Chương 1. NEN TANG LÝ THUYÉT. TONG QUAN VE CÁNH TAY ROBOT. Quá trình phát triển của robot.
Các loại cánh tay robot 1. Giới thiệu về robot SCARA. KHÁI QUÁT VE XỬ LÝ ẢNH. Các khía cạnh cần xem xét trong việc xử lý ảnh.
TONG QUAN VE PYTHON VA THU VIỆN OPENCV. GM cf LE 1. PHAN LOẠI THEO MAU SẮC. Không gian màu.
GIỚI THIỆU PHAN CỨNG. Driver điều khiển động cơ bước TB6600. Động Cơ DC Servo Giảm Tốc JGB. Nguồn tổ ong 12V.
Raspberry Pi 3 vessesessesssesseesssessessssessiessseessmessesssessiesssessssessesesssessessseeseenss 31 2. «sec nà He, 34 2.ee ssecceerrrereerrirrrrrrrirrerrrrrrrerre 35 Chương 3. TÍNH TOÁN VÀ THIET KẾ. ĐỘNG LỰC HỌC THUẬN.
ĐỘNG LỰC HỌC NGHỊCH.--:+++ce2SEEEE22EEEE2221. Động lực học của robot bằng phương pháp Lagrangian Dynamic. TÍNH TOÁN THONG SO HSV CHO TUNG MÀU. THI CÔNG HỆ THONG eesssssssssesssssessssessssnessssesssssesssssesssnessssennsntesnssesnenee 55 "Su co c7.
Lập trình hệ thống. Lưu đồ giải thuật trên STM32. Lưu đồ giải thuật trên Raspberry.----e----ecceerreeeeerre 66 Chương 5. KẾT QUA -NHẬN XET-DANH GIÁ.
Két qua cố nẽ. Kết quả phân loại. Thời gian thực hiện xử lý ảnh. Kết quả thời gian xử lý.-eccecreeetrresttriertrrirstrirtrrirtrrrrrrrrie 73 Chương 6.
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN. Hướng phát triển.---cc2-iceecceterevertrirerrtrrtirrrrtrtrrrrrrrirrrrrrrrrrre 76 TÀI LIEU THAM KHẢO. 77 DANH MỤC HÌNH Hình 1. 1: Unimate — Robot thương mại đầu tiên trên thé giới.
2: Cơ cầu Robot dạng tọa độ Descartes (theo tdi liệu [T]). 3: Cơ câu Robot dang tọa độ tru (theo tài liệu [1]). 4: Robot dạng tọa độ cầu RRR (theo tài liệu [1]). 5: Robot dạng tọa độ cầu RRT (theo tài liệu [ ÏÌ]).
6: Robot phỏng sinh (theo tai liệu [1]) .cc 5555255 cs+ssseeesessses 10 Hình 1. 8: Robot sơn (theo rOOF€C.cv kg tk ng vn rryy 11 Hình 1. 9: Robot han (theo vietmaChin€. 10: Robot giao hang (theo VÍW.
11: Robot hút bụi (theo thanhnieH. 12: Robot tự hành (theo hoplongf€CH. 13: Robot giám sát (theo chindddily. 14: Robot SCARA thực tế (heo hoWfotmecha1rOHICS.
15: Tổng quan về xử lý ảnh.---¿- + + 2 +E+E+E£EE£E+EEEEEEEEEEErErkererkrkred 15 Hình 1. 16: Quá trình xử lý ảnh .- - - - -- c1 9301111 9 vn ven 15 Hình 1. 17: Ảnh màu sang xám.--- 2 + 2 E+SE+E£EE+E£EE£EEEEEEEEEEEEEEEEEEEErkrrerkrree 17 Hình 1. 18: Ảnh nhị phân và ảnh xám.-- --2- ¿+ 2 +s+S£+E+E++E£EE+EeExzEerxzrerxrree 18 Hình 1.
21: Bộ lọc HSY. LH HH TH TH Hệ 21 Hình 2. 3: Driver motor LL298ÌN.- -- c9 ng ng ng 28 Hình 2. 5: DOng CO DC 12V 2 —.
6: Nguồn xung 12Voic. 7: Raspberry Pi 3 Mode P. -- -- - c1 1n ng nen 32 Hình 2. 8: Cau trúc của Raspberry Pi 3 Mode B.
9: Raspberry Pi Camera Module .- << S111 vn re 34 Hình 2. 1: Cau trúc của robot và đặt trục cho các khớp của robot. 2: Ảnh dùng dé test màu HS V.--¿- ¿©5¿Sx+St2E2EE2E2EEEEEEEEEerrrrrrkee 50 Hình 3. 4: Code hiỀn thic.
5: Giao điỆn S€tUD. SH nọ và 52 Hình 3. 6: Kết quả mau đỏ.--- 5-52 SEESE‡EEEEE2EEEE2EEE12121121121 111111 xe, 52 Hình 3. 7: Kết quả màu xanh đương.
