LINK TẢI LUẬN VĂN MIỄN PHÍ CHO AE KET-NOI
Nội dung tóm tắt: cánh tay phân loại theo màu sắc ứng dụng xử lý ảnh 2 khâu:tiền xử lý dữ liệu thu thập được từ camera, phân tích và phân loại. Quá trình phân loại sản phẩm sẽ thực hiện dựa trên việc thu thập thông tin về màu sắc, hình dạng, và góc lệch của sản phẩm thông qua hệ thống camera. Khi vật thể đạt được đúng màu sắc hình dạng tương ứng thì cánh tay sẽ gắp vật đưa vào vị trí quy định.
MỤC LỤC
Nhiệm vụ đồ án
Tóm tắt
Lời nói đầu và cảm ơn......................................................................................................i Lời cam đoan liêm chính học thuật.................................................................................ii Mục lục...........................................................................................................................iii Danh sách các bảng biểu, hình vẽ và sơ đồ....................................................................vi
MỞ ĐẦU.........................................................................................................................1 Chương 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG.................................................................... 2
1.1. Giới thiệu chung về hệ thống ............................................................................... 2 1.1.1. Khái quát về xử lý ảnh................................................................................... 2 ngành gia công chi tiết máy, kiểm tra mực nước trong cha................................. 5
1.1.2. Giới thiệu về Robot ....................................................................................... 5 1.5.1. Bài toán........................................................................................................ 15 1.5.2. Hướng giải quyết ......................................................................................... 16 1.5.3. Phân tích hệ thống: ...................................................................................... 16
Chương 2: THIẾT KẾ V À TÍNH TOÁN PHẦN CƠ KHÍ ........................................... 17
2.1 Xây dựng và chọn phương án thiết kế ................................................................. 17
2.1.1. Cánh tay robot ............................................................................................. 17
2.2 Tính toán cánh tay Robot .................................................................................... 18
2.2.1 Tính chọn động cơ và các bộ phận của robot ............................................... 18 2.2.2. Tính toán động học thuận, động học nghịch ............................................... 26
Chương 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN...............................34
3.1. Sơ đồ nguyên lý .................................................................................................. 34 3.2. Các Module được sử dụng trong hệ thống ......................................................... 34
3.2.1. Arduino NANO ........................................................................................... 34 3.2.2 Nguồn một chiều 12V-20A .......................................................................... 37 3.2.3. Module giảm áp 5v 3A ................................................................................ 37
3.4 Lưu đồ thuật toán cánh tay Robot ....................................................................... 38 SVTH: Lê Đình Minh Nhật – Nguyễn Đặng Mẫn GVHD: TS. Đặng Phước Vinh iv
Trang
DUT.LRCC
Thiết kế và chế tạo cánh tay robot 5 bậc tự do phân loại sản phẩm ứng dụng công nghệ xử lý ảnh
3.3.1. Lưu đồ thuật toán chương trình chính .........................................................38 3.3.2. Lưu đồ thuật toán chương trình con.............................................................39
Chương 4: Xử lý ảnh .....................................................................................................42
4.1. Sơ lược xử lý ảnh................................................................................................42
4.1.1 Một số khái niệm cơ bản: .............................................................................42 4.1.2 Các loại ảnh thường gặp: ..............................................................................43
4.2. Các phép toán sử dụng:.......................................................................................46
4.2.1. Chuyển đổi RGB sang HSV và ngược lại: ..................................................46 4.2.2. Chuyển đổi HSV sang nhị phân: .................................................................46 4.2.3. Các phép toán hình thái học trong ảnh:.......................................................46 4.2.4. Bộ lọc gaussionBlur ....................................................................................47
4.3 OpenCV ...............................................................................................................48
4.3.1. Giới thiệu về thư viện OpenCV...................................................................48 4.3.2. Phiên bản OpenCV 1 hay OpenCV 2..........................................................48
4.4 Thiết kế giao diện điều khiển trên Visual Studio:...............................................51
KẾT LUẬN ...................................................................................................................53 TÀI LIỆU THAM KHẢO.............................................................................................54 PHỤ LỤC
SVTH: Lê Đình Minh Nhật – Nguyễn Đặng Mẫn GVHD: TS. Đặng Phước Vinh v
DUT.LRCC
Thiết kế và chế tạo cánh tay robot 5 bậc tự do phân loại sản phẩm ứng dụng công nghệ xử lý ảnh
DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ
Hình 1.1 Ứng dụng xử lý ảnh để đếm số lượng sản phẩm trong công nghiệp................... 3 Hình 1.2 Ứng dụng xử lý ảnh đọc mã barcode ................................................................. 3 Hình 1.3 Ứng dụng nhận dạng ký tự .................................................................................. 4 Hình 1.4 Ứng dụng định vị cho robot ................................................................................ 4 Hình 1.5 Ứng dụng đo kích thước...................................................................................... 5 Hình 1.6 Ứng dụng kiểm tra tổng quát............................................................................... 5 Hình 1.7 Robot kiểu tọa độ Descarte ................................................................................. 7 Hình 1.8 Robot kiểu hệ tọa độ............................................................................................ 8 Hình 1.9 Robot kiểu tọa độ cầu.......................................................................................... 8 Hình 1.10 Robot kiểu Scar ................................................................................................. 9 Hình 1.11 Robot kiểu tay người ......................................................................................... 9 Hình 1.12 Robot trong sản xuất ....................................................................................... 11 Hình 1.13 Robot lắp ráp các bộ phận ô tô........................................................................ 12 Hình 1.14 Đèn chiếu sáng ................................................................................................ 12 Hình 1.15 Cơ cấu bộ đẩy bằng khí nén ............................................................................ 13 Hình 1.16 Cơ cấu cánh tay robot 5 DOF.......................................................................... 13 Hình 1.17 Ảnh trước khi chỉnh sửa .................................................................................. 14 Hình 1.18 Ảnh sau khi chỉnh sửa ..................................................................................... 14 Hình 1.19 Trước khi lập trình chưa đọc được chữ........................................................... 14 Hình 1.20 Sau khi lập trình xong, thử sai và hoàn thiện chương trình ............................ 15 Hình 1.21 Sơ đồ phân loại và gắp hàng tự động ứng dụng công nghệ xử lý ảnh ............ 16 Hình 2.1 Cánh tay 5 bậc tự do.......................................................................................... 18 Hình 2.2 Động cơ RC Servo LD-20MG .......................................................................... 19 Hình 2.3 Động cơ Servo Tower Pro MG996R................................................................. 20 Bảng 2.1 Thông số các khâu của cánh tay robot.............................................................. 20 Hình 2.4 Sơ đồ tải trọng của robot khi chịu trọng lượng lớn nhất ................................... 21 Bảng 2.2 Thông số động cơ bước 86BYGH450A ........................................................... 22 Hình 2.5 Động cơ bước 86BYGH450A........................................................................... 23 Hình 2.6 Động cơ bước .................................................................................................... 23 Bảng 2.5 Bảng thông số động cơ bước nema 17 tỉ số 3969/289...................................... 24 Hình 2.7 Động cơ Nema 23.............................................................................................. 25 Bảng 2.4 Bảng thông số động cơ Nema 23..................................................................... 25
SVTH: Lê Đình Minh Nhật – Nguyễn Đặng Mẫn GVHD: TS. Đặng Phước Vinh vi
DUT.LRCC
Thiết kế và chế tạo cánh tay robot 5 bậc tự do phân loại sản phẩm ứng dụng công nghệ xử lý ảnh
Hình 2.6 Khâu 1................................................................................................................ 25 Hình 2.7 Khâu 2,3,4,5 ...................................................................................................... 26 Hình 2.8 Tay gắp .............................................................................................................. 26 Hình 2.9 Vị trí ban đầu của robot và hệ tọa độ ................................................................ 26 Bảng 2.3 Bảng D-H .......................................................................................................... 27 Hình 2.10 Trường công tác của cánh tay robot ................................................................ 32 Hình 2.11 Sơ đồ vị trị gốc tọa độ ..................................................................................... 32 Hình 3.1 Sơ đồ nguyên lý ................................................................................................. 34 Hình 3.2 Arduino NANO ................................................................................................. 34 Hình 3.3 Nguồn cung cấp 12VDC ................................................................................... 37 Hình 3.4 Module giảm áp LM2596 .................................................................................. 37 Hình 3.5 Lưu đồ thuật toán chương trình chính ............................................................... 38 Hình 3.6: Điều khiển cánh tay di chuyển ......................................................................... 39 Hình 3.7: Về vị trí góc ...................................................................................................... 40 Hình 3.8: Phân loại vật ..................................................................................................... 41 Hình 4.1 Thành phần RGB ............................................................................................... 43 Hình 4.2 Bảng màu RBG.................................................................................................. 44 Hình 4.3 Thành phần HSV ............................................................................................... 45 Hình 4.4 Tọa độ điểm trên ảnh xám ................................................................................. 45 Hình 4.5 Ma trận ảnh nhị phân ......................................................................................... 46 Hình 4.6 Kết quả biến đổi. a) Hình ban đầu b) Hình biến đổi ........................................ 47 Hình 4.7 Tạo project ......................................................................................................... 49 Hình 4.8 Cấu hình cho OpenCV ....................................................................................... 50 Hình 4.9 Cấu hình cho openCV (linker) .......................................................................... 50 Hình 4.10 Giao diện điều khiển của chương trình ........................................................... 51
SVTH: Lê Đình Minh Nhật – Nguyễn Đặng Mẫn GVHD: TS. Đặng Phước Vinh vii
DUT.LRCC
DUT.LRCC
Thiết kế và chế tạo cánh tay robot 5 bậc tự do phân loại sản phẩm ứng dụng công nghệ xử lý ảnh
MỞ ĐẦU
Mục đích: Thiết kế chế tạo hệ thống phân loại và gắp hàng tự động ứng dụng công nghệ xử lý ảnh nhằm ứng dụng hệ thống tự động vào trong công nghiệp như cánh tay robot và xử lý ảnh, nó sẽ làm tăng năng suất và tránh nhưng sai sót có thể xảy ra trong quá trình sản xuất.
Mục tiêu đề tài: Thực hành lại các kiến thức về lập trình và cơ khí, ... đã học trong thời gian qua vào thực tế, nhằm củng cố lại kiến thức hỗ trợ cho việc làm sau này.
Phạm vi và đối tượng nghiên cứu:
a) Phạm vi: Nghiên cứu, tính toán, thiết kế, chế tạo hệ thống phân loại gắp hàng tự động ứng dụng công nghệ xử lý ảnh. Hệ thống bao gồm những phần chính như: 1 cánh tay robot, 1 hệ thống băng tải, 1 camera xử lý ảnh, máy tính.
b) Đối tượng nghiên cứu: Cánh tay robot 5 bậc tự do, xử lý ảnh, máy tính.
c) Nghiên cứu lý thuyết: Nghiên cứu đặc điểm động học và động lực học robot, lập trình cho robot và xử lý ảnh để nhận diện sản phẩm.
d) Nghiên cứu thiết kế: Tính toán và vẽ kết cấu robot, băng tải.
e) Chế tạo: Dựa vào kết quả tính toán và thiết kế sau đó tiến hành thi công chế tạo mô hình.
Cấu trúc đồ án này gồm 5 chương:
- Chương 1: Tổng quan về hệ thống.
- Chương 2: Thiết kế hệ thống cơ khí.
- Chương 3: Thiết kế hệ thống điều khiển. - Chương 4: Xử lý ảnh.
- Chương 5: Kết luận.
SVTH: Lê Đình Minh Nhật – Nguyễn Đặng Mẫn
GVHD: TS. Đặng Phước Vinh 1
DUT.LRCC
Thiết kế và chế tạo cánh tay robot 5 bậc tự do phân loại sản phẩm ứng dụng công nghệ xử lý ảnh
Chương 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG
1.1. Giới thiệu chung về hệ thống
1.1.1. Khái quát về xử lý ảnh
a. Giới thiệu
Trong những năm gần đây, xử lý ảnh đã đạt được nhiều thành tựu và tiến bộ vượt bậc. Trong đó, nhận dạng và phân loại hình ảnh là một lĩnh vực được theo đuổi một cách tích cực nhất. Ý tưởng cốt lõi của việc nhận dạng và phân loại hình ảnh là phân tích ảnh từ các dữ liệu thu được bởi các cảm biến hình ảnh như camera, webcam ... Nhờ các hệ thống xử lý ảnh, con người đã giảm được khối lượng công việc cũng như tăng sự chính xác trong việc đưa ra các quyết định liên quan đến xử lý ảnh trên nhiều lĩnh vực: quân sự, quốc phòng, các hệ thống kỹ thuật công nghệ hóa sinh, giải phẫu, robotics,......
Một số bài toán thực tế ứng dụng công nghệ xử lý ảnh tại nhà máy sản xuất:
- Trên bao bì sản xuất ra có in logo, tuy nhiên, đôi khi nó bị mờ hay mất nét in, chúng ta không thể đưa sản phẩm này đến với người tiêu dùng. Công nghệ xử lý ảnh giúp ta loại bỏ sản phẩm lỗi.
- Trên bao bì có mã vạch - barcode, chúng ta muốn đọc tự động và tìm ra sản phẩm có barcode chưa đúng, bị mờ, bị mất nét.
- Trên sản phẩm có in ngày tháng sản xuất, ngày hết hạn và sản phẩm xuất đi Châu Âu do đó chúng ta không muốn các sản phẩm đó in sai ngày hay phai mờ.
- Trên board mạch điện tử của nhà máy có rất nhiều linh kiện, tuy nhiên không biết vì một lý do nào đó, có môt số mạch bị thiếu linh kiện, làm sao để phát hiện và loại bỏ chúng?
- Các chi tiết được gia công và phải kiểm tra kích thước của chúng liên tục, công nhân không thể làm nổi việc này. Công nghệ xử lý ảnh giúp giảm tỷ lệ sản phẩm lỗi và năng suất làm việc tăng.
- Nhà máy sản xuất bánh quy, bánh chạy trên băng tải và chúng ta muốn robot nhận dạng bánh và sắp vào vĩ bánh. Công nghệ xử lý ảnh giúp tự động hóa sản xuất.
