Chương 1: TỔNG QUAN Ở chương này nhóm đặt ra vấn đề, lý do chọn đề tài, mục tiêu, ý nghĩa thực tiễn cũng như phạm vi của đề tài. Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT Nguyên lý hoạt động của hệ thống, tổng quan về các khái niệm xử lý ảnh, PLC. Sơ lược về Realtime Database, cũng như robot trong công nghiệp sẽ được trình bày trong chương này. Chương 3: THI CÔNG PHẦN CỨNG Ở chương này nhóm nêu lên những yêu cầu của hệ thống sau đó thiết kế Solidworks và lựa chọn thiết bị.
Chương 4: SƠ ĐỒ KẾT NỐI VÀ THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN Ở chương này nhóm sẽ tiến hành trình bày thuật toán điều khiển, sơ đồ khối và sơ đồ đấu giây hệ thống. Chương 5: KẾT QUẢ Kết quả đạt được của hệ thống sẽ được trình bày ở chương này. Chương 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Dựa trên những kết quả đạt được nhóm sẽ nêu lên những kết luận và hướng phát triển ở chương cuối cùng. Giới hạn Đề tài nhóm nghiên cứu có một số giới hạn như sau: - Hệ thống chỉ có thể phân loại được những sản phẩm có kích thước như đã quy định.
- Hệ thống hoạt động với điều kiện ánh sáng ổn định. - Số lượng sản phẩm di chuyển trên băng tải không được liên tục mà phải có thời gian trì hoãn tối thiểu là 2. 10 - Số lượng tối đa của mỗi loại sản phẩm trong hộp dưới 5 sản phẩm. - Tốc độ của băng tải trong quá trình hoạt động phải giữ ở mức cố định.
- Chỉ hút được những sản phẩm nhẹ với khối lượng < 1 kg và phải có bề mặt nhẵn. 11 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT Chương này sẽ trình bày về lý thuyết tính toán của phương trình động lực học thuận và động học nghịch robot và có cái nhìn tổng quan hơn về công nghệ xử lý ảnh được ứng dụng trong đề tài. Yêu cầu của hệ thống 2.1 Phân loại sản phẩm theo kích thước Phân loại sản phẩm theo kích thước: vật cần phân loại ở đây gồm các kích thước 2x2, 3x3, 4x4. Hệ thống cần phân loại một cách chính xác kích thước, do đó cần phải ứng dụng các phương pháp xử lý ảnh vào hệ thống từ đó tính toán và gửi tín hiệu về robot.
Với trên thị trường rất nhiều linh kiện được sử dụng trong giáo dục lẫn công nghiệp để phân loại sản phẩm ví dụ như cần gạt ngang, cảm biến kết hợp cùng cần đẩy, máy gắp,. Để đạt được đúng yêu cầu tiêu chí đề tài đề ra hệ thống phải gắp được sản phẩm một cách chắc chắn và nhanh nhẹn với tuần suất liên tục và phù hợp với kinh tế của sinh viên thì nhóm chúng em đã lựa chọn linh kiện bơm hút chân không để gắp sản phẩm và đưa vào vị trí được xác định trước đó. Tìm toạ độ của vật và tiến hành phân loại Hệ thống được ứng dụng thuật toán xử lý ảnh kết hợp với camera, sau khi sản phẩm cần phân loại được đặt trên băng tải và camera phát hiện được, bước tiếp theo là hệ thống phải xác định được vị trí chính xác của vật và gửi các giá trị toạ độ về để robot tiến hành gắp vật. Do yêu cầu về điều khiển vị trí một cách chính xác của hệ thống, vì vậy nên cần ứng dụng phương pháp điều khiển vị trí (motion control) một cách tự động.
Phương trình động lực học Robot Delta [1] 2. Cấu tạo tổng quan Robot Delta Hình 2.1 Cấu tạo cơ bản của Robot Delta Cấu tạo của Robot Delta Hình 2.1 bao gồm: - Bàn máy động E (𝐸1,2,3) và bàn máy cố định F (𝐹1,2,3). - Ba khâu chủ động 𝐹1𝐽1, 𝐹2𝐽2, 𝐹3𝐽3 liên kết với bàn máy cố định (Base platform) bằng các khớp quay và được dẫn động bởi 3 động cơ, các động cơ này được gắn chặt với bàn máy cố định F. - Ba khâu bị động 𝐽1𝐸1, 𝐽2𝐸2, 𝐽3𝐸3 mỗi khâu là một cấu trúc hình bình hành.
Tính chất hình học của các khâu hình bình hành nên bàn máy động là một vật rắn chuyển động tịnh tiến trong không gian. Như vậy robot có 3 bậc tự do xác định bởi 3 toạ độ 𝜃1 , 𝜃2 , 𝜃3 trong không gian. Động học thuận Robot Delta Từ các góc 1 , 2 , 3 Suy ra tọa độ ( x0 , y 0 , z 0 ) của điểm E0. Nếu ta đã biết góc 1 , chúng ta có thể dễ dàng tìm thấy tọa độ của các điểm J 1 , J 2 và J 3.
