Thiết kế hệ thống đóng gói hộp tự động sử dụng robot scara bốn bậc tự do

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS.Nguyễn Thành Hùng BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI CỘNG HỒ XÃ HỘI CHỦ NGHÍA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc NHIỆM VỤ THIẾT KẾ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Nguyễn Thế Vinh MSSV: 20164692 Họ tên sinh viên: Lê Văn Kiễu MSSV: 20166325 Họ tên sinh viên: Nguyễn Mạnh Tiến MSSV: 20166831 Họ tên sinh viên: Đào Văn Duy MSSV: 20150596 Bộ môn: Cơ Điện Tử Viện: Cơ Khí I/ ĐỀ TÀI THIẾT KẾ “Thiết kế hệ thống đóng gói hộp tự động sử dụng Robot Scara bốn bậc tự do” II/ CÁC SỐ LIỆU BAN ĐẦU - Kích thước hộp đầu vào: + Chiều dài x Chiều rộng x chiều cao: (50-150 mm) x (50-150 mm) x (50-100 mm) - Khối lượng hộp: tối đa kg - Màu sắc hộp: xanh nâu - Năng suất: sản phẩm/phút III/ NỘI DUNG THUYẾT MINH VÀ TÍNH TỐN - Tổng quan - Giới thiệu kết cấu phần khí hệ thống điều khiển - Ứng dụng thuật tốn xử lí ảnh nhận diện mã QR - Xây dựng thuật tốn xử lí ảnh xác định hướng hộp - Xây dựng thuật toán BinPacking 3D Online IV/ CÁC BẢN VẼ VÀ ĐỒ THỊ - Bản vẽ lắp hệ thống khí (A0) - Bản vẽ sơ đồ mạch điện (A0) V/ CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS Nguyễn Thành Hùng VI/ NGÀY GIAO NHIỆM VỤ THIẾT KẾ: 02/10/2020 VII/ NGÀY HOÀN THÀNH ĐỒ ÁN: 27/01/2021 Hà Nội, ngày tháng năm 2021 Giảng viên hướng dẫn Trang ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS.Nguyễn Thành Hùng Đánh giá giảng viên hướng dẫn …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… Kết đánh giá Họ tên Điểm Hà Nội, ngày tháng năm 2021 Giảng viên hướng dẫn Nguyễn Thế Vinh Lê Văn Kiễu Nguyễn Mạnh Tiến Đào Văn Duy Trang ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS.Nguyễn Thành Hùng Đánh giá giảng viên phản biện …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… Kết đánh giá Họ tên Điểm Hà Nội, ngày tháng năm 2021 Giảng viên phản biện Nguyễn Thế Vinh Lê Văn Kiễu Nguyễn Mạnh Tiến Đào Văn Duy Trang ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS.Nguyễn Thành Hùng LỜI CẢM ƠN Nhóm đồ án chúng em xin chân thành cảm ơn quý thầy/cô môn Cơ điện tử tận tình bảo tạo điều kiện để nhóm chúng em hồn thành đồ án tốt nghiệp Đặc biệt chúng em cảm ơn giúp đỡ tận tình giảng viên hướng dẫn TS Nguyễn Thành Hùng giảng viên phản biện TS Bùi Đình Bá ln bám sát phân tích, giảng giải, chỉnh sửa hướng dẫn nhóm suốt q trình làm đồ án Chúng em xin chân thành cảm ơn chúc quý thầy/cô sức khỏe công tác thật tốt công việc, đặc biệt lĩnh vực giáo dục hiền tài cho đất nước TÓM TẮT NỘI DUNG ĐỒ ÁN Hiện nay, Logistics lĩnh vực quan tâm xu chuỗi cung ứng toàn cầu thương mại điện tử ngày phát triển Sự phát triển Logistics đòi hỏi nhà kho thơng minh, có tính tự động hóa suất cao Thực tế Việt Nam nay, nhà kho vận hành cách thủ công, sử dụng sức người Hàng hóa phân loại, nhập xuất