Luận văn: Thiết kế bộ xử lý ảnh phân loại sản phẩm cho robot Nachi MC20-01

Luận văn thạc sĩ trình bày chi tiết quá trình thiết kế, chế tạo bộ xử lý ảnh phân loại sản phẩm ứng dụng cho robot công nghiệp Nachi MC20-01.

• Tác giả: Khắng Minh
• Người hướng dẫn: PGS.TS Tạ Duy Liêm
• Trường học: Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Cơ khí
• Đề tài: Xử lý ảnh phân loại sản phẩm cho robot Nachi
• Loại tài liệu: Luận văn
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Xử Lý Ảnh Phân Loại Sản Phẩm

Xử lý ảnh phân loại sản phẩm là một công nghệ hiện đại được ứng dụng rộng rãi trong tự động hóa công nghiệp. Hệ thống này kết hợp các kỹ thuật xử lý ảnh tiên tiến với robot công nghiệp Nachi để thực hiện việc phân loại sản phẩm một cách chính xác và hiệu quả. Quá trình xử lý ảnh bao gồm nhiều bước phức tạp từ thu nhập ảnh, tiền xử lý, phân tích đặc trưng cho đến phân loại cuối cùng. Công nghệ này đã chứng minh hiệu quả cao trong các lĩnh vực sản xuất thực phẩm, ngành công nghiệp nhẹ và các ứng dụng tự động hóa khác. Việc sử dụng thư viện OpenCV giúp cải thiện đáng kể tốc độ xử lý và độ chính xác của hệ thống phân loại.

1.1. Các Bước Xử Lý Ảnh Cơ Bản

Quy trình xử lý ảnh bao gồm các bước: thu nhập ảnh, tiền xử lý để loại bỏ nhiễu, phân đoạn ảnh, trích xuất đặc trưng, và phân loại. Mỗi bước đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo độ chính xác của hệ thống. Các không gian màu như RGB, HSV, YUV được sử dụng tùy thuộc vào yêu cầu cụ thể của ứng dụng.

1.2. Ứng Dụng Công Nghệ OpenCV

Thư viện OpenCV cung cấp các công cụ mạnh mẽ cho xử lý ảnh và thị giác máy tính. Nó hỗ trợ các thuật toán tiên tiến như phát hiện cạnh, nhận dạng hình dạng, và phân loại sử dụng machine learning, giúp tối ưu hóa hiệu suất hệ thống phân loại sản phẩm.

II. Thiết Kế Hệ Thống Xử Lý Ảnh Cho Robot Nachi MC20 01

Hệ thống xử lý ảnh được thiết kế đặc biệt để tích hợp với robot công nghiệp Nachi MC20-01, một dòng robot công nghiệp tiên tiến có khả năng xử lý tốc độ cao và độ chính xác cao. Thiết kế hệ thống bao gồm xác định yêu cầu kỹ thuật, điều kiện biên và các ràng buộc hoạt động. Không gian làm việc của robot được xác định trên phần mềm AX on Desk, cho phép mô phỏng và kiểm tra hiệu suất trước khi triển khai thực tế. Các điều kiện biến như ánh sáng, nhiệt độ, độ ẩm được kiểm soát để đảm bảo hiệu suất ổn định. Hệ thống giao tiếp giữa camera, bộ xử lý và robot được thiết kế để hoạt động đồng bộ và an toàn.

2.1. Yêu Cầu Kỹ Thuật Hệ Thống

Yêu cầu kỹ thuật bao gồm độ phân giải camera tối thiểu 2 megapixel, tốc độ xử lý hình ảnh ≥30 FPS, độ chính xác phân loại ≥95%, và khả năng kết nối với bộ điều khiển AX. Hệ thống cần đáp ứng các tiêu chuẩn an toàn công nghiệp và có khả năng hoạt động 24/7.

2.2. Thiết Kế Không Gian Làm Việc Robot

Không gian làm việc được xác định dựa trên phạm vi hoạt động của robot Nachi MC20-01 với tải trọng tối đa 20kg. Thiết kế 3D trên AX on Desk giúp tối ưu hóa vị trí camera, đèn chiếu sáng và dây chuyền sản phẩm để đạt hiệu suất tối đa.

