LỜI MỞ ĐẦU Từ những ngày đầu, lĩnh vực nghiên cứu của cơ điện tử chỉ bao gồm sự kết hợp giữa cơ khí và điện tử, vì thế tên ngành là từ ghép giữa Cơ khí và Điện tử học (hay từ Mechatronics là sự kết hợp giữa Mechanics và Electronics). Tuy nhiên theo thời gian, định nghĩa của ngành Cơ điện tử được mở rộng sang nhiều lĩnh vực công nghệ khác do sự phát triển nhanh chóng của các hệ thống công nghệ. Năm 1969, cơ điện tử là những loại máy móc cơ khí được tích hợp thêm những bộ điều khiển điện điện tử, một kỹ sư cơ điện tử đã hợp nhất các nguyên tắc của cơ học, điện tử và máy tính để tạo ra một hệ thống đơn giản. Robot công nghiệp chính là ví dụ điển hình của hệ thống cơ điện tử, nó bao gồm các khía cạnh của điện tử, cơ khí và máy tính để thực hiện các công việc hàng ngày.
Ngày nay, sự phát triển của điện - điện tử đã làm nên một cuộc cách mạng công nghiệp vĩ đại, tác động mạnh mẽ vào cuộc sống và kinh tế của xã hội: công nghệ tự động hóa, quản lý, khoa học, cung cấp thông tin, y tế,. Với những kỹ thuật hiện đại tiên tiến như Vi xử lý, PLC,. dần được áp dụng vào lĩnh vực điều khiển tự động, các máy móc vận hành bằng phương pháp thủ công và chậm chạp đã được thay thế bởi các hệ thống điều khiển tự động với các lệnh chương trình đã được thiết lập trước. Trong thời buổi kinh tế gặp khó khăn hiện nay, các nhà máy xí nghiệp đang hoạt động đã và đang rất quan tâm đến vấn đề tiết kiệm điện năng.
Bên cạnh đó các ngành công nghiệp ngày càng phát triển, các công ty xí nghiệp đã đưa tự động hóa vào sản xuất để nâng cao chất lượng cho việc quản lý dây chuyền và sản phẩm cho toàn bộ hệ thống. Robot Delta là một trong những loại Robot công nghiệp đang rất phổ biến và được ứng dụng nhiều trong các nhà máy, xí nghiệp hiện nay. Sau hơn 40 năm, Robot Delta đã chứng minh được khả năng hoạt động của chúng.Và khi được so sánh với những Robot khác, chúng được cho là thống trị về tốc độ và khả năng tăng tốc trong ứng dụng gắp thả. TỔNG QUAN Tổng quan về đề tài Robot Delta, còn được gọi là Robot Delta Parallel, là một loại Robot công nghiệp có cấu trúc đặc biệt với ba cánh tay song song được nối với một cơ cấu gọi là cơ cấu cần Delta.
Cơ cấu này cho phép robot Delta di chuyển nhanh và linh hoạt trong không gian 3D. Robot Delta thường được sử dụng trong các ứng dụng công nghiệp, chẳng hạn như hệ thống tự động hóa, dây chuyền sản xuất, lắp ráp sản phẩm và ứng dụng trong môi trường công nghiệp. Với thiết kế cơ động và tốc độ cao, Robot Delta có khả năng thực hiện chụp ảnh, đóng gói, gắp đồ vật, và nhiều tác vụ khác một cách chính xác và hiệu quả. Ưu điểm của Robot Delta bao gồm: Tốc độ nhanh: Robot Delta có thể di chuyển nhanh và linh hoạt, giúp tăng năng suất và hiệu suất trong sản xuất.
Khả năng hoạt động trong không gian hẹp: Do thiết kế ba cánh tay song song và cơ cấu cần Delta, robot này có thể hoạt động trong không gian hạn chế mà không cần di chuyển toàn bộ thân robot. Độ chính xác cao: Robot Delta có khả năng điều chỉnh vị trí và hướng di chuyển một cách chính xác, đảm bảo sự đồng nhất và độ tin cậy trong quá trình làm việc. Tính linh hoạt: Robot Delta có thể thực hiện nhiều loại tác vụ khác nhau, từ lắp ráp sản phẩm đến kiểm tra chất lượng và đóng gói. Tuy nhiên, Robot Delta cũng có một số hạn chế, bao gồm khả năng tải trọng hạn chế và độ phức tạp của hệ thống cơ cấu.
