Thiết kế và chế tạo robot hái dâu tự động

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO ROBOT HÁI DÂU TỰ ĐỘNG Người hướng dẫn: Sinh viên thực hiện: Số thẻ sinh viên : Lớp: TS ĐẶNG PHƯỚC VINH NGUYỄN ĐĂNG HÙNG VŨ MINH TÂN 101130203 101130213 13CDT2 Đà Nẵng, 2018 TÓM TẮT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Tên đề tài : thiết kế chế tạo robot hái dâu tự động Họ tên SV : Nguyễn Đăng Hùng Mã SV : 101130203 Lớp : 13CDT2 Họ tên SV : Vũ Minh Tân Mã SV : 101130213 Lớp : 13CDT2 GV hướng dẫn GV duyệt : TS Đặng Phước Vinh : ThS Nguyễn Đắc Lực Nội dung làm bao gồm vấn đề sau: Nhu cầu thực tế đề tài Đồ án tốt nghiệp học phần bắt buộc sinh viên ngành Cơ điện tử nói riêng sinh viên khối ngành kĩ thuật nói chung Để thiết kế thành cơng cấu, cụm chi tiết máy hay máy hoàn chỉnh địi hỏi sinh viên phải có hiểu biết nắm kiến thức lĩnh vực khí điện tử Đây điều kiện thuận lợi cho chúng em để ứng dụng kiến thức học vào thực tế Nền nông nghiệp nước ta cịn lạc hậu chưa có nhiều ứng dụng khoa học kĩ thuật áp dụng vào thực tế Rất nhiều quy trình kĩ thuật trồng trọt, chăm sóc người nơng dân phải làm việc trực tiếp thời tiết khắc nghiệt mà khơng có dụng cụ bảo vệ, bên cạnh suất đạt lại thấp, khả thực diện rộng không cao Vấn đề đặt sức khỏe cho người nông dân đặt lên hàng đầu, suất hiệu kinh tế cao Chính máy móc thiết bị giúp cải thiện cơng việc nghiên cứu, thiết kế, đưa vào thực tiễn ngày áp dụng nhiều Và đề tài mà chúng em muốn hướng tới “ROBOT HÁI DÂU TỰ ĐỘNG” Robot ứng dụng công nghệ xử lý ảnh để nhận diện màu sắc dâu tây chin hay chưa để thực cấu găp, hái Robot luống có hai tay gắp thực gắp hai bên sườn luống dâu tây giúp tăng suất thu hoạch, ngồi robot làm việc thời gian dài nắng nóng, giúp tăng suất hiệu cao Phạm vi nghiên cứu đề tài tốt nghiệp: Trong đề tài nhóm chúng tơi thiết kế cấu cho máy, tìm hiều phương pháp điều khiển, nghiên cứu ứng dụng xử lý ảnh để đưa phương án tối ưu - Tính tốn thiết kế hệ truyền động - Thiết kế thi cơng mơ hình Nội dung đề tài thực : - Số trang thuyết minh: 65 - Số vẽ: 5A0 - Mơ hình: mơ hình robot hái dâu tây tự động Kết đạt được: ➢ Phần lý thuyết tìm hiểu: - Tổng quan robot hái dâu tây tự động, tính thiết thực cấp thiết đề tài - Các sản phẩm robot hái dâu giới - Giới thiệu số truyền, lựa chọn phương án thiết kế cấu dẫn động cho robot hái dâu tây - Thiết kế phận gá đặt robot - Giới thiệu thành phần module chức điều khiển động ➢ Đã lựa chọn thiết kế phần: - Lựa chọn đưa phương án tối ưu - Lựa chọn cấu truyền động cho robot - Chọn loại động sử dụng - Bộ truyền vít me, đai ốc truyền đai cho cấu trượt qua lại tay gắp, truyền xích cho cấu truyền động - Nghiên cứu mạch điều khiển để hoạt động hiệu nơng trường ➢ Mơ hình robot hái dâu tự động ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ CỘNG HỊA XÃ HÔI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP a TT Họ tên sinh viên Nguyễn Đăng Hùng Vũ Minh Tân Số thẻ SV 101130203 101130213 Lớp 13CDT2 13CDT2 Ngành CƠ ĐIỆN TỬ CƠ ĐIỆN TỬ Tên đề tài: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO ROBOT HÁI DÂU TỰ ĐỘNG Đề tài thuộc diện: ☐ Có ký kết thỏa thuận sở hữu trí tuệ kết thực Các số liệu liệu ban đầu: Nội dung phần thuyết minh tính tốn: Phần chung: TT Họ tên sinh viên Nguyễn Đăng Hùng - Vũ Minh Tân - Nội dung Tìm hiểu số loại robot hái dâu thực tế lựa chọn hệ thống phù hợp để thiết kế Đưa nguyên