III. Mô Phỏng và Kiểm Chứng Hệ Thống

Mô phỏng hệ thống sử dụng phần mềm AX on Desk cho phép kiểm tra toàn bộ quy trình hoạt động trước khi triển khai trên thực tế. Bước mô phỏng bao gồm viết chương trình chính, chương trình con, và giả lập các tín hiệu đầu vào từ camera. Quá trình này giúp phát hiện lỗi, tối ưu hóa thuật toán và cải thiện hiệu suất xử lý ảnh. Các bài thực hành được thiết kế để người sử dụng hiểu rõ từng bước hoạt động. Kết quả mô phỏng so sánh với các yêu cầu thực tế giúp đánh giá độ tin cậy của hệ thống. Việc chạy thử nghiệm liên tục với các tập dữ liệu khác nhau đảm bảo tính ổn định.

3.1. Viết Chương Trình Mô Phỏng

Chương trình mô phỏng được viết sử dụng ngôn ngữ lập trình tương thích với robot Nachi. Chương trình chính điều khiển luồng xử lý ảnh, trong khi các chương trình con xử lý các nhiệm vụ cụ thể như kết nối camera, xử lý dữ liệu, và điều khiển robot để thực hiện các chuyển động cần thiết.

3.2. Kiểm Chứng Kết Quả Mô Phỏng

Kết quả mô phỏng được so sánh với các tính toán lý thuyết để đảm bảo tính chính xác. Các chỉ số quan trọng như tốc độ xử lý, độ chính xác phân loại, và thời gian phản ứng được ghi lại và phân tích để xác định các lĩnh vực cần cải thiện.

IV. Vận Hành và Ứng Dụng Thực Tiễn

Vận hành hệ thống xử lý ảnh phân loại sản phẩm cho robot Nachi MC20-01 yêu cầu tuân thủ các quy trình an toàn nghiêm ngặt. Trước khi vận hành, cần kiểm tra toàn bộ hệ thống bao gồm robot, camera, bộ điều khiển AX, mạch RF, và phần mềm xử lý ảnh. Các điều kiện hoạt động như ánh sáng, nhiệt độ phải được duy trì trong phạm vi quy định. Quá trình vận hành được hướng dẫn chi tiết thông qua các bài thực hành, bao gồm kết nối mạch, viết chương trình bằng bảng dạy học, và giám sát hoạt động thực thời. Ứng dụng thực tế của hệ thống này rất rộng rãi trong các ngành công nghiệp thực phẩm, sản xuất bia rượu, và phân loại rác.

4.1. Quy Trình Kiểm Tra Trước Vận Hành

Kiểm tra hệ thống bao gồm: kiểm tra robot trước khi bật nguồn điện, kiểm tra vị trí công tắc và nút điều khiển, kiểm tra máy nén khí và hệ thống áp lực, kiểm tra băng tải, và kiểm tra phần mềm xử lý ảnh. Tất cả linh kiện phải hoạt động bình thường trước khi khởi động hệ thống.

4.2. Ứng Dụng Trong Các Ngành Công Nghiệp

Hệ thống xử lý ảnh phân loại sản phẩm được ứng dụng hiệu quả trong công nghiệp thực phẩm, sản xuất rượu bia, phân loại rác và các lĩnh vực tự động hóa khác. Độ chính xác và tốc độ xử lý cao giúp nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm.

Trích đoạn nội dung tài liệu

LOI CAM DOAN Tôi xin cam đoan các số liệu và kết quả nêu trong Luận văn là trung thực và chưa được ai công bố trong bãi kỳ một công trình nào khác. Trừ các phân tham khảo đã được nêu rỡ trong Luận văn. Tác giả Khẳng Minh LOI CAM ON Tác giả xin chân thành cắm ơn các thây cô trong Viện Cơ khi Trường Dai hoc Bach Khoa Ha Nội cũng như các thầy cô đã tham gia giảng dạy cao học lớp cao học CI212013B đã tận tỉnh giúp đỡ cho tác giả trong suết thời gian vừa qua. Tác giả xin chân thành cäm ơn bạn bẻ dỗng nghiệp bộ mồn Cơ diện tứ, các thây trong Ban chủ nhiệm khoa Cơ khi Trường Dại học Công nghiệp Hà Nội đã tạo điều kiện, giúp đỡ tác giả trong quá trình vừa học vừa công tác.

