Khóa luận tốt nghiệp Kỹ thuật máy tính: Thiết kế và xây dựng cánh tay robot 3 trục - Ứng dụng trong dây chuyền công nghiệp

Cụ thể, là áp dụng các loại cánh tay robot vào các khâu chê tạo màng mỏng dựa trên vật liệu 0, 1, 2 chiêu nhăm gia tăng độ chính xác và kiêm soát được độ dày của chúng.. Mục tiêu cuối cù

ĐẠI HỌC QUOC GIA TP HO CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

KHOA KỸ THUẬT MÁY TÍNH

NGUYEN MANH BẢO - 19521249

KHÓA LUẬN TÓT NGHIỆP

THIẾT KE VÀ XÂY DỰNG CANH TAY ROBOT 3 TRUC

- UNG DỤNG TRONG DAY CHUYEN CÔNG NGHIỆP

DESIGN AND BUILD 3 DOF ROBOTIC ARM —- APPLICATION

IN PRODUCTION LINE

KY SU KY THUAT MAY TINH

GIANG VIEN HUONG DAN

TS Phạm Quốc Hùng

ThS Trần Quang Nguyên

TP HÒ CHÍ MINH, 2023

THONG TIN HOI DONG CHAM KHÓA LUẬN TOT NGHIỆP

Hội đồng chấm khóa luận tốt nghiệp, thành lập theo Quyết định số 11/QD-DHCNTT ngày

05 tháng 01 năm 2024 của Hiệu trưởng Trường Đại học Công nghệ Thông tin.

LỜI CẢM ƠN

Em muốn bắt đầu bằng việc bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến Thầy Trần QuangNguyên và Thầy Phạm Quốc Hùng - các giảng viên thuộc Khoa Kỹ thuật máy tính,

Trường Đại học Công nghệ thông tin, Đại học Quốc gia TP.HCM, đã rất nhiệt tình

và hỗ trợ nhóm trong suốt thời gian thực hiện khóa luận khóa luận Các thầy đã cungcấp cho nhóm môi trường học tốt nhất, luôn sẵn sàng giải đáp những thắc mắc vàđóng góp ý kiến hàng tuần dé nhóm có thé hoàn thành dự án một cách hiệu quả và tốtnhất có thé

Em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến toàn thể quý thầy cô trong Khoa Kỹ thuậtMáy tính, Trường Đại học Công nghệ Thông tin - Đại học Quốc gia Hồ Chí Minh,những người đã dành thời gian, kiến thức và cung cấp thêm thông tin quý báu đề thực

hiện khóa luận.

Tuy kiên thức của em vẫn còn hạn chế và đây là lân đầu tiên em thực hiện một khóa luận một mình, vì vậy em không tránh khỏi những sai sót Em rât mong nhận được

sự đóng góp ý kiên từ quý thây cô đê khóa luận của em có thê được hoàn thiện và cải thiện hơn.

Cuối cùng, em muốn bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến gia đình và người thân những người đã ở bên cạnh, hỗ trợ tinh thần và tài chính, luôn đồng hành và động

-viên trong suốt thời gian thực hiện khóa luận

MỤC LỤC

Chương 1 TỐNG QUAN 2-52 ©E2+E2EE2EEEEEE2EE2E1E2171211211 1E re, 17

1.1 Giới thiệu về robol -c:-c+2ccxtttEEktrttEktrtttrtrrrtrtirrrrrrirrrtrireriee 17

1.1.1 _ Quá trình phát triển robot - sc©5¿+++£++£xerxczxzrserxerreee 17

1.1.2 Phân loại mô hình chuyền động của cánh tay robot - 20

1.2 Các hướng nghiên cứu có liên quan đến dé tài trong và ngoài nước 25

1.2.1 Phan tích đánh giá các hướng nghiên cứu trong nước 25

1.2.2 — Phân tích đánh giá các hướng nghiên cứu ngoài nước 27

1.3 Các van đề và phương pháp giải quyẾt -¿- 5c ©5++cx++cxvzrxrrresree 28 143.1 Dat var để 22s Na Ă-ssssssssscee 28 1.3.2 Phuong pháp thực hiỆn c5 2< 33211133 EEeereseeseserere 28 Chương2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT ¿- 2 + ©E+2E++EE+EEtEErErrkerxerkeres 29 PO N2 loi nh e 29

2.2 Động hOC ñØƯỢC c2 1201211993111 1119 11 111 111 H1 TH kg ngư, 32 2.3 Biến đổi vị trí nhận dạng vat CỦa CaIn€TA - 555 + s+sssessersserees 35 2.4 Chuẩn giao tiếp UART - 5-2252 S<‡EEEE2E12E127121121121171211211 2111 37 2.5 Điều khiển động cơ Đước 2+ +++x++E++EE++EE+SEkSEkerkrerkrsrkrrrrres 38 2.6 Ludng (Threading) ¿-©2¿©++++x+2E+SEE+EEE2212112711271 211211221221 xe 39 2.7 Open mm d 40

2.7.1 Điều chỉnh độ sáng và tương phan cccccsccsssessecsessesssecseesessessseeseeses 41 2.8 PySimpleGU] c1 TH HH HH, 41 P4909 ˆ 42

2.10 Tỉ số truyền dây đai -2- 52 2< ESSEEEEE211221271211211211 1111.2111 42

2.11 _ Chiều dai dây đai -2¿-5225< St E2 EE1E71211211211 71212111 43

2.12 Phần mềm MATLAB -.-¿ 2S: StSt+ESESE9E2E3EEEEEEEEEEE2E2EEEEEEEEEEEEEEEEEczsre 432.13 Phần mềm SOLIDWORKS -5¿-255c222 tt2EktrtErrsrrrrsrrrrrrre 442.14 Quy trình chế tạo vật liệu - 2 ¿+ +teEEEEEEEE2 2 1212121212, 44Chuong 3 PHAN CỨNG DO ÁN - ¿Set SE 111211211111 11 E1 xe 46

3.1 Phần cứng trong khóa luận - 2-2 ¿+ +E++E+EE+EE+EE£EE+EEEerEerkerxrrkrrree 46

ch — ¿6 ~ 46

3.1.2 _ Driver động cơ bước DMŠ42 - c St SH, 47

3.1.3 Mạch chuyển USB UART TTL FT232RL -:-5:- 47

3.1.4 Module Relay SVDC 4 Kênh -.- S- + ssiseereeerek 48 3.1.5 _ Động cơ bước ŠT411S§L1804-KQROI -<5-<<<<<++ 49 3.1.6 _ Động cơ bước E22NRFT-JIDN-NS-02 -.-2.cScScssree 50

3.1.7 Động cơ bước PK264A2-S7.2 S- St S vs itiserrreeree 50 3.1.8 _ Hộp giảm tốc Harmonic VRGF-§1B60P-&§AG8 -. - 51

