xoắn: 0.32 Nm, Max 0.95 Nm

- Cấp độ bảo vệ: IP65

- Ứng dụng trong điều khiển tốc độ, vị trí

3.6.3 Bộ điều khiển Driver AC servo Panasonic Minas A4

Bộ điều khiển driver AC servo Panasonic được nhận tín hiệu lệnh điều khiển từ PLC và từ đó điều khiển động cơ servo hoạt động theo yêu cầu của hệ thống, đồng thời nhận tín hiệu và cập nhật liên tục về tốc độ và vị trí hiện tại của nó từ encoder Ứng dụng với ưu điểm của hệ thống AC servo vào đề tài

Hệ thống AC servo phù hợp với hầu hết các ứng dụng trong công nghiệp như máy công cụ, máy đóng gói, các loại máy in, trục vít, máy cắt, các ứng dụng thu xả cuộn, các ứng dụng cần chạy dừng đúng vị trí, dây chuyền lắp ráp, máy CNC, cánh tay robot… với những ưu điểm là lợi thế:

- Khả năng điều khiển tốc độ, vị trí và mo-men cực kì chính xác

- Tốc độ đáp ứng và phản hồi nhanh, quán tính thấp (gần như không có quán tính)

- Hiệu suất hoạt động cao tới hơn 90%, ít sinh nhiệt và hầu như không dao động

- Tốc độ cao và tần suất làm việc thay đổi nhanh, liên tục

- Hoạt động êm ái, nhẹ, tiết kiệm điện năng

Hình 3.15: Driver AC servo Panasonic Minas A4

Băng tải hay được gọi là băng chuyền hiểu đơn giản là một thiết bị máy cơ khí dùng để vận chuyển các đồ vật từ điểm này sang điểm khác Với phương thức chuyển sản phẩm thủ công bằng công nhân sẽ gây ra tiêu hao, tiêu tốn nhiều sức lực, phải chi phí nhiều hơn, hiệu quả lẫn hiệu suất sẽ không được cao so với sử dụng hệ thống băng chuyền

40 Thông số động cơ ZBG37-3530-24V 48RPM:

- Tốc độ không tải: 48RPM (48 vòng 1 phút)

3.6.5 Camera Logitech C270 Để đề tài vận hành thì cần phải xử lý hình ảnh cho ra các dữ liệu cần thiết, nhóm tác giả đã chọn camera Logitech C270 sử dụng cho đề tài nhằm phục vụ mục đích cho ra kết quả tốt nhất

Thông số về Camera Logitech C270:

- Độ phân giải tối đa: 720p/30fps

- Loại tiêu cự: tiêu cự cố định

Hình 3.17: Camera Logitech C2703.7 Sơ đồ khối

Hình 3.18: Sơ đồ khối hệ thống

Sơ đồ khối hệ thống gồm 5 khối chính như sau:

- Khối nguồn: có chức năng cung cấp điện năng cho toàn bộ hệ thống

- Khối điều khiển : PLC Mitsubishi Q nhận tín hiệu xử lý ảnh từ máy tính sau đó gửi sang drive minas a4 để điều khiển động cơ servo

- Khối cơ cấp chấp hành : Nhận tín hiệu điều khiển từ khối điều khiển và thực hiện các tác vụ

- Khối cảm biến: nhận tín hiệu từ các cơ cấu và truyền đến PLC

Sơ đồ nối dây

Hình 3.19: Thiết kế tủ điện hệ thống

3.7.2 Sơ đồ nối dây toàn hệ thống.

Lưu đồ hệ thống

- Lưu đồ chế độ Auto

Hình 3.22: Lưu đồ ở chế độ Auto

- Lưu đồ chế độ Man

Hình 3.23: Lưu đồ ở chế độ Man

CÀI ĐẶT MÔI TRƯỜNG SỬ DỤNG

Cài đặt môi trường PLC

- B1: Tạo project mới - Chọn dòng CPU (Q00) - Chọn ngôn ngữ Ladder

Hình 4.1: Tạo một project mới

- B2: Chọn Parameter - PLC parameter (xuất hiện hộp thoại Q parameter Setting) - Read PLC Data - Chọn check (Kiểm tra các module được thêm vào)