tay Từ đó, suất nhà kho thấp, gây tốn thời gian chi phí Trước tình hình đó, nhóm chúng em thực đề tài tính tốn thiết kế hệ thống Robot nhập xuất kho tự động để thực công tác nhập xuất hàng kho Nhóm xử dụng Microsoft Visual Studio kết nối với Arduino để điều khiển cấu, cịn phận chấp hành nhóm dùng Băng tải kết hợp Robot Scara bốn bậc tự để thực gắp vật Kết quả: Nhóm thiết kế mơ hình hệ thống có tính thực tế đạt hiệu xếp sản phẩm cụ thể gói hàng kho doanh nghiệp vận tải Hệ thống giúp việc nhập xuất nhanh gọn có tính tự động hóa cao quản lý chặt chẽ Hướng phát triển: Trong tương lai hệ thống phát triển để tạo hệ sinh thái giúp quản lý liệu nhập suất nhà kho chặt chẽ tiện lợi Trang ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS.Nguyễn Thành Hùng Sau trình làm đồ án nhóm chúng em tích lũy nhiều kiến thức chun mơn kỹ lập trình điều khiển; thuật tốn xử lí ảnh BinPacking 3D; kinh nghiệm thực tế; kỹ làm việc nhóm đồng thời nhóm bắt xu hướng phát triển công nghiệp Những kiến thức, kinh nghiệm, kỹ giúp nhóm nhiều tương lai NỘI DUNG DANH MỤC HÌNH ẢNH DANH MỤC BẢNG CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI .11 1.1 1.2 1.3 Giới thiệu robot công nghiệp 11 1.1.1 Sơ lược trình phát triển robot công nghiệp 11 1.1.2 Ứng dụng robot công nghiệp sản xuất 13 1.1.3 Các khái niệm định nghĩa robot công nghiệp 13 1.1.4 Phân loại robot công nghiệp 16 Tổng quan thuật toán BinPacking 17 1.2.1 Lịch sử nghiên cứu 17 1.2.2 Phân loại 19 1.2.3 Ứng dụng 19 Tìm hiểu xử lý ảnh cơng nghiệp 19 1.3.1 Lịch sử phát triển lĩnh vực xử lý ảnh 20 1.3.2 Tính xử lý ảnh 20 1.3.3 Ứng dụng xử lý ảnh 22 1.4 Lý chọn đề tài 22 1.5 Giới thiệu thành phần hệ thống 23 1.5.1 Phần khí .24 1.5.2 Phần điều khiển 25 1.5.3 Phần camera 25 CHƯƠNG TỔNG QUAN HỆ THỐNG .26 2.1 2.2 Hệ thống khí .26 2.1.1 Hệ thống băng tải 26 2.1.2 Hệ thống robot Scara bậc tự 27 Hệ thống điều khiển 49 Trang ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2.3 GVHD: TS.Nguyễn Thành Hùng 2.2.1 Sơ đồ hệ thống điều khiển 49 2.2.2 Thành phần 49 Thiết kế hệ thống điều khiển 55 2.3.1 Chọn luật điều khiển, thiết kế mơ hình điều khiển 55 2.3.2 Mô phần mềm Matlab 58 CHƯƠNG THUẬT TỐN XỬ LÍ ẢNH 64 3.1 3.2 3.3 Phần mềm 64 3.1.1 Thư viện opencv .64 3.1.2 Thư viện Zbar 66 3.1.3 Giới thiệu Winform Application 68 Quét mã QR phân loại sản phẩm 68 3.2.1 Thuật toán xây dựng mã QR 68 3.2.2 Đọc mã QR .72 3.2.3 Kết 75 Xây dựng thuật toán xác định hướng sản phẩm .76 3.3.1 Đặt vấn đề hướng giải 76 3.3.2 Sơ đồ thuật toán xác định hướng ảnh 77 3.3.3 Kết 83 CHƯƠNG THUẬT TOÁN BINPACKING 3D ONLINE 84 4.1 Giới thiệu chung 84 4.2 Hệ thống liệu 85 4.3 4.2.1 Mơ hình liệu 85 4.2.2 Phân loại không gian` .86 4.2.3 Hệ thống liệu .86 4.2.4 Cơ chế sinh liệu 87 Thuật toán tổ chức hiệu chỉnh hệ thống sở liệu .88 4.3.1 Thuật toán loại liệu khỏi hệ thống liệu 89 4.3.2 Thuật toán thêm liệu vào hệ thống liệu 