Các khớp nối J1 E1 , J 2 E2 và J 3 E3 có thể tự do xoay quanh các điểm J 1 , J 2 và J 3 tương ứng, tạo thành ba hình cầu có bán kính re .2 Mô hình động học Robot Delta Ta di chuyển các tâm của các hình cầu từ các điểm J 1 , J 2 và J 3 đến các điểm J1' , J 2 ' và J 3' bằng cách sử dụng các vector chuyển tiếp E1 E0 , E2 E0 và E3 E0 tương ứng. Sau quá trình chuyển đổi này, tất cả ba hình cầu sẽ giao nhau tại một điểm: 𝐸0 như được thể hiện trong Hình 2.3 phía dưới: Hình 2.3 Mô hình động học Robot Delta Vì vậy, để tìm tọa độ ( x0 , y 0 , z 0 ) của điểm E0 , chúng ta cần giải quyết tập hợp ba phương trình như ( x − xi ) 2 + ( y − yi ) 2 + ( z − zi ) 2 = r 2 , nơi tọa độ các tâm hình cầu ( xi , yi , zi ) và bán kính re đã biết.4 Tọa độ các điểm J1' , J 2 ' và J 3' trên mặt phẳng Oxy Công thức tính toán: tan ( 30 ) = f f OF1 = OF2 = OF3 = (2.8) 2 3 2 3 Với tọa độ các điểm J1 , J 2 , J 3 lần lượt là ( x1 , y1 , z1 ) , ( x2 , y2 , z2 ) , ( x3 , y3 , z3 ) ta có phương trình của ba hình cầu: ( x1 = 0 ) x 2 + ( y − y1 )2 + ( z − z1 )2 = re2 ( x − x2 ) + ( y − y2 ) + ( z − z2 ) = re 2 2 2 2 (2.9) ( x − x3 ) + ( y − y3 ) + ( z − z3 ) = re 2 2 2 2 15 x 2 + y 2 + z 2 − 2 y1 y − 2 z1 z = re2 − y12 − z12 → x 2 + y 2 + z 2 − 2 x2 x − 2 y2 y − 2 z2 z = re2 − x22 − y22 − z22 (2.10) x2 + y 2 + z 2 − 2x x − 2 y y − 2z z = r 2 − x2 − y 2 − z 2 3 3 3 e 3 3 3 Đặt wi = xi 2 − yi2 − zi2 , ta được: ( w1 − w2 ) x2 x + ( y1 − y2 ) y + ( z1 − z2 ) z = 2 ( w1 − w3 ) x3 x + ( y1 − y3 ) y + ( z1 − z3 ) z = (2.11) 2 ( w2 − w3 ) ( 2 3 x − x ) x + ( y 2 − y3 ) y + ( z 2 − z 3 ) z = 2 Từ công thức (2.11) ta rút x theo x2 và x3 ta được: x= ( w1 − w2 ) − 2 ( y1 − y2 ) y − 2 ( z1 − z2 ) z (2.13) bằng nhau, độc lập theo biến x , ta được: x3 ( z1 − z2 ) − x2 ( z1 − z3 ) x2 ( w1 − w3 ) − x3 ( w1 − w2 ) y= z+ (2.14) − x3 ( y1 − y2 ) + x2 ( y1 − y3 ) 2 ( − x3 ( y1 − y2 ) + x2 ( y1 − y3 ) ) Tương tự cho (2.13) bằng nhau, độc lập theo biến y , ta được: − ( y1 − y2 )( z1 − z3 ) + ( y1 − y3 )( z1 − z2 ) ( y − y2 )( w1 − w3 ) − ( y1 − y3 )( w1 − w2 ) x= z+ 1 (2.10) ta được: ( a + a + 1) z + 2 ( a + a ( b − y ) − z ) z + ( b + (b − y ) + z + r = 0 2 1 2 2 2 1 2 2 1 1 1 2 2 1 2 2 1 e 2 Cuối cùng, ta cần giải phương trình này và tìm z 0 (chúng ta nên chọn góc phương trình âm nhỏ nhất), và sau đó tính x0 và y 0 2. Động học nghịch Robot Delta Phương trình động học nghịch của Robot Delta là một phương trình quan trọng để xác định góc quay của robot khi biết được toạ độ chính xác của vật, mô hình động học nghịch này được biểu diễn như Hình 2. Ta có các thông số đã được xác định khi thiết kế: + f : chiều dài cạnh của bệ cố định hình tam giác phía trên.
+ e : chiều dài cạnh của bệ di động hình tam giác ở phía dưới. + r f , re : chiều dài phần trên và dưới cánh tay robot. Do khớp nối của robot F1 J1 chỉ có thể xoay trong mặt phẳng YZ, tạo thành hình tròn với tâm tại điểm F1 và bán kính r f .5: Mô hình động học nghịch Robot Delta J 1 và E1 được gọi là khớp nối phổ quát, có nghĩa là E1 J1 có thể xoay tự do tương đối với E1 , tạo thành hình cầu với tâm tại điểm E1 và bán kính re như Hình 2.6: Minh họa động học của cánh tay đòn robot Giao điểm của hình cầu này và mặt phẳng YZ là một đường tròn có tâm tại điểm E ' và bán kính E1' J1 (trong đó E ' là phép chiếu của điểm E1 trên mặt phẳng YZ). Điểm J 1 có thể được tìm thấy bây giờ như là giao điểm của các đường tròn bán kính đã biết với tâm là E1' và F1 và nếu biết được J 1 thì ta có thể tính được góc 1.
Xét mặt phẳng YZ được biểu diễn như Hình 2.7 bên dưới: Hình 2.