lí, lựa chọn phương án phù hợp để thiết kế Thi công robot thực tế b Phần riêng TT Họ tên sinh viên Nguyễn Đăng Hùng Nội dung Tìm hiểu code điều khiển, hồn thành thuyết minh Vũ Minh Tân Tính toán sức bền cho trục máy Các vẽ, đồ thị ( ghi rõ loại kích thước vẽ ): a Phần chung: TT Họ tên sinh viên Nguyễn Đăng Hùng Vũ Minh Tân b Phần riêng: TT Họ tên sinh viên Nội dung - Bản vẽ tổng thể 1A0 Nội dung Vũ Minh Tân - Bản vẽ sơ đồ động Bản vẽ chi tiết 1A0 1A0 Nguyễn Đăng Hùng - Bản vẽ sơ đồ mạch điện Bản vẽ lưu đồ thuật toán 1A0 1A0 Họ tên người hướng dẫn: TS Đặng Phước Vinh Ngày giao nhiệm vụ đồ án: Ngày hoàn thành đồ án: Trưởng Bộ môn Cơ điện tử 01 /02 /2018 01 /06 /2018 Đà Nẵng, ngày tháng năm2018 Người hướng dẫn T.S Đặng Phước Vinh LỜI CÁM ƠN Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy khoa Cơ khí môn Cơ điện tử trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng tận tụy dạy dỗ, truyền đạt cho chúng em kiến thức quý báu năm học vừa qua để chúng em có kiến thức hoàn thành đề tài Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy Đặng Phước Vinh tận tình hướng dẫn, bảo chúng em suốt thời gian học tập thực đề tài Xin chân thành cảm ơn bạn tập thể lớp 13CDT tham gia đóng góp ý kiến suốt q trình thực để nhóm hồn thành tốt đề tài Mặc dù hướng dẫn nhiệt tình thầy Đặng Phước Vinh, cơng nghệ hạn chế, kinh nghiệm thiết kế chưa trau dồi nhiều, tài liệu phục vụ cho công việc thiết kế cịn q nên khơng tránh khỏi bỡ ngỡ Sau thời gian tháng làm đề tài nổ lực thân hướng dẫn thầy Đặng Phước Vinh, thầy cô giáo giúp đỡ bạn sinh viên khác khoa chúng em hoàn thành xong đồ án thời gian quy định Một lần cho phép chúng em gửi đến quý thầy cô bạn lòng biết ơn sâu Đà Nẵng, ngày tháng năm 2018 Sinh viên thực hiện: Nguyễn Đăng Hùng i Vũ Minh Tân CAM ĐOAN Kính gửi: - Trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng - Khoa Cơ Khí Chúng em xin cam đoan nội dung đồ án chép đồ án hay cơng trình có trước Mọi giúp đỡ cho việc thực đồ án cảm ơn, thơng tin trích dẫn đồ án ghi nguồn gốc rõ ràng phép công bố Sinh viên thực hiện: Nguyễn Đăng Hùng ii Vũ Minh Tân MỤC LỤC Tóm tắt Nhiệm vụ đồ án Lời cảm ơn i Lời cam đoan liêm học thuật ii Mục lục iii Danh mục hình vẽ v Danh mục bảng vi Lời nói đầu Chương : TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Tính cấp thiết đề tài 1.1.1 Đặt vấn đề 1.1.2 Mục đích nghiên cứu 1.2 Ý tưởng thiết kế robot hái dâu tự động Chương : TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ CƠ KHÍ 2.1 Lựa chọn phương án tính tốn thiết kế robot 2.1.1 Lựa chọn phương án thiết kế cấu bánh xe di chuyển 2.1.2 Lựa chọn phương án thiết kế cấu chấp hành 11 2.2 Tính tốn truyền chọn động 13 2.2.1 Tính tốn cụm bánh xe 13 2.2.2 Tính tốn thông số truyền cấu chấp hành 17 Chương : THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CHO ROBOT 22 3.1 Sơ đồ hệ thống điện 23 3.1.1 Sơ đồ mạch điện điều khiển 23 3.1.2 Sơ đồ kết nối hệ thống xử lý tín hiệu camera 23 3.2 Giới thiệu số phần tử hệ thống 25 3.2.1 Giới thiệu Arduino Mega 2560 25 3.2.2 Một số phần tử khác mạch điện 27 Chương : ỨNG DỤNG XỬ LÝ ẢNH 32 4.1 Tổng quan xử lý ảnh 32 4.1.1 Giới thiệu xử lý ảnh 32 4.1.2 Các công đoạn xử lý ảnh 32 4.1.3 Một số khái niệm xử lý ảnh 34 4.2 Ứng dụng xử lý ảnh vào đề tài 36 iii 4.3 Quá trình xử lý ảnh đề tài 41 4.3.1 Lưu đồ thuật toán 41 4.3.2 Lưu đồ thuật toán xử lý ảnh 43 Chương : ĐÁNH