3.1.9 Động co DC giảm tốc E192.24.125 Micro Motors - - 52

3.1.10 May bơm Kkhí SẶ 1S St SH HH HH giết 53

3.1.11 Bé gap khí nén HFK16 Airtac c.cccccecesccssessessessessessesssessessessessesseeee 53

3.1.12 Van khí nén -G SH HH 54 3.1.13 Mach Lọc Nhiéu Relay c c.cccccccscssessssessesssscssssessssessesessesessesessesseseeees 55

3.1.14 May bơm chan không - 5 5+ + E333 SEEerirrsrrererrrsrrree 56

3.1.15 Camera TELI CCD CAMERA CS§550I-01 c 5+ 56

3.1.16 Camera Sentech STC-N63BJ 0.0.0 ceeccceececeseeeeeeeseeceeeesaeeeseeeeneeesaes 57

3.2 Thiết kế mô hình ¿-¿+2©+++2++++2E++22EEE2211221112711127111 2.1 tre 57

3.2.1 Mô phỏng và hiện thực TOOI - 55 5 + +2 kE+sEssersseeeee 57

3.2.2 _ Hiện thực mô hình phủ quay - c5 + Scs*+ssserseerssersrrre 61

3.2.3 Hiện thực băng chuyền 62

3.2.4 Hién thurc $a Dan 00.7 63

Chuong 4 PHAN MEM DO ÁN 2-52 St E2 1211112112111 1111k 65

4.1 Tống quan hệ thống ¿+ SE ©E+EE+EE+E+EEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEErkrrkrree 654.2 Sơ đồ hoạt động của máy tính - 2 2 +©+++x+Ex+E++E++E+Eerkerkerxersrree 654.3 Sơ đồ hoạt động STÌM32 - - 2 <+S<+Et2EEEEEEEEEE21221111211 212111111 xe 714.4 Huấn luyện mô hình YOLOVS nhận diện mẫu vật - + 72Chương 5 THỰC NGHIỆM VÀ KET QUẢ - 2-2-2 2££+£e+cxerxcrez 74

5.1 Nội dung thực nghiỆm .- - - Ă s11 191111111 ng ng Hy 74 5.2 Khảo sát kha năng hoạt động CaIm€fa - - 55c SE +Esesserssersee 75

5.3 Khảo sát tải (ỌNE - Q1 HH HH kg rry 79

5.4 Khảo sát độ năng suất (thời gian của robot) -¿ ¿s¿©s++cs++zx++cseex 80Chương 6 KÉT LUẬN VA HƯỚNG PHÁT TRIÉN 2-2-2552 83

6.1 Kết luận cc2cc 2k 2k 1221122122122112112111121211 2111111 1E 836.2 Hướng phát triÊn : 2¿©2+22++EE+2EE2EEEEEEEEESEEEEEEEEEEErkrerkrrrrees 84