Vì số lượng sản phẩm sản xuất ra quá lớn do đó phải thuê rất nhiều người. Đôi khi việc nhầm lẫn do họ mệt mỏi hay cảm xúc không tốt là rất hay xảy ra, vì thế năng suất bị ảnh hưởng rất nhiều.
Hiểu đơn giản hơn camera thực chất chỉ là một cảm biến quang có khả năng tạo ra ảnh nhưng chứa đựng nhiều thông tin hơn so với cảm biến thông thường. Một lợi thế
SVTH: Lê Đình Minh Nhật – Nguyễn Đặng Mẫn GVHD: TS. Đặng Phước Vinh 2
DUT.LRCC
Thiết kế và chế tạo cánh tay robot 5 bậc tự do phân loại sản phẩm ứng dụng công nghệ xử lý ảnh
khác, chỉ một camera duy nhất có thể kiểm tra được nhiều vật cùng lúc (yêu cầu tất cả vật cần kiểm tra nằm trong vùng phát hiện hình ảnh) và nhiều lỗi hơn có thể được phát hiện đồng thời.
Hình 1.1 Ứng dụng xử lý ảnh để đếm số lượng sản phẩm trong công nghiệp
b. Ứng dụng:
Giải pháp này thường được chia thành các ứng dụng chính: - Ứng dụng camera đọc barcode (đọc mã vạch 1D, 2D).
Hình 1.2 Ứng dụng xử lý ảnh đọc mã barcode
- Ứng dụng OCR (Optical Character Recognition - hay còn gọi là nhận dạng ký tự là công việc chuyển đổi chữ viết tay hay đánh máy sang một dạng chuỗi các ký tự được định dạng bởi máy) dùng để đọc các ký tự được in hay khắc trên bề mặt sản phẩm.
Các ký tự in trên sản phẩm, sau khi được chụp bởi camera thực chất sẽ trở thành 1 hình ảnh, nhiệm vụ của bộ điều khiển lúc này phải phân tích hình ảnh này trở thành chuỗi ký tự (việc này giống như đọc biển số xe). Mục đích của camera OCR là đọc chữ,
SVTH: Lê Đình Minh Nhật – Nguyễn Đặng Mẫn GVHD: TS. Đặng Phước Vinh 3
DUT.LRCC
Thiết kế và chế tạo cánh tay robot 5 bậc tự do phân loại sản phẩm ứng dụng công nghệ xử lý ảnh
số, ví dụ những ngày tháng sản xuất và hết hạn, so với ngày được cài đặt (các bộ điều khiển được tính hợp sẵn thời gian thực, qua đó kiểm tra luôn ngày sản xuất của sản phẩm thực tế).
Hình 1.3 Ứng dụng nhận dạng ký tự
- Ứng dụng định vị thường được sử dụng kết hợp với robot (6 trục, Scara, robot nhện...) để tạo ra 1 giải pháp hoàn chỉnh cho hệ thống, có thể gọi đây là “mắt thần” của robot. Camera chụp ảnh và xác định tọa độ của vật thể, từ đó robot nhận dạng được vị trí của vật và di chuyển đến để gắp, thường thì các vật thể được phân bố rất lộn xộn, ngẫu nhiên. camera và robot giao tiếp với nhau qua truyền thông. Hiện nay có 1 số nhà sản xuất robot tự phát triển dòng camera của riêng họ, hay có thể kết hợp với một hãng sản xuất Camera khác.
Hình 1.4 Ứng dụng định vị cho robot
SVTH: Lê Đình Minh Nhật – Nguyễn Đặng Mẫn GVHD: TS. Đặng Phước Vinh 4
DUT.LRCC
Thiết kế và chế tạo cánh tay robot 5 bậc tự do phân loại sản phẩm ứng dụng công nghệ xử lý ảnh
- Ứng dụng đo kích thước: kiểm tra, đo kích thước của sản phẩm. Ứng dụng cho ngành gia công chi tiết máy, kiểm tra mực nước trong cha
- Ứng dụng kiểm tra tổng quát: kiểm tra sự cố của một phần hay một chi tiết, kiểm tra màu sắc ...Ứng dụng kiểm tra thiếu viên thuốc trong vĩ thuốc, kiểm tra màu bút chì ...
Hình 1.6 Ứng dụng kiểm tra tổng quát
1.1.2. Giới thiệu về Robot
a) Sơ lược về lịch sử phát triển của robot
Robot là máy, thiết bị tự động linh hoạt phục vụ con người, có các chức năng:
- Có hình dạng giống người hay cánh tay người.
- Có khả năng thao tác tự động.
- Có khả năng bắt chước thao tác giống người.
Thuật ngữ “Robot” xuất phát từ tiếng Sec (Czech) “Robota” có nghĩa là công việc
tạp dịch trong vở kịch Rossum’s Universal Robots của Karel Capek, vào năm 1921. Trong vở kịch này, Rossum và con trai của ông ta đã chế tạo ra những chiếc máy gần giống với con người để phục vụ con người. Có lẽ đó là một gợi ý ban đầu cho các nhà sáng chế kỹ thuật về những cơ cấu, máy móc bắt chước các hoạt động cơ bắp của con người.