90 4.3.3 Thuật tốn hợp liệu .90 4.3.4 Thuật tốn xếp liệu .92 4.3.5 Thuật toán loại liệu khỏi hệ thống liệu phụ .93 4.3.6 Thuật toán thêm liệu vào hệ thống liệu phụ .94 4.3.7 Thuật toán hợp liệu phụ với liệu .95 Trang ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS.Nguyễn Thành Hùng 4.4 Thuật tốn tìm kiếm 95 4.5 Thuật toán BinPacking 3D Online 97 4.6 Kiểm nghiệm thuật toán 98 CHƯƠNG MƠ HÌNH THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ .102 5.1 5.2 Giới thiệu mô hình 102 5.1.1 Phần khí 104 5.1.2 Phần điều khiển 104 5.1.3 Phần camera 104 Kết thực nghiệm đánh giá kết 104 5.2.1 Kết thực nghiệm .104 5.2.2 Đánh giá kết 105 KẾT LUẬN TÀI LIỆU THAM KHẢO07 Trang ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS.Nguyễn Thành Hùng DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Các tọa độ suy rộng robot 15 Hình 1.2 Quy tắc bàn tay phải 15 Hình 1.3 Cấu trúc robot công nghiệp 16 Hình 1.4 Robot 17 Hình 1.5 Thu nhận ảnh, chụp ảnh số hoá ảnh .21 Hình 1.6 Nâng cấp ảnh sử dụng xử lý ảnh 21 Hình 1.7 Nén ảnh mã hoá ảnh 22 Hình 1.8 Thành phần hệ thống xử lý ảnh cơng nghiệp 23 Hình 1.9 Chu trình xử lý ảnh .24 Hình 2.1 Hệ thống băng tải .26 Hình 2.2 Vùng làm việc robot .28 Hình 2.3 Phương án robot Scara TRRR 28 Hình 2.4 Phương án robot Scara RTRR 29 Hình 2.5 Hệ trục tọa độ robot .30 Hình 2.6 Danh mục chọn ổ bi đỡ .44 Hình 2.7 Danh mục ổ bi chặn 44 Hình 2.8 Thơng số động bước 45 Hình 2.9 Mơ không gian làm việc robot 46 Hình 2.10 Sơ đồ hệ thống điều khiển 49 Hình 2.11 Nguồn công suất .50 Hình 2.12 Cảm biến tiệm cận 50 Hình 2.13 Cơng tắc hành trình 50 Hình 2.14 Cơ cấu chấp hành .51 Hình 2.15 Hình ảnh giao diện điều khiển 52 Hình 2.16 Sơ đồ thuật toán điều khiển 53 Hình 2.17 Basler ace-acA1300-300um .54 Hình 2.18 Thiết bị tính tốn chọn Lens .55 Hình 2.19 Basler Lens C125-1218-5M F1.8 .55 Trang ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS.Nguyễn Thành Hùng Hình 2.20 Mơ hình hệ thống sử dụng điều khiển PID 56 Hình 2.21 Mơ hình đối tượng điều khiển 57 Hình 2.22 Mơ hình hệ thống .57 Hình 2.23 Mơ hình điều khiển PD + Lực 58 Hình 2.24 Khối phản hồi phi tuyến 60 Hình 2.25 Khối robot 61 Hình 2.26 Đồ thị vị trí sai lệch vị trí biến khớp 62 Hình 3.1 Thêm file header OpenCV 65 Hình 3.2 Thêm thư viên OpenCV .65 Hình 3.3 Thêm file thư viện OpenCV .66 Hình 3.4 Thêm thư viên Zbar 67 Hình 3.5 Thêm thư viên Zbar 67 Hình 3.6 Thêm thư viên Zbar 68 Hình 3.7 Các Pattern mã QR .70 Hình 3.8 Khu vực thơng tin phiên 71 Hình 3.9 Các xếp bit data 72 Hình 3.10 Các bước quét mã QR 74 Hình 3.11 Code xử lý ảnh 75 Hình 3.12 Kết nhận diện mã QR 76 Hình 3.13 Sơ đồ thuật tốn xác định hướng hộp 77 Hình 3.14 Chuyển đổi ma trận đầu vào thành ma trận đầu 78 Hình 3.15 Các khả biên 80 Hình 3.16 Kết xác định hướng hộp 83 Hình 4.1 Mơ hình khơng gian 85 Hình 4.2 Mơ hình liệu mô tả không gian 86 Hình 4.3 Sơ đồ hệ thống liệu 87 Hình 4.4 Sơ đồ hệ thống liệu phụ 87 Hình 4.5 Cơ chế sinh liệu 88 Hình 4.6 Thuật tốn loại liệu khỏi hệ thống liệu 90 Hình 4.7 Sơ đồ thuật tốn thêm liệu vào hệ thống liệu .91 Hình 4.8 Sơ đồ thuật tốn hợp liệu 92 Hình 4.9 Thuật tốn xếp liệu 93 Hình 4.10 Sơ đồ thuật toán loại liệu khỏi hệ thống liệu phụ 94 Hình 4.11 Sơ đồ thuật toán thêm liệu vào hệ thống liệu phụ 94 Hình 4.12 Sơ đồ thuật tốn hợp liệu liệu phụ 96 Hình 4.13 Sơ đồ thuật tốn tìm kiếm 97 Hình 4.14 Sơ đồ thuật toán BinPacking 3D Online 98 Trang ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS.Nguyễn Thành Hùng Hình 4.15 Kết kiểm nghiệm mẫu thử 101 Hình 4.16 Kết kiểm nghiệm mẫu thử 101 Hình 5.1 Mơ hình robot 103 Hình 5.2 Kết xử lý ảnh .105 Trang 10 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS.Nguyễn Thành Hùng Hình 4.61 Sơ đồ thuật tốn loại liệu khỏi hệ thống liệu phụ 4.3.6 Thuật toán thêm liệu vào hệ thống liệu phụ Chức năng: Khi không gian tạo ra, kích thước khơng gian khơng đủ lớn để chứa hộp, liệu mơ tả khơng gian cần thêm vào hệ thống liệu phụ Thuật toán thực nhiệm vụ thêm liệu vào hệ thống liệu phụ Thuật tốn (Hình 4.11): Đầu vào: thống số liệu Đầu ra: hệ thống liệu phụ Quy trình: - Tạo liệu - Thêm liệu vào hệ thống liệu phụ Trang 99 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS.Nguyễn Thành Hùng Hình 4.62 Sơ đồ thuật tốn thêm liệu vào hệ thống liệu phụ 4.3.7 Thuật toán hợp liệu phụ với liệu Chức năng: Hệ thống liệu phụ chứa liệu mô tả không gian nhỏ, chứa hộp Những không gian làm cho thùng chứa bị phân mảnh, giảm sức chứa thùng Vì vậy, thuật tốn xây dựng để hợp khơng gian phụ vào khơng gian Điều kiện hợp liệu: liệu liệu phụ hợp với không gian liệu phụ mô tả chứa vùng không gian hợp với không gian mô tả liệu thành khơng gian Thuật tốn (Hình 4.12): Đầu vào: hệ thống liệu phụ hệ thống liệu Đầu ra: hệ thống liệu phụ hệ thống liệu hợp Quy trình: - Duyệt liệu R[k] hệ thống liệu phụ - Tìm R[i][j] thỏa mãn R[i][j](Cz) = R[k](Cz) điều kiện hợp - Hợp R[k] vào R[i][j] - Loại bỏ R[k] khỏi hệ thống liệu phụ 4.4 Thuật toán tìm kiếm Chức năng: Bản chất thuật tốn BinPacking tìm khơng gian phù hợp để xếp hộp vào Việc tìm khơng gian phù hợp mơ tả việc tìm Trang 10 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS.Nguyễn Thành Hùng liệu hệ thống liệu phù hợp với yêu cầu đặt Vì vậy, thuật tốn thực việc tìm liệu đáp ứng nhu cầu đặt Điều kiện tìm kiếm: Dựa vào cách tiếp cận tham lam, ta đưa yêu cầu liệu ta cần để tối ưu không gian: - R[i][j](L) > Lb, R[i][j](W) > Wb R[i][j](L) > Wb, R[i][j](W) > Lb - R[i][j](S) nhỏ - R[i][j](Cz) nhỏ Thuật tốn (Hình 4.13): Đầu vào: kích thước hộp Đầu ra: liệu mô tả không gian xếp hộp Quy trinh: - Trong hệ thống, duyệt từ lớp thấp đến lớp cao Trong lớp, duyệt từ đầu đến cuối - Tìm kiếm R[i][j] thỏa mãn điều kiện tìm kiếm Trang 10 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS.Nguyễn Thành Hùng Hình 4.63 