Nhận dạng và phân loại sản phẩm bằng phương pháp xử lý hình ảnh dùng delta robot

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP LỜI CAM KẾT Chúng em, Phan Thanh Tú, Nguyễn Quốc Sâm Trần Trọng Hồng Anh xin cam đoan: -Đồ án tốt nghiệp thành từ nghiên cứu hoàn toàn thực tế thực theo hướng dẫn giáo viên hướng dẫn: Th.S Phạm Quốc Phương -Đồ án thực hoàn tồn mới, thành chúng tơi, khơng chép theo đồ án tương tự -Mọi tham khảo sử dụng đồ án trích dẫn nguồn tài liệu báo cáo danh mục tài liệu tham khảo -Mọi chép không hợp lệ, vi phạm quy chế nhà trường, chúng tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm Tp.HCM, ngày tháng năm 2017 SV thực đồ án Phan Thanh Tú Phan Thanh Tú -1311050149 Nguyễn Quốc Sâm -1311050009 Trần Trọng Hồng Anh -1311050001 Nguyễn Quốc Sâm Trần Trọng Hồng Anh Page ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP LỜI CẢM ƠN Trong quãng thời gian ngồi học tập giảng đường Đại học Công nghệ TP.HCM, dạy bảo quý thầy, cô giúp đỡ bạn Khoa Cơ – Điện – Điện tử, đặc biệt thầy, cô chuyên nghành bảo cho chúng em giúp chúng em tích lũy nhiều kiến thức quý giá để đến chúng em hoàn thành đồ án tốt nghiệp đại học Thầy Phạm Quốc Phương; người thầy hướng dẫn giúp tận tình chúng tơi thời gian nghiên cứu thực đồ án này,thầy hỗ trợ nhiều q trình tìm tòi nghiên cứu đồ án mặt lỹ thuyết việc thực nghiệm Một lần cuối,xin cám ơn thầy Phạm Quốc Phương hết lòng dạy với vai trò người thầy hướng dẫn để chúng tơi hồn thành nên đồ án ngày hôm nay!Mặc dù chuẩn bị cố gắng kiến thức chun mơn yếu, thời gian có hạn kinh nghiệm thực tế hạn chế nên đồ án chúng em khơng tránh khỏi sai sót, chúng em kính mong nhận bảo thầy, ! Cuối chúng em xin chúc thầy, cô toàn thể bạn lớp nhiều sức khỏe thành công việc Chúng em xin chân thành cảm ơn! Tp.HCM, ngày tháng năm 2017 SV thực đồ án Phan Thanh Tú Phan Thanh Tú -1311050149 Nguyễn Quốc Sâm -1311050009 Trần Trọng Hồng Anh -1311050001 Nguyễn Quốc Sâm Trần Trọng Hồng Anh Page ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TÓM TẮT Thực đề tài “Phân loại xử lý ảnh Labview điều khiển Delta robot” Nghiên cứu khái niệm, nguyên lý làm việc delta robot bậc tự sử dụng DC Servo để gắp sản phẩm Cánh tay robot di chuyển vật theo lộ trình định trước lặp lại thao tác camera phát vật Ứng dụng phần mềm LabVIEW giao tiếp với boad mạch Arduino Mega để lập trình cho robot Ứng dụng phần mềm Solidwords để thiết kế delta robot Phan Thanh Tú -1311050149 Nguyễn Quốc Sâm -1311050009 Trần Trọng Hồng Anh -1311050001 Page ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Mục lục TÓM TẮT CHƯƠNG GIỚI THIỆU 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 ĐẶT VẤN ĐỀ TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGỒI NƯỚC CHƯƠNG 10 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 10 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM 10 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA ROBOT 15 GIỚI THIỆU XỬ LÝ ẢNH TRONG CÔNG NGHIỆP 19 2.4 NỘI DUNG ĐỀ TÀI 22 2.4.1 KIỂU 3-PRPAR 22 2.4.2 KIỂU 3-RRPAR 24 2.4.3 KIỂU 3-P2S2S 25 2.4.4 KIỂU 3-R2S2S 26 2.4.5 BÀI TỐN VỊ TRÍ 30 2.4.6 HÌNH HỌC CƠ CẤU 30 2.4.7 ĐỘNG HỌC ĐẢO 31 2.4.8 CÁC CẤU HÌNH ĐẶC BIỆT 32 2.5 THIẾT KẾ PHẦN MỀM BẰNG LABVIEW 36 2.5.1 TỔNG QUAN VỀ LABVIEW 36 2.5.2 GIAO TIẾP LABVIEW VỚI ARDUINO UNO 37 2.5.3 KHỐI GIAO TIẾP VỚI ARDUINO 42 2.5.4 GIỚI THIỆU VỀ ADRUINO UNO 44 Phan