8: KẾt quả mầu Vàng .-¿- + 2+x92E+E9Ek+k2t+EEkEEEEEEEEEEEEEErkrrkrrerrrei 54 Hình 4. SH ng và 55 Hình 4. LH ng và 55 Hình 4. ¿2-5 ©9SE SE +E9EE2E9EE2EEEE231212121111 2111171111111 111 xe, 56 Hình 4.
8: KAU Do ce eee ä. 10: Thanh trục động trượt 4cm. 15: Puly 80 răng đÔI. LH HH KT He 62 Hình 4.- ees << S11 vn ng 63 Hình 4.
-2- 252522 ESE12E121121121711121121121 11111111 xe 63 Hình 4.--- ¿5S SE2EEE121EEE121511121211111211111 11111 1x6 64 Hình 4. 22: Giải thuật hệ thống. 23: Lưu đồ gửi kết quả €OlOr. 24: Lưu đồ nhận diện mầàu.--- + - 2+ £+E+EE+E£EE£E£EEEEEEeErEererkerxred 67 Hình 5.
1: Hình anh cánh tay va băng chuyền thực tẾ .--- - esses eeeeeeees 68 Hình 5. 2: Thông số FPS khi không có vật. 3: Thông số FPS khi phát hiện và nhận dạng được vật. 5: Biểu đồ tổng thời gian gap vật.---- 55-5 Sccccctexcxerrkrrrrerrrei 74 DANH MỤC BANG Bảng 2.
1: Thông số kỹ thuật của step mOfOT.-- ¿2-52 +S2+E+££zE££+zEe£szEerszcez 27 Bảng 2. 2: Thông số kỹ thuật L298N. 3: Thông số kỹ thuật động cơ DC. 4: Bảng chân của cảm biến vật cản.
1: Bang thông số Denavit- Hartenberg.--- + - 2 +5z+x+£+zEe£szzerxzcez 37 Bảng 5. 1: Kết quả của nhận diện màu sắc.-2: 5 2 2+5++S+£x+zxzz+zz+zxezxez 69 Bảng 5. 2: Kết quả thời gian xử lý ảnh của nhóm. 3: Kết quả thời gian xử lý ảnh của nhóm khác .---- - 2 2s s5: 71 DANH MỤC TỪ VIET TAT 9evDslveoRmbmim z Rapidly-Exploring Random Tree PeeneisemBedm.
Revolute-Revolute-Revolute om Z GPU Graphics Processing Unit Advanced RISC Machine Ì TDE Random Access Memory Integrated Development Environment oO Analog to Digital Convert UART Universal Asynchronous Recetver-Transmitter rg Internet Protocol oO Direct Current Motors TÓM TAT KHÓA LUẬN 1. ĐẶT VAN DE: Hiện nay, với sự tiến bộ vượt bậc của công nghệ trong lĩnh vực kỹ thuật, ngành công nghiệp nông nghiệp đang đối mặt với áp lực tăng cường năng suất và hiệu suất làm việc của các nhà máy sản xuất. Dé giải quyết thách thức này, việc áp dụng robot công nghiệp đã trở thành một lựa chọn hợp lý cho các công việc khó khăn hoặc nguy hiểm trong quy trình sản xuất, đặc biệt là để tăng cường hiệu quả lao động. Thực tế đã chứng kiến những quốc gia hàng đầu trên thế giới tiên phong sử dụng robot trong các dây chuyên sản xuất, từ việc sản xuất ô tô, máy bay, cho đến lĩnh vực đóng gói thực phẩm và sản xuất thuốc tây.
Những robot này thường có cấu trúc cánh tay và thực hiện các tác vụ tự động dưới sự điều khiển của các thiết bị điện tử như máy tính hoặc vi mạch điện tử đã được lập trình trước. Chúng không chỉ giúp tăng cường hiệu suất làm việc cho doanh nghiệp mà còn giúp giảm thiểu sai sót trong quá trình sản xuất và nguy cơ tai nạn lao động. Có nhiều loại cấu trúc cánh tay robot như SCARA, delta, tùy thuộc vao mục đích sử dụng và vi trí ứng dụng, nhưng chúng đều có những đặc điểm chung: độ chính xác cao, tốc độ làm việc và năng suất (hoạt động liên tục 24/7). Trong nghiên cứu này, chúng tôi chọn sử dụng robot cánh tay SCARA vi khả năng của nó trong việc phân loại sản phẩm với tốc độ và độ chính xác cao.
Cánh tay robot SCARA là một loại robot công nghiệp phổ biến và được áp dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực công nghiệp. Điểm đặc biệt của cánh tay robot SCARA là khả năng di chuyển trong một mặt phang và linh hoạt cao trong việc tự động hóa các tác vụ. Chúng thường được sử dụng trong quá trình gap thả và đóng gói trong các nhà máy, nhờ vào tốc độ di chuyên nhanh chóng và khả năng linh hoạt trong việc xử lý các nhiệm vụ đóng gói và phân loại sản phẩm, bao gồm cả việc phát hiện sản phẩm lỗi. Trong những năm gần đây, sử dụng robot SCARA trong công nghiệp ở Việt Nam đã có một sự gia tăng đáng kế.
