Chương 1: Giới thiệu. - Chương 2: Tổng quan nghiên cứu đề tài - Chương 3: Cơ sở lý thuyết. - Chương 4: Phương hướng và các giải pháp thực hiện. - Chương 5: Tính toán thiết kế.
- Chương 6:Thực nghiệm-Đánh giá 3 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI 2.1 Tổng quan về cây cà chua trong nhà màng: Phương pháp trồng cây trong nhà màng, hay còn gọi là trồng cây trong nhà kính, là một phương pháp trồng cây trong một môi trường kiểm soát được tạo ra bằng cách sử dụng một cấu trúc màng nhẹ và trong suốt, thường là màng nhựa hoặc màng polyme. Nhà màng giúp bảo vệ cây trồng khỏi những yếu tố bên ngoài có thể gây hại như thời tiết xấu, sâu bệnh, côn trùng. Cà chua là một loại cây ăn trái có giá trị dinh dưỡng cao, được trồng phổ biến trên khắp thế giới cũng như ở Việt Nam. Phương pháp trồng cà chua trên đất trong nhà kính đang dần được mở rộng tại các huyện và thành phố Đà Lạt thuộc tỉnh Lâm Đồng.
Tuy nhiên, phương pháp này đang phải đối mặt với những khó khăn như: dịch bệnh gây hại, năng suất thấp, chất lượng không ổn định. Hiện nay, xuất hiện phương pháp trồng cà chua trên giá thể trong nhà kính, đây là giải pháp duy nhất để khắc phục những vấn đề gặp phải khi trồng trên đất. Phương pháp trồng trên giá thể có những ưu điểm sau: Khắc phục được bệnh héo xanh, các bệnh trong đất, kiểm soát được dinh dưỡng, năng suất và cho chất lượng cao.2 Tổng quan về ứng dụng của Robot trong nông nghiệp. Trong những năm trước, nông lâm nghiệp là lĩnh vực mà Robot vẫn chưa thực sự đặt được bước chân vào.
Đầu những năm 60 của thế kỉ XX, các dự án robot đã bắt đầu được thiết kế và chế tạo, đặt triển vọng trong việc ứng dụng robot. Dựa trên phương thức tích hợp với các công nghệ hiện đại như định vị GPS, truyền nhận dữ liệu để tạo ra một hệ thống máy tự động, có khả năng thích nghi với môi trường, có khả năng thực hiện canh tác và thu hoạch cho cây trồng cũng như có khả năng quản lý toàn bộ diện tích canh tác. Ý tưởng tạo ra các máy móc tự động có thích thước nhỏ và hoạt động hiệu quả hơn các máy đầu kéo nông nghiệp cồng kềnh được hình thành và phát triển, đó chính là các Robot nông nghiệp.1 Ưu điểm: Robot nông nghiệp có thể làm việc trong các điều kiện khắc nghiệt quanh năm; không cần phải chịu sự giám sát toàn thời gian. Các thiết bị Robot mang kích thước nhỏ sẽ ít tác động lên môi trường hơn các loại máy cồng kềnh; giảm thiểu được việc sử dụng hóa chất độc hại; sử dụng tiết kiệm năng lượng và không gây ra sự nén chặt đất do trọng lượng nhẹ hơn.2 Thách thức và cơ hội: Thách thức chủ yếu của lĩnh vực này là chi phí của việc đầu tư cho robot nông nghiệp tương đối cao; cũng như sự thiếu kiến thức vận hành, bảo dưỡng sẽ hạn chế nông dân sử dụng trên cánh đồng của họ.
4 Nếu có thể áp dụng thành công thì việc sử dụng các Robot nông nghiệp sẽ tạo ra những cơ hội to lớn: năng suất cao hơn, giá cả rẻ hơn.3 Một vài ứng dụng tại Việt Nam Các Robot nông nghiệp hiện đang có và phổ biến ở Việt Nam: - Máy bay nông nghiệp pG100. - Xe nông nghiệp không người lái RG150. Xe nông nghiệp không người lái RG150 5 2. Tổng quan về công nghệ xử lý ảnh Xử lý ảnh (tiếng Anh: digital image processing) là một phân ngành trong xử lý số tín hiệu với tín hiệu xử lý là ảnh.
