Đồ án tốt nghiệp Công nghệ kỹ thuật điều khiển và tự động hóa: Ứng dụng robot 5 bậc tự do kết hợp với camera công nghiệp phát triển sản phẩm lỗi

Đặc điểm của PLC PLC sở hữu một loạt các đặc điểm nổi bật làm cho chúng trở thành lựa chọn lý tưởng cho việc tự động hóa công nghiệp: • Khả năng lập trình linh hoạt: Một trong những ưu

TỔNG QUAN

Đặt vấn đề

Cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ tư, hay Công nghiệp 4.0, đang diễn ra toàn cầu với sự bùng nổ của trí tuệ nhân tạo, tự động hóa và robot hóa Việt Nam, với tiềm năng phát triển và hội nhập, cần nhanh chóng thích ứng để không bị bỏ lại phía sau Sự thay đổi mạnh mẽ này ảnh hưởng đến mọi lĩnh vực, từ đời sống hàng ngày đến sản xuất công nghiệp Để cạnh tranh với các cường quốc công nghiệp, Việt Nam cần áp dụng công nghệ tiên tiến vào các ngành công nghiệp.

Trong quá trình hiện đại hóa công nghiệp, tự động hóa sản xuất đóng vai trò quan trọng, giúp nâng cao năng suất lao động và giảm chi phí sản xuất Điều này không chỉ đảm bảo chất lượng sản phẩm ổn định mà còn đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của thị trường Robot công nghiệp là một trong những giải pháp hiệu quả nhất trong xu hướng này.

"ngôi sao sáng" trong lĩnh vực tự động hóa

Robot công nghiệp không chỉ thay thế con người trong các công việc nặng nhọc và nguy hiểm, mà còn là "trợ thủ đắc lực" giúp nâng cao hiệu suất làm việc Chúng giải phóng sức lao động, cho phép con người tập trung vào những công việc sáng tạo hơn Với sự chính xác, tốc độ và khả năng làm việc liên tục, robot công nghiệp đã chứng minh hiệu quả vượt trội trong nhiều lĩnh vực sản xuất.

Robot 5 bậc tự do đang thu hút sự quan tâm của doanh nghiệp nhờ khả năng di chuyển linh hoạt trong không gian 3 chiều Với khả năng thực hiện các động tác phức tạp, chính xác, robot này đáp ứng đa dạng yêu cầu của nhiều ngành công nghiệp Từ lắp ráp linh kiện điện tử đến sản xuất ô tô, chế biến thực phẩm và hàng tiêu dùng, robot 5 bậc tự do đều thể hiện sự xuất sắc trong công việc.

Hình 1 1: Dây chuyền sản xuất sử dụng cánh tay robot

Trên thị trường hiện nay, cánh tay robot có nhiều loại với số trục khác nhau như 4, 5 và 6 trục Trong số đó, cánh tay robot 5 trục được ưa chuộng nhất nhờ sự kết hợp giữa không gian làm việc rộng rãi của loại 6 trục và khả năng điều khiển đơn giản của loại 4 trục Do đó, lựa chọn cánh tay robot 5 trục làm đối tượng nghiên cứu trong đề tài này là hoàn toàn hợp lý và có tiềm năng lớn.

Để nâng cao độ chính xác trong sản xuất, việc kết hợp cánh tay robot FANUC LR Mate 100iB với camera xử lý hình ảnh là rất cần thiết Đề tài "Ứng dụng robot 5 bậc tự do kết hợp với camera công nghiệp trong phát hiện vật lỗi" được phát triển nhằm giải quyết những thách thức trong ứng dụng công nghệ này Nghiên cứu tập trung vào thiết kế và chế tạo hệ thống robot 5 bậc tự do tích hợp camera COGNEX, giúp phát hiện lỗi sản phẩm một cách tự động và chính xác Hệ thống sẽ được thử nghiệm trong môi trường sản xuất thực tế để đánh giá hiệu quả và khả năng ứng dụng.

Hình 1 3 : Camera COGNEX trong công nghiệp

Trong quá trình nghiên cứu đề tài, nhóm nghiên cứu đã gặp nhiều thách thức về phần cứng và phần mềm Việc kết nối và điều khiển động cơ servo của robot FANUC LR Mate 100i yêu cầu sự tỉ mỉ và chính xác, đặc biệt trong xử lý nhiễu tín hiệu Bên cạnh đó, tính toán động học cho robot 5 bậc tự do và thiết lập giao tiếp giữa camera COGNEX và CPU cũng là những vấn đề phức tạp cần giải quyết.

Nhóm nghiên cứu đã kiên trì vượt qua khó khăn trong việc kết nối và điều khiển động cơ servo bằng cách nghiên cứu nguyên lý hoạt động, áp dụng biện pháp chống nhiễu và tối ưu hóa thuật toán điều khiển Họ cũng thành công trong việc tính toán động học cho robot 5 bậc tự do và thiết lập giao tiếp giữa camera COGNEX và CPU, mở ra cơ hội tích hợp thị giác máy vào hệ thống điều khiển robot.

Nhóm nghiên cứu đã thành công trong việc hoàn thành và điều khiển cánh tay robot FANUC LR Mate 100i theo yêu cầu đề tài Thành công này không chỉ khẳng định khả năng nghiên cứu và ứng dụng công nghệ của nhóm mà còn mở ra triển vọng mới cho việc ứng dụng robot công nghiệp và thị giác máy trong các lĩnh vực sản xuất đa dạng.

Mục tiêu nghiên cứu

• Xây dựng hệ thống tích hợp: Phát triển một hệ thống tích hợp giữa robot

FANUC LR Mate 100iB, camera Cognex và bàn xoay để tự động kiểm tra lỗi sản phẩm

• Thuật toán xử lý ảnh: Nghiên cứu và phát triển thuật toán xử lý ảnh từ camera

Cognex để nhận diện và phân loại các lỗi sản phẩm một cách chính xác và hiệu quả

Tối ưu hóa tốc độ bàn xoay là việc xác định tốc độ quay lý tưởng, giúp camera thu thập đầy đủ dữ liệu hình ảnh cần thiết cho quá trình xử lý, đồng thời tránh các lỗi do chuyển động quá nhanh gây ra.

Giao diện người dùng được thiết kế thân thiện, giúp người vận hành dễ dàng giám sát và điều khiển quá trình kiểm tra, đồng thời xem kết quả một cách thuận tiện.

Đánh giá hiệu quả của hệ thống là quá trình thử nghiệm và kiểm tra trong môi trường thực tế nhằm xác định độ chính xác, độ tin cậy và hiệu suất hoạt động của nó.

Nội dung nghiên cứu

Trong bài viết này, chúng tôi sẽ trình bày về lý thuyết cơ bản của PLC, kiến thức về PLC hãng Mitsubishi, Servo Driver, Servo motor, bài toán động học, công nghệ thị giác máy tính và ngôn ngữ lập trình SFC Chương này sẽ hướng dẫn các bước thi công phần cứng, lựa chọn thiết bị, sơ đồ đấu dây và thuật toán sử dụng Ngoài ra, chúng tôi sẽ đưa ra các phương pháp đánh giá và kiểm chứng động học cùng với giao diện người dùng Cuối cùng, chương này sẽ tổng kết kết quả đạt được và nhận xét về các mục tiêu đã đề ra từ ban đầu.

Kết luận sau khi hoàn thành mô hình Nêu ra ưu, nhược điểm và hướng phát triển của đồ án trong tương lai.

Giới hạn đề tài

Bài viết này tập trung vào việc phát hiện một số loại lỗi sản phẩm cụ thể, không bao gồm tất cả các loại lỗi có thể xảy ra.

Tốc độ bàn xoay bị giới hạn bởi khả năng của camera và thuật toán xử lý ảnh, nhằm đảm bảo độ chính xác cao trong kết quả kiểm tra.

• Robot : gắp vật cố định

• Môi trường làm việc: Hiệu suất của hệ thống có thể bị ảnh hưởng bởi các yếu tố môi trường như ánh sáng, bụi bẩn và rung động

• Chi phí: Việc triển khai hệ thống có thể yêu cầu đầu tư đáng kể về thiết bị và phần mềm.

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Giới thiệu chung về PLC

Nằm tại trung tâm của hệ thống tự động hóa công nghiệp, PLC (Bộ điều khiển lập trình) hoạt động như một nhạc trưởng, điều phối mọi hoạt động của máy móc Với khả năng chịu đựng môi trường khắc nghiệt, từ nhiệt độ cao đến độ ẩm cao, cũng như các rung lắc mạnh và nhiễu điện bất ngờ, PLC vẫn duy trì hiệu suất ổn định trong việc thực hiện nhiệm vụ của mình.

PLC không chỉ là một máy tính kỹ thuật số thông thường mà còn là một "bộ não" thông minh, có khả năng liên tục "đọc" và "hiểu" các tín hiệu từ thế giới máy móc xung quanh Với khả năng giao tiếp và điều khiển từ những cảm biến nhỏ bé đến các thiết bị công nghiệp lớn, PLC thực hiện nhiệm vụ của mình một cách nhịp nhàng và hiệu quả.

PLC có khả năng "biến hóa" đa dạng, thực hiện từ những nhiệm vụ đơn giản như bật/tắt thiết bị đến những nhiệm vụ phức tạp như điều khiển tốc độ động cơ và vị trí robot Sự linh hoạt và khả năng tùy biến cao của PLC đã khiến nó trở thành "cánh tay phải" đắc lực cho các kỹ sư trong lĩnh vực tự động hóa, góp phần nâng cao năng suất, chất lượng và hiệu quả sản xuất.

Về cấu tạo, PLC được ví như một "cơ thể" hoàn chỉnh với các bộ phận chính như:

• CPU (Central Processing Unit): Bộ não trung tâm, nơi diễn ra mọi hoạt động tư duy và ra quyết định

• Module Input/Output: Cánh cửa giao tiếp với thế giới bên ngoài, nơi tiếp nhận và truyền tải thông tin

• Analog Input/Output: Đôi tai và miệng tinh tế, giúp PLC "nghe" và "nói" với các tín hiệu analog

PLC là một cuộc cách mạng trong tự động hóa công nghiệp, đánh dấu kỷ nguyên mới cho sự phát triển ngành sản xuất.

Hình 2 1 : Cấu trúc cơ bản của một hệ thống PLC

Bộ xử lý trung tâm (CPU) là bộ não của PLC, đảm nhiệm việc thực hiện các phép tính logic, điều khiển chương trình và giao tiếp với các thiết bị khác.

PLC sử dụng bộ nhớ trong (RAM) để lưu trữ tạm thời chương trình và dữ liệu, đồng thời có bộ nhớ ngoài (ROM, EEPROM, Flash) để lưu trữ chương trình và dữ liệu vĩnh viễn.

Module vào/ra là giao diện kết nối PLC với môi trường bên ngoài, trong đó module vào tiếp nhận tín hiệu từ các cảm biến và thiết bị khác, còn module ra truyền tín hiệu điều khiển đến các thiết bị chấp hành.

• Nguồn cung cấp: Cung cấp điện năng cho hoạt động của PLC

• Giao diện lập trình: Cho phép người dùng lập trình và cấu hình PLC thông qua máy tính hoặc các thiết bị lập trình chuyên dụng

Các thành phần bổ sung của PLC, như module truyền thông, module điều khiển chuyển động và module xử lý tín hiệu analog, thường được sử dụng tùy thuộc vào loại PLC và ứng dụng cụ thể.

PLC sở hữu một loạt các đặc điểm nổi bật làm cho chúng trở thành lựa chọn lý tưởng cho việc tự động hóa công nghiệp:

Khả năng lập trình linh hoạt của PLC là một trong những ưu điểm nổi bật, cho phép người dùng tùy chỉnh chức năng và hoạt động theo yêu cầu cụ thể của từng ứng dụng PLC hỗ trợ nhiều ngôn ngữ lập trình khác nhau, mang đến sự linh hoạt trong việc thiết kế và triển khai hệ thống điều khiển.

Ladder Logic là ngôn ngữ lập trình phổ biến nhất cho PLC, nổi bật với giao diện trực quan dựa trên sơ đồ mạch điện Điều này giúp người dùng dễ dàng hiểu và phát triển các chương trình điều khiển hiệu quả.

Sơ đồ khối chức năng (Function Block Diagram) là một ngôn ngữ mô tả hệ thống một cách trực quan, sử dụng các khối chức năng để người dùng dễ dàng hiểu được luồng dữ liệu và logic điều khiển.

Ngôn ngữ Structured Text (văn bản có cấu trúc) tương tự như các ngôn ngữ lập trình bậc cao như Pascal và C, cho phép lập trình phức tạp hơn cho các ứng dụng cần tính linh hoạt cao.

Nhờ sự phong phú của các ngôn ngữ lập trình, người dùng có khả năng phát triển những chương trình điều khiển phức tạp và cải thiện hiệu suất hệ thống một cách hiệu quả.