Thanh Tú -1311050149 Nguyễn Quốc Sâm -1311050009 Trần Trọng Hồng Anh -1311050001 Page ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2.5.5 MẠCH ĐIỀU KHIỂN TỤ CẦU H L289: 47 2.5.6 ĐỘNG CƠ GA37: 49 CHƯƠNG 56 THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG CƠ KHÍ 56 3.1 THIẾT KẾ: 56 3.1.1 GIỚI THIỆU SOLIDWORK 56 3.1.2 THIẾT KẾ ROBOT TRÊN PHẦN MỀM SOLIDWORKS 58 3.1.3 XỬ LÝ ẢNH: 66 3.1.4 LƯU ĐỒ: 70 3.1.5 CHƯƠNG TRÌNH LABVIEW: 71 3.1.6 ADRUINO CHO LABVIEW: 75 3.2 THI CÔNG 77 CHƯƠNG 85 KẾT QUẢ THỰC HIỆN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 85 4.1 TÓM TẮT ĐỀ TÀI 85 4.2 KẾT QUẢ THỰC HIỆN 85 4.3 MỘT VÀI ĐỀ NGHỊ 86 Phan Thanh Tú -1311050149 Nguyễn Quốc Sâm -1311050009 Trần Trọng Hồng Anh -1311050001 Page ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƯƠNG GIỚI THIỆU 1.1 Đặt vấn đề Trong trình hội nhập Việc đại hóa ngành sản xuất nâng cao,tìm kiếm thơng tin,học hỏi q trình khơng thể thiếu cá nhân lẫn,một quốc gia Nếu cá nhân hay tập thể thiếu thông tin tri thức cá nhân tập thể lùi lại so với tiến xã hội Vậy nên,việc đại hóa nhu cầu thiết yếu tổ chức xã hội; với suy nghĩ đó! Nhiều sở sản xuất,chế biến nước ta bắt đầu ứng dụng công nghệ đại vào số khâu quan trọng dây chuyền đóng gói,dây chuyền quản lý thiết bị điện,.v.v.v Sự phát triển kỹ thuật nhận dạng ảnh góp phần hỗ trợ, giúp đỡ lớn vào lĩnh vực khác để thực công việc ngày mang lại nhiều hiểu kinh tế, giải vấn đề phức tạp cách xác tin cậy Điều ứng dụng nhiều lĩnh vực phòng chống tội phạm, y học, thăm dò, quản lý hồ sơ, phân loại chất lượng sản phẩm công nghê sản xuất Kỹ thuật robot khâu thiếu công nghệ sản xuất đại Sự có mặt tay máy dây chuyền sản xuất nhằm mang lại hiểu sản xuất cao hơn, chất lượng sản phẩm tốt mơi trường làm việc an tồn Phân loại sản phẩm dây chuyền sản xuất cơng đoạn quan trọng định đến suất, chất lượng sản xuất Có nhiều phương án để phân loại sản phẩm phổ biến cơng nghiệp, nhiên phương pháp kỹ thuật nhận Phan Thanh Tú -1311050149 Nguyễn Quốc Sâm -1311050009 Trần Trọng Hồng Anh -1311050001 Page ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP dạng để phát đặc điểm, tính chất sản phẩm, phế phẩm điều khiển tay máy đến để phân loại giải pháp tối ưu Tuy nhiên doanh nghiệp vừa nhỏ chưa hoàn toàn áp dụng khâu phân loại, đóng bao bì mà sử dụng nhân cơng, suất chưa cao chưa đạt hiểu tốt Trong thực tế sống kiến thức mà chúng em học trường muốn tạo hiệu suất lao động lên gấp nhiều lần, đồng thời đảm bảo độ xác cao kích thước sản phẩm sản xuất đòi hỏi phải có mẫu mã kích thước màu sắc xác giúp cho q trình sản xuất chất lượng sản phẩm nâng cao Vì thế,với tiêu chí học hỏi tiếp thu điều lạ lý thiết yếu nghiên cứu đồ án delta robot Đây đề tài thú vị,khơng ứng dụng q trình sản xuất dây chuyền cơng nghệ cao mà ứng dụng công việc khác như:trong lĩnh vực nghiên cứu vật chất có hại cho người,trong việc lắp ráp vẽ mơ hình 3D xu bật doanh nghiệp,các công ty xây dựng Với khả nắm bắt thông tin tốt,xử lý nhanh hoạt động xác…Chúng tơi tin tiền đề phát triển tương lai 1.2 Tính cấp thiết đề tài Ngày nay, với phát triển ngành khoa học kỹ thuật, kỹ thuật điện tử mà điều khiển tự động đóng vai trò quan trọng lĩnh vực khoa học kỹ thuật, quản lý, cơng nghiệp tự động hóa, cung cấp thơng tin Do phải nắm bắt vận dụng cách có hiểu nhằm góp phần vào phát triển khoa học kỹ thuật giới nói chung phát triển