1 Mô hình “cỗ máy” mô tả robot của Robot Elektro (theo wikipedia) 17

2 Robot Elmer và EÌSI€ - - G2 ng ng ng cư 18

3 Robot Unimate(theo wikipedia) eeceesesssecesseceteceeeeeeeeeeaeeeseeenseeesaes 18 N00 8.0) 0 41 19

5 Robot PUMA 00110 19

6 So dé động học cua robot (phối hop) Descartes . .- 21

7 Cơ cấu robot kiểu tọa độ trụ [§] ¿- :©s5++x+Ex+EeExeEeEkeErkerxererxerrxee 21

8 Co cấu robot kiểu toa độ cầu [8] ccececcsseccssessssecsesessesesseseesesersecetseceteecaveess 22

9 Co cấu robot kiểu tọa độ ©1 ila 22

10 Cơ cấu robot kiểu SCARA[8] ¿ : c5ccccccvcrsrrtrrsrrrrrrrrrirrrrrrree 23

11 Robot truyền động điện -2- 2: S¿222+2x+Ext2E+2ESExerkrkeerxerxerrrres 23

12 Robot truyền động thủy lực -¿©52+2++x+zE2EE+Ekerkerkezresrxerxrres 24

13 Robot truyền động khí nén - 2-2 22 +++x+2x++£x++Exzrxerxeerxeerxee 24

14 Robot lắp ráp ghế [O] - ¿- :- 52 522522E22EEEEEEEEEEEEEEEEEEEE21 211k 26

15 Robot chăm sóc sức khỏe [Ø], - 22 << 5S 23+ +esseeeeeeeezzse 26

16 Cánh tay robot Franka Emika - + + +v££eeeeeeseeeerseesee 27

I›t{09800:2200m Ô 27

1 Cau trúc robot và đặt tTỤC ¿- c- Stt tk EE E111 EE11111 1111111 ckrri 29

2 Sơ đỗ đặt trục CaIm€Ta - - St St EEkEEEkEESEEEKSEEEKEEEEEEkEEEEkrkrrksrrrkee 36

3 : Đường truyền tín hiệu giữa hai thiết bị UART 2-2: 5z: 37

4 Frame dữ liệu truyền của UARTT - 2 s+++2E2+E++EE+EEezEezEsrxrrxerex 37

5 Sơ đồ nối động cơ [ I Ï] - 2 2 £+S£+E£+E£EE£EESEESEEEEEEEEEErEerkerkerkrrkee 38

6 Sơ đồ nối dây vào board điều khién [1 I] ¿ s¿-«z©5++cs++cs+2 38

7 Sơ đồ tín hiệu điều khiển [1 [] c¿¿-©c+ccrsrrxxerrrrrrkerrrrrrkerree 39

8 Một tiễn trình với hai luồng thực thi chạy trên một bộ xử lý[12] 39

9 Kỹ thuật phân chia thời gian round-robin [12] - ««<s<>s 40

10 Thông số hình học bộ truyền đai 2-22 2552 ©5+2£x2zxvzx+ezxesrxez 42

11 Quy trình thực hiện của phương pháp phủ quay[16] - 45

1 Vi điều khiển STM32F103C8T6 - :-55cccccsvtrsrrtrrrrrrrrrrrrree 46

2 Sơ đồ chân board STM32F103C§T6 2:22 ©5z+cxt2zxvzxerxesrxez 46

3 Driver động cơ bước IDMŠ42 - - -c- + + 2x 239g HH nh go 47

4 Mạch chuyên USB UART TTL FT232RLL -2- 2-5522 22522 +2 48

5 Module Relay 5VDC 4 Kênh - c3 11+ 1v vn 48

6 Động cơ bước ST41 18L1804-KQRO1 - 2c 2c kssseessees 49

7 Động cơ bước E22NRET-JDN-NS-O2 - -Q LH re, 50

8 Động cơ bước PK264A2-SG7.2 án HH HH HH HH gệt 51

9 Hộp giảm tốc Harmonic VRGF-81B60P-8AG8 - 2-5555: 52

10 Động co DC giảm tốc E192.24.125 Micro Motors . -:- 52

11 May bom APN-W 7 53

12 Xilanh kẹp HFK 16 Airtac 5c 2c 3211132111311 rrree 54

13 Van khí nén Airtac 4V 1 10-ÌMS Sen key 55

14 Mach lọc nhiễu Relay Snubber Protection -2-2-sc-s-se-+5s+ 56

15 May bơm chân không 12VDC ¿+52 +++**+E+vEveeseersseresrreeres 56

16 Camera TELI CCD CAMERA CS8550I-01 - -. -<<<<<<<<<+2 57

17 Camera Sentech STC-N63BÌ - LH cư 57

18 a Mô phỏng dé quay robot; b Dé quay robot thực tế - 58

19 a.Mô phỏng dé đỡ cánh tay robot;b Dé đỡ cánh tay robot thực tế 58

20 a.Mô phỏng cánh tay trên;b Cánh tay trên thực mm 59

21 a Mô phỏng mặt bích động cơ;b Mặt bích động cơ thực tẾ ccccc¿ 59

22 a.Mô phỏng liên kết trung gian;b Liên kết trung gian thực tế 60

23 a.Mô phỏng cánh tay dưới;b Cánh tay dưới thực tẾ . - 60

24 a Mô phỏng khâu gap cuối ;b Khâu gap cuối thực tế 60

25 a Mô phỏng robot;b Robot thực tẾ -¿ -¿©2©5z2cx2zx+zxesrsesrxez 61

26 Dây động cơ được quan đôi theo cặp - 2-2-5 s+2c2zs+zxcrxcres 61

Hình 3 27 Mô hình phủ quay thực tẾ -¿- 2¿©2+©+++2x+2Ext2xxtrxtsrxrzrxerrecree 62

Hình 3 28 Băng chuyền vào - 2-2 ©52+SE9EE‡EE2EE2E1E7171121122171711 21111 62

Hình 3 29 Băng chuyÊhn ra 2-2252 2S+92EE2EEE2EE2E1221127112212112211221 21121 crk 63

Hinh i6) 0800001 63

Hình 4 1 Sơ đồ hệ thống, 2 2 E+SE£+EE+EEEEEEEE2E12217171121121171211 111110 65 Hình 4 2 Sơ đồ bộ điều khiển -¿-222¿22++t2EEvttSEEEvttrErtrtrtrtrrrtrrrrrrrrrrrre 65 Hình 4 4 Sơ đồ hoạt động chính - 2 2 2+ £+E£EE£EE#EE+EE£EE+EEZEEEerkerkerxrrkrree 66 Hirh =cön 4 67

Hình 4 5 Sơ đồ Main() oeccecsscsscsscsssssssscsscsscssessesscssessesvesssesseseesassuesuesvsssssessessessesnease G7 Hình 4 6 Sơ đồ cập nhật GUI -2 2 2 E+SE+EE2EE2EEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEkrrkerkrrer 68 Hình 4 7 Sơ đồ cập nhật state_ Det€ctiOI - ¿5c 25c 32132 *Esiresrrrrrsrrrrsrrrsee 68 Hình 4 8 Sơ đồ TinhToanString() ¿2 + s2 22E£+EE+EE££EZEESEEerkerkerrxerkerkrex 69 Hình 4 9 Sơ đồ cập nhật state RObO( -¿- 2-5: s£SE+EE+EE+EE£EEEEEEEEEEerEerkerkrrsrree 69 Hình 4 10 Sơ đồ thread CapturePreviewam - - 2-52 + 22 £+E+Ee£EeExerxersree 70 Hình 4 11 Sơ đồ thread CaptureDetectionCam -2 2-© ¿5£ ++x+£E£+£++zxvrxzez 70 Hình 4 12 Sơ đồ Main STM32 c5: 55:22 2222 2E tttrErtrtrirrrrrrrrrriee 7I Hình 4 13 Sơ đồ CheckState :-5c:222ttc2 tttErrtttrrtrrrirrrrrrrrrrrirrrre 7I Hình 4 14 Sơ đồ CheckUart ::-552:222+t222+t2223E22EEt2EEttEtrtrrrtrrrrrrrrrrre 72 Hình 4 15 Kết quả train YOILOvà - 2-2 2+ +k£EE#EEEEESEEEEEEEE2EEEEEEEEEerkrrkrree 73 Hình 5 1 Mô hình test cánh tay TOOI - - G5 119v HH HH Hy 74 Hình 5 2 Nhận dạng camera ở tốc độ băng chuyên là 1.67 cm/gidy - 76

Hình 5 3 Nhận dạng camera ở tốc độ băng chuyên là 1.78 Cm/gl1ây 76

Hình 5 4 Nhận dang camera ở tốc độ băng chuyền là 1.98 cm/giây 76

Hình 5 5 Nhận dang camera ở tốc độ băng chuyền là 2.23 cm/giây 77

Hình 5 6 Nhận dạng camera ở tốc độ băng chuyên là 2.42 cm/gidy - 77

Hình 5 7 Nhiễu tín hiệu camera e.cceeseeseesseesesseesseesneeseesseesneesneeseeseeesneeseeeneenneess 78

Hình 5 8 Khả năng nhận dạng CaImera 5 5 5 +11 HH ng rưệt 78

Hình 5 9 Các vật có tải trọng khác nhau - <6 + + +kESsvEEsseeeeeeeseeere 80

Hình 5 10 Kết quả khảo sát toàn bộ quy trình -. ¿ ¿+sz+zxzzx+zxszz+z 81

DANH MỤC BANG

Bảng 2 1 Bảng thông số Denavit- Hartenberg sửa đổi [1-5] . - 30

Bảng 5 1 Sự thay đôi độ rộng xung dựa theo sự thay đôi điện áp - 75Bảng 5 2 Kết quả khảo sát kha năng nhận dang camera 2- 2 s52 78

Bảng 5 3 Kết quả gap các tải trọng ¿- +5 x2 2 1E 1211211211271 cre, 80

Bảng 5 4 Kết quả hoạt động quy trình ¿2 x+2x+2x++E++Exvrxerxezreerxerrcree 81

DANH MỤC TỪ VIET TAT

SCARA Selective Compliance Assembly

IoT Internet of Things

CS Chốt trục hình tròn

FS Chét trục linh động

WG Bộ tạo sóng

FPS khung hình trên một giây

bps bit per second

TÓM TẮT KHÓA LUẬN

Trong thời gian gần đây, sự bùng nô vượt bậc của ngành vi mạch tại Việt Nam

đã thúc đây các phòng thí nghiệm trong nước tập trung nghiên cứu về chúng, đặc biệt

là hướng công nghệ bán dẫn như là áp dụng tự động hoặc bán tự động vào các khâu

chế tạo vật liệu và kiểm tra Cụ thể, là áp dụng các loại cánh tay robot vào các khâu

chê tạo màng mỏng dựa trên vật liệu 0, 1, 2 chiêu nhăm gia tăng độ chính xác và kiêm

soát được độ dày của chúng Việc tự động hóa các khâu chế tạo vật liệu này không

chỉ giúp giảm thiểu sai sót trong quá trình chế tạo mà còn có thé hoạt động trongphòng sạch Hơn nữa điều này có thé giúp giảm quá trình tiếp xúc môi trường độc hại

như môi trường chứa khí NH3, NO2, Do đó khóa luận sẽ tiễn hành tự động hóakhâu chế tạo màng mỏng dựa trên cơ chế phủ quay bằng cách áp dụng hệ thống robot

3 trục.