PLC có độ tin cậy cao, được thiết kế để hoạt động ổn định trong môi trường công nghiệp khắc nghiệt với khả năng chịu đựng nhiệt độ, độ ẩm, rung động và nhiễu điện Các linh kiện điện tử được lựa chọn kỹ lưỡng và trải qua kiểm tra nghiêm ngặt nhằm đảm bảo độ bền lâu dài Hơn nữa, PLC được trang bị tính năng bảo vệ như quá dòng, quá áp và ngắn mạch, giúp ngăn ngừa sự cố và đảm bảo an toàn cho hệ thống Điều này không chỉ giảm thiểu thời gian ngừng hoạt động ngoài ý muốn mà còn tăng tuổi thọ thiết bị và tiết kiệm chi phí.

PLC có khả năng mở rộng linh hoạt nhờ kiến trúc mở, cho phép người dùng dễ dàng thêm các mô-đun vào/ra (I/O) như mô-đun kỹ thuật số, analog, truyền thông và điều khiển chuyển động Điều này giúp nâng cấp và mở rộng hệ thống mà không cần thay thế toàn bộ PLC, từ đó tiết kiệm chi phí và thời gian cho người dùng.

PLC dòng Q của MITSUBISHI

2.2.1.Tổng quan về PLC dòng Q

PLC dòng Q của Mitsubishi là một trong những dòng PLC tiên tiến nhất, được thiết kế cho các ứng dụng tự động hóa công nghiệp phức tạp Dòng PLC này nổi bật với tốc độ xử lý cao, dung lượng bộ nhớ lớn, khả năng mở rộng linh hoạt và tích hợp nhiều tính năng như điều khiển chuyển động, điều khiển quá trình, mạng lưới và an toàn.

2.2.2 Các dòng sản phẩm PLC Q series

Dòng sản phẩm PLC Q Series của Mitsubishi Electric bao gồm nhiều loại khác nhau, mỗi loại được thiết kế riêng để phù hợp với các yêu cầu và quy mô ứng dụng đa dạng.

PLC Q siêu nhỏ gọn (Q00J/Q00/Q00UDEHCPU) là dòng PLC có kích thước nhỏ nhất và giá cả phải chăng, lý tưởng cho các ứng dụng đơn giản và quy mô nhỏ Thiết bị này thường được sử dụng để điều khiển máy móc đơn giản, hệ thống băng tải nhỏ, hệ thống chiếu sáng và các ứng dụng điều khiển cơ bản khác mà không yêu cầu nhiều tính năng phức tạp.

PLC Q cơ bản và hiệu năng cao (Q01/Q01UCPU) mang lại khả năng xử lý mạnh mẽ và nhiều tính năng mở rộng, vượt trội hơn so với dòng PLC siêu nhỏ gọn Dòng PLC này lý tưởng cho các ứng dụng vừa và lớn, đáp ứng nhu cầu về hiệu suất cao và khả năng tích hợp linh hoạt Các ứng dụng điển hình bao gồm điều khiển máy CNC, máy đóng gói, hệ thống HVAC và các quy trình sản xuất.

• PLC Q chuyên dụng cho điều khiển chuyển động (Q02/Q02H/Q02UCPU):

Dòng PLC này được thiết kế chuyên biệt cho việc điều khiển hệ thống chuyển động phức tạp, với tính năng điều khiển servo, vị trí chính xác và đồng bộ hóa nhiều trục Chúng thường được ứng dụng trong robot công nghiệp, máy công cụ, hệ thống băng tải tự động và các ứng dụng điều khiển chuyển động khác.

PLC Q cao cấp (Q03/Q03UD/Q03UDVCPU) là dòng PLC mạnh mẽ nhất trong Q Series, nổi bật với hiệu suất vượt trội, dung lượng bộ nhớ lớn và khả năng mở rộng tối đa Dòng sản phẩm này lý tưởng cho các ứng dụng quy mô lớn, phức tạp và yêu cầu độ tin cậy cao, như hệ thống điều khiển nhà máy, hệ thống điều khiển năng lượng, hệ thống SCADA và các ứng dụng tự động hóa tích hợp.

PLC Q an toàn (Q06/Q06UDEHCPU) được thiết kế để đáp ứng các tiêu chuẩn an toàn nghiêm ngặt, với các tính năng an toàn như Safe Stop, Safe Limited Speed và Safe Direction Dòng PLC này rất phù hợp cho các ứng dụng yêu cầu độ an toàn cao, bao gồm máy móc công nghiệp, robot và các hệ thống tự động hóa khác.

Hình 2 3: Các dòng sản phẩm Q series

PLC dòng Q Series của Mitsubishi Electric mang đến nhiều tùy chọn đa dạng, phù hợp cho nhiều ứng dụng và quy mô dự án khác nhau Việc lựa chọn đúng PLC sẽ giúp tối ưu hóa hiệu suất và hiệu quả trong các hệ thống điều khiển tự động.

2.2.3.Nguyên lý hoạt động của PLC

PLC dòng Q của Mitsubishi Electric hoạt động theo một chu trình quét tuần tự, bao gồm các bước sau:

1 Khởi động (Initialization): Khi PLC được cấp nguồn, nó sẽ thực hiện các bước khởi tạo như kiểm tra phần cứng, nạp chương trình từ bộ nhớ và thiết lập các giá trị ban đầu cho các biến

2 Đọc tín hiệu đầu vào (Input Scan): PLC đọc các tín hiệu từ các thiết bị đầu vào như nút nhấn, công tắc, cảm biến, v.v thông qua các mô-đun vào Các tín hiệu này được chuyển đổi thành các giá trị logic (0 hoặc 1) và lưu trữ trong bộ nhớ của PLC

3 Thực thi chương trình (Program Execution): PLC thực thi chương trình người dùng đã lập trình sẵn, sử dụng các giá trị logic đọc được từ bước quét đầu vào để thực hiện các phép tính logic, điều khiển các bộ đếm thời gian, bộ đếm xung, v.v và cập nhật các giá trị của các biến trong bộ nhớ

4 Ghi tín hiệu đầu ra (Output Scan): Dựa trên kết quả thực thi chương trình,

PLC gửi các tín hiệu điều khiển đến các thiết bị đầu ra như động cơ, van, đèn báo, v.v thông qua các mô-đun ra

5 Xử lý ngắt (Interrupt Handling): Trong quá trình thực thi chương trình, nếu có sự kiện ngắt xảy ra (ví dụ như tín hiệu báo lỗi từ thiết bị), PLC sẽ tạm dừng việc thực thi chương trình chính để xử lý sự kiện ngắt đó Sau khi xử lý xong, PLC sẽ tiếp tục thực hiện chương trình chính từ vị trí bị gián đoạn

6 Truyền thông (Communication): PLC dòng Q có khả năng giao tiếp với các thiết bị khác trong hệ thống tự động hóa như HMI (Human Machine Interface), SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) và các PLC khác thông qua các cổng giao tiếp Ethernet, RS-232, RS-485 hoặc các mô-đun truyền thông chuyên dụng Việc truyền thông cho phép giám sát và điều khiển hệ thống từ xa, trao đổi dữ liệu giữa các thiết bị và thực hiện các chức năng khác như ghi nhật ký dữ liệu, cảnh báo sự cố, v.v

7 Tự chẩn đoán (Self-diagnostics): PLC dòng Q được trang bị các chức năng tự chẩn đoán để phát hiện các lỗi phần cứng và phần mềm Khi phát hiện lỗi,

PLC có khả năng phát hiện lỗi và tự động tạo ra thông báo, đồng thời thực hiện các biện pháp khắc phục như dừng hệ thống, khởi động lại hoặc chuyển sang chế độ hoạt động dự phòng.

Động cơ

2.3.1 Động cơ bước Động cơ bước là loại động cơ điện hoạt động theo nguyên lý rời rạc, quay một góc cố định mỗi khi nhận được một xung điều khiển Góc quay này được gọi là bước, và số bước trên mỗi vòng quay là một đặc trưng của động cơ Động cơ bước có ưu điểm là giá thành rẻ, cấu tạo đơn giản, dễ điều khiển và có khả năng giữ vị trí chính xác khi không có dòng điện chạy qua Tuy nhiên, động cơ bước cũng có một số nhược điểm như mô-men xoắn thấp, tốc độ quay hạn chế và dễ bị mất bước khi quá tải

2.3.2.1 Tổng quan về Servo Động cơ servo, hay còn gọi là servo motor, là một loại động cơ điện đặc biệt được thiết kế để điều khiển chính xác vị trí, vận tốc và gia tốc của một hệ thống cơ khí Khác với các loại động cơ thông thường chỉ có khả năng quay liên tục, động cơ servo có thể được điều khiển để quay đến một góc cụ thể, dừng lại ở vị trí đó và duy trì vị trí đó trong một khoảng thời gian nhất định Điều này đạt được nhờ sự kết hợp giữa động cơ điện, bộ mã hóa vị trí (encoder) và bộ điều khiển (driver) Động cơ servo hoạt động dựa trên nguyên lý phản hồi, sử dụng bộ mã hóa để đo lường vị trí hiện tại của trục động cơ và so sánh với vị trí mong muốn Dựa trên sự chênh lệch này, bộ điều khiển servo sẽ điều chỉnh dòng điện cung cấp cho động cơ để đưa trục động cơ về vị trí mong muốn một cách nhanh chóng và chính xác Nhờ đó, động cơ servo có khả năng đáp ứng nhanh chóng và chính xác các tín hiệu điều khiển, đảm bảo độ chính xác cao trong các ứng dụng đòi hỏi độ ổn định và độ lặp lại

Servo AC sử dụng nguồn điện xoay chiều, mang lại nhiều ưu điểm như công suất lớn, hiệu suất cao, độ chính xác và ổn định tốt Chúng có khả năng chịu quá tải cao và tuổi thọ dài, nhưng cấu tạo phức tạp hơn và giá thành cao hơn so với servo DC Servo AC thường được ứng dụng trong các lĩnh vực công nghiệp yêu cầu độ chính xác và hiệu suất cao, bao gồm robot công nghiệp, máy CNC, máy in 3D và các hệ thống tự động hóa khác.

Servo DC sử dụng nguồn điện một chiều, nổi bật với kích thước nhỏ gọn, dễ điều khiển và chi phí thấp hơn so với servo AC Tuy nhiên, chúng có công suất và mô-men xoắn thấp hơn, cùng với độ chính xác và độ ổn định không cao bằng servo AC Servo DC thường được ứng dụng trong các lĩnh vực nhỏ như mô hình điều khiển từ xa, robot giáo dục và thiết bị điện tử gia dụng.

Servo xoay là loại động cơ có khả năng quay theo một góc nhất định, thường được ứng dụng để điều khiển vị trí của các khớp nối trong robot, máy CNC và các thiết bị tự động khác Loại servo này có thể quay trong một góc giới hạn, thường là 180 độ, hoặc có khả năng quay liên tục.

Servo tuyến tính là loại động cơ di chuyển theo đường thẳng, thường được ứng dụng trong các lĩnh vực yêu cầu chuyển động tuyến tính như máy in 3D, máy cắt laser và hệ thống định vị chính xác Loại servo này có khả năng di chuyển trong khoảng cách giới hạn hoặc không giới hạn, mang lại tính linh hoạt cho các thiết bị tự động.

Servo công nghiệp là thiết bị quan trọng trong các ứng dụng yêu cầu độ chính xác và hiệu suất cao, bao gồm robot công nghiệp, máy CNC, máy in 3D, máy đóng gói, máy dán nhãn và các hệ thống tự động hóa khác.

Servo mô hình: Được sử dụng trong các mô hình điều khiển từ xa như máy bay, xe hơi, tàu thuyền và robot mô hình

Servo là một thành phần quan trọng trong các thiết bị điện tử, bao gồm máy ảnh, máy quay phim, máy in, ổ đĩa cứng và thiết bị y tế Chúng đảm bảo sự chính xác và hiệu suất cao trong quá trình hoạt động của các thiết bị này.

Servo vòng kín sử dụng bộ mã hóa để đo vị trí và tốc độ của trục động cơ, cung cấp thông tin phản hồi cho bộ điều khiển Nhờ đó, nó điều chỉnh dòng điện cung cấp cho động cơ, mang lại độ chính xác và độ ổn định cao hơn so với servo vòng hở.

Servo vòng hở (open-loop servo) không sử dụng bộ mã hóa và điều chỉnh dòng điện cung cấp cho động cơ dựa trên tín hiệu điều khiển đầu vào Với cấu tạo đơn giản và giá thành rẻ hơn, servo vòng hở có độ chính xác và độ ổn định thấp hơn so với servo vòng kín.

Việc chọn lựa servo phù hợp cần dựa trên các yêu cầu cụ thể của ứng dụng, như công suất, mô-men xoắn, độ chính xác, tốc độ, chi phí và nhiều yếu tố khác.

2.3.2.3 Chức năng Động cơ servo có nhiều chức năng quan trọng trong các ứng dụng tự động hóa và điều khiển, bao gồm:

Động cơ servo cho phép điều khiển vị trí với độ chính xác cao, có khả năng quay đến một góc cụ thể và duy trì vị trí đó Điều này đặc biệt quan trọng trong các ứng dụng như robot công nghiệp, nơi việc kiểm soát chính xác vị trí của các khớp nối là cần thiết để thực hiện các thao tác hiệu quả.