kỹ thuật điều khiển tự động nói riêng Sự kết hợp giữ ngành điện tử khí bước tiến quan trọng phát triển tự động hóa công nghiệp Hiện đất nước ta trình phát triển hội nhập, mặt hàng sản xuất đạt tiêu chuẩn Phan Thanh Tú -1311050149 Nguyễn Quốc Sâm -1311050009 Trần Trọng Hồng Anh -1311050001 Page ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP chất lượng, mà đòi hỏi phải có độ xác cap hình dạng, kích thước màu sắc Cho nên từ khu cơng nghiệp hình thành với nhiều thiết bị máy móc phối hợp với nhu cầu sản xuất để tạo chất lương sản phẩm tốt suất tối đa Chính chúng em tìm hiểu đề tài hy họng phát triển để ứng dụng rộng rãi nhà máy, xí nghiệp,… 1.3 Mục tiêu đề tài  Thiết kế thi cơng mơ hình phân loại sản phẩm theo màu sắc sử dụng xử lý hình ảnh  Phân loại màu sắc sản phẩm theo yêu cầu (phân loại màu bản: Xanh đỏ)  Thiết kế delta robot dùng để gắp vật  Thiết kế giao diện điều khiển mơ hình qua phần mềm LabVIEW giao tiếp với mạch Arduino Mega 1.4 Mục đích nghiên cứu Xuất phát từ tò mò ham muốn thúc đẩy người làm kỹ thuật, vận hành đứng máy sản xuất công ty, nhà máy sản xuất thao tác nguy hiểm, trở ngại cấp lấy sản phẩm ảnh hưởng đến hiểu sản xuất, ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm thiết bị công tác,… Đặc biệt các ngành sản xuất đòi hỏi tính xác cao cơng ty dược sản xuất thuốc công ty sản xuất bia phải kiểm tra đầy đủ số lượng thuốc vỉ kiểm tra tem nhãn chai bia Vậy vấn đề đặt phải kiểm tra xác nhất, hiểu mà xuất đạt mức cao Giải toán phải thực bước sau:  Sự dụng camera để quét nhận dạng sản phẩm Phan Thanh Tú -1311050149 Nguyễn Quốc Sâm -1311050009 Trần Trọng Hồng Anh -1311050001 Page ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP  Xử lý ảnh xem sản phẩm đạt chuẩn hay khơng bị lỗi sản phẩm bị gạt  Điều khiển tay máy để gấp sản phẩm vị trí cài đặt Đây tốn có nội dung tương đối khó đòi hỏi thời gian dài cơng sức kinh phí nhiều Do với mục đính bước đầu nghiên cứu cách Nên nhóm chúng em nhận dạng phân loại sản phầm có màu sắc khác 1.5 Tình hình nghiên cứu nước Lĩnh vực nhận dạng kết hợp điều khiển tay máy nghiên cứu rộng mạnh mẽ công ty, trường đại học, viện nghiên cứu nước thới giới Kết ứng dụng vào sống, sản xuất nhận dạng mặt, thể, vân tay người, kỹ thuật chuẩn đoán tế bào bệnh bên thể người, phẫu thuật chăm sóc chẩn đốn bệnh từ xa, Thám hiểm vật thể trái đất, thực cơng việc phòng thí nghiệm độc hại, phát gỡ bom mìn, Những sản phẩm thường có giá thành cao Ở nước, năm gần trường đại học viện có nhiều nghiên cứu vấn đề nhận dạng ảnh, kỹ thuật robot nghiên cứu chưa đưa ra, hay cơng bố kết mang tính chất ứng dụng thực tiễn Phan Thanh Tú -1311050149 Nguyễn Quốc Sâm -1311050009 Trần Trọng Hồng Anh -1311050001 Page ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT Tổng quan hệ thống phân loại sản phẩm  Quá trình hình thành phát triển Trước kia, việc phân loại sản phẩm chủ yếu thực người, quan sát dựa vào kinh nghiệm, sau chọn sản phẩm đạt yêu cầu loại bỏ phế phẩm Cơng việc đòi hỏi tập trung cao mà lặp lặp lại nhiều lần nên khó đảm bảo độ xác ổn định cơng việc Nhưng việc thực tự động hóa hệ thống thiết bị kỹ thuật chuyên dụng giúp việc phân loại sản phẩm nhanh xác Phân loại sản phẩm toán ứng dụng nhiều thực tế Với việc dùng sức người, cơng việc đòi hỏi tập trung cao có tính lặp lại, cơng nhân khó đảm bảo xác cơng việc Chưa kể đến có khâu phân