Đầu thập kỷ 60, công ty của Mỹ AMF (American Machine Foundary Company) quảng cáo một loại máy tự động vạn năng gọi là “Người máy công nghiệp” (Industrial Robot)
SVTH: Lê Đình Minh Nhật – Nguyễn Đặng Mẫn GVHD: TS. Đặng Phước Vinh 5
Hình 1.5 Ứng dụng đo kích thước
DUT.LRCC
Thiết kế và chế tạo cánh tay robot 5 bậc tự do phân loại sản phẩm ứng dụng công nghệ xử lý ảnh
Về mặt kỹ thuật, những robot hiện nay có nguồn gốc từ hai loại kỹ thuật ra đời sớm hơn đó là các cơ cấu điều khiển từ xa (Teleoperators) và các máy công cụ điều khiển số (NC – Numerically Controlled machine tool).
Các cơ cấu điều khiển từ xa đã được phát triển mạnh trong chiến tranh thế giới lần thứ hai nhằm nghiên cứu các vật liệu phóng xạ. Các cơ cấu này thay thế cho cánh tay của người thao tác gồm có một bộ kẹp bên trong và hai tay cầm bên ngoài. Cả tay cầm và bộ kẹp được nối với cơ cấu 6 bậc tự do để tạo ra hướng và vị trí tuỳ ý.
Robot công nghiệp đầu tiên được chế tạo là robot Versatran của công ty AMF. Cũng trong khoản thời gian này ở Mỹ xuất hiện loại robot Uni
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
Nội dung tóm tắt: cánh tay phân loại theo màu sắc ứng dụng xử lý ảnh 2 khâu:tiền xử lý dữ liệu thu thập được từ camera, phân tích và phân loại. Quá trình phân loại sản phẩm sẽ thực hiện dựa trên việc thu thập thông tin về màu sắc, hình dạng, và góc lệch của sản phẩm thông qua hệ thống camera. Khi vật thể đạt được đúng màu sắc hình dạng tương ứng thì cánh tay sẽ gắp vật đưa vào vị trí quy định.
MỤC LỤC
Nhiệm vụ đồ án
Tóm tắt
Lời nói đầu và cảm ơn......................................................................................................i Lời cam đoan liêm chính học thuật.................................................................................ii Mục lục...........................................................................................................................iii Danh sách các bảng biểu, hình vẽ và sơ đồ....................................................................vi
MỞ ĐẦU.........................................................................................................................1 Chương 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG.................................................................... 2
1.1. Giới thiệu chung về hệ thống ............................................................................... 2 1.1.1. Khái quát về xử lý ảnh................................................................................... 2 ngành gia công chi tiết máy, kiểm tra mực nước trong cha................................. 5
1.1.2. Giới thiệu về Robot ....................................................................................... 5 1.5.1. Bài toán........................................................................................................ 15 1.5.2. Hướng giải quyết ......................................................................................... 16 1.5.3. Phân tích hệ thống: ...................................................................................... 16
Chương 2: THIẾT KẾ V À TÍNH TOÁN PHẦN CƠ KHÍ ........................................... 17
2.1 Xây dựng và chọn phương án thiết kế ................................................................. 17
2.1.1. Cánh tay robot ............................................................................................. 17
2.2 Tính toán cánh tay Robot .................................................................................... 18
2.2.1 Tính chọn động cơ và các bộ phận của robot ............................................... 18 2.2.2. Tính toán động học thuận, động học nghịch ............................................... 26
Chương 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN...............................34
3.1. Sơ đồ nguyên lý .................................................................................................. 34 3.2. Các Module được sử dụng trong hệ thống ......................................................... 34
3.2.1. Arduino NANO ........................................................................................... 34 3.2.2 Nguồn một chiều 12V-20A .......................................................................... 37 3.2.3. Module giảm áp 5v 3A ................................................................................ 37
3.4 Lưu đồ thuật toán cánh tay Robot ....................................................................... 38 SVTH: Lê Đình Minh Nhật – Nguyễn Đặng Mẫn GVHD: TS. Đặng Phước Vinh iv
Trang
DUT.LRCC
Thiết kế và chế tạo cánh tay robot 5 bậc tự do phân loại sản phẩm ứng dụng công nghệ xử lý ảnh
3.3.1. Lưu đồ thuật toán chương trình chính .........................................................38 3.3.2. Lưu đồ thuật toán chương trình con.............................................................39
Chương 4: Xử lý ảnh .....................................................................................................42
4.1. Sơ lược xử lý ảnh................................................................................................42
4.1.1 Một số khái niệm cơ bản: .............................................................................42 4.1.2 Các loại ảnh thường gặp: ..............................................................................43
