Thiết kế mô hình robot 4 bậc tự do gắp thả hàng hóa sử dụng công nghệ xử lý ảnh

• Tác giả: Võ Lê Dỉ
• Người hướng dẫn: TS. Đặng Xuân Ba
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Điều Khiển Và Tự Động Hóa
• Đề tài: Thiết Kế Robot 4 Bậc Tự Do Gắp Thả Hàng Hóa Với Công Nghệ Xử Lý Ảnh
• Loại tài liệu: Đồ Án Tốt Nghiệp
• Năm xuất bản: 2024
• Địa điểm: Thành Phố Hồ Chí Minh

• NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
• LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
• PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN
• PHIẾU NHẬN XÉT PHẢN BIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT ĐỀ TÀI
• DANH MỤC BẢNG
• DANH MỤC HÌNH ẢNH
• DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ TIẾNG ANH
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG
• 1.1. Mục tiêu đề tài và nội dung thực hiện
• 1.2. Giới hạn đề tài
• 1.3. Phương pháp nghiên cứu
• 1.4. Nội dung đề tài
• 1.5. Tổng quan về cánh tay máy công nghiệp
• 1.6. Lý thuyết động học
• 1.6.1. Lý thuyết động học thuận
• 1.6.2. Lý thuyết động học nghịch
• 1.7. Lý thuyết quy hoạch quỹ đạo
• 1.7.1. Quỹ đạo đa thức điểm điểm
• 1.8. Lý thuyết giải thuật xử lý ảnh và calib camera
• 1.8.1. Giới thiệu về thị giác máy
• 1.8.2. Các khái niệm trong xử lý ảnh
• 1.8.3. Các thuật toán xử lý ảnh ứng dụng trong hệ thống
• 1.8.3.1. Làm mờ ảnh bằng phép biến đổi Gaussian (GaussianBlur)
• 1.8.3.2. Áp dụng ngưỡng để tách các vùng quan trọng (threshold)
• 1.8.3.3. Phát hiện cạnh bằng phương pháp Canny
• 1.8.4. Xác định kích thước thật từ kích thước đo được trong ảnh
• 1.8.5. Xác định tọa độ và hướng phôi hàng
• 3. CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN VÀ ÁP DỤNG PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN CHO HỆ THỐNG
• 3.1. Tính toán động học cánh tay máy
• 3.1.1. Tính toán động học thuận
• 3.1.2. Tính toán động học nghịch
• 3.2. Không gian làm việc của robot
• 3.3. Tính toán phương trình quy hoạch quỹ đạo đa thức bậc 3
• 3.4. Mô phỏng kiểm chứng hệ thống
• 3.4.1. Xây dựng mô hình mô phỏng cánh tay máy trên MATLAB Simscape Multibody
• 3.4.2. Mô phỏng kiểm chứng dựa trên MATLAB Simscape Multibody
• 3.4.2.1. Mô phỏng kiểm chứng tính toán động học thuận cho cánh tay
• 3.4.2.2. Mô phỏng kiểm chứng tính toán động học nghịch cho cánh tay
• 3.4.2.3. Mô phỏng phương trình góc và vận tốc của các khớp khi quy hoạch quỹ đạo
• 3.5. Thiết kế và thi công hệ thống
• 3.5.1. Thiết kế phần cứng
• 3.5.1.1. Yêu cầu thiết kế
• 3.5.1.2. Sơ đồ khối phần cứng
• 3.5.1.3. Sơ đồ giải thuật điều khiển
• 3.5.1.4. Lựa chọn thiết bị phần cứng
• 3.5.2. Khối điều khiển
• 3.5.3. Khối động cơ và driver
• 3.5.4. Khối cấp nguồn hệ thống
• 3.5.5. Sơ đồ đi dây tổng quát và kết quả phần cứng
• 3.6. Kết quả đạt được
• 4. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI
• 4.1. Hạn chế của đề tài
• 4.2. Hướng phát triển
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng quan về thiết kế robot 4 bậc tự do

