Trong phạm vi nghiên cứu thức ăn gồm ba loại là súp lơ bánh bao và thịt miếng được đặt ở các vị trí xác định trên bàn Mục tiêu cần giải quyết là di chuyển các loại thức ăn này đến các khay xác định có sẵn mà không làm hư hại đến thức ăn với thuật toán hiệu quả nhất Để thực hiện vấn đề này nhóm tác giả đưa ra mẫu thiết kế bàn tay robot gồm ba ngón tay riêng biệt Mỗi ngón tay đều có khả năng di chuyển linh hoạt nhờ hai khớp nối thông qua cơ cấu kéo dây Ban đầu các ngón tay mặc định duỗi ra nhờ các lò xo được nối giữa các khớp Ngoài ra cánh tay được trang bị thêm một camera để xử lý ảnh nhằm nhận biết các loại thức ăn thông dụng Qua đó xác định được các góc xoay cần thiết để xoay ngón tay đến vị trí thích hợp Sau đó các ngón tay co lại theo nguyên tắc kéo dây truyền động bởi ba động cơ servo Kết thúc chu trình động cơ xoay đảo chiều dây được giãn ra đồng thời lò xo kéo các ngón tay trở về vị trí ban đầu Cơ cấu truyền động được điều khiển theo 2 phương X và Y nhóm tác giả sử dụng PLC Mitsubishi FX3G 60M và mô đun truyền thông CC Link FX3U 16CCL M để gửi tín hiệu vị trí gắp tới Raspberry cũng như nhận dữ liệu vị trí đích để dịch chuyển cánh tay đến vị trí thích hợp Ngoài ra dữ liệu còn được truyền từ Raspberry Pi về Arduino Uno để điều khiển bàn tay gắp thả thức ăn theo yêu cầu Kết quả đạt được của nhóm tác giả là mẫu robot gắp thức ăn có bàn tay gồm 3 ngón có khả năng gắp di chuyển và thả thức ăn vào những vị trí yêu cầu
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ ĐỀ TÀI: C C R L T THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO ROBOT GẮP THỨC ĂN U D Người hướng dẫn: Sinh viên thực hiện: Số thẻ sinh viên: Lớp: TS ĐẶNG PHƯỚC VINH VÕ NGỌC VŨ NGUYỄN HUY LUẬT 101140209 101140190 14CDT2 Đà Nẵng, 06/2019 C C U D R L T C C U D R L T TÓM TẮT Tên đề tài: Thiết kế chế tạo robot gắp thức ăn Sinh viên thực hiện: Võ Ngọc Vũ Số thẻ SV: 101140209 Lớp: 14CDT2 Sinh viên thực hiện: Nguyễn Huy Luật Số thẻ SV: 101140190 Lớp: 14CDT2 Trong phạm vi nghiên cứu, thức ăn gồm ba loại súp lơ, bánh bao thịt miếng đặt vị trí xác định bàn Mục tiêu cần giải di chuyển loại thức ăn đến khay xác định có sẵn mà khơng làm hư hại đến thức ăn với thuật toán hiệu Để thực vấn đề này, nhóm tác giả đưa mẫu thiết kế bàn tay robot gồm ba ngón tay riêng biệt Mỗi ngón tay có khả di chuyển linh hoạt nhờ hai khớp nối thông qua cấu kéo dây Ban đầu ngón tay mặc định duỗi nhờ lị xo nối khớp Ngồi ra, cánh tay trang bị thêm camera để xử lý ảnh nhằm nhận biết loại thức ăn thơng dụng Qua xác định góc xoay cần thiết để xoay C C R L T ngón tay đến vị trí thích hợp Sau đó, ngón tay co lại theo nguyên tắc kéo dây truyền động ba động servo Kết thúc chu trình, động xoay đảo chiều, dây giãn ra, đồng thời lị xo kéo ngón tay trở vị trí ban đầu Cơ cấu truyền động điều khiển theo phương X Y, nhóm tác giả sử dụng PLC Mitsubishi FX3G-60M mô-đun truyền thông CC-Link FX3U-16CCL-M để gửi tín hiệu vị trí gắp tới Raspberry nhận liệu vị trí đích để dịch chuyển cánh tay đến vị trí thích hợp Ngồi ra, liệu truyền từ Raspberry Pi Arduino Uno để điều khiển bàn tay gắp thả thức ăn theo yêu cầu Kết đạt nhóm tác giả mẫu robot gắp thức ăn có bàn tay gồm ngón có U D khả gắp, di chuyển thả thức ăn vào vị trí yêu cầu ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Lớp: 14CDT2 Họ tên sinh viên: Lớp: 14CDT2 Nguyễn Huy Luật Khoa: Cơ Khí Võ Ngọc Vũ Số thẻ sinh viên: 101140190 Ngành: Kỹ thuật Cơ Điện tử Số thẻ sinh viên: Khoa: Cơ Khí 101140209 Kỹ thuật Cơ Điện tử Ngành: Tên đề tài đồ án: Thiết kế chế tạo robot gắp thức ăn Đề tài thuộc diện: ☐ Có ký kết thỏa thuận sở hữu trí tuệ kết thực Các số liệu liệu ban đầu: Theo yêu cầu công ty Sunfield Nội dung phần thuyết minh tính tốn: Chương 1: Tổng quan đề tài Chương 2: Tính tốn thiết kế hệ thống khí C C R L T Chương 3: Tính toán thiết kế hệ thống điều khiển Chương 4: Kết luận Các vẽ, đồ thị: Bản vẽ hệ thống máy: 1A0 Bản vẽ chi tiết bàn tay robot: 1A0 Bản vẽ lưu đồ thuật toán: 1A0 Bản vẽ sơ đồ mạch điện: 1A0 Họ tên người hướng dẫn: TS Đặng Phước Vinh U D Ngày giao nhiệm vụ đồ án: Ngày hoàn thành đồ án: 01/02/2019 01/06/2019 Đà Nẵng, ngày 01 tháng 06 năm 2019 Trưởng Bộ môn ……………… Người hướng dẫn TS Đặng Phước Vinh Thiết kế chế tạo robot gắp thức ăn LỜI NĨI ĐẦU Trong thời đại cơng nghiệp 4.0 nay, robot dần thay hoạt động người sống Trong lĩnh vực thực phẩm giới, nhiều quốc gia nghiên cứu chế tạo mẫu robot gắp thức ăn đa dạng chức Tuy nhiên ứng dụng với ngành thực phẩm nước gặp nhiều bất cập liên quan đến kỹ thuật, mức độ linh hoạt, chi phí đầu tư ban đầu khó khăn trình bảo dưỡng, sửa chữa Dưới hướng dẫn tận tình thầy giáo TS Đặng Phước Vinh, chia sẻ kiến thức từ bạn, anh chị nhiều thầy cô khác, sau thời gian dài nghiên cứu thiết kế, nhóm tác giả đưa kết trình Thiết kế chế tạo robot gắp thức ăn Đây giải pháp có tính ứng dụng cao thực phẩm nước C C Do khả tiếp thu kiến thức cịn hạn chế thời gian có hạn nên đồ án nhóm khơng thể tránh khỏi sai sót hình thức nội dung Nhóm tác giả mong nhận góp ý để đề tài hoàn thiện R L T Nhóm tác giả xin chân thành cảm ơn thầy cơ, anh chị bạn bè nhiệt tình giúp đỡ để hồn thành đồ án U D Nhóm tác giả Võ Ngọc Vũ Nguyễn Huy Luật i Thiết kế chế tạo robot gắp thức ăn CAM ĐOAN Nhóm tác giả xin cam đoan cơng trình nghiên cứu nhóm hướng dẫn thầy giáo TS Đặng Phước Vinh không vi phạm quy định liêm học thuật Các số liệu sử dụng phân tích thuyết minh thu thập từ nguồn khác có nguồn gốc rõ ràng, tham khảo tính tốn xác, khơng chép luận văn trước Nếu phát có gian lận nhóm tác giả xin chịu trách nhiệm hồn tồn trách nhiệm Nhóm tác giả Võ Ngọc Vũ Nguyễn Huy Luật C C R L T U D ii Thiết kế chế tạo robot gắp thức ăn MỤC LỤC Tóm tắt Nhiệm vụ đồ án Lời nói đầu i Lời cam đoan liêm học thuật ii Mục lục iii Danh sách bảng biểu, hình vẽ sơ đồ v Danh sách cụm từ viết tắt vii Trang Chương 1: Tổng quan đề tài vii 1.1 Giới thiệu chung robot 1.1.1 Tổng quan .2 1.1.2 Phân loại robot 1.2 Đối tượng 1.3 Hệ thống gắp thức ăn tự động Chương 2: Tính tốn thiết kế hệ thống khí 2.1 Kết cấu hệ thống C C R L T U D 2.2 Cơ cấu truyền động 2.3 Gá đỡ 10 2.3.1 Gá đỡ trục dọc .10 2.3.2 Gá đỡ bàn tay robot 10 2.4 Bàn tay robot 10 2.4.1 Cấu tạo 10 2.4.2 Nguyên lý hoạt động 11 2.4.3 Cấu tạo ngón tay 12 2.4.4 Tính động học ngón tay robot .13 2.4.5 Chọn động 15 Chương 3: Tính tốn thiết kế hệ thống điều khiển .18 3.1 Sơ đồ hoạt động hệ thống 18 3.2 Bộ điều khiển trung tâm RPi3 .18 3.2.1 Giới thiệu 18 3.2.2 Cấu trúc RPi B 20 3.3 Adruino Uno .22 iii Thiết kế chế tạo