4.2. Các phép toán sử dụng:.......................................................................................46
4.2.1. Chuyển đổi RGB sang HSV và ngược lại: ..................................................46 4.2.2. Chuyển đổi HSV sang nhị phân: .................................................................46 4.2.3. Các phép toán hình thái học trong ảnh:.......................................................46 4.2.4. Bộ lọc gaussionBlur ....................................................................................47
4.3 OpenCV ...............................................................................................................48
4.3.1. Giới thiệu về thư viện OpenCV...................................................................48 4.3.2. Phiên bản OpenCV 1 hay OpenCV 2..........................................................48
4.4 Thiết kế giao diện điều khiển trên Visual Studio:...............................................51
KẾT LUẬN ...................................................................................................................53 TÀI LIỆU THAM KHẢO.............................................................................................54 PHỤ LỤC
SVTH: Lê Đình Minh Nhật – Nguyễn Đặng Mẫn GVHD: TS. Đặng Phước Vinh v
DUT.LRCC
Thiết kế và chế tạo cánh tay robot 5 bậc tự do phân loại sản phẩm ứng dụng công nghệ xử lý ảnh
DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ
Hình 1.1 Ứng dụng xử lý ảnh để đếm số lượng sản phẩm trong công nghiệp................... 3 Hình 1.2 Ứng dụng xử lý ảnh đọc mã barcode ................................................................. 3 Hình 1.3 Ứng dụng nhận dạng ký tự .................................................................................. 4 Hình 1.4 Ứng dụng định vị cho robot ................................................................................ 4 Hình 1.5 Ứng dụng đo kích thước...................................................................................... 5 Hình 1.6 Ứng dụng kiểm tra tổng quát............................................................................... 5 Hình 1.7 Robot kiểu tọa độ Descarte ................................................................................. 7 Hình 1.8 Robot kiểu hệ tọa độ............................................................................................ 8 Hình 1.9 Robot kiểu tọa độ cầu.......................................................................................... 8 Hình 1.10 Robot kiểu Scar ................................................................................................. 9 Hình 1.11 Robot kiểu tay người ......................................................................................... 9 Hình 1.12 Robot trong sản xuất ....................................................................................... 11 Hình 1.13 Robot lắp ráp các bộ phận ô tô........................................................................ 12 Hình 1.14 Đèn chiếu sáng ................................................................................................ 12 Hình 1.15 Cơ cấu bộ đẩy bằng khí nén ............................................................................ 13 Hình 1.16 Cơ cấu cánh tay robot 5 DOF.......................................................................... 13 Hình 1.17 Ảnh trước khi chỉnh sửa .................................................................................. 14 Hình 1.18 Ảnh sau khi chỉnh sửa ..................................................................................... 14 Hình 1.19 Trước khi lập trình chưa đọc được chữ........................................................... 14 Hình 1.20 Sau khi lập trình xong, thử sai và hoàn thiện chương trình ............................ 15 Hình 1.21 Sơ đồ phân loại và gắp hàng tự động ứng dụng công nghệ xử lý ảnh ............ 16 Hình 2.1 Cánh tay 5 bậc tự do.......................................................................................... 18 Hình 2.2 Động cơ RC Servo LD-20MG .......................................................................... 19 Hình 2.3 Động cơ Servo Tower Pro MG996R................................................................. 20 Bảng 2.1 Thông số các khâu của cánh tay robot.............................................................. 20 Hình 2.4 Sơ đồ tải trọng của robot khi chịu trọng lượng lớn nhất ................................... 21 Bảng 2.2 Thông số động cơ bước 86BYGH450A ........................................................... 22 Hình 2.5 Động cơ bước 86BYGH450A........................................................................... 23 Hình 2.6 Động cơ bước .................................................................................................... 23 Bảng 2.5 Bảng thông số động cơ bước nema 17 tỉ số 3969/289...................................... 24 Hình 2.7 Động cơ Nema 23.............................................................................................. 25 Bảng 2.4 Bảng thông số động cơ Nema 23..................................................................... 25
SVTH: Lê Đình Minh Nhật – Nguyễn Đặng Mẫn GVHD: TS. Đặng Phước Vinh vi
DUT.LRCC
Thiết kế và chế tạo cánh tay robot 5 bậc tự do phân loại sản phẩm ứng dụng công nghệ xử lý ảnh