Hình 4.2: Kiểm tra module mới được thêm vào

- B3: Chuột phải Intelligent Function Module - Chọn New Module (Xuất hiện hộp thoại New Module) - Chọn Module Type (QD75 Type Position Module), Module Name (QD75D4)

Hình 4.3: Chọn module QD75D4 trong Intelligent Function Module

- B4: Chọn QD75D4, thiết lập thông số cài đặt như hình:

Hình 4.4: Thiết lập thông số module QD75D4 1

Hình 4.5: Thiết lập thông số module QD75D4 2

Thiết kế màn hình giám sát điều khiển

- Thư viện sử dụng: Emgu.CV, ActUtlTypeLib

4.2.1 Truyền nhận dữ liệu với PLC

Sử dụng phần mềm Communication Settings Utility

- B1: Chọn Wizard, tạo cổng kết nối mới

Hình 4.7: Tạo một cổng kết nối giữa PLC và C#

Xuất hiện, chọn 1 ở ô Logical station number, nhấn Next

Hình 4.8: Chọn number cần kết nối

- B2: PC side I/F, chọn cổng truyền nhận USB

Hình 4.9: Chọn loại cổng kết nối

- B3: Chọn module CPU Q00U, Nhấn Next và Finish

Hình 4.10: Chọn loại CPU được sử dụng 4.2.2 Yêu cầu màn hình giám sát, điều khiển

Thực hiện được các tác vụ cơ bản:

- Thực hiện kết nối/ ngắt kết nối PLC, tắt bật camera

- Thực hiện việc Start, Stop và Reset hệ thống và các nhiệm vụ truyền nhận dữ liệu

- Thể hiện được các hình ảnh xử lý, mô tả hoạt động, thông số kỹ thuật cần thiết của hệ thống

4.2.3 Màn hình giám sát, điều khiển

Tất cả các quá trình hoạt động sẽ được giám sát và điều khiển trên màn hình giao diện được thiết kế

Hình 4.11: Màn hình chính giao diện Bảng 4.1: Giao diện thiết kế

Info Thực hiện các tác vụ như đăng nhập/ đăng xuất, connect/disconnect với PLC

Main Màn hình giám sát các hoạt động của hệ thống

Control Mode Cài đặt chế độ hoạt động của hê thống ở chế độ

52 Setting Cài đặt các thông số XLA, lọc các sản phẩm cần thiết Historical Data Lưu trữ các dữ liệu của hệ thống

Alarms Cảnh báo các lỗi, hoặc các cảnh báo xảy ra trong quá trình hoạt động

KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC

Kết quả phần cơ khí

Nhóm đã hoàn thành việc lắp ráp toàn bộ mô hình hoàn chỉnh, dưới đây là các kết quả phần cơ khí:

Hình 5.1: Mô hình hệ thống

Hình 5.2: Sản phẩm thử nghiệm

Hình 5.3: Bên trong tủ điện hệ thống

Hình 5.4: Bên ngoài tủ điện hệ thống

- Tiến hành thử nghiệm độ chính xác của robot Delta với 1 vật

Hình 5.5: Sai số giữa tâm vật so với tâm khâu chấp hành

Nhận xét: Kết quả robot di chuyển thực hiện tác vụ có sai số nhỏ nằm trong giới hạn cho phép là ±1𝑐𝑚 có thể chấp nhận được, nhưng vẫn thực hiện đúng yêu cầu đặt ra (in dấu vào sản phẩm).