loại dựa chi tiết kĩ thuật nhỏ mà mắt thường khó nhận Điều ảnh hưởng trực tiếp tới chất lượng sản phẩm uy tín nhà sản xuất Vì vậy, hệ thống tự động nhận dạng phân loại sản phẩm đời phát triển tất yếu nhằm đáp ứng nhu cầu tất yếu Thuật ngữ “Robot” lần xuất năm 1922 tác phấm “Rosum’s Universal Robot “ Karal Capek Theo tiếng Séc Robot người làm tạp dịch Trong tác phâm nhân vật Rosum trai ông tạo máy gần giống người để hầu hạ người Phan Thanh Tú -1311050149 Nguyễn Quốc Sâm -1311050009 Trần Trọng Hồng Anh -1311050001 Page 10 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Phan Thanh Tú -1311050149 Nguyễn Quốc Sâm -1311050009 Trần Trọng Hồng Anh -1311050001 Page 73 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Phan Thanh Tú -1311050149 Nguyễn Quốc Sâm -1311050009 Trần Trọng Hồng Anh -1311050001 Page 74 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 3.1.6 Adruino cho labview:  Các dây kết nối mạch cầu H adruino có nhiệm vụ chia xung băm xung giúp ta điều khiển delta robot:  Trong đó:adruino có vai trò quan trọng việc cổng giao tiếp quản lý thực mệnh lệnh labview tạo xuống mạch cầu H motor  Chúng ta hiểu adruino việc thực hóa đoạn code mà labview viết  Chương trình labview điều khiển động Phan Thanh Tú -1311050149 Nguyễn Quốc Sâm -1311050009 Trần Trọng Hồng Anh -1311050001 Page 75 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP  Vòng lặp while loop Phan Thanh Tú -1311050149 Nguyễn Quốc Sâm -1311050009 Trần Trọng Hồng Anh -1311050001 Page 76 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 3.2 Thi công Phan Thanh Tú -1311050149 Nguyễn Quốc Sâm -1311050009 Trần Trọng Hồng Anh -1311050001 Page 77 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP  Các dụng cụ chuẩn bị để lắp ráp phần cứng mơ hình delta robot theo mô phỏng,Các nguyên liệu liệt kê sau: Cánh tay L: thanh:149mm Cánh tay l: thanh:22mm-8mm(đã có gắn đầu khớp nối) Động DC GA37: Chân trụ: bệ di động: Phan Thanh Tú -1311050149 Nguyễn Quốc Sâm -1311050009 Trần Trọng Hồng Anh -1311050001 Page 78 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP  Lắp ráp cánh tay L l vào Phan Thanh Tú -1311050149 Nguyễn Quốc Sâm -1311050009 Trần Trọng Hồng Anh -1311050001 Page 79 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP  Đã lắp ráp gần hoàn chỉnh delta robot lắp cánh tay l vào với bệ di động Phan Thanh Tú -1311050149 Nguyễn Quốc Sâm -1311050009 Trần Trọng Hồng Anh -1311050001 Page 80 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đi dây cho robot Phan Thanh Tú -1311050149 Nguyễn Quốc Sâm -1311050009 Trần Trọng Hồng Anh -1311050001 Page 81 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Robot delta hoàn chỉnh Phan Thanh Tú -1311050149 Nguyễn Quốc Sâm -1311050009 Trần Trọng Hồng Anh -1311050001 Page 82 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thi công robot delta kết nối mạch mạch adruino với phần cứng Phan Thanh Tú -1311050149 Nguyễn Quốc Sâm -1311050009 Trần Trọng Hồng Anh -1311050001 Page 83 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Kết nối adruino sử dụng labview Phan Thanh Tú -1311050149 Nguyễn Quốc Sâm -1311050009 Trần Trọng Hồng Anh -1311050001 Page 84 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƯƠNG KẾT QUẢ THỰC HIỆN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 4.1 TÓM TẮT ĐỀ TÀI Qua 12 tuần thực nghiên cứu đề tài, tập luận văn hồn