Đồ án tốt nghiệp: Ứng dụng robot SCARA kết hợp xử lý ảnh để phân loại rác thải tự động

LỜI CẢM ƠN

LỜI CAM ĐOAN

1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1. Giới thiệu đề tài

1.2. Tình hình nghiên cứu

1.2.1. Nghiên cứu trong nước

1.2.2. Nghiên cứu quốc tế

1.3. Mục tiêu nghiên cứu

1.4. Nội dung nghiên cứu

1.5. Giới hạn đề tài

2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1. Tổng quan về robot SCARA

2.1.1. Khái niệm robot SCARA

2.1.2. Ưu và nhược điểm robot SCARA

2.1.3. Ứng dụng của robot SCARA

2.2. Khái quát về PLC

2.2.1. Tổng quan về PLC

2.2.2. Ưu điểm và nhược điểm của PLC

2.2.3. Vai trò và ứng dụng của PLC

2.3. PLC dòng Q của hãng Mitsubishi

2.3.1. Giới thiệu PLC dòng Q

2.3.2. Đặc điểm chung của PLC dòng Q

2.4. Giới thiệu về servo

2.4.1. Phân loại động cơ servo

2.4.2. Ưu và nhược điểm của động cơ AC servo

2.5. Khái niệm về Encoder

2.5.1. Phân loại Encoder

2.6. Khái niệm về camera nhận diện độ sâu

2.6.1. Ứng dụng của camera độ sâu

2.7. Phương pháp điều khiển vị trí động cơ

2.8. Mô hình nhận diện vật YOLO

2.8.1. Giới thiệu mô hình YOLO (You Only Look Once)

2.8.2. Kiến trúc và nguyên lí hoạt động của mô hình YOLO

2.8.3. Ứng dụng của YOLO

2.8.4. So sánh và đánh giá mô hình YOLOv8 với các phiên bản trước

2.9. Truyền thông giao tiếp MC-Protocol

2.9.1. Tổng quan về truyền thông MC-Protocol

2.9.2. Nguyên lí hoạt động MC-Protocol

2.10. Tính toán động học và động lực học robot SCARA

2.10.1. Tính toán động học thuận robot SCARA

2.10.2. Tính toán động học nghịch robot SCARA

3. CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG

3.1. Thiết kế phần cứng

3.1.1. Yêu cầu phần cứng

3.1.2. Bố trí phần cứng

3.1.3. Thiết bị phần cứng. Robot Scara Denso HSR-055

3.1.4. Phần khung mô hình

3.1.5. Phần băng tải

3.1.6. Phần cơ cấu hút vật

3.2. Thiết kế hệ thống điện

3.2.1. Sơ đồ khối hệ thống

3.2.2. Sơ đồ đấu nối hệ thống. Các thiết bị sử dụng trong hệ thống

3.2.3. Thi công tủ điện

4. CHƯƠNG 4: GIẢI THUẬT GẮP VẬT TRÊN BĂNG TẢI CỦA HỆ THỐNG

4.1. Mô tả hoạt động hệ thống

4.2. Chuyển đổi ma trận giữ hệ tọa độ camera sang hệ tọa độ robot

4.3. Thiết kế chương trình điều khiển hệ thống

4.4. Lưu đồ giải thuật phân loại rác trên băng tải

4.5. Khối xử lý ảnh đầu vào

4.6. Khối xử lý dữ liệu

4.7. Khối điều khiển

5. CHƯƠNG 5: VẬN HÀNH HỆ THỐNG VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM

5.1. Các chế độ điều khiển

5.1.1. Chế độ thủ công (Manual)

5.2. Giao diện điều khiển

5.2.1. Màn hình giới thiệu và đăng nhập

5.2.2. Màn hình Jog Operation

5.2.3. Màn hình Kinematics

5.2.4. Màn hình Auto

5.3. Kiểm chứng động học robot SCARA

5.3.1. Kiểm chứng động học nghịch

5.3.2. Kiểm chứng động học thuận

5.4. Kiểm nghiệm mô hình YOLO

5.5. Kiểm nghiệm hệ thống

6. CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN

6.1. Hướng phát triển

DANH MỤC HÌNH

DANH MỤC BẢNG

I. Giới thiệu đề tài

Đề tài 'Ứng dụng robot SCARA kết hợp xử lý ảnh để phân loại rác thải tự động' nhằm giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường do rác thải không được phân loại hiệu quả. Việc phân loại rác tại nguồn là rất quan trọng để giảm thiểu khối lượng rác cần xử lý và tạo điều kiện thuận lợi cho việc tái chế. Sự kết hợp giữa robot SCARA và công nghệ xử lý ảnh hiện đại, đặc biệt là mô hình YOLO, mang lại tiềm năng lớn trong việc tự động hóa quá trình này. Hệ thống không chỉ giúp tiết kiệm thời gian và công sức mà còn giảm thiểu sai sót do yếu tố con người. Theo đó, việc áp dụng công nghệ AI trong phân loại rác thải sẽ góp phần bảo vệ môi trường và nâng cao chất lượng cuộc sống.