Xử lý ảnh bao gồm 4 lĩnh vực đó là: xử lý nâng cao chất lượng ảnh, nhận dạng ảnh, nén ảnh và truy vấn ảnh. Các bước cơ bản trong xử lý ảnh 2.4 Kết cấu của Robot Thiết kế sơ bộ của Robot sẽ gồm có: - Cánh tay Robot 3 bậc tự do trang bị cơ cấu cắt. - Phần khung nâng đỡ và di chuyển cánh tay. Ngoài ra, còn có mạch nguồn và mạch điều khiển điện tử.5 Các nghiên cứu khác: Hiện nay, trên thế giới và cả ở Việt Nam cũng đều đã có những nhà nghiên cứu về Robot thu hoạch.1 Nghiên cứu ngoài nước: Robot thu hoạch cà chua và dâu tây: 6 Vào năm 2015, các robot thu hoạch dâu tây và cà chua đã được ra mắt tại Triển lãm Robot Quốc tế nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng về tự động hóa trong sản xuất và sự sụt giảm dân số ở Nhật Bản.
Robot thu hoạch cà chua và dâu tây tại triển lãm robot quốc tế 2015 Robot treo trên dây hái ớt chuông: Công ty robot Agrist của Nhật Bản đang cung cấp một giải pháp cho vấn đề thiếu hụt người lao động trong các trang trại gây ra sự suy giảm sản lượng, đó là robot hái ớt chuông. Robot mang tên L, đã nhận giải thưởng Sáng tạo tại Triển lãm Điện tử tiêu dùng CES diễn ra tại Las Vegas ngày 5 - 8/1. Robot hái ớt chuông 2.2 Nghiên cứu trong nước Robot thu hoạch hoa quả trong nhà kính: PGS.TS Phạm Mạnh Thắng - chủ nhiệm Khoa Cơ học kỹ thuật và Tự động hóa, Trường ĐH Công nghệ (ĐH Quốc gia Hà Nội) sau khi đi thăm các trang trại và nhà kính công nghệ cao đã nhận thấy khâu thu hoạch vẫn thực hiện thủ công. Được sự hỗ trợ, từ đầu năm 2021, nhóm nghiên cứu của PGS.
Thắng đã thực hiện đề tài nghiên cứu và thiết kế ra một loại robot có khả năng thu hái hoa quả tự động, hỗ trợ cho việc thu hoạch nông sản. Robot thu hoạch trái cây được thử nghiệm thành công tại Công ty Hachi, Đông Anh.6 Các tồn tại của các Robot: Những Robot nêu trên đều đã được các cải thiện hiệu năng qua nhiều lần, nên đạt được khả năng lẫn độ chính xác cho quá trình thu hoạch là rất cao và hiệu quả. Tuy nhiên, khi sử dụng không tránh khỏi những hạn chế và nhược điểm : Một là, đối với một vài robot thu hoạch hiện tại sở hữu kích thước tương đối to lớn không phù hợp với những nơi có qui mô nhỏ, ngoài ra kích thước lớn cũng sẽ gây ra vấn đề di chuyển đến những nơi khác. Hai là, Robot thường được ứng dụng các công nghệ hiện đại cũng như kỹ thuật cao do đó dẫn đên giá thành cũng như chi phí lắp đặt cao từ đó khó cho việc tiếp cận tới nhiều nông dân.
Do đó, những yêu cầu được đặt ra trong thiết kế: - Phân tích và lựa chọn phương án thiết kế khung đỡ sao cho đảm bảo độ vững và kích thước phù hợp nơi thực nghiệm. - Phân tích và lựa chọn phương án thiết kế cơ cấu cắt sao cho hoạt động ổn định và chính xác. Thiết kế mạch điều khiển đơn giản, hiệu quả và tiết kiệm chi phí. 9 Chương 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 3.1 Cơ sở tính toán động học ngược: Bài toán động học nghịch là xác định các giá trị của biến khớp khi biết được vị trí và hướng của dụng cụ(so với hệ tọa độ gốc).