Ngoài ra, việc lập trình và điều khiển Robot Delta cũng đòi hỏi kiến thức và kỹ năng chuyên môn. Tổng quan về Robot Delta cho thấy nó là một công cụ quan trọng trong lĩnh vực công nghiệp và tự động hóa. Sự linh hoạt, tốc độ và độ chính xác của Robot này đã giúp cải thiện quá trình sản xuất và tăng cường hiệu suất trong nhiều ngành công nghiệp khác. Lý do chọn đề tài Robot Delta có cơ cấu động học song song ba bậc tự do, cấu trúc vòng kín.
Trong đó gồm ba nhánh, với mỗi nhánh, một đầu được nối vào bệ di động thông qua cơ cấu hình bình hành. Với cấu trúc hình học như vậy nên giá di động luôn định hướng và chỉ có thể chuyển động tịnh tiến theo 3 trục XYZ. Vì các bộ truyền động đều nằm trong bệ cố định, nên các cánh tay có thể được làm bằng vật liệu nhẹ. Do đó, các bộ phận chuyển động của Robot Delta có quán tính nhỏ.
Điều này cho phép Robot hoạt động ở tốc độ rất cao và tăng tốc rất nhanh. Các cánh tay được kết nối với nhau thông qua bộ phận đầu cuối giúp cho việc tăng độ cứng của Robot 1 nhưng làm giảm khối lượng làm việc của nó. Với tính ưu việt cao, các Robot song song ngày càng thu hút được nhiều nhà khoa học nghiên cứu, trong giảng dạy cũng như ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực. Chính vì lý do đó nhóm quyết định chọn đề tài đồ án tốt nghiệp là“ Thiết kế và Điều khiển Robot Delta phân loại và sắp xếp sản phẩm ” ứng dụng trong các dây chuyền sản xuất dùng để phân loại sản phẩm trong dây chuyền tự động.
Ý nghĩa thực tiễn và khoa học của đề tài Robot Delta mang đến nhiều ý nghĩa thực tiễn và khoa học trong lĩnh vực công nghiệp và tự động hóa. Tăng năng suất và hiệu quả: Robot Delta có tốc độ di chuyển nhanh và khả năng làm việc chính xác, giúp tăng năng suất và hiệu quả trong quá trình sản xuất. Điều này giúp giảm thời gian và công sức lao động, nâng cao khả năng cạnh tranh của các doanh nghiệp. Giảm sự phụ thuộc vào lao động: Robot Delta có khả năng thực hiện các tác vụ một cách tự động và liên tục, không cần nghỉ ngơi hay sự can thiệp của con người.
Điều này giúp giảm sự phụ thuộc vào lao động và tăng tính tự động hóa trong quá trình sản xuất. Nâng cao độ an toàn và chất lượng: Robot Delta có khả năng làm việc trong môi trường nguy hiểm và khó tiếp cận. Việc sử dụng Robot giúp giảm nguy cơ tai nạn lao động và tăng độ an toàn cho nhân viên. Ngoài ra, Robot Delta cũng đảm bảo độ chính xác và đồng nhất trong quá trình làm việc, từ đó nâng cao chất lượng sản phẩm.
Nghiên cứu và phát triển công nghệ: Robot Delta mang đến nhiều thách thức và cơ hội nghiên cứu và phát triển trong lĩnh vực Robot học và tự động hóa. Các nhà nghiên cứu và kỹ sư có thể tận dụng tính linh hoạt và tốc độ của Robot này để phát triển các giải pháp và ứng dụng mới. Khám phá không gian 3D: Với cấu trúc ba cánh tay song song và khả năng di chuyển trong không gian 3D, Robot Delta mở ra cơ hội khám phá và ứng dụng trong các lĩnh vực như in 3D, điều khiển Robot trong không gian phức tạp, và nhiều ứng dụng khác liên quan đến không gian 3D. Đối tượng nghiên cứu Là Robot song song có 3 bậc tự do cho mục đích phân loại sản phẩm kết hợp với việc xử lý ảnh, có khả năng đáp ứng với tốc độ cao và chính xác trong các dây chuyền đóng gói sản phẩm.