II. Cơ sở lý thuyết

Chương này trình bày các khái niệm cơ bản về robot SCARA, PLC, và động cơ servo. Robot SCARA được biết đến với khả năng di chuyển nhanh và chính xác, rất phù hợp cho các ứng dụng gắp và đặt vật. PLC dòng Q của Mitsubishi được sử dụng để điều khiển hệ thống, với các ưu điểm như khả năng mở rộng và tính linh hoạt. Động cơ servo và encoder cũng được giới thiệu, giúp điều khiển chính xác vị trí và tốc độ của robot. Mô hình YOLO được sử dụng để nhận diện và phân loại rác thải, cho phép hệ thống hoạt động hiệu quả trong môi trường thực tế.

2.1. Robot SCARA

Robot SCARA có cấu trúc đơn giản, dễ dàng lắp đặt và bảo trì. Với khả năng hoạt động trong không gian hai chiều, robot này có thể thực hiện các nhiệm vụ gắp và đặt vật một cách nhanh chóng và chính xác. Việc sử dụng robot SCARA trong phân loại rác thải giúp tăng hiệu suất công việc và giảm thiểu rủi ro cho con người.

2.2. Công nghệ xử lý ảnh

Công nghệ xử lý ảnh đóng vai trò quan trọng trong việc nhận diện và phân loại rác thải. Mô hình YOLO (You Only Look Once) cho phép nhận diện nhanh chóng và chính xác các vật thể trong hình ảnh. Sự kết hợp giữa robot SCARA và YOLO tạo ra một hệ thống phân loại rác thông minh, giúp nâng cao hiệu quả quản lý rác thải.

III. Thiết kế và thi công hệ thống

Chương này trình bày quy trình thiết kế và thi công hệ thống phân loại rác thải tự động. Các thiết bị phần cứng như robot SCARA, camera 3D Intel Realsense D435i, và các bộ điều khiển được lựa chọn và lắp đặt. Sơ đồ đấu nối hệ thống được thiết kế để đảm bảo tính đồng bộ và hiệu quả trong quá trình hoạt động. Việc thi công tủ điện và đấu nối các thiết bị cũng được thực hiện một cách cẩn thận để đảm bảo an toàn và hiệu suất cao cho hệ thống. Hệ thống được kiểm tra và hiệu chỉnh để đảm bảo hoạt động ổn định trong môi trường thực tế.

3.1. Lựa chọn thiết bị

Việc lựa chọn thiết bị là một bước quan trọng trong quá trình thiết kế hệ thống. Robot SCARA được chọn vì khả năng gắp và đặt vật nhanh chóng. Camera 3D Intel Realsense D435i được sử dụng để thu thập hình ảnh và hỗ trợ quá trình nhận diện rác thải. Các thiết bị khác như PLC và động cơ servo cũng được lựa chọn dựa trên yêu cầu kỹ thuật của hệ thống.

3.2. Thi công hệ thống

Quá trình thi công hệ thống bao gồm lắp đặt các thiết bị phần cứng, đấu nối tủ điện và kiểm tra hoạt động của hệ thống. Các bước thi công được thực hiện theo quy trình nghiêm ngặt để đảm bảo an toàn và hiệu quả. Hệ thống được kiểm tra kỹ lưỡng trước khi đưa vào vận hành thực tế.

IV. Vận hành hệ thống và đánh giá kết quả thực nghiệm

Chương này trình bày cách vận hành hệ thống và đánh giá kết quả thực nghiệm. Hệ thống được kiểm tra trong các chế độ điều khiển khác nhau, bao gồm chế độ thủ công và tự động. Kết quả thực nghiệm cho thấy hệ thống có khả năng nhận diện và phân loại rác thải với độ chính xác cao. Việc kiểm nghiệm mô hình YOLO cũng cho thấy hiệu quả trong việc nhận diện chai và lon trong môi trường rác thải đa dạng. Hệ thống đã chứng minh được tính khả thi và hiệu quả trong việc tự động hóa quá trình phân loại rác thải.

4.1. Chế độ điều khiển

Hệ thống được thiết kế với nhiều chế độ điều khiển khác nhau, cho phép người dùng lựa chọn phương thức vận hành phù hợp. Chế độ thủ công cho phép người dùng can thiệp trực tiếp vào quá trình phân loại, trong khi chế độ tự động giúp hệ thống hoạt động độc lập và hiệu quả hơn.

4.2. Đánh giá kết quả

Kết quả thực nghiệm cho thấy hệ thống có khả năng phân loại rác thải với độ chính xác cao. Việc sử dụng công nghệ AI và xử lý ảnh đã giúp nâng cao hiệu quả của quá trình phân loại. Hệ thống đã chứng minh được tính khả thi và hiệu quả trong việc tự động hóa quá trình phân loại rác thải.

V. Kết luận và hướng phát triển

Kết luận từ đề tài cho thấy việc ứng dụng robot SCARA kết hợp với xử lý ảnh để phân loại rác thải tự động là một giải pháp hiệu quả và bền vững. Hệ thống không chỉ giúp nâng cao hiệu quả quản lý rác thải mà còn góp phần bảo vệ môi trường. Hướng phát triển tiếp theo có thể bao gồm việc mở rộng khả năng nhận diện cho nhiều loại rác thải khác nhau và cải thiện thuật toán xử lý ảnh để tăng độ chính xác và tốc độ nhận diện. Việc nghiên cứu và phát triển thêm các công nghệ mới sẽ giúp hệ thống ngày càng hoàn thiện và ứng dụng rộng rãi hơn trong thực tế.

Đồ án tốt nghiệp công nghệ kỹ thuật điều khiển và tự động hóa: Ứng dụng robot SCARA kết hợp xử lý ảnh phân loại rác thải