Để xây dựng phương trình động học cho robot, chúng ta sử dụng quy tắc Denavit-Hartenberg (DH). Bộ thông số D-H chuẩn gồm 4 thông số: 1. Độ dài pháp tuyến chung an (đường vuông góc chung 2 trục z) 2. Góc giữa trục khớp trong mặt phẳng vuông góc với pháp tuyến αn 3.
Góc quay quanh trục z 1 góc θ. Độ dài tiếp tuyến chung d. Không tính vào số khâu. Khâu 1 nối với khớp chuẩn bởi khớp 1.
Không có khớp ở bậc cuối cùng. 2 thông số còn lại: - θn : là góc quay khâu n với khâu n – 1. - dn: là khoảng cách giữa 2 khâu n và n – 1. Quy ước chọn gốc tọa độ cho robot: 1.
Chọn gốc tọa độ tại khâu 0 cố định. Gốc của khâu thứ n nằm trên đường tâm của trục khớp thứ n +1 và giao điểm đường pháp tuyến chung an. Nếu 2 trục cắt nhau thì gốc tại điểm cắt đó, còn 2 trục song song thì On nằm ở vị trí thuận tiện cho quá trình tính toán. Chọn trục Zn: trục Zn nằm dọc theo trục khớp thứ n+1 5.
Trục Xn: nằm trên pháp tuyến chung hướng từ trục khớp n đến trục khớp n +1. Nếu 2 trục khớp cắt nhau thì ⃗ = ⃗. Góc quay cùng chiều kim đồng hồ là dương, ngược chiều là âm Tóm lại: Việc xác định an, αn thì căn cứ vào khớp thứ n+1 10 αn: Góc quay quanh trục x( trục z đổi hướng). an: Khoảng cách giữa 2 trục z.
d: Khoảng cách giữa 2 trục x θn: góc quay quanh trục z. Xác định dn, θn, ta căn cứ vào khớp n. Nếu khớp là khớp tịnh tiến: Dn là biến khớp – θn = 0; an=0, αn = const. Còn nếu khớp là khớp quay: θn là biến khớp, 3 thông số còn lại là hằng số.
Ý nghĩa bộ thông số DH: Giúp tìm được hướng và vị trí của 1 khâu so với khâu trước nó và so với hệ tọa độ gốc. Động học ngược là bài toán xác định góc quay của các khớp khi biết vị trí khâu tác động cuối của robot. Đặc điểm của bài toán động học ngược: Không có phương pháp giải chung Nghiệm cũng không phải cố định duy nhất Có 3 phương pháp làm bài toán cơ bản: Phép đảo hướng Phép đảo vị trí Phép đảo kết hợp Các bước thực hiện bài toán động học ngược: Từ phương trình động học thuận cho robot n x ox ax px n oy ay py Tn y A1A 2 .A n nz oz az pz 0 0 0 1 - Nhân trước A1-1 với phương trình Tn , được: (A1 )-1 Tn = A2 .An cos(q1 ) sin(q1 ) 0 0 n x ox ax px 0 0 1 0 n y oy ay py = 1 Tn sin(q1 ) -cos(q1 ) 0 0 n z oz az pz 0 0 0 1 0 0 0 1 11 f11 (n) f11 (0) f11 (a) f11 (p) f (n) f12 (0) f12 (a) f12 (p) 12 = 1 Tn f 13 (n) f13 (0) f13 (a) f13 (p) 0 0 0 1 f (q1 ) = 1 Tn = A 2 ., qn ) phần tử 0 hoặc là hằng số rồi cân bằng với phần tử tương ứng ở f(q1 ) từ đó tính ra q1 - Quay lại bước 1, nhân trước với A -12 sẽ tính được q2 - Áp dụng tương tự, tính được q3 ,.