Thiết kế robot 4 bậc tự do là một trong những ứng dụng tiên tiến trong lĩnh vực tự động hóa và robot công nghiệp. Đề tài này tập trung vào việc thiết kế một mô hình robot có khả năng gắp thả hàng hóa một cách chính xác và hiệu quả, kết hợp với công nghệ xử lý ảnh để nhận diện và định vị vật thể. Mục tiêu chính là tạo ra một hệ thống tự động hóa linh hoạt, giảm thiểu sự can thiệp của con người trong các quy trình công nghiệp.

1.1. Ứng dụng của robot công nghiệp

Robot công nghiệp đang ngày càng phổ biến trong các nhà máy sản xuất, đặc biệt là trong các công việc lặp đi lặp lại hoặc nguy hiểm. Việc sử dụng hệ thống gắp thả tự động giúp tăng năng suất và độ chính xác, đồng thời giảm chi phí nhân công. Công nghệ xử lý ảnh được tích hợp để nhận diện và định vị vật thể, giúp robot hoạt động một cách thông minh và linh hoạt hơn.

1.2. Tầm quan trọng của công nghệ xử lý ảnh

Công nghệ xử lý ảnh đóng vai trò quan trọng trong việc nhận diện và định vị vật thể trong không gian làm việc của robot. Các thuật toán xử lý ảnh như phát hiện cạnh, phân ngưỡng, và nhận diện contours giúp robot xác định chính xác vị trí và kích thước của vật thể, từ đó thực hiện các thao tác gắp thả một cách hiệu quả.

II. Thiết kế và mô phỏng hệ thống

Quá trình thiết kế robot bao gồm việc xây dựng mô hình 3D trên phần mềm Solidworks, sau đó chuyển đổi sang MATLAB Simscape Multibody để mô phỏng và kiểm chứng động học. Các bước tính toán động học và quy hoạch quỹ đạo được thực hiện để đảm bảo robot hoạt động ổn định và chính xác.

2.1. Tính toán động học và quy hoạch quỹ đạo

Việc tính toán động học thuận và động học nghịch giúp xác định vị trí và hướng của các khớp robot trong không gian làm việc. Quy hoạch quỹ đạo được thực hiện bằng phương pháp đa thức bậc ba, đảm bảo robot di chuyển mượt mà và chính xác giữa các điểm làm việc.

2.2. Mô phỏng và kiểm chứng trên MATLAB

Mô hình robot được mô phỏng trên MATLAB Simscape Multibody để kiểm chứng tính toán động học và quy hoạch quỹ đạo. Kết quả mô phỏng cho thấy robot hoạt động ổn định và đáp ứng được các yêu cầu kỹ thuật đặt ra.

III. Ứng dụng thực tế và kết quả đạt được

Sau quá trình thiết kế và mô phỏng, mô hình robot được triển khai thực tế với các thiết bị phần cứng như vi điều khiển STM32F411, động cơ bước, và driver điều khiển. Hệ thống được tích hợp với cảm biến hình ảnh để nhận diện và định vị vật thể, đảm bảo độ chính xác cao trong quá trình gắp thả hàng hóa.

3.1. Thiết kế phần cứng và điều khiển

Phần cứng của hệ thống bao gồm các khối điều khiển, động cơ, và nguồn cấp. Vi điều khiển STM32F411 được sử dụng để điều khiển các khớp robot, trong khi động cơ bước và driver đảm bảo chuyển động chính xác và ổn định.

3.2. Kết quả thực tế và đánh giá

Kết quả thực tế cho thấy robot hoạt động ổn định và chính xác trong việc gắp thả hàng hóa. Hệ thống xử lý ảnh giúp nhận diện và định vị vật thể một cách hiệu quả, đáp ứng được các yêu cầu kỹ thuật và ứng dụng thực tế trong công nghiệp.