Đề tài sẽ nghiên cứu chủ yếu tập trung vào hai phần:

- Phan 1: Nghiên cứu lý thuyết về động học thuận- ngược dựa trên phương

pháp dé thiết kế chi tiết ban đầu của cánh tay robot 3 trục Đồng thời,

nghiên cứu nguyên lý hoạt động của quy trình chế tạo mang mỏng trong cơ

chế phủ quay

- Phan 2: Tiến hành thực nghiệm dựa trên các lý thuyết đã nghiên cứu gồm

các phương pháp như sau:

Thiết kế cánh tay robot bao gồm các thành phần chính: bệ có định, động

cơ, cánh tay trên, cánh tay dưới, bộ gắp bằng khí

Thiết kế mô hình phủ quay bao gồm: động cơ, máy hút khí, cơ khí

Thiết kế băng chuyền với vị trí đặt camera phù hợp cho việc nhận dạng

mẫu vật

Sử dung board STM32 dé điều khiển cánh tay robot bằng cách giải tọa

độ theo phương trình động học ngược dé tìm ra góc dé di chuyên tới

Đồng thời, STM32 sẽ dùng dé điều khiển băng chuyền cùng mô hình phủ

quay

14

- Su dụng máy tính dé xử lý ảnh từ camera, xác định tọa độ mẫu và hiển

thị cùng xử lý GUI Cùng với đó truyền đữ liệu vị trí cho board STM32

thông qua kết nối UART

Mục tiêu cuối cùng đề tài là xây dựng một hệ thống cánh tay robot gắp thả mẫuvật tự động từ băng chuyền vào hệ thống máy phủ quay với hiệu suất hoạt động cao

trong môi trường sạch.

Cuối cùng bằng việc áp dụng các giải pháp công nghệ và thuật toán thích hợp,khóa luận sẽ tiến hành xây dựng một hệ thống robot 3 trục gắp thả tự động hoàn chỉnh

và tiến hành thử nghiệm dé đánh giá hiệu suất và kha năng của nó trong môi trườngthực tế dua trên các đề xuất đặt ra

Khóa luận đã khảo sát và lựa chọn điện áp cấp cho động cơ băng chuyền có giá trị là12V thì hiện tượng nhiễu tín hiệu và hiện tượng mat mẫu vật có thể kiểm soát được

Cu thé, là sau 5 lần khảo sát, không xảy ra hiện tượng mat vật thé và hiện tượng nhiễutín hiệu gần như băng 0 và giá trị FPS trung bình tương ứng với điện áp 12V (34.1fps)cùng với khoảng cách trượt ngắn của điện áp 12V (1.4mm) giúp mô hình hoạt động

với hiệu suât tôt nhât tương ứng với các thiệt bị được chọn.

Ngoài ra, khả năng gap của cánh tay robot lên đến 280 gram mà không bị mat bướcđộng cơ khi di chuyên Tuy nhiên, do thiết kế co cau gap vật nhỏ và đầu gap không

có độ ma sát đủ cao dé giữ các vật có tải trọng lớn nên sẽ có xê dịch nếu có gang sử

dụng dé kẹp các vật tải trọng cao Nhung khóa luận chi gap các vật mẫu nhỏ 1 gramnên việc bị xê dich sẽ không đáng kê đôi với cơ cau kẹp hiện tai.

Về mô hình sa bàn, khóa luận dựa trên kết quả tốt nhất(giá trị điện áp là 12V đối vớibăng chuyền và mau vật có chất liệu thủy tinh (với khối lượng là 1 gram và kích thướcgần 1 cm2)) dé khảo sát năng suất hoạt động của robot trên toàn bộ quy trình theothời gian và thu được kết quả có thể hoàn tất chu trình trong khoảng thời gian nhanhnhất là 35 giây (đã bao gồm thời gian phủ quay phụ thuộc vào vị trí nhận dạng vật

trên băng chuyền)

MỞ ĐẦU

15

Hiện nay, robot đã chứng minh được tầm quan trọng của chúng trong việc tăngnăng suất lao động của nhiều ngành công nghiệp khác nhau như quân sự y tế, các nhà

máy sản xuất xe hơi, bên cạnh đó, robot còn mang lại sự phát triển về mặt kỹ thuật

tại các nước hàng đầu như Mỹ, Nga, Đài Loan, Trung Quốc, về ngành chế tạo chip.Điều này đã thé hiện được sự vượt bậc trong ngành thiết kế chip tại các nước trên vớiSamsung hiện đang sản xuất chip 3nm Việc ứng dụng robot vào công nghiệp đang

ngày càng phổ biến bởi vì độ chính xác cao, giải phóng sức lao động của con người.Đặc biệt, khi Việt Nam bước đầu tham gia vào ngành công nghiệp vi mạch thì đòi

hỏi các hệ máy chế tạo vật liệu cần phải được tự động hóa dé cải thiện độ chính xác

và gia tăng hiệu suất làm việc và ôn định về chất lượng

Chính vì thế, khóa luận sẽ xây dựng một cánh tay robot dựa trên thiết kế robotPUMA 560[6] dùng dé gap mau vật từ băng chuyền vào mô hình phủ xoay và quytrình này sẽ được tự động hóa hoàn toàn và hướng đến chế tạo linh kiện điện tử theo

mô hình thử nghiệm pilot-scale tại phòng thí nghiệm.