Động cơ servo cho phép điều khiển vận tốc chính xác và duy trì sự ổn định trong quá trình hoạt động Điều này đặc biệt quan trọng trong các ứng dụng như máy CNC, nơi cần kiểm soát tốc độ quay của trục chính để gia công vật liệu một cách hiệu quả.

Động cơ servo cho phép điều khiển mô-men xoắn chính xác, giúp kiểm soát lực và chuyển động trong các hệ thống cơ khí Điều này đặc biệt quan trọng trong các ứng dụng robot công nghiệp, nơi cần điều chỉnh lực tác động của robot lên các vật thể.

2.3.2.4 Cấu tạo Động cơ servo thường bao gồm các thành phần chính sau:

• Động cơ điện: Là thành phần tạo ra chuyển động quay Động cơ điện trong servo thường là động cơ đồng bộ hoặc động cơ không đồng bộ

• Bộ mã hóa (encoder): Đo lường vị trí và tốc độ của trục động cơ Bộ mã hóa có thể là loại quang học, từ tính hoặc điện trở

Bộ điều khiển servo nhận tín hiệu từ bên ngoài và điều chỉnh dòng điện cung cấp cho động cơ, giúp đạt được vị trí, vận tốc và mô-men xoắn mong muốn Để đảm bảo độ chính xác và ổn định cho hệ thống, bộ điều khiển thường áp dụng các thuật toán điều khiển PID.

Encoder

Encoder là thiết bị cảm biến quan trọng trong hệ thống điều khiển, đặc biệt cho động cơ và robot Chức năng chính của encoder là chuyển đổi chuyển động cơ học như vị trí, tốc độ và hướng quay thành tín hiệu điện, giúp bộ điều khiển giám sát và điều khiển động cơ một cách chính xác.

Encoder hoạt động dựa trên nguyên lý phát hiện sự thay đổi trạng thái của các vạch hoặc khe hở trên đĩa quay Khi trục encoder quay, các vạch hoặc khe hở này đi qua cảm biến quang hoặc từ, tạo ra các xung điện Số lượng xung điện trong một khoảng thời gian xác định tương ứng với tốc độ quay của trục, trong khi số xung điện từ vị trí bắt đầu đến vị trí hiện tại cho biết vị trí của trục encoder.

Encoder là thành phần thiết yếu trong hệ thống điều khiển, đặc biệt trong điều khiển động cơ và robot Hai loại encoder phổ biến là encoder tuyệt đối (Absolute Encoder) và encoder tương đối (Incremental Encoder) Mỗi loại encoder có ưu và nhược điểm riêng, phù hợp với các ứng dụng khác nhau Bài viết này sẽ so sánh chi tiết hai loại encoder này.

Encoder tuyệt đối (Absolute Encoder):

Encoder tuyệt đối là cảm biến trực tiếp cung cấp tín hiệu số, với cấu trúc bao gồm các đĩa đồng tâm có các cung trong suốt và mờ đục Mỗi kênh mã trên đĩa chứa số lượng cung được nhân đôi, xác định số bit của chữ số nhị phân Nguồn sáng được đặt bên một phía đĩa, trong khi cảm biến ánh sáng nằm ở phía đối diện Khi đĩa quay, cảm biến ánh sáng chuyển đổi tín hiệu tương ứng dựa vào ánh sáng chiếu, tạo ra mã nhị phân Đặc điểm nổi bật của encoder này là khả năng đọc mã số nhị phân cố định tại bất kỳ vị trí nào trên trục quay mà không cần bộ đếm.

Hình 2 8 : Đĩa Encoder tuyệt đối

Encoder tương đối (Incremental Encoder):

Encoder tương đối hoạt động dựa trên nguyên lý chuyển đổi quang điện, tạo ra ba tín hiệu xung vuông pha A, B và Z Pha A và B có độ lệch pha 90 độ, giúp xác định chiều quay dễ dàng Pha Z cung cấp một xung cho mỗi vòng quay, được sử dụng để định vị điểm gốc.

Hình 2 9 : Đĩa Encoder tương đối

Encoder là thiết bị quan trọng trong việc cung cấp thông tin phản hồi về chuyển động và vị trí của các thành phần cơ khí trong hệ thống điều khiển Chức năng chính của encoder bao gồm việc theo dõi và đo lường chính xác vị trí cũng như chuyển động, từ đó giúp cải thiện hiệu suất và độ chính xác trong các ứng dụng công nghiệp.

1 Đo lường vị trí (Position Measurement):

Encoder tuyệt đối cung cấp thông tin chính xác về vị trí của trục quay hoặc chuyển động tuyến tính tại mọi thời điểm, ngay cả khi mất điện Điều này rất quan trọng cho các ứng dụng yêu cầu độ chính xác cao, giúp xác định vị trí chính xác của hệ thống sau khi khởi động lại.

Encoder tương đối là thiết bị đo lường sự thay đổi vị trí so với một điểm tham chiếu Thông tin vị trí được xác định bằng cách đếm số xung phát sinh từ điểm khởi đầu Loại encoder này thường được áp dụng trong các ứng dụng không yêu cầu độ chính xác tuyệt đối và cho phép hiệu chuẩn lại vị trí sau khi mất điện.

2 Đo lường tốc độ (Speed Measurement):

Encoder đo tốc độ bằng cách đếm số xung trong một đơn vị thời gian, với tần số xung tỷ lệ thuận với tốc độ quay của trục encoder Thông tin tốc độ này rất quan trọng trong việc điều khiển tốc độ động cơ, giúp hệ thống hoạt động ổn định và đạt được tốc độ mong muốn.

3 Phát hiện hướng quay (Direction Detection):

Encoder sử dụng hai kênh tín hiệu lệch pha để phát hiện hướng quay của trục, cho phép xác định liệu nó quay theo chiều kim đồng hồ hay ngược chiều kim đồng hồ Sự khác biệt pha giữa hai tín hiệu này là chìa khóa để bộ điều khiển nhận biết hướng quay chính xác của trục encoder.

Encoder tạo ra xung điện khi trục quay hoặc di chuyển, cho phép bộ điều khiển đếm số xung để xác định vị trí hoặc khoảng cách di chuyển Chức năng này rất quan trọng trong các ứng dụng như đo chiều dài, định vị và điều khiển vị trí chính xác.

5 Thông tin phản hồi (Feedback):

Encoder cung cấp thông tin phản hồi về vị trí, tốc độ và hướng quay của trục cho bộ điều khiển, giúp điều chỉnh tín hiệu để đảm bảo hệ thống hoạt động chính xác Thông tin này rất quan trọng trong các hệ thống điều khiển vòng kín, nơi phản hồi được sử dụng để duy trì độ chính xác và ổn định Ứng dụng của Encoder rất đa dạng trong các lĩnh vực công nghiệp và tự động hóa.

Encoder được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau, bao gồm:

• Robot công nghiệp: Điều khiển vị trí và tốc độ của các khớp robot, đảm bảo độ chính xác và lặp lại trong các thao tác

• Máy CNC: Điều khiển vị trí và tốc độ của các trục máy, đảm bảo độ chính xác cao trong quá trình gia công

• Máy in: Điều khiển vị trí của đầu in, đảm bảo chất lượng in ấn và độ chính xác của hình ảnh

• Băng tải: Điều khiển tốc độ và vị trí của băng tải, đảm bảo vật liệu được vận chuyển một cách chính xác và hiệu quả

Hệ thống định vị đóng vai trò quan trọng trong việc xác định vị trí của các vật thể trong không gian, với nhiều ứng dụng thiết thực như trong các hệ thống dẫn đường tự động, robot di động và các thiết bị định vị khác.

Động cơ servo cung cấp thông tin phản hồi về vị trí và tốc độ, cho phép bộ điều khiển điều chỉnh động cơ một cách chính xác Điều này đảm bảo hiệu suất cao và độ ổn định cho toàn bộ hệ thống.

Encoder được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như đo lường lưu lượng, đo lường mức độ, đo lường góc quay và điều khiển thang máy.

Bộ điều khiển động cơ servo

Mitsubishi Electric là nhà sản xuất hàng đầu về động cơ servo và bộ điều khiển servo cho ứng dụng công nghiệp Bộ điều khiển servo Mitsubishi được thiết kế để kết hợp hoàn hảo với động cơ servo, tạo thành hệ thống điều khiển servo hiệu quả và đáng tin cậy Sản phẩm của Mitsubishi được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp như sản xuất ô tô, điện tử, thực phẩm và đồ uống, cũng như trong lĩnh vực robot công nghiệp và máy móc tự động.

Các dòng sản phẩm bộ điều khiển servo Mitsubishi:

Mitsubishi Electric cung cấp nhiều dòng sản phẩm bộ điều khiển servo khác nhau, đáp ứng các yêu cầu đa dạng của người dùng:

Dòng sản phẩm MELSERVO-J4 được phát triển để điều khiển động cơ servo AC có công suất nhỏ và vừa, lý tưởng cho các ứng dụng cần độ chính xác cao và khả năng phản hồi nhanh.

Dòng sản phẩm MELSERVO-J5 được thiết kế đặc biệt để điều khiển các động cơ servo AC công suất lớn, lý tưởng cho các ứng dụng yêu cầu mô-men xoắn cao và khả năng chịu tải lớn.

Dòng sản phẩm MR-J4-TM Series là bộ điều khiển servo đa năng, tích hợp nhiều tính năng tiên tiến như điều khiển vị trí, tốc độ và mô-men xoắn Nó còn hỗ trợ kết nối mạng và nhiều giao thức truyền thông, mang lại sự linh hoạt và hiệu suất cao cho các ứng dụng công nghiệp.

• MR-J4-B Series: Dòng sản phẩm này là bộ điều khiển servo đơn giản, dễ sử dụng, phù hợp cho các ứng dụng cơ bản và tiết kiệm chi phí

Hình 2 10 : Một số Driver Servo của hãng Mitsubishi

2.5.2 Các tính năng nổi bật của bộ điều khiển servo Mitsubishi:

Bộ điều khiển servo Mitsubishi mang lại hiệu suất cao nhờ công nghệ tiên tiến, cho phép điều khiển động cơ servo với độ chính xác và ổn định tối ưu Sản phẩm này đáp ứng nhanh chóng các thay đổi về tải, đảm bảo hiệu suất tối ưu cho toàn bộ hệ thống.

Sản phẩm cung cấp đa dạng chế độ điều khiển, bao gồm điều khiển vị trí, tốc độ và mô-men xoắn, giúp người dùng dễ dàng lựa chọn chế độ phù hợp với nhu cầu ứng dụng của mình.

Bộ điều khiển servo Mitsubishi được trang bị nhiều chức năng an toàn, bao gồm bảo vệ quá dòng, quá áp, quá nhiệt và mất pha, nhằm bảo vệ động cơ và hệ thống khỏi các sự cố tiềm ẩn.

Các bộ điều khiển servo Mitsubishi được trang bị khả năng kết nối mạng Ethernet, giúp người dùng dễ dàng giám sát và điều khiển từ xa Tính năng này cũng cho phép tích hợp mượt mà với các hệ thống tự động hóa khác, nâng cao hiệu quả hoạt động trong quy trình sản xuất.

Bộ điều khiển servo Mitsubishi nổi bật với giao diện người dùng thân thiện, dễ dàng sử dụng và bảo trì Thiết bị này còn tích hợp các tính năng tự chẩn đoán và bảo trì từ xa, giúp giảm thiểu thời gian ngừng hoạt động và nâng cao hiệu suất hệ thống.

• Tiết kiệm năng lượng: Bộ điều khiển servo Mitsubishi được thiết kế để tiết kiệm năng lượng, giúp giảm chi phí vận hành và bảo vệ môi trường

2.5.3 Ứng dụng của bộ điều khiển servo Mitsubishi:

Bộ điều khiển servo Mitsubishi được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực công nghiệp khác nhau, bao gồm:

• Robot công nghiệp: Điều khiển chính xác các khớp của robot để thực hiện các thao tác như gắp, đặt, lắp ráp, hàn, sơn, v.v

• Máy CNC: Điều khiển chính xác các trục của máy CNC để gia công các chi tiết cơ khí với độ chính xác cao

Máy đóng gói đóng vai trò quan trọng trong việc kiểm soát tốc độ và vị trí của các cơ cấu, giúp quá trình đóng gói diễn ra một cách nhanh chóng và chính xác.

• Máy in: Điều khiển vị trí của đầu in để đảm bảo chất lượng in ấn

• Băng tải: Điều khiển tốc độ và vị trí của băng tải để vận chuyển hàng hóa một cách hiệu quả

• Các ứng dụng khác: Bộ điều khiển servo Mitsubishi còn được sử dụng trong nhiều ứng dụng khác như máy cắt, máy khắc, máy may, v.v.