Sơ đồ thuật tốn hợp liệu liệu phụ Trang 10 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS.Nguyễn Thành Hùng Hình 4.64 Sơ đồ thuật tốn tìm kiếm 4.5 Thuật toán BinPacking 3D Online Thuật toán BinPacking kết hợp có trình tự thành phần cấu tạo, bao gồm: - Hệ thống liệu Các thuật toán tổ chức liệu Thuật tốn tìm kiếm liệu theo cách tiếp cận tham lam Thuật tốn (Hình 4.14): Đầu vào: kích thước hộp Đầu ra: vị trí xếp hộp thùng Quy trình: - Tìm kiếm khơng gian - Lưu trữ vị trí xếp hộp - Sinh khơng gian - Loại bỏ không gian cũ; phân loại thêm không gian vào hệ thống liệu - Hợp liệu với - Sắp xếp liệu Trang 10 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS.Nguyễn Thành Hùng Hình 4.65 Sơ đồ thuật toán BinPacking 3D Online 4.6 Kiểm nghiệm thuật toán Với đặc thù vấn đề BinPacking 3D Online, đầu vào vấn đề khơng xác định Vì vậy, việc tìm lời giải xác cho tốn khó đạt Để xác định mức độ tối ưu thuất toán, ta dựa vào ba thông số: - Thời gian thực hiện: thời gian kết xếp ứng với đầu vào xác định Độ đặc thùng chứa: phần trăm thể tích chiếm chỗ hộp thùng chứa Số hộp xếp Trang 10 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS.Nguyễn Thành Hùng Để kiểm nghiệm thông số trên, ta sử dụng chương trình mơ sinh kích thước hộp ngẫu nhiên, hộp đưa vào chương trình kiểm nghiệm để thu số hộp xếp được, thời gian thực độ đặc thùng chứa Dựa vào thống số đó, ta đánh giá mức độ tối ưu thuật tốn Kiểm nghiệm 1: - Kích thước hộp: 30x40x20; 30x50x20; 40x50x20; 30x50x40; 40x50x30 - Kích thước thùng chứa: 400x300x200 - Chương trình kiểm nghiệm kết thúc có hộp khơng xếp vào thùng - Đầu ra: số hộp xếp được, thời gian thực độ đặc thùng chứa Dưới kết mô phỏng: Bảng 4.4 Bảng kết kiểm nghiệm ST T 10 11 12 13 14 15 16 17 18 Số lượng hộp Thời gian xử lý Độ đặc thùng chứa (hộp) 310 347 417 339 410 390 353 392 390 344 387 377 399 266 423 392 351 337 (s) < 0,05 < 0,05 < 0,05 < 0,05 < 0,05 < 0,05 < 0,05 < 0,05 < 0,05 < 0,05 < 0,05 < 0,05 < 0,05 < 0,05 < 0,05 < 0,05 < 0,05 < 0,05 (%) 54,67 61,9 73,18 61,97 72,18 68,83 62,39 71,25 68,41 60,83 68,98 67,33 71,67 46,93 73,55 71,25 62,44 59,53 Trang 10 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS.Nguyễn Thành Hùng 19 20 370 329 < 0,05 < 0,05 64,18 58,18 Kiểm nghiệm 2: - Kích thước hộp: 30x40x20; 30x50x20; 40x50x20; 30x50x40; 40x50x30 - Kích thước thùng chứa: 400x300x200 - Chương trình kiểm nghiệm kết thúc thùng chứa đầy - Đầu ra: số hộp xếp được, số hộp không xếp được, thời gian thực độ đặc thùng chứa Dưới kết mô phỏng: Bảng 4.5 Bảng kết kiểm nghiệm ST T 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Số lượng hộp xếp Số lượng hộp không xếp Thời gian xử lý Độ đặc thùng chứa (hộp) 416 435 460 421 435 429 419 421 431 469 423 420 449 356 460 433 434 439 419 433 (hộp) 57 75 28 62 14 25 65 36 44 102 41 41 31 54 37 40 81 91 51 125 (s) < 0,1 < 0,1 < 0,1 < 0,1 < 0,1 < 0,1 < 0,1 < 0,1 < 