Phạm vi nghiên cứu:

Khóa luận sẽ nghiên cứu và thiết kế cơ cấu của cánh tay robot 3 trục dựa trên cánhtay robot Puma 560[6], khả năng vận hành của cánh tay từ băng chuyền đến mô hìnhphủ xoay Đồng thời, ứng dụng xứ lý ảnh cơ bản dé nhận diện mẫu vật (tắm thủy tinhtrong suốt) với mục đích tăng độ chính xác khâu cuối của robot Mặc dù các bộ phận

của cánh tay robot 3 trục đã được trang bị các hộp số giảm tốc công nghiệp với tỉ số

truyền cao như trục một là 7.2:1; trục hai là 81:1 và trục 3 là 49:1 để cải thiện lực và

độ chính xác nhưng không được tuyệt đối bởi 3 trục không được trang bi encoder

16

Chương 1 TONG QUAN

1.1 Giới thiệu về robot

1.1.1 Quá trình phát triển robot

Robot được nhắc đến đầu tiên trong vở kịch "Các Robot Toàn năng của Rossum"(tiếng Séc: Rossumovi Univerzalni Roboti) năm 1920 của nhà văn Séc Karel Capek.Robot trong đây chủ yếu sinh ra dé phục vụ con người

Một cột mốc quan trọng vào năm 1937, đánh dấu sự ra đời của cụm từ “robot”, doRobot Elektro được tạo ra với ý tưởng sẽ kết hợp nhiều thiết bị phức tạp lại với nhau

nhằm tạo ra một “cỗ máy” giống con người thu hút sự chú ý của công chúng được

mô tả như hình 1.1.

Hình 1 1 Mô hình “cỗ máy” mô tả robot của Robot Elektro (theo wikipedia)

Từ đó, đã có rất nhiều ý tưởng cũng như những nghiên cứu tập trung vào robot,

đặc biệt năm 1948 — William Grey Walter đã sang tạo ra một robot với hình dạng

giống con rùa và được trang bị các cảm biến ánh sáng và cảm biến cảm ứng, được

đặt dưới một cái tên giông “thú cưng” của con người, chính là Elmer và Elsie như

17

hình 1.2 Robot “con rùa” này có thé di chuyển xung quanh trong một phạm vi nhỏ

bang cách sử dụng các bánh xe và có thé tự tìm kiếm nguôồn sáng mô phỏng các hoạt

động tương tự sinh vật.

Hình 1 2 Robot Elmer và Elsie

Cuối cùng, năm 1961, robot công nghiệp đầu tiên được ra đời bởi George Devol

và sử dụng trong mô hình sản xuất dưới tên gọi là Robot Unimate như hình 1.3

Hình 1 3 Robot Unimate(theo wikipedia)

Robot Unimate đã thay đổi hoàn toàn mô hình sản xuất thủ công tự động hóa quátrình hàn, điều này đã dẫn đến việc tăng năng suất, giảm chỉ phí và là một thành cônglớn trong ngành công nghiệp ô tô được sử dụng đề hàn các chỉ tiết xe hơi tại nhà máy

cua General Motors ở Ewing Township, New Jersey.

Tiếp nối sự phát triển này, năm 1974 — Công ty ASEA đã sản xuất và kiểm soátcánh tay robot 5 trục IRB6 với điều khiển băng vi điều khiển của Intel như hình 1.4

18

Robot 5 trục linh hoạt đã được áp dụng trong nhiều lĩnh vực như xử lý vật liệu, hàn,

đóng gói, đánh bóng , nhờ đó mà đây là thành công lớn trong ngành sản xuất IRB6

đã góp phan thúc day phát triển của ngành công nghiệp robot khi có thé điều khiển

bằng máy tính

Hình 1 4 Robot ASEA IRB6

Năm 1979 — Robot PUMA 560 của Unimation như mô tả trong hình 1.5, được giới

thiệu với mọi người Đây cũng là robot 6 trục đầu tiên được làm ra cho công việc

thương mại hóa PUMA 560 có thê được sử dụng trong nhiều ứng dụng khác nhau,

bao gôm hàn, lắp ráp và xử lý vật liệu.

19

1.1.2 Phan loại mô hình chuyển động của cánh tay robot

Cánh tay robot là một hệ thống cơ - điện phức tạp được thiết kế dé thực hiện các

nhiệm vụ đòi hỏi sự khéo léo và linh hoạt trong không gian 3 chiều Cấu trúc củacánh tay robot thường bao gồm một chuỗi các mắt xích và khớp được liên kết thông

qua các bộ phận cơ học Các khớp có thé là dạng xoay, trượt hoặc kết hợp giữa xoay

và trượt, mang lại khả năng tự do chuyền động và vị trí trong không gian Quá trìnhđiều khiển các khớp được thực hiện qua việc sử dụng các động cơ và hệ thong truyénđộng Các hệ thống điều khién cánh tay robot thường được thiết kế phức tap, bao gồm

bộ xử lí, cảm biến và thuật toán điều khiển Các cảm biến dùng dé do vị trí, lực và áp

suất giúp theo dõi và điều chỉnh các chuyên động của cánh tay robot, đảm bảo sựchính xác và độ tin cậy trong quá trình thực hiện nhiệm vụ.

Su phát triển của cánh tay robot đã được thúc day bởi sự tiến bộ trong công nghệ

và trí tuệ nhân tạo Các cánh tay robot hiện nay có khả năng tích hợp học máy, thị

giác máy tinh và giao diện người-máy thông minh, tạo ra kha năng tương tác da dạng

và linh hoạt hơn Không những thế, nó càng dễ dàng tiếp cận đối với các người dùng

ở mọi độ tuổi những vẫn giữ được độ an toàn cùng các tính năng dừng trong trường

Sap xép dựa theo phạm vi làm việc:

Robot kiểu tọa độ Descartes: là một tập hợp các điểm trong mặt phang tọa độDescartes có thê được truy cập bởi một cánh tay robot Hình 1.6 biểu diễn phạm vi

làm việc được xác định bởi các giới hạn về vị trí và góc của các khớp của cánh tay

robot Không gian làm việc có hình dáng hộp chữ nhật Kết cấu đơn giản, độ tuyến

tính trong điêu khiên cao, độ vững cao, độ chính xác cao.

20

Hình 1 6 Sơ đồ động học của robot (phối hợp) Descartes

Robot kiểu tọa độ trụ: Vùng làm việc robot có dạng hình trụ rỗng Hình 1.7 mô tả

chỉ tiết các khớp chuyên động của mô hình này Cụ thé, khớp thứ nhất chuyên động

quay và các khớp còn lại chuyên động tịnh tiến Mô hình robot này thường được ứng

dụng trong nâng hạ và sắp xếp sản phâm

Hình 1 7 Cơ cấu robot kiều tọa độ trụ [8]

Robot kiểu tọa độ cau: Vùng làm việc robot có dạng hình cầu như hình 1.8 Tuynhiên độ cứng vững thấp hơn so với 2 loại trên Mô hình robot kiểu tọa độ cầu nàykhá đơn giản về mặt cơ cấu, thường ứng dụng vào phan đóng gói sản phẩm (khâucuối) bởi tính gọn nhẹ, hoạt động được trong phạm vi hẹp nhưng sự hiệu rất cao Với

R là Rotation, T là Translation.