Ngôn ngữ lập trình Motion SFC

2.6.1 Sơ lược về ngôn ngữ SFC

Ngôn ngữ SFC (Sequential Function Chart), hay còn gọi là Grafcet, là một phương pháp lập trình đồ họa mạnh mẽ và trực quan, được sử dụng rộng rãi trong tự động hóa công nghiệp SFC được thiết kế để mô tả và điều khiển các hệ thống tuần tự, nơi các hoạt động diễn ra theo trình tự xác định, đồng thời cho phép các nhánh song song hoặc lựa chọn Những đặc điểm nổi bật của ngôn ngữ SFC bao gồm khả năng trực quan hóa quy trình và sự linh hoạt trong việc quản lý các hoạt động phức tạp.

SFC sử dụng biểu đồ và biểu tượng đồ họa để minh họa các bước, hoạt động và điều kiện chuyển tiếp trong hệ thống, giúp người lập trình dễ dàng hiểu được luồng điều khiển và logic của chương trình, ngay cả đối với những người thiếu kinh nghiệm lập trình.

Cấu trúc của SFC được thiết kế rõ ràng và dễ quản lý, với chương trình được chia thành các bước tuần tự, mỗi bước đại diện cho một trạng thái hoặc hoạt động cụ thể của hệ thống Các bước này được liên kết bằng các chuyển tiếp, thể hiện điều kiện cần thiết để di chuyển từ bước này sang bước khác, giúp việc quản lý, bảo trì và mở rộng chương trình trở nên dễ dàng hơn.

SFC cho phép mô tả các hoạt động đồng thời trong hệ thống thông qua các nhánh song song, mang lại tính linh hoạt cho chương trình và khả năng mô phỏng các tình huống thực tế trong quy trình sản xuất.

SFC cho phép mô tả các hoạt động lựa chọn, trong đó chỉ một nhánh được thực hiện tại một thời điểm, tùy thuộc vào điều kiện cụ thể Tính năng này giúp chương trình xử lý linh hoạt các tình huống khác nhau.

Hỗ trợ tái sử dụng trong SFC cho phép các bước được đóng gói thành các khối chức năng, giúp tiết kiệm thời gian và công sức lập trình Việc này không chỉ nâng cao tính nhất quán mà còn tạo điều kiện thuận lợi cho việc áp dụng trong các chương trình khác.

SFC có khả năng mô phỏng trên máy tính, cho phép kiểm tra logic và hoạt động của chương trình trước khi triển khai thực tế Việc này giúp phát hiện và sửa lỗi sớm, giảm thiểu rủi ro, đồng thời đảm bảo chương trình hoạt động đúng như mong đợi.

Hình 2 11 : Cấu trúc chương trình ở CPU PLC Ứng dụng của ngôn ngữ SFC:

SFC được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực tự động hóa công nghiệp, bao gồm:

• Điều khiển máy móc: SFC được sử dụng để điều khiển các máy móc công nghiệp như máy CNC, máy đóng gói, máy in, máy chế biến thực phẩm, v.v

SFC được áp dụng để điều khiển hiệu quả các quy trình sản xuất đa dạng, bao gồm sản xuất ô tô, điện tử và hóa chất, nhằm tối ưu hóa quy trình và nâng cao năng suất.

SFC được sử dụng để điều khiển các hệ thống trong tòa nhà, bao gồm hệ thống chiếu sáng, điều hòa không khí và an ninh, nhằm tối ưu hóa hiệu suất và đảm bảo an toàn cho người sử dụng.

• Điều khiển hệ thống giao thông: SFC được sử dụng để điều khiển các hệ thống giao thông như đèn giao thông, hệ thống điều khiển tàu điện, v.v

Ngôn ngữ SFC nổi bật với tính trực quan, dễ hiểu và cấu trúc rõ ràng, giúp mô tả các hoạt động phức tạp một cách hiệu quả Nhờ những ưu điểm này, SFC đã trở thành công cụ quan trọng trong thiết kế và lập trình hệ thống tự động hóa công nghiệp.

2.6.2.Trình tự PLC thực hiện các bước trong chương trình SFC

Nhóm đã sử dụng CPU motion Q173D(S) để điều khiển các servo, do đó, việc lập trình cho CPU motion này yêu cầu sử dụng kiểu chương trình SFC.

Một chương trình motion SFC được hình thành từ sự kết hợp của các quá trình khởi động, chuyển tiếp, các bước điều khiển và một số bước khác, như minh họa trong hình dưới đây.

Hình 2 12 : Cơ cấu của chương trình SFC chuyển động“

2.6.3.Bảng và biểu tượng chương trình SFC

Ngôn ngữ SFC sử dụng bảng và biểu tượng đồ họa để mô tả luồng điều khiển trong hệ thống, với nhiều bảng và biểu tượng phổ biến được áp dụng trong SFC.

Hình 2 13 : Bảng biểu tượng trong biểu đồ Motion SFC

Các bài toán động học của Robot

Bài toán đặt trục, hay còn gọi là Axis Alignment Problem, đóng vai trò quan trọng trong robot học, đặc biệt trong việc xác định vị trí và hướng của các trục khớp robot Phương pháp của John J Craig, một chuyên gia hàng đầu trong lĩnh vực này, mang đến một cách tiếp cận hệ thống hiệu quả để giải quyết vấn đề này.

Giới thiệu về John J Craig

John J Craig là tác giả của cuốn sách nổi tiếng "Introduction to Robotics: Mechanics and Control", được xem là tài liệu tham khảo hàng đầu về cơ học và điều khiển robot Phương pháp của ông thường được áp dụng để giải quyết các vấn đề liên quan đến động học và điều khiển trong lĩnh vực robot công nghiệp.

Bài toán đặt trục trong robot là quá trình xác định và sắp xếp các trục khớp để đảm bảo robot thực hiện chuyển động chính xác và hiệu quả Việc này bao gồm xác định vị trí và hướng của từng trục khớp trong không gian 3D.

Phương pháp của John J Craig

Phương pháp của John J Craig áp dụng các công cụ toán học và ma trận để giải quyết bài toán đặt trục Các bước cơ bản của phương pháp này bao gồm việc xác định các yếu tố cần thiết và sử dụng ma trận để phân tích và tối ưu hóa kết quả.

1 Xác định hệ tọa độ liên kết (Link Coordinate Frames):

• Mỗi liên kết của robot được gán một hệ tọa độ riêng, thường là một hệ tọa độ vuông góc phải (right-handed coordinate system)

• Hệ tọa độ của mỗi liên kết được xác định sao cho trục Z của hệ tọa độ liên kết i-1 trùng với trục xoay của khớp thứ i

2 Xác định các tham số DH (Denavit-Hartenberg Parameters):

•  i (Alpha): Góc giữa trục Z i − 1 và Z i dọc theo trục X i − 1

• a i (A): Khoảng cách giữa trục Z i − 1 và Z i dọc theo trục X i − 1

• d i (D): Khoảng cách giữa trục X i − 1 và X i dọc theo trục Z i

•  i (Theta): Góc xoay giữa trục X i − 1 và X i dọc theo trục Z i

3 Thiết lập ma trận biến đổi đồng nhất (Homogeneous Transformation Matrix):

• Ma trận biến đổi đồng nhất T_i^i-1 được sử dụng để biểu diễn sự biến đổi từ hệ tọa độ của liên kết i-1 sang hệ tọa độ của liên kết i

• Ma trận này kết hợp các phép biến đổi quay và tịnh tiến, và được xây dựng dựa trên các tham số DH đã xác định

4 Chuỗi ma trận biến đổi:

Tính toán ma trận biến đổi tổng thể từ hệ tọa độ gốc đến hệ tọa độ của liên kết cuối cùng được thực hiện bằng cách nhân các ma trận biến đổi đồng nhất của từng liên kết.

5 Xác định vị trí và hướng:

Vị trí và hướng của từng trục khớp được xác định thông qua ma trận biến đổi tổng thể, trong đó vị trí được thể hiện qua các thành phần tịnh tiến và hướng được xác định bởi các thành phần quay Phương pháp của John J Craig mang lại ứng dụng quan trọng trong việc này.

Phương pháp của John J Craig đảm bảo sự sắp xếp chính xác của các trục khớp robot, cho phép thực hiện các chuyển động phức tạp và chính xác Điều này rất quan trọng trong các ứng dụng công nghiệp, như robot hàn, robot lắp ráp và robot y tế, nơi độ chính xác và hiệu suất cao là yếu tố then chốt.

Phương pháp đặt trục của John J Craig là một công cụ thiết yếu trong thiết kế và điều khiển robot, cho phép xác định vị trí và hướng của các trục khớp một cách chính xác Sử dụng các công cụ toán học và ma trận, phương pháp này đảm bảo robot hoạt động hiệu quả và đáp ứng các yêu cầu cụ thể.

2.7.2 Động học thuận Động học thuận (Forward Kinematics) là việc tính toán vị trí và hướng của robot trong không gian ba chiều (3D) từ các góc khớp và độ dài các liên kết Kết quả của quá trình này là một ma trận biến đổi đồng nhất, biểu diễn sự chuyển đổi từ hệ tọa độ gốc đến hệ tọa độ của công cụ cuối cùng

Phương pháp của John J Craig

John J Craig đã phát triển một phương pháp hệ thống để giải quyết bài toán động học thuận bằng cách sử dụng các tham số Denavit-Hartenberg (DH Parameters) và ma trận biến đổi đồng nhất (Homogeneous Transformation Matrix).

Các bước giải quyết động học thuận

Xác định hệ tọa độ liên kết (Link Coordinate Frames):

• Đặt hệ tọa độ cho mỗi liên kết của robot, sao cho trục Z của hệ tọa độ liên kết i-

1 trùng với trục xoay của khớp thứ i

Xác định các tham số DH (Denavit-Hartenberg Parameters):

•  i (Alpha): Góc giữa trục Z i − 1 và Z i dọc theo trục X i − 1

• a i (A): Khoảng cách giữa trục Z i − 1 và Z i dọc theo trục X i − 1

• d i (D): Khoảng cách giữa trục X i − 1 và X i dọc theo trục Z i

•  i (Theta): Góc xoay giữa trục X i − 1 và X i dọc theo trục Z i

Ma trận Biến đổi Đồng nhất (Homogeneous Transformation Matrix) theo John J Craig

1 1 1 1 cos sin 0 sin cos cos cos sin sin sin sin cos sin cos cos

o Phân tích các thành phần

• cos( )i và sin( )i biểu diễn sự quay quanh trục Z i − 1

2 Khoảng cách dịch chuyển dọc theo trục X i − 1 (a i − 1 )

• Giá trị a i − 1 biểu diễn sự dịch chuyển dọc theo trục X i − 1

• cos( i − 1 )và sin( i − 1 ) biểu diễn sự quay quanh trục X i − 1

4 Khoảng cách dịch chuyển dọc theo trục Z d i ( ) i

• Giá trị d i biểu diễn sự dịch chuyển dọc theo trục Z i o Từng thành phần cụ thể

• cos( )i Thành phần quay quanh trục Zi − 1 theo chiều kim đồng hồ

• − sin ( ) i ): Thành phần quay quanh trục Zi − 1 ngược chiều kim đồng hồ

• a i − 1 : Khoảng cách dọc theo trục X i − 1

• sin( )i cos( i − 1 )và cos( )i cos( i − 1 )): Thành phần quay quanh trục X i − 1 với góc α i − 1

• − sin( i − 1 ): Thành phần quay quanh trục X i − 1 ngược chiều kim đồng hồ

• − sin( i − 1 )d i và cos( i − 1 ) d i : Khoảng cách dịch chuyển dọc theo trục Z i với góc  i − 1

2.7.3.Động học nghịch Động học nghịch (Inverse Kinematics) là quá trình tính toán các thông số khớp (joint parameters) cần thiết để đạt được một vị trí và hướng cụ thể của đầu cuối robot (end effector) Phương pháp của John J Craig cung cấp một cách tiếp cận hệ thống để giải quyết bài toán động học nghịch, một trong những bài toán phức tạp nhất trong lĩnh vực robot học

Các bước giải quyết động học nghịch

1 Xác định hệ tọa độ liên kết (Link Coordinate Frames):

Mỗi liên kết của robot được gán một hệ tọa độ riêng, tương tự như trong động học thuận, và hệ tọa độ này được xác định dựa trên các tham số Denavit-Hartenberg (DH Parameters).

2 Thiết lập các phương trình động học thuận:

Sử dụng các tham số DH để thiết lập các phương trình động học thuận, giúp tính toán ma trận biến đổi đồng nhất T từ hệ tọa độ gốc đến hệ tọa độ của công cụ cuối.

3 Xác định vị trí và hướng mong muốn:

Để xác định ma trận biến đổi mong muốn T_d cho công cụ cuối, cần biểu diễn vị trí và hướng mong muốn của công cụ trong không gian 3D.

4 Thiết lập các phương trình động học nghịch:

Sử dụng các phương trình động học thuận giúp thiết lập hệ phương trình động học nghịch Các phương trình này thường bao gồm các biến số như góc khớp và độ dài liên kết, được biểu diễn một cách chính xác.