0,1 < 0,1 < 0,1 < 0,1 < 0,1 < 0,1 < 0,1 < 0,1 < 0,1 < 0,1 < 0,1 < 0,1 (%) 69,68 74,39 78,99 72,93 75.9 74,17 72,55 75,67 73,34 79,16 73,57 72,89 77,93 60,76 78,15 76,25 74,69 74,08 70,72 72,43 Trang 10 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS.Nguyễn Thành Hùng Hình 4.66 Kết kiểm nghiệm mẫu thử Hình 4.67 Kết kiểm nghiệm mẫu thử Trang 10 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS.Nguyễn Thành Hùng CHƯƠNG MƠ HÌNH THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ 5.1 Giới thiệu mơ hình Mơ hình phân loại sản phẩm ứng dụng xử lý ảnh với phần khí gồm băng tải di chuyển vật, robot bốn bậc tự để gắp xếp sản phẩm vào thùng chứa, hệ thống sử lý hình ảnh Hệ thống yêu cầu xử dụng arduino máy tính để điều khiển cấu khí Mục tiêu chúng em phân loại xếp sản phẩm nhà máy hay kho hàng Hiện nay, kho hàng sử dụng sức lao động tay chân nhiều với khối lượng hàng xuất nhập lớn việc tối ưu hiệu suất thay sức lao động người thiết yếu Trang 10 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS.Nguyễn Thành Hùng Trang 10 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS.Nguyễn Thành Hùng Hình 5.68 Mơ hình robot 5.1.1 Phần khí Chức năng: Phần khí nhận lệnh điều khiển để thực thao tác nhằm đưa sản phẩm dạng hộp đến vị trí yêu cầu Cấu tạo: Phần khí gồm có phần - Băng tải - Robot Scara bậc tự 5.1.2 Phần điều khiển Chức năng: Phần điều khiển nhận ảnh từ camera sau xử lý ảnh điều khiển động servo quay theo yêu cầu đặt Cấu tạo: Phần điều khiển gồm phần - Laptop: Tích hợp phần mềm xử lí ảnh, nhận diện mẫu gửi từ camera - Vi điều khiển: Nhận lệnh từ laptop để điều khiển xếp sản phẩm 5.1.3 Phần camera Chức năng: Thu nhận hình ảnh tốt từ sản phẩm để truyền tới máy tính Cấu tạo: phần camera bao gồm phần - Hệ thống chiếu sáng (Ilummination): tạo mơi trường ánh sáng để camera chụp xác ảnh - Hệ thấu kính (lens): Lụa chọn xác hệ thấu kính để điều chỉnh cho phép độ phân giải cà độ nét ảnh tối ưu - Camera: thiết bị chụp ảnh, hệ thống phối hợp nhiều camera 5.2 Kết thực nghiệm đánh giá kết 5.2.1 Kết thực nghiệm Sau thời gian nghiên cứu nhóm chúng em thiết kế hồn chỉnh mơ hình, đáp ứng u cầu đề ứng dụng xử lý ảnh thuật toán BinPacking 3D Online để phân loại, xếp sản phẩm vào thùng chứa Mục đính ứng dụng vào kho hàng với khối lượng sản phẩm xuất nhập lớn, việc vận chuyển xếp đóng gói mục tiêu bọn em muốn hướng đến để nâng cao suất Sản phẩm mơ hình hộp hình chữ nhật có kích thước không 50x50x40 (mm) - Năng suất: sản phẩm/phút - Độ xác: 1mm Trang 11 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS.Nguyễn Thành Hùng - Thuật toán xử lý ảnh cho kết thời gian giây với độ xác mm Hình 5.69 Kết xử lý ảnh 5.2.2 Đánh giá kết - Thuật toán xử lý ảnh cho kết tốt, tốc độ cao, độ xác tốt - Năng suất hoạt động mơ hình chưa cao giới hạn khí chưa tính tốn đến tối ưu suất - Độ xác khí chưa cao, hộp đưa đến vị trị chưa hoàn