robot gắp thức ăn 3.3.1 Giới thiệu 22 3.3.2 Arduino Uno R3 23 3.4 Bộ điều khiển lập trình PLC Mitsubishi FX3G-60M 24 3.4.1 Giới thiệu 24 3.4.2 PLC Mitsubishi FX3G-60M .25 3.4.3 Hoạt động PLC 27 3.4.4 Các tính 29 3.5 Mô-đun mở rộng CC-Link FX3U-16CCL-M 29 3.6 Bộ suất PCON-CB/CFB 30 3.6.1 Cấu tạo kết nối .31 3.6.2 Phần mềm PC Interface Software for RCEC 32 3.6.3 Kiểu kết nối điều khiển PCON 34 3.7 Các linh kiện sử dụng 34 3.7.1 Camera Raspberry Pi 34 3.7.2 PC817 35 3.8 Mạch chuyển đổi tín hiệu 36 3.9 Điều khiển để nắm bắt + Phương pháp tính tốn thơng tin 3D: Các chức hữu ích để lập đồ C C nội địa hố với nhiều quan góc nhìn từ máy ảnh + Các thuật toán toán học để xử lý hình ảnh, thị giác máy tính diễn giải hình ảnh: OpenCV bao gồm thuật toán toán học thường sử dụng đại số tuyến R L T tính, thống kê, hình học tính tốn + Đồ họa: Các giao diện cho phép viết văn vẽ hình ảnh Ngồi ra, U D chức hữu ích cho việc ghi nhãn đánh dấu + Các phương thức GUI: OpenCV bao gồm giao diện hình riêng Trong hạn chế so với thực tảng khác, cung cấp đơn giản, đa tảng API để hiển thị hình ảnh, chấp nhận đầu vào người dùng thơng qua chuột bàn phím, thực kiểm sốt trượt + Cấu trúc thuật toán liệu: Với giao diện nên thực hiệu việc như: tìm kiếm, lưu thao tác danh sách lớn, sưu, đồ thị + Sự lưu liệu: Những phương pháp cung cấp giao diện thuận tiện để lưu trữ loại liệu vào ổ lưu trữ lấy chúng sau 3.10.5 Các bước xử lí ảnh - Mục đích: Xử lý ảnh giúp ta xác định loại thức ăn a Tiền xử lý - Việc lưu trữ xử lý đám mây điểm lớn với hàng trăm ngàn điểm dạng điểm không gian ba chiều tác vụ tiêu tốn tài nguyên phần cứng ngun nhân dẫn đến tình trạng thắt cổ chai hệ thống Trong đó, tập liệu đám mây điểm, cần liệu liên quan đến vật thể Sinh viên thực hiện: Nguyễn Huy Luật Võ Ngọc Vũ Hướng dẫn: TS Đặng Phước Vinh 51 Thiết kế chế tạo robot gắp thức ăn cần xác định bề mặt Chương trình bày kỹ thuật tiền xử lý đám mây điểm, qua giảm số lượng điểm cần tính tốn nhiều lần mà giữ đặc tính hình học cần thiết b Chuyển ảnh từ RGB sang HSV - Ảnh RGB ánh sáng đỏ, xanh lục xanh lam tổ hợp với theo nhiều phương thức khác để tạo thành màu khác Từ viết tắt RGB tiếng Anh có nghĩa đỏ (red), xanh lục (green) xanh lam (blue), ba màu gốc mơ hình ánh sáng bổ sung C C R L T Hình 37 Khơng gian màu BGR - Khơng gian màu HSB, cịn gọi không gian màu HSV, không gian màu dựa ba số liệu H: (hue) Vùng màu S: (saturation) Độ bão hòa màu B (hay V): (bright hay value) Độ sáng U D Hình 38 Khơng gian màu HSV Ví dụ: Màu vàng Màu đỏ Sinh viên thực hiện: Nguyễn Huy Luật Võ Ngọc Vũ RGB (1,1,0) (1,0,0) HSV (600, 1,1) (00, 1,1) Hướng dẫn: TS Đặng Phước Vinh 52 ... kế chế tạo robot gắp thức ăn C C R L T U D Hình 45 Lưu đồ thuật tốn PLC Sinh viên thực hiện: Nguyễn Huy Luật Võ Ngọc Vũ Hướng dẫn: TS Đặng Phước Vinh 57 Thiết kế chế tạo robot gắp thức ăn C C... Đặng Phước Vinh, chia sẻ kiến thức từ bạn, anh chị nhiều thầy cô khác, sau thời gian dài nghiên cứu thiết kế, nhóm tác giả đưa kết trình Thiết kế chế tạo robot gắp thức ăn Đây giải pháp có tính ứng... Vinh Thiết kế chế tạo robot gắp thức ăn LỜI NĨI ĐẦU Trong thời đại cơng nghiệp 4.0 nay, robot dần thay hoạt động người sống Trong lĩnh vực thực phẩm giới, nhiều quốc gia nghiên cứu chế tạo mẫu robot