• Hệ phương trình này có thể rất phức tạp và không có nghiệm tường minh, do đó cần sử dụng các kỹ thuật giải số để tìm các nghiệm

5 Sử dụng các phương pháp giải số:

COGNEX VISIONPRO

2.8.1 Tổng quan về Cognex VisionPro

Cognex VisionPro là phần mềm thị giác máy mạnh mẽ và linh hoạt, phát triển bởi Cognex Corporation, công ty hàng đầu trong công nghệ thị giác máy Phần mềm này cung cấp bộ công cụ toàn diện cho các ứng dụng thị giác máy trong nhiều ngành công nghiệp như sản xuất, điện tử, ô tô, dược phẩm, thực phẩm và đồ uống, cũng như hậu cần và đóng gói Với khả năng xử lý ảnh đa dạng và thuật toán tiên tiến, VisionPro đã trở thành công cụ thiết yếu cho việc tự động hóa quy trình kiểm tra, đo lường, nhận dạng và định vị trong sản xuất công nghiệp.

2.8.2 QuickBuild: Môi trường phát triển ứng dụng thị giác máy trực quan

VisionPro nổi bật với môi trường phát triển ứng dụng QuickBuild, một công cụ lập trình trực quan giúp người dùng dễ dàng tạo ra các ứng dụng thị giác máy mà không cần viết nhiều mã Thay vì phải đối mặt với mã nguồn phức tạp, người dùng chỉ cần kéo thả các công cụ xử lý ảnh từ thư viện của VisionPro vào giao diện đồ họa và kết nối chúng theo logic mong muốn.

Các tính năng chính của QuickBuild:

Giao diện kéo thả trực quan cho phép người dùng dễ dàng tạo ứng dụng thị giác máy bằng cách kéo thả công cụ xử lý ảnh từ thư viện vào giao diện đồ họa Tính năng này giúp kết nối các công cụ một cách dễ dàng, tiết kiệm thời gian và công sức trong quá trình phát triển ứng dụng.

QuickBuild cung cấp một thư viện phong phú các công cụ xử lý ảnh, bao gồm công cụ tìm kiếm hình ảnh, đo lường, nhận dạng ký tự quang học (OCR), mã vạch, nhận dạng màu sắc và kiểm tra bề mặt Những công cụ này được thiết kế dễ sử dụng và có khả năng kết hợp với nhau để phát triển các ứng dụng thị giác máy phức tạp.

Người dùng có khả năng tùy chỉnh linh hoạt các công cụ xử lý ảnh, cho phép điều chỉnh thông số và tạo ra quy trình xử lý phức tạp nhằm đáp ứng các yêu cầu cụ thể của ứng dụng.

QuickBuild cung cấp các công cụ gỡ lỗi và kiểm tra mạnh mẽ, giúp người dùng dễ dàng phát hiện và sửa lỗi trong ứng dụng Người dùng có khả năng theo dõi từng bước xử lý ảnh, xem kết quả trung gian và kiểm tra tính chính xác của ứng dụng trước khi triển khai thực tế.

QuickBuild cho phép người dùng tạo báo cáo và ghi nhật ký chi tiết về kết quả xử lý ảnh, giúp theo dõi và phân tích hiệu suất ứng dụng Những báo cáo này cung cấp thông tin quan trọng như thời gian xử lý, độ chính xác và số lượng đối tượng được phát hiện, từ đó hỗ trợ người dùng trong việc đánh giá hiệu quả hoạt động.

2.8.3 Các tính năng chính của Cognex VisionPro

Cognex VisionPro không chỉ có QuickBuild mà còn cung cấp nhiều tính năng mạnh mẽ khác, bao gồm:

VisionPro cung cấp một thư viện phong phú các công cụ xử lý ảnh, bao gồm tìm kiếm hình ảnh, đo lường, nhận dạng ký tự quang học (OCR), mã vạch 1D và 2D, nhận dạng màu sắc, kiểm tra bề mặt và phát hiện khuyết tật Các công cụ này không chỉ dễ sử dụng mà còn có khả năng kết hợp với nhau, giúp tạo ra các ứng dụng thị giác máy phức tạp.

VisionPro tích hợp các thuật toán thị giác máy tiên tiến như PatMax, PatFlex, IDMax và OCRMax, giúp xử lý ảnh nhanh chóng, chính xác và ổn định trong nhiều điều kiện ánh sáng và môi trường khác nhau PatMax cung cấp công nghệ tìm kiếm hình ảnh dựa trên mẫu, trong khi PatFlex mang lại sự linh hoạt trong việc tìm kiếm hình ảnh IDMax chuyên đọc mã vạch và OCR, còn OCRMax tập trung vào nhận dạng ký tự quang học.

VisionPro hỗ trợ đa dạng các loại camera, bao gồm camera diện tích, camera dòng và camera 3D, giúp người dùng lựa chọn phù hợp với nhu cầu ứng dụng Phần mềm cũng tương thích với nhiều giao diện camera như GigE Vision, Camera Link và USB3 Vision, tạo điều kiện thuận lợi cho việc kết nối và tích hợp với các hệ thống hiện có.

VisionPro mang đến khả năng tùy chỉnh cao, cho phép người dùng điều chỉnh công cụ và thuật toán thị giác máy để phù hợp với nhu cầu cụ thể của từng ứng dụng Người dùng có thể phát triển các công cụ xử lý ảnh riêng, điều chỉnh các thông số thuật toán và xây dựng quy trình xử lý ảnh phức tạp theo ý thích.

VisionPro cung cấp giao diện lập trình ứng dụng (API) mở, cho phép tích hợp dễ dàng với các ứng dụng phần mềm khác như PLC, robot và hệ thống SCADA Tính năng này giúp tạo ra các giải pháp tự động hóa toàn diện, kết hợp khả năng xử lý ảnh của VisionPro với khả năng điều khiển của PLC và robot, mang lại hiệu quả cao trong các quy trình sản xuất.

2.8.4 Ứng dụng của Cognex VisionPro

Cognex VisionPro được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực công nghiệp khác nhau, bao gồm:

VisionPro là công cụ quan trọng trong việc kiểm tra chất lượng sản phẩm, giúp phát hiện các khuyết tật như vết trầy xước, vết nứt, biến dạng, sai lệch kích thước và màu sắc không đồng đều trong quá trình sản xuất.

VisionPro được sử dụng để xác định vị trí và hướng của các đối tượng trong không gian, giúp robot thực hiện các thao tác như gắp, đặt, lắp ráp, hàn và sơn một cách chính xác.

VisionPro là một công cụ mạnh mẽ giúp nhận dạng và phân loại sản phẩm dựa trên nhiều đặc điểm như hình dạng, màu sắc, ký tự và mã vạch.

Phương pháp xác định vị trí bàn làm việc chứa đối tượng vật thể

Trong hệ thống tự động hóa kết hợp robot và thị giác máy, việc xác định chính xác vị trí bàn làm việc chứa các đối tượng vật thể là rất quan trọng Điều này giúp robot thực hiện các thao tác một cách chính xác và hiệu quả Có nhiều phương pháp khác nhau để xác định vị trí bàn làm việc, mỗi phương pháp đều có những ưu điểm và nhược điểm riêng, phù hợp với từng ứng dụng cụ thể.

2.9.1 Các phương pháp xác định vị trí bàn làm việc

Dưới đây là một số phương pháp phổ biến được sử dụng để xác định vị trí bàn làm việc chứa đối tượng vật thể:

Cảm biến tiệm cận được lắp đặt cố định trên robot hoặc khung cố định, giúp phát hiện sự di chuyển của bàn làm việc khi tiến gần Khi cảm biến nhận diện, nó sẽ gửi tín hiệu về PLC để xác định vị trí bàn làm việc Mặc dù phương pháp này đơn giản và dễ thực hiện, nhưng độ chính xác không cao và dễ bị ảnh hưởng bởi môi trường xung quanh.

Cảm biến quang hoạt động dựa trên nguyên lý phát và nhận ánh sáng, giúp phát hiện sự thay đổi cường độ ánh sáng phản xạ khi bàn làm việc di chuyển qua vùng phát hiện Khi đó, cảm biến gửi tín hiệu về PLC để xác định vị trí của bàn làm việc Phương pháp này có độ chính xác cao hơn cảm biến tiệm cận, nhưng cũng dễ bị ảnh hưởng bởi các yếu tố môi trường xung quanh.

• Sử dụng encoder: Encoder được gắn trực tiếp trên trục quay của bàn xoay

Khi bàn xoay quay, encoder tạo ra xung điện tương ứng với góc quay của bàn PLC sẽ đếm số xung này để xác định vị trí góc của bàn xoay, giúp kiểm soát chính xác quá trình hoạt động.

Phương pháp này có độ chính xác rất cao, nhưng đòi hỏi phải có encoder và bộ đếm xung

Sử dụng thị giác máy (Machine Vision) với camera gắn trên robot hoặc khung cố định giúp nhận dạng và xác định vị trí bàn làm việc một cách chính xác và linh hoạt Phương pháp này có khả năng nhận diện nhiều loại bàn làm việc khác nhau, tuy nhiên, nó yêu cầu một hệ thống thị giác máy và thuật toán xử lý ảnh phức tạp để đạt hiệu quả tối ưu.

2.9.2 Lựa chọn phương pháp phù hợp

Việc lựa chọn phương pháp xác định vị trí bàn làm việc phù hợp phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm:

• Độ chính xác yêu cầu: Nếu ứng dụng đòi hỏi độ chính xác cao, nên sử dụng encoder hoặc thị giác máy

• Chi phí: Cảm biến tiệm cận và cảm biến quang có giá thành rẻ hơn encoder và thị giác máy

Trong môi trường làm việc có nhiều bụi bẩn hoặc ánh sáng không ổn định, việc sử dụng encoder hoặc hệ thống thị giác máy có khả năng chống nhiễu tốt là rất cần thiết để đảm bảo hiệu suất và độ chính xác trong quá trình làm việc.

• Tính linh hoạt: Thị giác máy có tính linh hoạt cao nhất, có thể nhận dạng nhiều loại bàn làm việc khác nhau

Trong nghiên cứu này, chúng tôi áp dụng công nghệ thị giác máy để xác định vị trí bàn làm việc một cách chính xác và linh hoạt Phương pháp này không chỉ giúp xác định vị trí bàn làm việc mà còn có khả năng tích hợp với các chức năng khác của hệ thống, như phát hiện lỗi sản phẩm.

2.10 Phương pháp xác định nắp, ron, nhãn, lô sản xuất và hạn sử dụng bằng thị giác máy

Trong hệ thống kiểm tra chất lượng sản phẩm tự động, việc xác định chính xác các thành phần như nắp, ron, nhãn, lô sản xuất và hạn sử dụng là rất quan trọng Điều này giúp đảm bảo sản phẩm đạt tiêu chuẩn và an toàn cho người tiêu dùng Thị giác máy đóng vai trò then chốt trong quá trình này.

(Machine Vision) là một công nghệ hiệu quả để thực hiện nhiệm vụ này, nhờ khả năng xử lý ảnh nhanh chóng và chính xác

2.10.1 Xác định nắp và ron bằng Cognex VisionPro CogHistogramTool

Cognex VisionPro CogHistogramTool là công cụ phân tích màu sắc và cường độ sáng hiệu quả trong ảnh, giúp xác định nắp và ron bằng cách phân tích biểu đồ histogram của vùng ảnh tương ứng Công cụ này so sánh với mô hình đã được xây dựng từ ảnh mẫu để đánh giá trạng thái OK (bình thường) hay NG (lỗi) của nắp và ron.

• Độ chính xác cao: Nhận diện chính xác các lỗi nhỏ về màu sắc và cường độ sáng

• Đơn giản, dễ thực hiện: Không yêu cầu kiến thức chuyên sâu về xử lý ảnh

• Khả năng thích ứng: Dễ dàng điều chỉnh để phù hợp với nhiều loại nắp và ron khác nhau

2.10.2 Xác định nhãn, lô sản xuất và hạn sử dụng bằng Cognex VisionPro OCR Tool

Cognex VisionPro OCR Tool là một công cụ nhận dạng ký tự quang học hiệu quả, giúp tự động và chính xác trích xuất thông tin chữ và số từ nhãn sản phẩm Trong bài viết này, chúng tôi sẽ tập trung vào việc sử dụng công cụ OCR để xác định các thông tin quan trọng.

• Nhãn sản phẩm: Nhận dạng và trích xuất tên sản phẩm, thành phần, hướng dẫn sử dụng, v.v

• Lô sản xuất: Nhận dạng và trích xuất mã lô sản xuất để theo dõi và quản lý sản phẩm

• Hạn sử dụng: Nhận dạng và trích xuất ngày sản xuất và hạn sử dụng để đảm bảo chất lượng và an toàn sản phẩm Ưu điểm:

• Độ chính xác cao: Nhận diện chính xác thông tin trên nhãn, kể cả khi bị biến dạng, mờ nhạt hoặc in trên các bề mặt khác nhau

• Tốc độ xử lý nhanh: Xử lý và trích xuất thông tin từ nhiều nhãn cùng lúc, giúp tăng năng suất kiểm tra

• Khả năng tùy chỉnh: Dễ dàng tùy chỉnh để nhận dạng các loại nhãn, phông chữ và định dạng thông tin khác nhau.

THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG

Thi công phần cứng

Mô hình cánh tay robot 5 bậc tự do của nhóm nghiên cứu là mô hình thực nghiệm, do đó mô hình cần có các yêu cầu như sau:

- Có thể vận hành trong một không gian hạn chế chịu tác động nhiễu tốt

- Tính toán lắp đặt và phân bổ các thiết bị trong hệ thống

- Đảm bảo tính an toàn, tiện lợi, hợp lý và đẹp mắt

3.1.2 Thiết kế và bố trí phần cứng

Sơ đồ layout bố trí base cho mô hình gồm có: Robot 5 bậc, Camera cognex

Cam – CIC – 10MR - G , bàn xoay và hai khay đựng sản phẩm

Hình 3 1 : Bố trí thiết bị

Thi công phần điện

3.2.1.1.Thiết bị bảo vệ mạch động lực

Thiết bị bảo vệ mạch động lực, như MCCB EA52AC, có vai trò quan trọng trong việc ngăn chặn các sự cố nguy hiểm và bảo vệ các thành phần thiết yếu khỏi hư hỏng do quá tải, ngắn mạch, mất pha và các vấn đề khác.

Bảng 3 1: Thông số kỹ thuật MCCB EA52AC Đặc điểm Hình ảnh

Dòng ngắn mạch: 5kA(380-400VAC)

Bảng 3 2 : Thông số kỹ thuật CB CP30-BA Đặc điểm Hình ảnh

Dòng điện định mức: 5A (AC250V /

Khả năng ngắt dòng ngắn mạch: 2.5K A

Trạm PLC bao gồm các thành phần chính như main base CPU, module nguồn, CPU chính, motion CPU và các module I/O Dưới đây là bảng thể hiện các thành phần của trạm PLC được nhóm sử dụng.

Module Main base Nguồn CPU chính Motion CPU Output

Base Q38B là một thành phần thiết yếu trong hệ thống PLC Mitsubishi Q Series, giúp nâng cao khả năng và chức năng của bộ PLC thông qua việc kết nối các module I/O và các module khác Nhờ vào module base, PLC có thể kết nối và kiểm soát các thiết bị ngoại vi cũng như tín hiệu trong quy trình công nghiệp.

Bảng 3 4 : Thông số kỹ thuật Base Q38B Đặc điểm Hình ảnh

Phạm vi sử dụng: Q series

Số khe cắm: 8 I/O slots và 1 power supply slot

Nguồn Q61P đóng vai trò thiết yếu trong việc cung cấp điện ổn định cho hệ thống PLC Mitsubishi Q Series và các thiết bị ngoại vi, đảm bảo hoạt động an toàn và hiệu quả trong môi trường công nghiệp.

Bảng 3 5: Thông số kỹ thuật Nguồn Q61P Đặc điểm Hình ảnh

Nguồn điện vào: 200 đến 240VAC (170 đến 264VAC)

Tần số đầu vào: 50/60Hz ±5%

Giới hạn dòng lớn nhất: 105VA

Dòng ra định mức: 6A/5VDC, 6A/24VDC

Bảo vệ quá áp, dòng: tối đa 6.6A, 6V

Q03UDECPU là một bộ vi xử lý mạnh mẽ, lý tưởng cho các ứng dụng điều khiển và tự động hóa Với khả năng xử lý nhanh chóng, nó cung cấp hiệu suất giao tiếp và điều khiển vượt trội, giúp nâng cao tốc độ xử lý và phản hồi trong các hệ thống tự động.

Bảng 3 6 : Thông số kỹ thuật Q03UDECPU Đặc điểm Hình ảnh

Tốc độ xử lý (LD instruction): 0.02μs

Bộ nhớ chương trình: 180 KB

Số I/O tối đa có thể mở rộng: 8192

Tích hợp nhiều CPU tốc độ cao

Cổng truyền thông: USB, Ethernet

Module điều khiển chuyển động CPU Q173DS của Mitsubishi là một thiết bị độc lập, được thiết kế đặc biệt để quản lý các trục chuyển động trong các ứng dụng tự động hóa và môi trường công nghiệp.

Với khả năng điều khiển chuyển động phức tạp, bao gồm vị trí, tốc độ, gia tốc và lực, hệ thống này sử dụng bộ xử lý mạnh mẽ và tốc độ xử lý cao Điều này cho phép thực hiện các phép tính chuyển động phức tạp và triển khai các chương trình điều khiển nhanh chóng và hiệu quả.

Bảng 3 7 : Thông số kỹ thuật CPU Q173DS Đặc điểm Hình ảnh

Số trục điều khiển: 32 trục

Hệ điều hành: SV22 / SV13 Điểm định vi: 3200 điểm

Chu kỳ hoạt động: 0.44ms/ 1 đến 6 trục,

0.88ms/ 7 đến 16 trục, 1.77ms/ 17 đến 32 trục

Truyền thông SSCNET: SSCNET III ,

Bảng 3 8 : Thông số kỹ thuật QY42P Đặc điểm Hình ảnh

Ngõ ra Transistor (Sink) Điện áp đầu ra: 12-24V DC

Thời gian đáp ứng: 2 us

Cấp độ bảo vệ: IP2X

Hình 3 2: Sơ đồ điều khiển của ngõ ra QY42P

Để điều khiển servo motor theo tín hiệu từ bộ điều khiển chính, module sử dụng driver để chuyển đổi tín hiệu thành điện áp, dòng điện và tín hiệu xung Điều này cho phép kiểm soát chính xác vị trí của servo motor dựa trên các thông số và tín hiệu điều khiển Driver cung cấp các chức năng điều khiển vị trí, tốc độ và gia tốc, đảm bảo servo motor di chuyển và định vị chính xác theo quỹ đạo yêu cầu.

Driver được trang bị chức năng bảo vệ và giám sát, giúp đảm bảo an toàn cho servo motor trước các tình huống quá tải, quá dòng và quá nhiệt Nó có khả năng ngắt kết nối và cung cấp cảnh báo khi phát hiện điều kiện bất thường.

Có nhiều loại driver khác nhau tùy vào mục đích sử dụng Đối với đề tài này, nhóm em sử dụng driver MR J4W2 22B và MR J3W 22B

Bảng 3 9 : Thông số kỹ thuật MR-J3W-22B Đặc điểm Hình ảnh

Công suất định mức ngõ ra: 200W Điện áp định mức ngõ ra: 3 pha 170VAC

Số trục điều khiển tối đa: 2 trục

Dòng định mức mỗi trục: 2.8A

Nguồn điện mạch chính: 3 pha hoặc 1- pha 200 VAC đến 240 VAC, 50/60 Hz

Dòng định mức mạch chính: 7.8A

Nguồn điện mạch điều khiển: 1-pha 200

Dòng định mức mạch điều khiển: 0.4A

Bảng 3 10 : Thông số kỹ thuật MR-J4W2-22B Đặc điểm Hình ảnh

Công suất định mức ngõ ra: 200W Điện áp định mức ngõ ra: 3 pha 170VAC

Số trục điều khiển tối đa: 2 trục

Dòng định mức mỗi trục: 1.5A

Nguồn điện mạch chính: 3 pha hoặc 1- pha 200 VAC đến 240 VAC, 50/60 Hz

Dòng định mức mạch chính: 4.3A

Nguồn điện mạch điều khiển: 1-pha 200

Dòng định mức mạch điều khiển: 0.4A

Bộ truyền động là cấu phần thiết yếu trong thiết kế robot, trong đó nhóm chúng tôi sử dụng servo HG KR23B 200W có phanh cho các khớp 2 và 3, giúp chịu tải trọng lớn của cánh tay robot và duy trì vị trí khi có sự cố Đối với các khớp 1, 4 và 5, chúng tôi chọn servo HF MP13 lo 100W không có phanh, vì không chịu tải trọng lớn và không cần giữ nguyên vị trí khi xảy ra sự cố.

Bảng 3 11 : Thông số kỹ thuật HG KR23B Điện áp cung cấp: 200VAC

Tốc độ vòng quay: 3000 vòng/phút

Encoder: 22-bit, độ phân giải 4.194.304 xung/vòng

Mô men xoắn: 0.64 Nm, Max 2.2 Nm

Servo Amplifiler: MR J4 Động cơ có thắng: 24V

Bảng 3 12 : Thông số kỹ thuật HF MP13 Điện áp cung cấp: 200VAC

Tốc độ vòng quay: 3000 vòng/phút

Encoder: 18 bit, độ phân giải 262.144 xung/vòng

Mô men xoắn: 0.32 Nm, Max 0.95 Nm

3.2.2 Lựa chọn van và xylanh khí nén

Bảng 3 13 : Thông số kỹ thuật SY5220-5MZ-01 Đặc điểm Hình ảnh

Loại van: 5/2 (5 cổng, 2 vị trí)

Kích thước cổng: Rc1/8 (PT1/8)

Kiểu hoạt động: Điều khiển kép (Double solenoid) Điện áp: 24VDC Áp suất hoạt động: 0.1 - 0.7 MPa

Bảng 3 14 : Thông số kỹ thuật MHZ2-20D Đặc điểm Hình ảnh

Kiểu: Xi lanh kẹp tác động kép Đường kính piston: 20mm

Lực kẹp (ở 0.5 MPa): Áp suất hoạt động: 0.1 - 0.7 MPa

Chất liệu: Hợp kim nhôm

3.2.3 Lựa chọn camera Để phát hiện lỗi trên các sản phẩm, yêu cầu tốc độ xử lý và kiểm tra một cách chính xác thì nhóm em chọn cammera cognex CAM-CIC-10MR-10G

Bảng 3 15: Thông số kỹ thuật CAM-CIC-10MR-10G Điện áp định mức: 12V - 24VDC

Công suất: 3.5W Độ phân giải: 3856x2764pixels

Số khung hình cho mỗi giây: 10FPS

I/O: 1x digital input và 1 x digital output

Kết nối cammera với máy tính và truyền thông Ethenet

Hình 3 4 : Nối dây tín hiệu và nguồn điện

Bảng 3 16: Thông số kỹ thuật Key cognex visionpro Đặc điểm Hình ảnh

Hệ điều hành hỗ trợ: Windows 10 (64-bit),

• Bộ xử lý: Intel Core i5 trở lên

• Ổ cứng: 10GB dung lượng trống

• Card đồ họa: Hỗ trợ OpenGL 3.2 trở lên

Ngôn ngữ lập trình: C++, NET, C#

Các công cụ xử lý ảnh:

• Nhận dạng ký tự quang học (OCR)

• Phân loại (High Dynamic Range -

Bảng 3 17 : Thông số kỹ thuật Fujinon HF8XA-5M

Góc nhìn: 58.4° x 44.6° (trên cảm biến

Khoảng cách làm việc: 00-100mm Điều chỉnh lấy nét và khẩu độ: Thủ công

Kớch thước cảm biến:2/3" (3.45àm)

Sơ đồ nối dây mạch động lực

Sơ đồ nối dây mạch điều khiển

Hình 3 7 : Hệ thống kết nối dây cáp của mạng SSCNETIII/H

Hình 3 8 : Kết nối Ethenet các thiết bị laptop, cpu, camera, hub

Thi công thiết kế giao diện người dùng

Giao diện hiển thị trên thiết bị giám sát sử dụng phần mềm tiên tiến, mang lại trải nghiệm trực quan hơn so với thiết bị điều khiển HMI Nó tích hợp hình ảnh giúp người dùng dễ dàng nhận diện và tương tác hiệu quả.

Hình 3 9 : Giao diện màn hình SoftGot2000

Hình 3 10 : Giao diện phần JOG của SoftGot2000

Tại màn hình JOG được chia thành với mỗi chức năng riêng

Bảng số 1 có các nút nhấn "RELEASE" và "BRAKE" để điều khiển thắng của servo, cùng với nút "SERVO ON" và "SERVO OFF" để bật tắt servo Để khởi động hệ thống, nhấn lần lượt hai nút "SERVO ON" và "RELEASE" Để dừng hệ thống, nhấn theo thứ tự "BRAKE" và "SERVO OFF".

Nút "FORWARD" được sử dụng để tính toán động học của robot, hiển thị giá trị liên tục trong bảng 2 trong suốt quá trình hoạt động của hệ thống Trong khi đó, nút "HOME RETURN" hỗ trợ robot trở về vị trí ban đầu sau mỗi lần chạy.

Bảng số 3 là khu vực điều khiển Jog và cài đặt điểm home cho từng trục Để Jog trục, nhập tốc độ phù hợp và chọn hướng ở cột Run (chiều dương hoặc ngược chiều kim đồng hồ) Khi đến điểm cần thiết lập làm điểm home, nhấn nút “F” ở cột Home để cài đặt Giá trị hiện tại sẽ được hiển thị ở cột FEED CURRENT VALUE.