tồn xác dẫn đến va chạm với hộp xung quanh thùng chứa Trang 11 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS.Nguyễn Thành Hùng KẾT LUẬN Sau hồn thành đề tài “Thiết kế hệ thống đóng gói hộp tự động sử dụng Robot Scara bốn bậc tự do”, chúng em có nhìn tốt q trình sản xuất tự động hóa q trình sản xuất công nghiệp củng cố gia tăng kiến thức thiết kế khí, xử lí ảnh, lập trình vi điều khiển, cách đấu nối loại cảm biến vào hệ thống Do thời gian lực hạn chế nên số phần cịn chưa đầy đủ xác Trong thời gian thực đề tài em gặp nhiều khó khăn kiến thức nhìn tổng quan vấn đề song nhờ động viên giúp đỡ nhiệt tình thầy, mơn điện tử đặc biệt Thầy TS Nguyễn Thành Hùng, chúng em hoàn thành trọn ven đề tài Kết đạt được: - Phân loại sản phẩm dựa vào mã QR, hình dáng kích thước - Nắm nét thuật toán BinPacking 3D Online - Xây dựng hệ thống điện tử hồn chỉnh Dù có cố gắng hoàn thành đề tài, hướng dẫn nhiệt tình thầy mơn, hiểu biết cịn hạn chế cộng với chưa có kinh nghiệm nên khơng tránh khỏi sai sót bất cập Vì chúng em mong sữa chữa góp ý thầy, để chúng em rút kinh nghiệm bổ sung thêm kiến thức cho Hướng phát triển đồ án tương lai: Đề tài phát triển thêm tạo chuỗi khép kín tự động lấy cất vật tư kho hàng hay mặt hàng nào, thay sức lao động quản lý mặt hàng khoa học tránh sai sót người Hiện nhóm chuyển giao ý tưởng phát triển tiếp đề án tương lai với nhóm sinh viên động yêu khoa học Dự định kỳ tới đưa loại robot cơng nghiệp với nhiều tính cập nhật hiên đại nhiều ứng dụng công nghiệp để phù hợp với phát triển khao học & công nghệ, đặc biệt công nghiệp 4.0 Trang 11 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS.Nguyễn Thành Hùng DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] A new heuristic recursive algorithm for the strip rectangular packing problem - Defu Zhanga,Yan Kangb,Ansheng Denga [2] ModelingandPackingObjectsandContainersthroughVoxelCarving – Alex Adamson, Nikhil LeLe, Maxwell Siegelman [3] A New and Improved Algorithm for Online Bin Packing - János Balogh, József Békési, Grgy Dósa, Leah Epstein, Asaf Levin [4] https://docs.opencv.org [5] https://www.baslerweb.com ta lựa chọn camera Basler ace - acA1300-30um [6] http://ww25.adruino.cc/?fbclid=IwAR3Zm2xELrD6do5xNkkDYtsNbgq GTNEkt gw1K4pFJaKU_3wSDdqIRaV28E Trang 11 ... tài thiết kế hệ thống robot Scara nhập xuất kho tự động ứng dụng xử lý ảnh thuật toán BinPacking 1.5 Giới thiệu thành phần hệ thống Hệ thống xử lý ảnh công nghệ phương pháp sử dụng để tự động. .. nghệ, hệ thống máy tự động linh hoạt, gọi ? ?hệ thống tự động linh hoạt robot hóa” cho phép thích ứng nhanh thao tác đơn giản nhiệm vụ sản xuất thay đổi b) Bậc tự robot (DOF: Degree of Freedom) Bậc. .. dùng Băng tải kết hợp Robot Scara bốn bậc tự để thực gắp vật Kết quả: Nhóm thiết kế mơ hình hệ thống có tính thực tế đạt hiệu xếp sản phẩm cụ thể gói hàng kho doanh nghiệp vận tải Hệ thống giúp