GIÁ VÀ KẾT QUẢ 45 5.1 Đánh giá đề tài 46 5.2 Kết luận 49 TÀI LIỆU THAM KHẢO 50 PHỤ LỤC PHỤ LỤC iv DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 Hình ảnh dâu tây trồng thành luống Hình 1.2 Hình ảnh trồng dâu tây giàn Hình 1.3 Robot hái dâu Vương quốc Anh Hình 1.4 Robot hái dâu Tây Ban Nha Hình 1.5 Robot hái dâu thông minh Nhật Bản Hình 1.6 Hình ảnh robot nhận diện màu sắc Hình 1.7 Robot di chuyển nhẹ nhàng theo ray Hình 2.1 Kích thước luống dâu Hình 2.2 Sơ đồ động học phương án dùng động truyền mô men cho bánh xe thông qua truyền xích Hình 2.3 Sơ đồ động học phương án dùng động truyền mô men cho bánh xe khơng thơng qua truyền ngồi Hình 2.4 Sơ đồ động học phương án dùng động truyền mô men cho hai bánh xe không thông qua truyền bánh 10 Hình 2.5 Sơ đồ động học cấu tọa độ Decac 11 Hình 2.6 Sơ đồ động học cấu tọa độ cầu 12 Hình 2.7 Sơ đồ động học cấu hệ hai trục tọa độ ZY 12 Hình 2.8 Cụm bánh xe 13 Hình 2.9 Động gạt nước 15 Hình 2.10 Cách gá định vị bánh xe sử dụng ống lót 16 Hình 2.11 Cách gá định vị ổ bi đỡ trục 16 Hình 2.12 Cơ cấu di chuyển theo trục Y Z 17 Hình 2.13 Dây đai Pulley GT2 18 Hình 2.14 Cấu tạo phận dẫn động theo trục Y 18 Hình 2.15 Cấu tạo phận dẫn động theo trục Z 19 Hình 3.1 Sơ đồ mạch điện 23 Hình 3.2 Sơ đồ kết nối hệ thống xử lý tín hiệu camera 24 Hình 3.3 Sơ đồ chân bo mạch ARDUINO MEGA 2560 25 Hình 3.4 Bo mạch VNH2SP30 28 Hình 3.5 Module driver A4988 28 Hình 3.6 Sơ đồ ghép nối driver A4988 với vi điều khiển 29 Hình 3.7 Động bước NEMA 17 30 Hình 3.8 Module hạ áp DC-DC LM2596 31 v PHỤ LỤC ➢ Code chương trình Matlab function varargout = giaodienmoi3(varargin) % GIAODIENMOI3 MATLAB code for giaodienmoi3.fig % GIAODIENMOI3, by itself, creates a new GIAODIENMOI3 or raises the existing % % % % % % % % % % % % % % % singleton* H = GIAODIENMOI3 returns the handle to a new GIAODIENMOI3 or the handle to the existing singleton* GIAODIENMOI3('CALLBACK',hObject,eventData,handles, ) calls the local function named CALLBACK in GIAODIENMOI3.M with the given input arguments GIAODIENMOI3('Property','Value', ) creates a new GIAODIENMOI3 or raises the existing singleton* Starting from the left, property value pairs are applied to the GUI before giaodienmoi3_OpeningFcn gets called An unrecognized property name or invalid value makes property application close All inputs are passed to giaodienmoi3_OpeningFcn via varargin *See GUI Options on GUIDE's Tools menu Choose "GUI allows only one % instance to run (singleton)" % % See also: GUIDE, GUIDATA, GUIHANDLES % Edit the above text to modify the response to help giaodienmoi3 % Last Modified by GUIDE v2.5 10-May-2018 17:17:40 % Begin initialization code - DO NOT EDIT gui_Singleton = 1; gui_State = struct('gui_Name', mfilename, 'gui_Singleton', gui_Singleton, 'gui_OpeningFcn', @giaodienmoi3_OpeningFcn, 'gui_OutputFcn', @giaodienmoi3_OutputFcn, 'gui_LayoutFcn', [] , 'gui_Callback', []); Phụ lục if nargin && ischar(varargin{1}) gui_State.gui_Callback = str2func(varargin{1}); end if nargout [varargout{1:nargout}] = gui_mainfcn(gui_State, varargin{:}); else gui_mainfcn(gui_State, varargin{:}); end % End initialization code - DO NOT EDIT % - Executes just before giaodienmoi3 is made visible function giaodienmoi3_OpeningFcn(hObject, eventdata, handles, varargin) % This function has no output args, see OutputFcn % hObject handle to figure % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA) % varargin command line arguments to giaodienmoi3 (see VARARGIN) % Choose default command line output for giaodienmoi3 handles.output = hObject; % Update handles structure guidata(hObject, handles); % UIWAIT makes giaodienmoi3 wait for user response (see UIRESUME) % uiwait(handles.figure1); global s; s = serial('COM11'); set(handles.pumPorts,'String',getAvailableComPort); % - Outputs from this function are returned to the command line function varargout = giaodienmoi3_OutputFcn(hObject, eventdata, handles) % varargout cell array for returning output args (see VARARGOUT); % hObject handle to figure % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA) Phụ lục % Get default command line output from handles structure varargout{1} = handles.output; % - Executes on button press in start % - Executes on button press in stop function stop_Callback(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to stop (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA) clear all close; % - Executes on button press in open function open_Callback(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to open (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA) global s; portList = get(handles.pumPorts,'String'); portIndex = get(handles.pumPorts,'Value'); port = portList(portIndex,:); port = char(port); s = serial(port); brList = get(handles.pumBaudRates,'String'); brIndex = get(handles.pumBaudRates,'Value'); br = str2num(char(brList(brIndex,:))); set(s,'BaudRate',br); fopen(s); set (handles.open,'Enable','off'); set (handles.close,'Enable','on'); set (handles.stop,'Enable','on'); Phụ lục set (handles.pumPorts,'Enable','off'); set (handles.pumBaudRates,'Enable','off'); % vid1 = videoinput('winvideo',1); vid2 = videoinput('winvideo',2); handles.axes1 = subplot(1,2,1); axes(handles.axes1); handleToImageInAxes1 = image(zeros(1200,900)); handles.axes3 = subplot(1,2,2); axes(handles.axes3); handleToImageInAxes2 = image(zeros(1200,900)); set(vid2, 'FramesPerTrigger', Inf); set(vid2, 'ReturnedColorspace', 'rgb') vid2.FrameGrabInterval = 5; %start(vid2) set(vid1, 'FramesPerTrigger', Inf); set(vid1, 'ReturnedColorspace', 'rgb') vid1.FrameGrabInterval = 5; %start(vid1) preview(vid1, handleToImageInAxes1); preview(vid2, handleToImageInAxes2); while(1) data1 = getsnapshot(vid1); data2 = getsnapshot(vid2); diff_im1 = imsubtract(data1(:,:,1), rgb2gray(data1)); diff_im2 = imsubtract(data2(:,:,1), rgb2gray(data2)); diff_im1 = medfilt2(diff_im1, [3 3]); diff_im2 = medfilt2(diff_im2, [3 3]); diff_im1 = im2bw(diff_im1,0.18); diff_im2 = im2bw(diff_im2,0.18); diff_im1 = bwareaopen(diff_im1,300); diff_im2 = bwareaopen(diff_im2,300); bw1 = bwlabel(diff_im1, 8); bw2 = bwlabel(diff_im2, 8); stats1 = regionprops(bw1, 'BoundingBox', 'Centroid'); stats2 = regionprops(bw2, 'BoundingBox', 'Centroid'); imshow(data1) imshow(data2) Phụ lục hold on for object1 = 1:length(stats1) bb1 = stats1(object1).BoundingBox; bc1 = stats1(object1).Centroid; rectangle('Position',bb1,'EdgeColor','r','LineWidth',2) plot(bc1(1),bc1(2), '-m+') a1=text(bc1(1)+15,bc1(2), strcat('X: ', num2str(round(bc1(1))), ' num2str(round(bc1(2))))); set(a1, 'FontName', 'Arial', 'FontWeight', 'bold', 'FontSize', 12, 'Color', 'yellow'); Y: ', Y: ', if ((bc1(1)>75)&&(bc1(1)0)&&(bc1(2)400)&&(bc(1)350)&&(bc(2)