Bảng số 4 là khu vực chuyển trang mà người dùng có thể truy cập, trong khi bảng số 5 hiển thị đèn báo cho sáu trục robot Mỗi đèn sẽ sáng lên khi trục tương ứng đang hoạt động và tắt khi không hoạt động Cả hai bảng 4 và 5 sẽ được hiển thị trên mỗi trang.

Hình 3 11 : Giao diện phần Go ABS của SoftGot2000

Màn hình điều khiển góc quay GO ABS bao gồm ba bảng: Bảng 1 chứa các nút nhấn, Bảng 2 xác định vị trí điểm cuối của robot, và Bảng 3 là màn hình điều khiển cho quá trình chạy gốc xoay.

Bảng 1 hiển thị hai nút "ON ABS" và "OFF ABS" cho phép điều khiển robot với các góc quay mong muốn Để thực hiện điều khiển góc quay, người dùng cần nhập góc quay vào cột INPUT ANGLE ở bảng 3, nhập tốc độ quay tại cột SPEED, sau đó nhấn các nút ở cột Run ABS để kích hoạt các góc quay đã nhập.

Hình 3 12 : Giao diện phần POS của SoftGot2000

Tại màn hình điều khiển vị trí POS bao gồm bảng 1 là các nút nhấn và bảng 2 là màn hình hiển thị

Tại bảng1, hai nút “ON INVERSE” và “OFF INVERSE” có chức năng cho phép nút

"INVERSE" được sử dụng để tính toán động học nghịch cho robot Người điều khiển nhập tọa độ xyz vào cột INPUT POSITION, sau đó giá trị tương ứng sẽ được tính toán và hiển thị tại cột INVERSE ANGLE cho các trục.

“RUN” trên bảng điều khiển , robot sẽ chạy đến điểm chúng ta mong muốn

Hình 3 13 : Giao diện hiển thị ERROR của SoftGot2000

Màn hình hiển thị lỗi trên mỗi servo sẽ xuất hiện sau khi mở máy, và trong quá trình hoạt động, các lỗi sẽ được hiển thị ở bảng 1 cho từng trục Để RESET lỗi, người dùng cần nhấn nút tại cột RESET để xóa lỗi Tuy nhiên, trong một số trường hợp, lỗi có thể do phần cứng, yêu cầu phải sửa chữa thủ công thay vì chỉ đơn giản là xóa lỗi.

Hình 3 14 : Giao diện phần chạy AUTO của SoftGot2000

Màn hình AUTO là thiết bị điều khiển camera kết hợp với robot và bàn xoay, giúp phát hiện sản phẩm lỗi Trên bảng điều khiển, nút “RUN AUTO” cho phép mô hình hoạt động để phát hiện lỗi, trong khi nút “STOP” ngừng hoạt động của hệ thống.

Bảng điều khiển tốc độ xoay của bàn xoay và số lượng sản phẩm đưa vào là yếu tố quan trọng để đảm bảo camera bát hoạt động hiệu quả Nhóm chúng tôi sử dụng camera để phát hiện các lỗi ngoại quan của chai thuốc nhỏ mát, với tốc độ xoay được điều chỉnh từ 1-16 vòng/phút qua nhiều lần thử nghiệm.

Trong giao diện mà nhóm thiết kế ở giao diện c# gồm 3 giao diện chính: 1.CONNECT, 2.LOAD PROGRAM, 3 RUNPROGRAM

Hình 3 15 : Giao diện phần CONNECT bên C#

Màn hình 1 kết nối với bảng 1 và bảng 2 Bảng 1 chứa các nút kết nối camera, cho phép người dùng chụp hình ảnh bằng cách nhấn nút "CONNECT CAM" và sau đó nhấn nút để thực hiện thao tác.

“LIVE CAM” để xem video hiển thị , sau đó chúng ta điều chỉnh độ sáng tối ở ô số

50 Ở bảng 2 phần kết nối với PLC ta chọn kết nối MC Protocol với IP của CPU ở ô số 3 và port điều khiển ở ô số 4 khi ngắt kết nối thì nhấn nút “DISCONNECT” để ngắt kết nối Bảng số 3 là tab chuyển giao diện, bảng này sẽ có ở 3 mà hình giao diện

Giao diện tải chương trình trong C# cho phép người dùng tải một chương trình xử lý ảnh từ phần mềm Quizbuid Màn hình này bao gồm nút “LOAD” để thực hiện việc tải chương trình lên.

Sau khi chỉnh sửa chương trình, bạn cần sử dụng chức năng “SAVE” để lưu lại các thay đổi Bảng số 2 hiển thị giao diện của CogTool, cho phép bạn thao tác xử lý ảnh và thực hiện các tác vụ huấn luyện ảnh một cách hiệu quả.

Hình 3 17 : Giao diện hiển thị kết quả

Các bài toán giải thuật cho Robot

3.4.1.Đặt trục cho cánh tay robot Để đặt trục cho cánh tay robot, có một số yếu tố quan trọng cần xem xét, bao gồm cấu trúc của robot và mục đích sử dụng cụ thể Cần xác định số lượng và vị trí các trục, xác định loại trục chuyển động, xác định các góc và khoảng cách giữa các trục, tuân thủ quy tắc bàn tay phải và các kí tự quy ước sau: o Khung thứ i được gắn bằng các trục nối với liên kết thứ i o Trục z i được chọn dọc theo trục khớp thứ i o Trục x i được chọn theo đường vuông góc chung z i và z i + 1 o Trục y i được chọn để làm thành một tọa độ bên phải

Hình 3 18 : Đặc trục cho robot 5 bậc

Sau khi xác định trục cho robot và tuân theo các quy tắc đã nêu ở phần 3.4.1, chúng ta sẽ tiến hành xây dựng bảng DH cho robot Bảng DH cho robot 5 bậc sẽ được trình bày trong bảng dưới đây.

Trong bài viết này, ai-1 đại diện cho khoảng cách từ Ẑi-1 đến ẐI, được đo dọc theo trục X̂ i-1 Góc quay αi-1 từ Ẑi-1 đến Ẑi quanh trục X̂ i-1 tuân theo quy tắc bàn tay phải Khoảng cách di là khoảng cách từ X̂ i-1 đến X̂ i, được đo dọc theo trục Ẑi Cuối cùng,  i là góc quay từ trục X̂ i-1 đến X̂ i quanh trục Ẑi.

Vị trí điểm cuối chiếu lên hệ trục tọa độ thứ 5:

3.4.3.Tính toán động học thuận

- Ma trận chuyển đổi đồng nhất giữa các thanh liên kết i-1 và i

Nếu viết ở dạng thứ 2 ta sẽ có:

 là ma trận xoay và

  là ma trận tịnh tiến của hệ trục

- Thế từng khớp ở vào công thức (3.1) ta được

+ Ma trận chuyển đổi giữa khớp 0 và khớp 1:

+ Ma trận chuyển đổi giữa khớp 1 và khớp 2:

+ Ma trận chuyển đổi giữa khớp 2 và khớp 3:

+ Ma trận chuyển đổi giữa khớp 3 và khớp 4:

+ Ma trận chuyển đổi giữa khớp 4 và khớp 5:

- Công thức liên hệ giữa các ma trận chuyển đổi đồng nhất:

- Thế các ma trận chuyển đổi vào công thức (3.7) ta được ma trận chuyển đổi giữa khớp thứ 0 và 5:

- Tìm vị trí điểm đầu cuối:

3.4.4.Tính toán động học nghịch

Quy ước chiều chuyển động của vật được mô tả như Hình 3.18, với góc quay theo chiều dương tăng dần từ 0.000000 đến 359.999990, và giảm từ 359.999990 về 0.000000 khi sử dụng bộ điều khiển Q173DSCPU với đơn vị điều khiển là “degree” Đặt    = + + 2 3 4, trong đó  biểu thị hướng của điểm cuối của robot mà chúng ta mong muốn.

- Từ công thức (3.10) ta có:

- Từ công thức (3.11) ta có:

- Lấy phương trình thứ 2 chia phương trình thứ 1 ta có:

- Từ công thức (3.13) ta tìm được góc  1 :

- Từ công thức (3.11) ta có:

- Đặt N y = P z − + l 0 l c 4 234 ta được phương trình (3.16)

- Nhân phương trình 1 với c 1 và phương trình 2 với s 1 ở công thức (3.12):

- Cộng 2 vế phương trình ta được:

- Đặt N x =P c x 1 +P s y 1 − −l 1 l s 4 234 ta có phương trình (3.18):

- Tính tổng bình phương của 2 phương trình (3.16) và (3.18) sau đó rút gọn ta được phương trình:

- Từ công thức (3.19) ta tìm được:

- Theo công thức cơ bản của lượng giác ta có:

- Từ công thức (3.20) và (3.21) ta tìm được góc  3 :

- Từ phương trình (3.16) và (3.18) ta biến đổi:

- Nhân phương trình 1 của hệ phương trình cho l 2 +l c 3 3 và nhân phương trình 2 cho l s 3 3 ta được

- Cộng 2 vế hệ phương trình (3.24) ta được:

- Từ phương trình (3.25) ta tìm được:

- Tương tự ta có phương trình (3.27):

- Cộng 2 vế hệ phương trình (3.27) ta được:

- Từ phương trình (3.26) và (3.28) ta tìm được  2 :

- Ta có    = + + 2 3 4 Từ đây ta tìm được  4

- Sau khi tính toán ta có thể tìm được 4 bộ nghiệm tương ứng Mỗi bộ nghiệm sẽ tương ứng với một cấu hình hoạt động của robot:

Hướng của robot được xác định từ gốc tọa độ của thanh liên kết cuối cùng đến vị trí điểm cuối của robot so với gốc tọa độ đã đặt Cụ thể, hướng của robot được tính bằng công thức:  = 2 + 3 + 4.

Khi góc  thay đổi, các góc  2,  3 và  4 cũng sẽ thay đổi, dẫn đến sự thay đổi trong cấu hình của robot, mặc dù vị trí điểm cuối của nó vẫn không thay đổi Do đó, hướng của robot là yếu tố quan trọng cần lưu ý khi lập trình cho robot.

Không gian làm việc của robot được xác định là khu vực mà robot có khả năng di chuyển, bị giới hạn bởi góc quay của các khớp và chiều dài của các thanh nối.

Không gian hoạt động của robot chịu ảnh hưởng lớn từ hướng di chuyển của nó Trong bài viết này, góc hoạt động của robot sẽ được xác định và giới hạn bởi biểu thức cụ thể dưới đây.

Khi hướng của robot bằng 0 thì ta sẽ có thanh cuối sẽ luôn vuông góc với gốc tọa độ Điều này phù hợp với mục đích của đề tài

Dựa vào mô hình robot, giới hạn các góc quay của robot được thể hiện bởi bảng dưới đây:

Bảng giới hạn góc quay của năm khớp xoay được trình bày như sau: Khớp xoay thứ nhất 𝜃 1 có giới hạn từ -90 đến 110 độ; khớp xoay thứ hai 𝜃 2 từ -20 đến 100 độ; khớp xoay thứ ba 𝜃 3 từ -140 đến 100 độ; khớp xoay thứ tư 𝜃 4 từ -160 đến 100 độ; và khớp xoay thứ năm 𝜃 5 từ -180 đến 180 độ.

     Từ giới hạn vật lý của robot ta có thể tìm ra giới hạn góc của robot cho phù hợp với nhu cầu và môi trường xung quanh robot

Hình 3 19 : Hình vẽ không gian làm việc của robot

Hình 3.19 thể hiện không gian làm việc của robot trong mặt phẳng Oxyz, với góc nhìn từ trên xuống Khu vực màu xanh đại diện cho không gian làm việc của robot trong mặt phẳng này.

Giải thuật xử lý ảnh

Lưu đồ xử lý ảnh, kết nối camera với phần mền C#, sau đó live cam và kiểm tra độ sáng thích hợp để bắt lỗi của vật

Hình 3 20: Lưa đồ giải thuật của Camera Cognex

Điều khiển Robot

Việc điều khiển robot, cho phép người dùng thực hiện các thao tác điều khiển robot với các thao tác cơ bản:

• Chế độ Jog: Điều khiển robot chạy từng trục với tốc độ jog nhập vào tùy ý, có thể chọn chiều xoay của động cơ

• Chế độ Home: Cài đặt vị trí home, hình dạng ban đầu của robot

Chế độ chạy vị trí cho phép robot di chuyển chính xác đến tọa độ x-y-z đã nhập trên bảng điều khiển Bằng cách sử dụng công thức tính động học nghịch, hệ thống sẽ xác định các góc cần thiết của mỗi động cơ, đảm bảo robot hoạt động đúng theo yêu cầu.

• Chế độ chạy ABS : Nhập các gốc quay và tốc độ chuyển cho các động cơ

Chế độ Auto là tính năng vận hành kết hợp với chương trình C# để phát hiện lỗi sản phẩm Chế độ này cho phép người dùng chọn tốc độ bàn xoay phù hợp, giúp camera dễ dàng nhận diện và phát hiện các lỗi một cách hiệu quả.