“Tác giả xim chân thành cảm ơn gia đỉnh, các bạn sinh viên luôn là đông, lực, nguén cảm hứng che tác giả trong. suất quả trinh công tác va hoc tap. Đặc biệt tác giá xin chân thánh cầm ơn PGS.TS Tạ Duy Liêm gã trực tiếp hướng dẫn tác giả hoàn thành luận văn này.'LS 'Fa I3uy Liêm đã trực tiếp định hướng, giúp đỡ cho tác giả trong suốt quá trình học tập Đại học cũng như Cao học tại Trường Đại học Bach Khoa Hà Nội. 1hầy không chỉ là người thay mà còn là một nhà khoa học, môt đồng nghiệp mà suốt đời tác giả biết ơn vả ngưỡng mộ.

"tác giá Khing Minh MỤC LỤC LOLCAM BOAN LOICAM ON MUC LUC. HE THONG DANH MUC BANG BIEU. HE THONG DANH MUC HINH VE MO DAU. Lịch sử nghiên cứu 3 Mục dích, dỗi Lượng và phạm vì nghiên 3.1 Mục đích nghiên cứu 3.2 Dai tượng và phạm vi nghiên cứu.

Tóm tắt những luận điểm cơ bản vả đóng góp mới của tác giả.1 Những luận diém cơ bản 4.2 Đóng góp mới của tae giả 5. Phương pháp nghiên cửu. CHƯƠNGI: TÔNG QUAN 1.1 Tổng quan cơ sở lý thuyết 1.1 Tổng quan lý thuyết xử lý ảnh 1.2 Thu viện OpenCV.3 Robot công, nghiệp NNachi MC20-01 1.2 Tinh hinh nghién etu trong va ngoài nước 1.1 Tình hình nghiên cứu trong nước.2 'Tình hình nghiên cứu ở nước ngoài CHƯƠNGII: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HE THONG 2.1 Xác định yêu cầu hệ thẳng, giới hạn gác điều kiện biến.1 Yêu cầu hệ thống.2 Các điều kiện biển.2 Thiết kế và chế tạo hệ thống 2.1 Thiết kế tổng thể. HE THONG DANH MUC BANG BIEU Bang 1.1 Thông số kỹ thuật của Robot Nachi MC20-01.1 Các linh kiện chính trong mạch phát RE-.2 Các linh kiện chính trong mạch thu it, Bang 3.1 Danh sách các chân tin hiệu đầu vàocủa bộ điều kinén AX.2 Yêu câu kỹ thuật tín hiệu IẢO của bộ điều khiỗn AX.1 Kết quả thí nghiệm bộ XLA với khoảng tu phát 2m.2 Kết quá thi nghiệm bộ XLA với khoảng thu phái 10m we FL HE THGNG DANH MUC HINH VE Hình 1.1 Quá trình xứ lý ảnh jiình 12 Các bước trong xử lý ảnh.

Ảnh liên tục và ảnh sỐ.3 Liện tượng vỡ hại. “Hình L5 Dộ phân giải của ảnh Tình 1.6 Múc xám của ảnh Tinh 1. Hinh 1 8 Ảnh nhị phân và ảnh đen trắng.9 Luge dé mic xém cia anh Hinh 1.10 Khéng gian mau RGB.1) Khéng gian mdu YUV.12 Không gian mau ¥CbCr Hinh 1.13 Khéng gian mau HSV.14 Két noi tit diéu khién voi robet. ilinh 115 Két ndi bang điều khiển bằng tay với tả điều khiển.16 Robot SOARA xử lý ảnh DHCN Hà Nội.17 Mobile Rabot xử lý ảnh.

DI Lạc lồng.18 Công nghệ xử lý ảnh dp dung trong công nghiệp thực phẩm Tinh 1.4) lp dụng công nghệ xử lý duh va robot céng nghié, trong phân loại rác. 4iình L20 Công nghệ xử Ï! ảnh trong phân loại sân phẩm.21 Công nghệ xứ l§ ảnh trong sẵn xuất rượu bia.1 Sơ dỗ khôi hệ thông "Tình 22 Giao điện phần mềm xử lý ảnh.5 XAy dung bé robot.2 Thiết lập bắn vẽ lắp không gian làm việc của robot.3 Xây dựng không gian lảm việc cho robot công nghiệp trên phần mềm AX on Desk.1 Thiết lận không gian làm việc.2 Lựa chọn robot. „80 BÀI 2: MÔ PHÒNG HOẠT ĐỘNG CỦA ROBOT CÔNG NGHIỆP NACHI MC20-01 VỚI HỆ THÔNG XỬ LÝ ẢNH BANG PIIAN MEM AX ON DESK - 92 1. Mục tiêu của bài thực hảnh:.