Hình 2.6 Khâu 1................................................................................................................ 25 Hình 2.7 Khâu 2,3,4,5 ...................................................................................................... 26 Hình 2.8 Tay gắp .............................................................................................................. 26 Hình 2.9 Vị trí ban đầu của robot và hệ tọa độ ................................................................ 26 Bảng 2.3 Bảng D-H .......................................................................................................... 27 Hình 2.10 Trường công tác của cánh tay robot ................................................................ 32 Hình 2.11 Sơ đồ vị trị gốc tọa độ ..................................................................................... 32 Hình 3.1 Sơ đồ nguyên lý ................................................................................................. 34 Hình 3.2 Arduino NANO ................................................................................................. 34 Hình 3.3 Nguồn cung cấp 12VDC ................................................................................... 37 Hình 3.4 Module giảm áp LM2596 .................................................................................. 37 Hình 3.5 Lưu đồ thuật toán chương trình chính ............................................................... 38 Hình 3.6: Điều khiển cánh tay di chuyển ......................................................................... 39 Hình 3.7: Về vị trí góc ...................................................................................................... 40 Hình 3.8: Phân loại vật ..................................................................................................... 41 Hình 4.1 Thành phần RGB ............................................................................................... 43 Hình 4.2 Bảng màu RBG.................................................................................................. 44 Hình 4.3 Thành phần HSV ............................................................................................... 45 Hình 4.4 Tọa độ điểm trên ảnh xám ................................................................................. 45 Hình 4.5 Ma trận ảnh nhị phân ......................................................................................... 46 Hình 4.6 Kết quả biến đổi. a) Hình ban đầu b) Hình biến đổi ........................................ 47 Hình 4.7 Tạo project ......................................................................................................... 49 Hình 4.8 Cấu hình cho OpenCV ....................................................................................... 50 Hình 4.9 Cấu hình cho openCV (linker) .......................................................................... 50 Hình 4.10 Giao diện điều khiển của chương trình ........................................................... 51
SVTH: Lê Đình Minh Nhật – Nguyễn Đặng Mẫn GVHD: TS. Đặng Phước Vinh vii
DUT.LRCC
DUT.LRCC
Thiết kế và chế tạo cánh tay robot 5 bậc tự do phân loại sản phẩm ứng dụng công nghệ xử lý ảnh
MỞ ĐẦU
Mục đích: Thiết kế chế tạo hệ thống phân loại và gắp hàng tự động ứng dụng công nghệ xử lý ảnh nhằm ứng dụng hệ thống tự động vào trong công nghiệp như cánh tay robot và xử lý ảnh, nó sẽ làm tăng năng suất và tránh nhưng sai sót có thể xảy ra trong quá trình sản xuất.
Mục tiêu đề tài: Thực hành lại các kiến thức về lập trình và cơ khí, ... đã học trong thời gian qua vào thực tế, nhằm củng cố lại kiến thức hỗ trợ cho việc làm sau này.
Phạm vi và đối tượng nghiên cứu:
a) Phạm vi: Nghiên cứu, tính toán, thiết kế, chế tạo hệ thống phân loại gắp hàng tự động ứng dụng công nghệ xử lý ảnh. Hệ thống bao gồm những phần chính như: 1 cánh tay robot, 1 hệ thống băng tải, 1 camera xử lý ảnh, máy tính.
b) Đối tượng nghiên cứu: Cánh tay robot 5 bậc tự do, xử lý ảnh, máy tính.
c) Nghiên cứu lý thuyết: Nghiên cứu đặc điểm động học và động lực học robot, lập trình cho robot và xử lý ảnh để nhận diện sản phẩm.
d) Nghiên cứu thiết kế: Tính toán và vẽ kết cấu robot, băng tải.
e) Chế tạo: Dựa vào kết quả tính toán và thiết kế sau đó tiến hành thi công chế tạo mô hình.
Cấu trúc đồ án này gồm 5 chương:
- Chương 1: Tổng quan về hệ thống.
- Chương 2: Thiết kế hệ thống cơ khí.
- Chương 3: Thiết kế hệ thống điều khiển. - Chương 4: Xử lý ảnh.
- Chương 5: Kết luận.
SVTH: Lê Đình Minh Nhật – Nguyễn Đặng Mẫn
GVHD: TS. Đặng Phước Vinh 1
DUT.LRCC
Thiết kế và chế tạo cánh tay robot 5 bậc tự do phân loại sản phẩm ứng dụng công nghệ xử lý ảnh
Chương 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG
1.1. Giới thiệu chung về hệ thống
1.1.1. Khái quát về xử lý ảnh
a. Giới thiệu
Trong những năm gần đây, xử lý ảnh đã đạt được nhiều thành tựu và tiến bộ vượt bậc. Trong đó, nhận dạng và phân loại hình ảnh là một lĩnh vực được theo đuổi một cách tích cực nhất. Ý tưởng cốt lõi của việc nhận dạng và phân loại hình ảnh là phân tích ảnh từ các dữ liệu thu được bởi các cảm biến hình ảnh như camera, webcam ... Nhờ các hệ thống xử lý ảnh, con người đã giảm được khối lượng công việc cũng như tăng sự chính xác trong việc đưa ra các quyết định liên quan đến xử lý ảnh trên nhiều lĩnh vực: quân sự, quốc phòng, các hệ thống kỹ thuật công nghệ hóa sinh, giải phẫu, robotics,......