• Lưu đồ giải thuật kết hợp giữa Robot, bàn xoay và camera

Hình 3.21 : Lưu trình chế độ chạy AUTO

VẬN HÀNH HỆ THỐNG

Kiểm chứng động học thuận

- Kiểm chứng động học thuận bằng cách cho các góc đặc biệt để kiểm tra xem robot có đúng như chúng ta đã đặt trục hay chưa

- Cấu hình của robot từ hình 1 và bảng 1 ta suy ra được

- Ở vị trí ban đầu  1 = 0,  2 = 90,  3 = − 90,  4 = 0,  5 = 0 ta thu được kết quả trong mô phỏng như sau:

Hình 4 2 : Chạy mô hình thực tế  1 = 0,  2 = 90,  3 = − 90,  4 = 0,  5 = 0

Sau khi thực hiện mô phỏng và thu được kết quả như Hình 4.2, chúng ta nhận thấy rằng vị trí ban đầu hoàn toàn phù hợp với chiều và góc đã được quy định Điều này cho thấy điểm đầu cuối và hình dạng của mô hình đều đúng theo các quy ước đã thiết lập trước đó.

- Chọn các góc  1 = 0,  2 = 0,  3 = 0,  4 = 0,  5 = 0 ta thu được các kết quả sau:

Hình 4 4 : Chạy thực nghiệm với  1 = 0,  2 = 0,  3 = 0,  4 = 0,  5 = 0

- Chọn các góc  1 = 90,  2 = 0,  3 = 90,  4 = 0,  5 = 0 ta thu được các kết quả sau:

Hình 4 6 : Chạy thực nghiệm với  1 = 90,  2 = 0,  3 = 90,  4 = 0,  5 = 0

- Chọn các góc  1 = 0,  2 = 0,  3 = 0,  4 = 90,  5 = 0 ta thu được các kết quả sau:

Hình 4 8 : Chạy thực nghiệm với  1 = 0,  2 = 0,  3 = 0,  4 = 90,  5 = 0

Kiểm chứng động học nghịch

- Xét điểm A ( 400; 400; 250 ) mm Đưa tọa độ điểm A qua khối động học nghịch ta tìm được bộ nghiệm

Hình 4 10 : Kiểm chứng động học nghịch lần 1

Hình 4 11 : Chạy thực nghiệm lần 1

Hình 4 13 : Kiểm chứng động học nghịch lần 2

Hình 4 14 : Chạy thực nghiệm lần 2

Hình 4 16 : Kiểm tra động học nghịch lần 3

Kiểm tra lỗi sản phẩm

Bảng 4 1 :Bảng đối chiếu sản phẩm OK và NG

Lỗi Sản phẩm OK Sản Phẩm NG

Dưới đây sau khi chạy chương trình camera bắt được kết quả là OK của vật thì nó sẽ hiển thị giống như giao diện dưới đây:

Hình 4 18 : Sản phẩm đạt chuẩn (OK)

➢ Sản phẩm không đạt chuẩn

Dưới đây camera đã bắt được vật là NG vì thiếu mất 1 bộ phận là nắp, giao diện được cập nhật như hình dưới đây:

Dưới đây là camera đã bắt được vật là NG với lỗi là mất Rong và được hiển thị ở giao diện phía dưới

Hình 4 20 : Sản phẩm mất rong

Dưới đây là camera đã bắt được vật là NG với lỗi là mất chữ “a” trong chữ

“Natri” và được hiển thị ở giao diện phía dưới

Camera đã ghi lại vật thể là NG do mất số "6", trong khi số cần xác nhận là "280826", được hiển thị trên giao diện dưới đây.

Hình 4 22 : Sản phẩm mất hạn sử dụng (NG)

Camera đã ghi lại vật thể có mã số NG do thiếu số “2”, trong khi số cần nhận diện là “1860224”, như hiển thị trong giao diện dưới đây.

Hình 4 23 : Sản phẩm mất lô sản xuất (NG)

Các sản phẩm "NG" sẽ được đánh dấu bằng màu đỏ, trong khi các sản phẩm "OK" sẽ được khoanh màu xanh Nhóm nghiên cứu đã xác định các lỗi bao gồm: lỗi mất nắp, lỗi mất rong, lỗi lô sản xuất, lỗi hạn sử dụng và lỗi nhãn hiệu.

➢ Đối với vận tốc bàn xoay

- Với tốc độ bàn xoay 13 vòng/phút phân loại đạt chuẩn: số lượng sản phẩm OK/NG là 5/5

Hình 4 24 : Khay đựng sản phẩm thực nghiệm lần 1

Hình 4 25 : Kết quả thực nghiệm lần 1

- Với tốc độ bàn xoay 14 vòng/phút phân loại đạt chuẩn: Số lượng sản phẩm OK/NG là 5/5

Hình 4 26 : Khay đựng sản phẩm thực nghiệm lần 2

Hình 4 27 : Kết quả thực nghiệm lần 2

- Với tốc độ bàn xoay 16 vòng/phút phân loại đạt chuẩn: số lượng sản phẩm OK/NG là 5/5

Hình 4 28 : Khay đựng sản phẩm thực nghiệm lần 3

Hình 4 29 : Kết quả thực nghiệm lần 3

- Với tốc độ bàn xoay 17 vòng/phút phân loại đạt chuẩn: số lượng sản phẩm OK/NG là 5/5, phân loại sai 1 sản phẩm OK

Hình 4 30 : Khay đựng sản phẩm thực nghiệm lần 4

Hình 4 31 : Kết quả thực nghiệm lần 4

Sau khi tiến hành thử nghiệm với nhiều tốc độ bàn xoay, chúng tôi nhận thấy rằng tốc độ tối ưu từ 1-16 vòng/phút mang lại khả năng phát hiện sản phẩm lỗi tốt nhất.

➢ Đối với đánh giá số lượng sản phẩm phân loại : Nhóm em chọn tốc độ bàn xoay là 16 vòng/phút

- Số sản phẩm đưa vào: 5 sản phẩm (Với 2 sản phẩm NG và 3 sản phẩm OK)

Hình 4 32 : Khay đựng sản phẩm thực nghiệm lần 5

Hình 4 33 : Kết quả thực hiện lần 5

- Số sản phẩm đưa vào: 7 sản phẩm (Với 3 sản phẩm NG và 4 sản phẩm OK)

Hình 4 34 : Khay đựng sản phẩm thực nghiệm lần 6

Hình 4 35 : Kết quả thực nghiệm lần 6

- Số sản phẩm đưa vào: 8 sản phẩm (Với 5 sản phẩm NG và 3 sản phẩm OK)

Hình 4 36 : Khay đựng sản phẩm thực nghiệm lần 7

Hình 4 37 : Kết quả thực nghiệm lần 7

- Số sản phẩm đưa vào: 10 sản phẩm (Với 5 sản phẩm NG và 5 sản phẩm OK)

Hình 4 38 : Khay đựng sản phẩm thực nghiệm lần 8

Nghiên cứu đã thành công trong việc ứng dụng robot 5 bậc tự do kết hợp với thị giác máy để phát hiện lỗi sản phẩm Hệ thống được xây dựng chứng minh tính hiệu quả và khả năng ứng dụng cao trong thực tế.

Cụ thể, đề tài đã đạt được các kết quả sau:

1 Xây dựng hệ thống tích hợp: Hệ thống gồm robot 5 bậc tự do FANUC LR

Mate 100iB, camera Cognex và bàn xoay đã được tích hợp thành công, hoạt động ổn định và phối hợp nhịp nhàng để thực hiện nhiệm vụ kiểm tra lỗi sản phẩm.

2 Robot: Xây dựng, tính toán động học Robot, thiết kế được chương trình điều khiển Robot và điều khiển Robot chạy điểm

3 Thuật toán xử lý ảnh: Đề tài đã nghiên cứu và phát triển thành công thuật toán xử lý ảnh để nhận diện và phân loại các loại lỗi sản phẩm Ứng dụng thuật toán này có độ chính xác cao, có khả năng phát hiện các lỗi nhỏ và phức tạp

4 Tối ưu hóa tốc độ bàn xoay: Đề tài đã tìm ra tốc độ quay tối ưu của bàn xoay từ 1-16 (vòng/phút), đảm bảo camera có thể thu thập đủ dữ liệu hình ảnh để xử lý mà không gây ra lỗi do chuyển động quá nhanh

➢ Kết quả thực nghiệm tốc độ bàn xoay tăng dần với 10 sản phẩm mẫu

Bảng 5 1 : Kết quả thực nghiệm với từng cấp tốc độ

STT Tốc độ bàn xoay

5 Giao diện người dùng: Đề tài đã thiết kế một giao diện người dùng thân thiện, cho phép người vận hành dễ dàng giám sát, điều khiển quá trình kiểm tra và xem kết quả Giao diện này trực quan, dễ sử dụng và cung cấp đầy đủ thông tin cần thiết cho người vận hành

6 Kết quả phân loại: Hệ thống đã được thử nghiệm với tốc độ 15.5 (vòng/phút)

Kết quả thử nghiệm cho thấy hệ thống đạt độ chính xác và độ tin cậy cao, được đánh giá qua nhiều lần thử nghiệm với các sản phẩm khác nhau.

➢ Kết quả thực nghiệm với số lượng sản phẩm mẫu đưa vào khác nhau

Bảng 5 2 : Kết quả thực nghiệm với từng số lượng sản phẩm đưa vào

STT Số SP mẫu đưa vào Số SP OK bắt được

Số SP NG bắt được Kết quả

Đánh giá

Hệ thống robot 5 bậc tự do kết hợp với camera công nghiệp đã chứng minh tính ưu việt trong việc phát hiện lỗi Với khả năng phát hiện nhanh chóng, chính xác và tự động, hệ thống này giúp giảm thiểu sự can thiệp của con người, tiết kiệm thời gian và chi phí, đồng thời nâng cao chất lượng sản phẩm.

Tuy nhiên, hệ thống vẫn còn một số hạn chế cần được cải thiện trong tương lai, bao gồm:

Hệ thống mới hiện chỉ có khả năng phát hiện một số loại lỗi sản phẩm nhất định, do đó cần tiếp tục nghiên cứu và phát triển để mở rộng khả năng phát hiện lỗi của nó.

Tốc độ xử lý ảnh của hệ thống hiện tại còn chậm, cần được nâng cao để đáp ứng yêu cầu từ các ứng dụng có tốc độ sản xuất cao.

Hệ thống hiện tại thiếu tính linh hoạt trong việc nhận diện và phân loại các loại sản phẩm khác nhau Để cải thiện điều này, cần phát triển thêm các thuật toán giúp hệ thống tự động nhận dạng và phân loại sản phẩm Đề tài cũng đưa ra một số hướng phát triển trong tương lai nhằm khắc phục những hạn chế hiện tại.

Nghiên cứu và phát triển các thuật toán xử lý ảnh tiên tiến là rất quan trọng, đặc biệt là việc áp dụng kỹ thuật học sâu (deep learning) để cải thiện khả năng phát hiện lỗi của hệ thống.

• Nâng cấp phần cứng: Sử dụng các loại camera và bộ xử lý có tốc độ cao hơn để tăng tốc độ xử lý ảnh của hệ thống

Phát triển giao diện người dùng thông minh bằng cách ứng dụng công nghệ trí tuệ nhân tạo giúp tạo ra các giao diện có khả năng tự động điều chỉnh thông số và cung cấp gợi ý cho người vận hành, nâng cao trải nghiệm người dùng.

• Kết hợp băng tải: Điều khiển Robot bắt vật chuyển động

Hệ thống ứng dụng robot 5 bậc tự do kết hợp với thị giác máy có tiềm năng mở rộng sang nhiều loại sản phẩm và lĩnh vực khác nhau như nông nghiệp và y tế Với những hướng phát triển này, hệ thống sẽ ngày càng hoàn thiện và có khả năng ứng dụng rộng rãi, góp phần thúc đẩy sự phát triển của ngành công nghiệp Việt Nam.

[1] https://tttt.ninhbinh.gov.vn/cach-mang-40/hieu-the-nao-ve-cuoc-cach-mang- cong-nghiep-lan-thu-tu-1305.html

[2] https://dattech.com.vn/bo-lap-trinh-plc-la-gi/

[3] http://xuongchetaomay.vn/su-khac-nhau-giua-dong-co-step-va-dong-co- servo

[4] http://china-yumo.com/newsdetail/whats-the-difference-between-absolute- and-incremental-encoders.html

[5] https://sieuthidientudong.com/san-pham/bo-dieu-khien-servo-mitsubishi- ac360.html

[6] https://hhtech.com.vn/bo-dieu-khien-chuyen-dongmelsec-qdieu-khien- chuyen-dong

[7] https://www.changjiangcai.com/files/text-books/Introduction-to-Robotics- 3rd-edition.pdf, tr.66-75, tr 107-124, tr.204-216

[8] https://vuletech.com/giai-phap/cognex-dung-dau-trong-machine-vision-va- barcode-reader/