21

Hình 1 8 Cơ cấu robot kiều tọa độ cầu [8]

Robot kiểu tọa độ góc: Hình 1.9 thể hiện phạm vi làm việc của Robot có sự tươngđồng với một hình cầu rỗng Mẫu Robot này mang đến một số ưu điểm như việc tất

cả các thành phần đều được sắp xếp trên cùng một mặt phăng duy nhất, điều này đơngiản hóa việc thực hiện tính toán Khu vực làm việc cũng khá rộng khi xét đến kích

thước tổng thể của Robot Độ mềm dẻo của mẫu này vô cùng cao, cho phép Robot có

thé dé dàng chuyền động theo tat cả 6 bậc tự do trong không gian

lạ }C

Hình 1 9 Cơ cau robot kiểu tọa độ góc [8]

Robot kiểu SCARA: Robot SCARA viết tắt của “Selective Compliance AssemblyRobot Arm” có tay máy mềm dẻo tùy ý Loại robot này chủ yếu sử dụng trong côngviệc lắp ráp, phân loại sản phẩm lỗi và đặc biệt là trong dây chuyền gap thả và kiêm

tra lôi của wafer.

22

dil

Hình 1 10 Cơ cấu robot kiêu SCARA[8]

Sắp xếp dựa theo cơ cấu truyền động:

Hệ thống truyền động điện: Dùng động cơ điện 1 chiều hoặc các động cơ bước.Loại truyền động nay dé điều khiển và kết cấu gọn Và dé dang lắp ráp các phần củarobot lại với nhau mà không bị cồng kénh

Hệ thống truyền động thiy lực: Dùng lực của chat long dé điều khiển chuyên động

máy móc Loại này đạt năng suất cao, đáp ứng điều kiện làm việc nặng Nhược điểm

là kết câu công kénh, tồn tại độ phi tuyến lớn khó điều khiến

Hình 1 12 Robot truyền động thủy lực

Hệ thống truyền động khí nén: Dùng lực của áp suất khí dé điều khiển chuyển động

máy móc Loại này kết câu gọn nhẹ, phải nồi liền với nơi tạo khí nén Nhược điểm là

công suất trung bình và nhỏ, kém chính xác chỉ hoạt động tốt với các chương trìnhđơn giản

Sắp xếp dựa theo mục đích sử dụng:

24

Robot lắp ráp: được sử dụng dé lắp ráp các bộ phận khác nhau thành một sản phẩm

hoàn chỉnh.

Robot hàn: được sử dụng dé hàn các bộ phận kim loại lại với nhau

Robot sơn: được sử dụng dé sơn các sản phẩm khác nhau

Robot đóng gói: được sử dung dé đóng gói các sản phẩm dé vận chuyên và lưu trữ

Robot giao hàng: được sử dung dé giao hang cho khách hàng Chúng được sử dụng

Robot điều khién kín: Có quan hệ hoi tiêp giữa bộ điêu khiên và hệ truyện động

thông qua các cảm biên như encoder, cảm biên từ, Loại này có độ chính xác và độ

linh hoạt trong điều khiên

1.2 Các hướng nghiên cứu có liên quan đến đề tài trong và ngoài nước

1.2.1 Phan tích đánh giá các hướng nghiên cứu trong nước

Hiện nay, những nghiên cứu trong nước tạo ra hoặc hướng đến việc chế tạo robot thế

hệ mới - robot thông minh, có thé kế đến như PGS.TS Nguyễn Quang Cường - Daihọc Công nghệ Nanyang (Singapore) đã chế tạo ra robot biết lắp ráp ghế mua từ cửahàng IKEA Đây được đánh dấu như là cột mốc quan trọng đối với chế tạo robot khi

có thé xử lý từ một chiếc hộp các-tông nặng nề, bên trong chứa nhiều thanh gỗ đượcđóng gói theo thứ tự cần thận trở thành một chiếc ghế xinh đẹp trong gia đình [9].Trong chăm sóc sức khỏe của loài vật có tư duy cao nhất thế giới, PGS.TS Nguyễn

Sao Mai - Trường Kỹ thuật IMT (Cộng hòa Pháp) và TS Tống Duy Sơn - Công ty

phần mềm Siemens PLM (Bi) đã nhắc đến những thành tựu mà chính bản thân và dat

25

được chính là robot chăm sóc sức khỏe với khả năng hồ trợ xử lý các vân đê bên trong

ngôi nhà của những người mặc bệnh hoặc người có khiêm khuyét

Hình 1 14 Robot lắp ráp ghế [9]

Ví dụ, nó nhận biết được người ngã do trượt chan hay ngã đột quy từ đó đưa ra sự trợgiúp về y tế và nhiều khả năng khác [9]

26

1.2.2 Phân tích đánh giá các hướng nghiên cứu ngoài nước

Tại Đức, Franka Emika có 7 trục, có nghĩa là có thể di chuyên trong không gian 3chiều một cách linh hoạt, cũng được trang bị một số cảm biến, giúp nó phát hiện các

vật thé và tránh va chạm Và giá của cánh tay rơi vào $10,500 trong năm 2017

Hình 1 16 Cánh tay robot Franka Emika

Tại Đan Mạch, cánh tay robot UR20 là một cánh tay robot cộng tác được sản xuấtbởi Universal Robots Cánh tay robot này được thiết kế đề làm việc an toàn cùng vớiCon người, ø1úp giam thiểu nguy cơ tai nạn UR20 có tầm với 1.750 mm và tải trọng

20 kg, khiến nó trở nên lý tưởng cho các ứng dụng lắp ráp, hàn và xử lý vật liệu Và

giá của cánh tay robot €48,900 vào năm 2023.

- +>

Hinh 1 17 Robot UR20

27

1.3 Các vấn đề và phương pháp giải quyết

1.3.1 Đặt vấn đề

Bộ điêu khiên sử dụng các tín hiệu điện đê điêu khiên các khớp của cánh tay robot.