Nội dung thực hành 92 2.2 Viết chương trình chỉnh.3 Viết cá chương trình con 92 2.4 Giả lập tín hiệu đầu vào ke 93 2.5 Chay chương trình mô phỏng, - 94 BÀI 3: VẬN HÀNH HỆ THÔNG XỬ LÝ ẢNH CHO ROBOT CONG NGHIỆP NACHI MC20-01. cà na ehoheeeeeeeeoeeo. Mục tiêu của bài thực hảnh:. Nội dung thuc hanh:.1 Kiểm tra hệ thống trước khi vận hành - 96 2.1 Kiểm tra robot trước khi bật nguồn điện chính.2 Kiểm tra vị trí của các công tắc, các nút điều khiến.3 Kiểm tra máy nén khí và máy biển áp - 97 2.4 Kiểm tra băng tãi.5 Kiểm tra phần mềm xử ly anh va bé thu phat RF.2 Viết chương trình chính và chương trình con bằng bảng dạy học.1 Kết nối mach RF với tủ điều khiển AX 99 2.2 Viết chương trỉnh chính vả chương trỉnh con bằng bảng dạy học.

99 Tài liệu tham khảo 103 wn HE THGNG DANH MUC HINH VE Hình 1.1 Quá trình xứ lý ảnh jiình 12 Các bước trong xử lý ảnh. Ảnh liên tục và ảnh sỐ.3 Liện tượng vỡ hại. “Hình L5 Dộ phân giải của ảnh Tình 1.6 Múc xám của ảnh Tinh 1. Hinh 1 8 Ảnh nhị phân và ảnh đen trắng.9 Luge dé mic xém cia anh Hinh 1.10 Khéng gian mau RGB.1) Khéng gian mdu YUV.12 Không gian mau ¥CbCr Hinh 1.13 Khéng gian mau HSV.14 Két noi tit diéu khién voi robet.

ilinh 115 Két ndi bang điều khiển bằng tay với tả điều khiển.16 Robot SOARA xử lý ảnh DHCN Hà Nội.17 Mobile Rabot xử lý ảnh. DI Lạc lồng.18 Công nghệ xử lý ảnh dp dung trong công nghiệp thực phẩm Tinh 1.4) lp dụng công nghệ xử lý duh va robot céng nghié, trong phân loại rác. 4iình L20 Công nghệ xử Ï! ảnh trong phân loại sân phẩm.21 Công nghệ xứ l§ ảnh trong sẵn xuất rượu bia.1 Sơ dỗ khôi hệ thông "Tình 22 Giao điện phần mềm xử lý ảnh. HE THONG DANH MUC BANG BIEU Bang 1.1 Thông số kỹ thuật của Robot Nachi MC20-01.1 Các linh kiện chính trong mạch phát RE-.2 Các linh kiện chính trong mạch thu it, Bang 3.1 Danh sách các chân tin hiệu đầu vàocủa bộ điều kinén AX.2 Yêu câu kỹ thuật tín hiệu IẢO của bộ điều khiỗn AX.1 Kết quả thí nghiệm bộ XLA với khoảng tu phát 2m.2 Kết quá thi nghiệm bộ XLA với khoảng thu phái 10m we FL HE THGNG DANH MUC HINH VE Hình 1.1 Quá trình xứ lý ảnh jiình 12 Các bước trong xử lý ảnh.

Ảnh liên tục và ảnh sỐ.3 Liện tượng vỡ hại. “Hình L5 Dộ phân giải của ảnh Tình 1.6 Múc xám của ảnh Tinh 1. Hinh 1 8 Ảnh nhị phân và ảnh đen trắng.9 Luge dé mic xém cia anh Hinh 1.10 Khéng gian mau RGB.1) Khéng gian mdu YUV.12 Không gian mau ¥CbCr Hinh 1.13 Khéng gian mau HSV.14 Két noi tit diéu khién voi robet. ilinh 115 Két ndi bang điều khiển bằng tay với tả điều khiển.16 Robot SOARA xử lý ảnh DHCN Hà Nội.17 Mobile Rabot xử lý ảnh.