tất Những vấn đề nẩy sinh trình thực đề tài Những vấn đề khơng động lực kích thích niềm say mê q trình nghiên cứu mà thách thức khả thân người nghiên cứu Nội dung đề tài hình thành từ vấn đề giải cách tương đối Các vần đề đề tài giải trình bày từ tổng quát đến cụ thể, vấn đề, tình giải theo bước Đề tài bao gồm chương trình bày, vấn đề trọng tâm cốt lõi tập trung vào chương 3.Trong chương khái niệm lý thuyết tạo hình delta robot Trong chương kiến thức quan trọng giúp điều khiển cánh tay robot đến vị trí ta muốn 4.2 KẾT QUẢ THỰC HIỆN Sau ba tháng thực đề tài, tập luận văn hồn tất Vật di chuyển có kích thước nằm khoảng từ 40mm, trọng lượng từ 02.5kg Phan Thanh Tú -1311050149 Nguyễn Quốc Sâm -1311050009 Trần Trọng Hồng Anh -1311050001 Page 85 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP  Ưu điểm:  Cánh tay hoạt động ý đồ thiết kế  Webcam phát phân loại sản phẩm  Mơ hình thiết kế thực tiễn ổn định phù hợp với đề tài tốt nghiệp  Khuyết điểm:  Webcam chưa có độ phân giải cao nên chất lượng hình ảnh hạn chế  Tốc độ tay máy củng hình ảnh truyền xuống chậm  Cơng suất thấp, gắp vật có trọng lương tương đối nhỏ 4.3 MỘT VÀI ĐỀ NGHỊ Dù cố gắng thời gian có hạn nên việc thực đề tài phải dừng lại Chúng tôi, người thực đề tài hy vọng khóa sau phát triển hồn thiện để ứng dụng vào sản xuất Sau vài đề nghị cho muốn phát triển đề tài:  Nâng cấp webcam thành camera để có độ phân giải cao cho hình ảnh rõ nét đáp ứng nhanh  Điều khiển linh hoạt cho tất khớp hoạt động mượt hơn, tạo linh hoạt tăng tốc độ hoạt động cánh tay  Thiết kế cho độ xác cánh tay bắt vật di chuyển băng tải Phan Thanh Tú -1311050149 Nguyễn Quốc Sâm -1311050009 Trần Trọng Hồng Anh -1311050001 Page 86 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MỘT SỐ TÀI LIỆU THAM KHẢO https://grabcad.com/library/delta-robot-8 deltakin http://www.ni.com/en-vn/shop/labview.html?cid=Paid_Search70131000001lvZhAAI-Viet_NamGoogle_SW1_LabVIEW_Broad_Geo&gclid=CjwKCAiApdPRBRAdEiwA84bo3y 35C51_4PFPVznmXuYefLyb53ifQS1NfW1YYlTQ1U8a7dPhbm3BxoCoBsQAvD_BwE https://xemtailieu.com/tai-lieu/nghien-cuu-tinh-toan-thiet-ke-delta-robot-1401003.html https://text.123doc.org/document/2711762-nghien-cuu-tinh-toan-thiet-ke-deltarobot.htm http://tailieu.tv/tai-lieu/tong-quan-ve-robot-song-song-9586/ http://www.dientuvietnam.net/forums/forum/l%E1%BA%ADp-tr%C3%ACnhv%C3%A0-m%C3%B4-ph%E1%BB%8Fng/matlab-labview-20sim/189969-labviewt%E1%BB%B1-h%E1%BB%8Dc-labview http://hocdelam.org/site1/tailieu.html http://codientu.org/threads/538/ http://www.sinhvienviendien.net/tai-lieu/tai-lieu-chuyen-nganh/giao-trinh-labviewtieng-viet https://banbientan.com/dong-co-dien-servo-la-gi/ Phan Thanh Tú -1311050149 Nguyễn Quốc Sâm -1311050009 Trần Trọng Hồng Anh -1311050001 Page 87 ... Thiết kế thi cơng mơ hình phân loại sản phẩm theo màu sắc sử dụng xử lý hình ảnh  Phân loại màu sắc sản phẩm theo yêu cầu (phân loại màu bản: Xanh đỏ)  Thiết kế delta robot dùng để gắp vật  Thiết... việc phân loại sản phẩm đóng hộp loại bánh kẹo, vật liệu xây dựng,… Phương pháp phân loại sản phẩm theo màu sắc: phương pháp áp dụng rộng rãi sản xuất việc phân loại chín: Cà chua, táo, xồi,… Phân. .. xồi,… Phân loại thực phẩm bị biến đổi màu sắc ví dụ sữa …, Phân loại màu sơn, màu sắc chuẩn gạch, bao bì ,… Phương pháp phân loại sản phẩm theo hình dạng (phân tích hình ảnh) cách phân loại giải