Tuy nhiên, đê có thê biệt được góc độ quay của các khớp tới vi trí mong muôn thì cân

tạo ra các phương trình tính toán đê xác định Đông thời, cân xác nhận hình dáng và

kích thước các thanh nối dé có thé phù hợp cho môi trường hoạt động mong muốn

1.3.2 Phương pháp thực hiện

Đề xây dựng cánh tay robot 3 trục, em thực hiện như sau:

e Thiết kế cánh tay robot bao gồm các thành phan chính: bệ cố định, động co,

cánh tay trên, cánh tay dưới, bộ gắp bằng khí

e_ Thiết kế mô hình phủ quay bao gồm: động cơ, máy hút khí, cơ khí với bản

vẽ được giản lược từ các máy phủ quay thực tế với khả năng xoay nhưngvẫn giữ được mẫu vật trên đề

e Thiết kế băng chuyên với vị trí đặt camera phù hợp cho việc nhận dạng mẫu

vật với các tốc độ phù hợp với việc đưa mẫu vật vào vị trí gắp

e Thiết kế sa bàn với các vị trí đặt mô hình robot, mô hình phủ quay và băng

chuyền cho phù hợp mục đích sử dụng

e Sử dụng board STM32 dé điều khiển cánh tay robot bằng cách giải tọa độ

theo phương trình động học ngược dé tìm ra góc dé di chuyên tới Đồngthời, STM32 sẽ dùng dé điều khiển băng chuyền cùng mô hình phủ quay

e Sử dụng máy tính dé xử lý ảnh từ camera công nghiệp dé xác định tọa độ

mẫu dé có thé truyền các dit liệu vị trí mẫu tới các board STM32 dùng dé

gắp các vật

e_ Quá trình quy trình thực hiện được thé hiện trên giao diện người dùng trên

máy tính dé có thé theo dõi các trạng thái hiện tại của hoạt động mô hình

28

Chương2 CƠ SỞ LÝ THUYET

có thé bắt đầu vào thiết kế phương trình tong quan cho bộ điều khiển robot có thê

thay tham số cánh tay robot thực tế vào dé có thé tìm được vi trí của khâu cuối vớicác phương trình biên đôi ma trận vi trí.

Từ hệ trục tọa độ đặt trên mô hình robot được mô phỏng theo robot thực tế với các

tham số quan trọng với việc tính toán trong chương trình Solidworks được trình bàytrong Hình 3 1, suy ra được bang thông số Denavit-Hartenberg sửa đổi (gọi tắt làbảng DH) dựa theo khoảng cách và góc quay của trục với các tham số khoảng cáchđược tô màu xám và khoảng cách được đo với màu xanh biển và trục Z được tô mau

vàng còn trục X được tô màu xanh lá.

29

Bảng 2 1 Bang thông số Denavit- Hartenberg sửa đổi [1-5]

© đ;_; là khoảng cách từ Z;_, đến Z; đo đọc theo trục X;_1

© œ¿_¡ là góc quay từ Z;_¡ đến Z; xung quanh theo trục X;_¡

e d; là góc quay từ X;_, đến X; đo dọc theo trục Z;

e 6; là góc quay từ X;_, đến X; xung quanh theo trục Z;

Ta có ma trận biến đổi đồng nhất từ tọa độ {i — 1} đến {i} theo như phương trình

(2.1)[1-5]:

“IT = Rot(Xj_4, %-1)Trans(X;_1, a;_,)Rot(Z;, 6;)Trans(Z;, d;) (2.1)

Từ hệ tọa độ {i — 1} biến đổi đến {i} như sau:

e Xoay hệ tọa độ {i — 1} một góc œ%;_; quanh trục X;_, được hệ tọa độ {R}

e Tịnh tiến hệ tọa độ {R} dọc theo trục X;_, một khoảng cách a;_, được hệ toa

độ {Q}

e Xoay hệ tọa độ {Q} xung quanh trục Z; một góc Ø; được hệ tọa độ {P}

e Tịnh tiến hệ tọa độ {P} dọc theo trục Z; một khoảng cách đ; được hệ toa độ

c(,) —s(6,) 0

¡-1T = [S(¡)€(%¡~1) c(Ø¡)c(%;_+) —s(%;_) —#(%¡~i)đn

‘ s(Ø;)s(%¿ 4) c(Ø;)s(%¿ 4) — C(%-1) c(%¡_)đị

0 0 0 Với c là cos, s là sin.

Từ phương trình (2.2) và bảng DH (2.1) ta có như sau:

Ma trận biến đỗi đồng nhất {1} so với {0}

Ma trận biến đỗi đồng nhất {3} so với {2}

Với t3 là Og, d3 là d3,a3 là ay.

c(t3) —s(t3) 0 a3

A.(8.) = ?T = s(t3) c(Œ3) 0 03(93) = 3T = [ 0 0 1 - d3]

Từ (2.3),(2.4),(2.5),(2.6) ta có ma trận biến đổi đồng nhất từ tọa độ {4} sang tọa độ

Từ phương trình (2.8) ta có thể tính toán vị trí khâu cuối so với tọa độ {0}

Như vậy, từ động học thuận, ta có thể tính được vị trí khâu cuối với x,y,z của khâu

cuối so với tọa độ {0}:X = P,Y=P,Z= P,

2.2 Dong hoc ngược

Phân tích động hoc ngược đóng một vai trò quan trọng trong việc lập trình và điềukhiển chuyên động của robot Điều này là cần thiết bởi vì trong thực tế, ta thường

phải điều khiển robot dé cánh tay hoặc công cụ di chuyền đến các vị trí cụ thé trong

không gian theo các quy tắc được đặt ra [1]

Yêu cầu của bài toán động học ngược là từ toạ độ, góc quay trong không gian thaotac tính toán được toa độ khớp trong không gian khớp Có nhiều cách dé giải bài toánđộng học ngược từ hình học đến giải tích Tuy nhiên trong khóa luận trình bày phươngpháp phân ly biến để giải bài toán động học ngược

Lay ma trận nghịch đảo của (2.3),(2.4),(2.5),(2.6), ta có:

32

1

33

Với tl xác định ta có thé tính t3 từ a3c(t2) + a4c(t2 — t3) — d4s(t2 — t3) =

xc(t1) + ys(t1) và —a3s(t2) — d4c(t2 — t3) — a4s(t2 — t3) = z — đ1:

2.3 Biên đôi vị trí nhận dang vật của camera

Dé có thê nhận dạng được vi trí vật thê trong camera so với gôc tọa độ của cánh tay

robot thì điêu quan trọng nhât chính là ma trận vi trí của camera va ma trận vi trí gôc của cánh tay cân được biên đôi sao cho chúng đồng nhât với nhau và được cụ thê hóa như hình 2.2

35

Theo hình 2.2 dé có thé đồng nhất ta cần xoay xung quanh trục X một góc 180 độ vàdịch chuyển dọc trục Y một khoảng là Dy và dịch chuyên doc trục X một khoảng Dx

Rot(X,180) PxyZi (2.19)

Với các ma trận dựa theo biến đổi theo hệ tọa độ Đề các [1]

Rot(X,180) là ma trận xoay, Pxyz là ma trận chi vi tri.