Tuy vậy, mức độ sử dụng vẫn chưa đạt mức cao như các quốc gia phát triển khác. Một số lĩnh vực tại Việt Nam đã sử dụng robot SCARA, chang hạn như sản xuất điện tử, ô tô, thực phâm và y tế. Tuy nhiên, trong nhiều lĩnh vực đa dạng khác, việc thực hiện robot SCARA vẫn còn những giới hạn. Một số công ty ở Việt Nam vẫn chưa có sự hiểu biết rõ về ưu điểm mà robot SCARA mang lại và gặp khó khăn khi cố gắng tích hợp hệ thống robot vào phương pháp sản xuất mà họ áp dụng.
Thêm vào đó, vượt qua ngưỡng số tiền đầu tư ban đầu cũng là một rào cản khiến nhiều doanh nghiệp do dự khi nghĩ đến việc đầu tư vào công nghệ này. Một số lý do khiến việc sử dụng robot SCARA ở Việt Nam chưa đạt đến mức kỳ vọng bao gồm: « S6 tiền cần đầu tư ban đầu dé mua và cài đặt robot SCARA là rất cao, điều này đặc biệt đáng quan tâm đối với các doanh nghiệp quy mô vừa và nhỏ. « Thiếu những người có chuyên môn và kỹ năng về robot SCARA. Điều này dẫn đến quá trình thực hiện và vận hành robot SCARA gặp nhiều thách thức.
« Van còn nhiều doanh nghiệp chưa nhận ra được lợi ích của việc sử dụng robot SCARA và chưa đầu tư đầy đủ vào công nghệ này. Mục tiêu dự kiến của nhiệm vụ là phát triển một robot SCARA có thé được áp dụng trong lĩnh vực công nghiệp tại Việt Nam, như trong quá trình phân loại sản phẩm dé cải thiện hiệu suất và chất lượng sản xuất. Đồng thời, cũng hướng đến việc giảm thiểu chi phí và tăng khả năng cạnh tranh cho các doanh nghiệp tại Việt Nam. MỤC TIỂU ĐÈ TÀI: Đề tài về sử dụng cánh tay robot SCARA phân loại và xử lí ảnh là một nghiên cứu trong lĩnh vực robot học và thị giác máy tính.
Kết hợp sử dụng cánh tay robot SCARA với công nghệ xử lí ảnh dé thực hiện các nhiệm vụ phân chia và nhận diện đối tượng trong ảnh. Mục đích của dự án là xây dựng một hệ thống robot SCARA có khả năng phân loại và xử lí ảnh với độ chính xác cao. Cụ thẻ, hệ thống sẽ được thiết kế để có khả năng nhận biết và phân dạng các thực thé đa dạng trong một hình ảnh, ví dụ như phân loại các loại sản phẩm trong giai đoạn sản xuất, hoặc phân loại các loại rác trong quá trình thu gom rác thải. Bên cạnh đó, mong muốn tạo ra robot với tính linh hoạt cao, tôi ưu hiệu suât và tôc độ.
Kết quả của nghiên cứu sẽ cung cấp cho ngành công nghiệp và lĩnh vực công nghệ thông tin một hệ thống robot SCARA có khả năng tự động phân loại và xử lý hình ảnh độc lập, đồng thời có khả năng tự động hóa các nhiệm vụ nhận biết và phân loại các đối tượng. Các ứng dụng của nghiên cứu có thé bao gồm trong các lĩnh vực sản xuất công nghiệp, tự động hóa dịch vụ, quá trình thu gom rác, và nhiều ứng dụng khác. NỘI DUNG CHÍNH: Trong quá trình thực hiện nghiên cứu cho luận văn tốt nghiệp, nhóm đã tập trung vào khám phá, thực hiện và hoàn thành những phần nội dung sau đây: e Phần 1: Tiến hành nghiên cứu về ngôn ngữ lập trình Python và sử dụng nó dé điều khiển Raspberry Pi. e Phần 2: Thực hiện nghiên cứu về thuật toán phân loại sản phẩm dựa trên mau sắc.
e Phần 3: Phân tích và tính toán các khía cạnh động học thuận và động học nghịch. e Phần 4: Đề xuất và thực hiện thiết kế cho cánh tay robot loại SCARA. e Phan 5: Thực hiện thử nghiệm và điều chỉnh hệ thống một cách toàn diện. e Phần 6: Hoàn thành quá trình viết báo cáo tông kết.
GIỚI HAN DE TÀI: Phạm vi của đề tài bao gồm các yếu tố sau đây: e Áp dung Raspberry Pi Camera cùng Raspberry Pi Model 3 dé thực hiện việc phân loại san pham dựa trên mau sắc.