DI Lạc lồng.18 Công nghệ xử lý ảnh dp dung trong công nghiệp thực phẩm Tinh 1.4) lp dụng công nghệ xử lý duh va robot céng nghié, trong phân loại rác. 4iình L20 Công nghệ xử Ï! ảnh trong phân loại sân phẩm.21 Công nghệ xứ l§ ảnh trong sẵn xuất rượu bia.1 Sơ dỗ khôi hệ thông "Tình 22 Giao điện phần mềm xử lý ảnh.2 Thiết kế phần mềm xử lý ảnh.3 Thiết kế vả thi công mạch điều khiến sHunà "- CHUGNG IU: TICH HỢP HỆ THÔNG.1 Ghép nối bộ xử lý ảnh với robot công nghiệp Nachi MC 20 49 3.2 Mô hình hóa và mô phông hệ thống bằng phần mềm AX on Desk.1 Mô hình hóa không gian làm việc 52 3.2 Viết chương trinh hoat déng cho robot trên phan mềm AX on esk 54 3.3 M6 phòng quả trình hoạt dộng của hệ thống - 58 CHƯƠNG IV: KÉT QUÁ ĐÁNH GIÁ.1 Kết quả của luận văn.1 Kết quả phần mềm xử lý ảnh 61 412 Kết quả của bộ phần cứng xử lý ảnh 65 4.2 Phân tích, đánh giá độ chính xác, mức độ đạt được của kết quả nghiên cứu, thực nghiệm. THẾ ky sa 69 4.1 Các thí nghiêm kiểm tra chất lượng hệ thống - 69 4.2 Đánh giá kết quã thí nghiệm. " eet tte DD CODE CHUONG TRINH.

73 PHAN BAI TAP THUC HANH 84 BAL: THIET KE KHONG GIAN LAM VIEC CHO ROBOT. we 84 CÔNG NGHIỆP NACHI MC20-01 VỚI HỆ THÔNG XỨ LÝ ẢNH 84 1. Mục tiêu của bải thực hảnh - 84 2. Nội dụng thực hành.1 May đựng không gian lâm việc cho robot công nghiệp Nachi MC20-01 bằng phần mam Solidwork .1 Xây dựng các bản gá.2 Xây dựng các khay chứa phôi.3 Xây đựng hộp chứa sản phẩm "¬.14 Xây dựng băng tải.13 Robot gap phôi đã nhận điện Hình 3.14 Robot thả phôi vàn khay tương ứng Äiình +1 Nhận điện phôi tam giác vàng.

#iình 42 Nhận điện phôi tròn đỏ.3 Nhận điện phôi tròn trang. “Hình 4 4 Nhận điện phôi tròn vàng. Tình 4 3 Nhận điện phôi vuông đỗ. Ilinh 4 6 Các chế dé lựa chạn pha Hinh 4.7 Lay cae thông số màu sắc của phôi với cde diéu kién ảnh sáng khác nhau.8 Mach nhdn va phat tin hiéu RF trén may tinh.9 Mặt trước của mạch nhận va xử [ý tin hiệu trên tủ điễu khiễn.10 Mặt sau của mạch nhận và xử lý tin hiệu trên tú điêu khiẩn.

67 “Hình 4 11 Bảng thao tác trên băng tải. MO DAU 1, Ly do chon dé tai Năm 1969, lần đầu tiên khái niệm cơ điện tử được sử dụng tại Nhật Bản. Sơ với oác ngành khua học kỹ thuật khác cơ điện tứ còn rất non trở. Tuy vẫn còn nhiều tranh cãi về khái niệm cơ điện tử nhưng nhìn chung cơ điện tử là một ngành khoa học được tấ hợp chính từ ba lĩnh vực: cơ khí, điện tử và công nghệ thông tin.

Cùng với sự phát triển của các lĩnh vực này, cũng như những, xu việt của mình, cơ điện tử ngày này đã phát triển mạnh mẽ. Các sản phẩm của ngành cơ điện tử có ở khắp nơi từ thực tiễn đời sống như: máy ảnh kỹ thuật số, máy giặt, tủ lạnh, phương tiên piao thông. cho đến các loại máy móc phục vụ trong công nghiệp như: máy CNC, robot công nghiệp, hệ thống FMS va CIM. Năm 2013, được đơn vị cử đi học cao học tại Đại học Bách Khoa Hà Môi chuyên ngành cơ điện tử, tác giả cũng Tất băn khoăn.

trong việc chọn để tài tốt nghiệp. Bởi cơ điện tử là một ngành khoa học với kiến thức rất tổng hợp, sản phẩm rit da dang.