Dé có thé tính toán ra vi tri vật nhận dạng camera so với vi tri gôc robot ta sẽ tao ra

ma trận vi tri XCamloc, YCamloc của vat trên camera và nhân cho ma trận HỆ từ đó,

vị trí Xrobotloc, Yrobotloc được tính toán

2.4 Chuẩn giao tiếp UART

UART (Universal Asynchronous Receiver-Transmitter) là bộ truyén nhận dữ liệu nốitiếp bất đồng bộ Giao tiếp UART được sử dụng nhiều trong các ứng dụng dé giao

tiếp với các module Arduino hoặc các vi điều khiển khác Đây chính là chuẩn giaotiếp thông dụng và phô biến trong công nghiệp lẫn trong nghiên cứu hiện nay

Dé hiểu rõ hơn giao tiếp UART, hình 2.3 đã minh họa một cách đơn giản nhất haithiết bị UART giao tiếp trực tiếp với nhau

Hình 2 3 : Đường truyền tín hiệu giữa hai thiết bị UARTUART truyền đữ liệu nối tiếp, theo một trong ba chế độ:

e Full duplex: Giao tiếp đồng thời đến và đi từ mỗi master và slave

e Half duplex: Dữ liệu đi theo một hướng tại một thời điểm

e Simplex: Chỉ giao tiếp một chiều

St Start bit, always low

(nm) Data bits (0 to 8).

P Parity bit Can be odd or aven.

Sp Stop bit, always high

IDLE No transfers on the communication line (ExDn or TxDn) An IDLE line must be

high

Hình 2 4 Frame dữ liệu truyền của UART

37

Ưu điểm:

e Don giản

© Dễ thiết kế

© Tiết kiệm chi phí

e_ Cấu trúc gói dữ liệu linh hoạt

Nhược điểm:

e Kích thước giới hạn tôi đa 9 bit

e Không hỗ trợ nhiều hệ thống slave hoặc master

2.5 Điều khiến động cơ bước

Dé điêu khiên được động cơ bước, động cơ cân được nôi vào driver trước khi nôi vào

4 wire wire 6Wiit 8 wire a wire

High Speed High Torque High Torque High Torque

At Low Speed At High Speed

Hình 2 5 Sơ đồ nói động cơ [11]

Nôi động cơ tùy vào loại động cơ sử dụng và mục đích sử dụng là tôc độ cao hoặc

lực cao ở đải tốc độ mong muốn theo hình 2.5

Controller Drive | Controller | Drive

Driver được nôi vào driver động cơ bước theo hai cách: nôi chung dương hoặc nôi

chung âm như hình 2.6

hịo BE fl ME em: ï

aT

tư TT

| —_L —- UL

Hình 2 7 So đồ tín hiệu điều khiển [11]

Với các thời gian điều khiến theo hình 2.7 tuân theo quy tắc sau:[11]

e tl: ENA phải gửi trước DIR ít nhất Sus.

e 2: DIR phải gửi trước PUL ít nhất Sus

e 13: xung không được nhỏ hơn 2.5us.

e t4: xung thấp không được nhỏ hơn 2.5us

2.6 Luéng (Threading)

Trong khoa hoc máy tinh, đơn luồng (single-threading) tương tự như xử lý tuần tựtruyền thống, chỉ thực hiện một lệnh tại một thời điểm Mặt khác, đa luồng(multithreading) triên khai nhiều hơn một luồng dé tồn tại và thực thi đồng thời trongmột tiến trình như hình 2.8 Bằng cách cho phép nhiều luồng truy cập vào các tài

nguyên / ngữ cảnh được chia sẻ và được thực thi độc lập, kỹ thuật lập trình này có

thé giúp các ứng dung tang tốc độ thực thi các tác vụ độc lập.[12]

Time

Hình 2 8 Một tiến trình với hai luồng thực thi chạy trên một bộ xử ly[12]

39

Đa luồng có thể được thực hiện chủ yếu theo hai cách Trong các hệ thống đơn bộ xử

lý, đa luồng thường được triển khai thông qua phân chia thời gian (time slicing), một

kỹ thuật cho phép CPU chuyền đổi giữa các phần mềm khác nhau chạy trên các luồng

khác nhau Trong phân chia thời gian, CPU chuyền đổi việc thực thi của nó rất nhanh

và thường xuyên đến mức người dùng thường cảm thấy rằng phần mềm đang chạysong song (ví dụ: khi bạn mở hai phần mềm khác nhau cùng một lúc trên một máytính đơn bộ xử lý).Như hình 2.9 mô tả về kỹ thuật round-robin

Hình 2 9 Kỹ thuật phan chia thời gian round-robin [12]

Trái ngược với các hệ thông đơn bộ xử lý, các hệ thống có nhiều bộ xử lý hoặc lõi có

thé dễ dàng triển khai đa luồng, bằng cách thực thi mỗi luồng trong một tiến trình

hoặc lõi riêng biệt, đồng thời Ngoài ra, phân chia thời gian là một tùy chọn, vì các

hệ thống đa tiễn trình hoặc đa lõi này có thé chỉ có một bộ xử lý / lõi dé chuyền đôi

giữa các tác vụ — mặc dù đây thường không phải là một phương pháp hay.

2.7 OpenCV

OpenCV viết tat cho Open-Source Computer Vision Library OpenCV được bắt đầu

từ Intel năm 1999 bởi Gary Bradsky OpenCV là thư viện nguồn mở hang dau cho

Computer Vision va Machine Learning OpenCV tập trung vào việc xử lý hình ảnh

và video.

Thêm vào đó, OpenCV là thư viện đa nên tảng, hoạt động trên nhiều hệ điều hànhkhác nhau như các hệ điều hành dựa trên Unix [14]

40

giá trị đương không đổi vào từng pixel trong hình anh., giá trị của từng pixel trong

ảnh sẽ được tăng/giảm bang một hang số

g(x) = af(x) +b (2.21)

Trong phuong trinh (2.21) [15]:

e f(x) là giá tri pixel dau vao

© g(x) là giá tri pixel đầu ra

e alas6 cô định kiểm soát độ tương phản của anh Giá trị a lớn hơn 1 sẽ làm

tăng độ tương phản, khiến các vùng sáng trở nên sáng hơn và các vùng tốitrở nên tối hơn Giá trị a nhỏ hơn 1 sẽ làm giảm độ tương phản, khiến ảnh

trở nên mờ hơn.

e b là số có định kiểm soát độ sáng của ảnh Giá trị b đương sẽ làm tăng độ

sáng của ảnh, khiến ảnh trông sáng hơn Giá trị b âm sẽ làm giảm độ sáng

của ảnh, khiên ảnh trông tôi hơn.

2.8 PySimpleGUI

PySimpleGUI là một thư viện giúp tạo giao diện người dùng đồ họa (GUI) Thư việnnày cung cấp một loạt các widget GUI, chăng hạn như hộp text, nút, thẻ v.v., cũngnhư các hàm để tạo bố cục và xử lý sự kiện PySimpleGUI dễ học và sử dụng, ngay

cả đối với những người mới Thư viện này cung cấp một API đơn giản và trực quan,

sử dụng cú pháp Python thông thường.

41