Mục tiêu, nhiệm vụ đề tài Thiết kế, thi công, tính toán động học và lập trình điều khiển Robot Delta kết hợp ứng dụng xử lý ảnh xác định vị trí để gắp phân loại sản phẩm. Xây dựng phần mềm điều khiển 2 Robot Delta. Với yêu cầu đặt ra từ 20 đến 25 sản phẩm trong vòng 1 phút, mô hình có khả năng phát hiện chính xác vị trí tọa độ của sản phẩm trên băng tải, tiến hành gắp và đặt sản phẩm vào hộp định sẵn. Toàn bộ quy trình thao tác sẽ dễ dàng hơn khi được hiển thị giao diện giám sát trên máy tính.
Phạm vi nghiên cứu đề tài Dựa trên mô hình và ý tưởng ứng dụng xử lý ảnh cho Robot Delta, nhóm đã kế thừa và hướng đến ứng dụng Robot Delta vào khâu phân loại gói sản phẩm theo màu sắc đồng thời cải tiến thêm phần cứng để tối ưu hóa hơn về nhiễu xạ ánh sáng trong khâu xử lý ảnh. Nghiên cứu về động học Robot Delta để lập trình tối ưu hoá thuật toán giúp cho hệ thống phát hiện sản phẩm, thực thi thao tác gắp – thả ở cường độ chính xác và tốc độ ổn định hơn. Trong đề tài này, các gói sản phẩm sẽ là dạng hình hộp chữ nhật, có kích thước giống nhau và có 3 màu khác nhau. Sản phẩm được đưa lên băng tải và được nhận dạng xác định tọa độ bằng camera và gửi về máy tính (PC).
Sau đó PC nhận được dữ liệu sẽ tính toán qua phương trình động học bằng ngôn ngữ C# để gửi thông tin cho PLC và tiến hành điều khiển Robot tới vị trí tọa độ đó và gắp gói sản phẩm và thả vào hộp phân loại. 3 CƠ SỞ LÝ THUYẾT Yêu cầu của hệ thống Đối với chế độ phân loại và sắp xếp sản phẩm dựa trên màu sắc, Đề tài sẽ hướng được tới phân loại sản phẩm theo 3 màu chính chủ đạo : màu đỏ, màu vàng và màu xanh dương. Hệ thống cần phân loại một cách chính xác màu sắc của vật, do đó cần phải ứng dụng các phương pháp xử lý ảnh vào hệ thống từ đó tính toán và gửi tín hiệu về Robot. Với trên thị trường rất nhiều linh kiện được sử dụng trong giáo dục lẫn công nghiệp để phân loại sản phẩm ví dụ như cần gạt ngang, cảm biến kết hợp cùng cần đẩy, máy gắp,.
Để đạt được đúng yêu cầu tiêu chí đề tài đề ra hệ thống phải gắp được sản phẩm một cách chắc chắn và nhanh nhẹn với tuần suất liên tục và phù hợp với kinh tế của sinh viên thì nhóm chúng em đã lựa chọn linh kiện bơm hút chân không để gắp sản phẩm và đưa vào vị trí được xác định trước đó. Cấu tạo Robot song song Delta Hình 2.1 Cấu tạo cơ bản của Robot Delta - Cấu tạo của Robot bao gồm các phần như sau: (1): Bệ máy cố định (bệ trên). (2) Động cơ servo dẫn động. (3): Ba khâu chủ động liên kết với bệ trên bằng các khớp quay và được dẫn động bởi 3 động cơ Servo.
(4): Ba khâu bị động và mỗi khâu là một cơ cấu hình bình hành.