Kết quả phần mềm

- Thực hiện được việc kết nối, truyền nhận dữ liệu điều khiển được sang PLC

- Đáp ứng yêu cầu xử lý ảnh thông qua qua các màn hình Camera để lấy hình ảnh xử lý

- Giám sát hoạt đông hệ thống thể hiện trên mà hình giao diện

- Quản lý lịch sử hoặc cảnh báo người dùng qua các tab được thiết kế giúp người sử dụng dễ thao tác

Kết quả xử lý ảnh

5.3.1 Quá trình xử lý ảnh

Lúc này robot đang trong quá trình dừng lại ở cảm biến 1 phát hiện sản phẩm và xử lý ảnh

Hình 5.7: Quá trình xử lý ảnh

Hình 5.8: Kết quả xử lý ảnh 5.3.2 Trường hợp điều kiện ánh sáng ổn định

Nhận xét: Với điều kiện ánh sáng ổn định, thuận lợi trong việc xử lý ảnh để đưa ra kết quả đường đi chính xác Giúp việc thực hiện in dấu lên các sản phẩm một các chính xác và đầy đủ

Hình 5.9: Kết quả xử lý ảnh

5.3.3 Trường hợp điều kiện ánh sáng không ổn định

Nhận xét: Với điều kiện ánh sáng không ổn định, vật bị quét thiếu (sản phẩm ở bên trên góc trái) dẫn đến việc tính toán đường đi và thực hiện việc in dấu lên sản phẩm bị thiếu, không theo yêu cầu mong muốn.

Kết quả tối ưu hóa đường đi

Đỉnh bắt đầu mặc định được thêm vào danh sách các đỉnh được đi qua, thông qua việc xử lý ảnh Điều này đảm bảo rằng robot luôn xuất phát từ một điểm cố định và đi qua các đỉnh còn lại mà vẫn đảm bao tuân thủ theo thuật toán TSP

Hình 5.11: Robot đang ở vị trí chờ

Hình 5.12: Robot đang thực hiện in dấu sản phẩm

- Trường hợp 1: 5 vật cố định

Hình 5.13: Trường hợp 5 vật cố định

- Trường hợp 2: 6 vật cố định

Hình 5.14: Trường hợp 6 vật cố định

- Trường hợp 3: 7 vật cố định

Hình 5.15: Trường hợp 7 vật cố định

Nhận xét: Thông qua việc xử lý ảnh và tính toán đã cho ra các kết quả đường đi và giá trị ngắn nhất một cách chính xác, những kết quả này đã được kiểm chứng lại bằng cách thủ công

Ngày đăng: 26/09/2024, 11:07

Nguồn tham khảo

Tài liệu tham khảo Loại Chi tiết
[1] Lê Xuân Hoàng, Lê Hoài Nam, (2018), “Bài toán động học động lực học và phương pháp thiết kế hình học cho robot delta kiểu ba khớp quay”, Tạp chí khoa học và công nghệ đại học Bách Khoa Đà Nẵng Sách, tạp chí
Tiêu đề: Bài toán động học động lực học và phương pháp thiết kế hình học cho robot delta kiểu ba khớp quay”
Tác giả: Lê Xuân Hoàng, Lê Hoài Nam
Năm: 2018
[2] X.-J. Liu, J. Wang, H. Zheng, (2003), “Workspace atlases for the computer aided design of the Delta robot”, Proc. IMECHE part C: J. Mech. Engrg. Sci., vol.217, pp. 861-869 Sách, tạp chí
Tiêu đề: “Workspace atlases for the computer aided design of the Delta robot”
Tác giả: X.-J. Liu, J. Wang, H. Zheng
Năm: 2003
[3] Những người đóng góp vào các dự án Wikimedia. (2023, August 10). “ Bài toán người bán hàng” Sách, tạp chí
Tiêu đề: “ Bài toán người bán hàng
Tác giả: Những người đóng góp vào các dự án Wikimedia
Năm: 2023
[4] Rafael C. Gonzalez, Richard E. Woods (2008), “Digital Image Processing”, 954page Sách, tạp chí
Tiêu đề: Digital Image Processing
Tác giả: Rafael C. Gonzalez, Richard E. Woods
Năm: 2008
[6] R. Williams II, The Delta Parallel Robot: Kinematics Solutions, Mechanical Engineering, Ohio University, 2016 Khác
[7] Tomdf. (n.d.). Delta_Robots/Diagrams/Delta Robot Kinematics - Trossen Robotics.pdf at master ã Tomdf/Delta_Robots. GitHub Khác

TỪ KHÓA LIÊN QUAN

TÀI LIỆU CÙNG NGƯỜI DÙNG

TÀI LIỆU LIÊN QUAN

w