Một số bài toán thực tế ứng dụng công nghệ xử lý ảnh tại nhà máy sản xuất:
- Trên bao bì sản xuất ra có in logo, tuy nhiên, đôi khi nó bị mờ hay mất nét in, chúng ta không thể đưa sản phẩm này đến với người tiêu dùng. Công nghệ xử lý ảnh giúp ta loại bỏ sản phẩm lỗi.
- Trên bao bì có mã vạch - barcode, chúng ta muốn đọc tự động và tìm ra sản phẩm có barcode chưa đúng, bị mờ, bị mất nét.
- Trên sản phẩm có in ngày tháng sản xuất, ngày hết hạn và sản phẩm xuất đi Châu Âu do đó chúng ta không muốn các sản phẩm đó in sai ngày hay phai mờ.
- Trên board mạch điện tử của nhà máy có rất nhiều linh kiện, tuy nhiên không biết vì một lý do nào đó, có môt số mạch bị thiếu linh kiện, làm sao để phát hiện và loại bỏ chúng?
- Các chi tiết được gia công và phải kiểm tra kích thước của chúng liên tục, công nhân không thể làm nổi việc này. Công nghệ xử lý ảnh giúp giảm tỷ lệ sản phẩm lỗi và năng suất làm việc tăng.
- Nhà máy sản xuất bánh quy, bánh chạy trên băng tải và chúng ta muốn robot nhận dạng bánh và sắp vào vĩ bánh. Công nghệ xử lý ảnh giúp tự động hóa sản xuất.
Vì số lượng sản phẩm sản xuất ra quá lớn do đó phải thuê rất nhiều người. Đôi khi việc nhầm lẫn do họ mệt mỏi hay cảm xúc không tốt là rất hay xảy ra, vì thế năng suất bị ảnh hưởng rất nhiều.
Hiểu đơn giản hơn camera thực chất chỉ là một cảm biến quang có khả năng tạo ra ảnh nhưng chứa đựng nhiều thông tin hơn so với cảm biến thông thường. Một lợi thế
SVTH: Lê Đình Minh Nhật – Nguyễn Đặng Mẫn GVHD: TS. Đặng Phước Vinh 2
DUT.LRCC
Thiết kế và chế tạo cánh tay robot 5 bậc tự do phân loại sản phẩm ứng dụng công nghệ xử lý ảnh
khác, chỉ một camera duy nhất có thể kiểm tra được nhiều vật cùng lúc (yêu cầu tất cả vật cần kiểm tra nằm trong vùng phát hiện hình ảnh) và nhiều lỗi hơn có thể được phát hiện đồng thời.
Hình 1.1 Ứng dụng xử lý ảnh để đếm số lượng sản phẩm trong công nghiệp
b. Ứng dụng:
Giải pháp này thường được chia thành các ứng dụng chính: - Ứng dụng camera đọc barcode (đọc mã vạch 1D, 2D).
Hình 1.2 Ứng dụng xử lý ảnh đọc mã barcode
- Ứng dụng OCR (Optical Character Recognition - hay còn gọi là nhận dạng ký tự là công việc chuyển đổi chữ viết tay hay đánh máy sang một dạng chuỗi các ký tự được định dạng bởi máy) dùng để đọc các ký tự được in hay khắc trên bề mặt sản phẩm.
Các ký tự in trên sản phẩm, sau khi được chụp bởi camera thực chất sẽ trở thành 1 hình ảnh, nhiệm vụ của bộ điều khiển lúc này phải phân tích hình ảnh này trở thành chuỗi ký tự (việc này giống như đọc biển số xe). Mục đích của camera OCR là đọc chữ,
SVTH: Lê Đình Minh Nhật – Nguyễn Đặng Mẫn GVHD: TS. Đặng Phước Vinh 3
DUT.LRCC
Thiết kế và chế tạo cánh tay robot 5 bậc tự do phân loại sản phẩm ứng dụng công nghệ xử lý ảnh
số, ví dụ những ngày tháng sản xuất và hết hạn, so với ngày được cài đặt (các bộ điều khiển được tính hợp sẵn thời gian thực, qua đó kiểm tra luôn ngày sản xuất của sản phẩm thực tế).
Hình 1.3 Ứng dụng nhận dạng ký tự
- Ứng dụng định vị thường được sử dụng kết hợp với robot (6 trục, Scara, robot nhện...) để tạo ra 1 giải pháp hoàn chỉnh cho hệ thống, có thể gọi đây là “mắt thần” của robot. Camera chụp ảnh và xác định tọa độ của vật thể, từ đó robot nhận dạng được vị trí của vật và di chuyển đến để gắp, thường thì các vật thể được phân bố rất lộn xộn, ngẫu nhiên. camera và robot giao tiếp với nhau qua truyền thông. Hiện nay có 1 số nhà sản xuất robot tự phát triển dòng camera của riêng họ, hay có thể kết hợp với một hãng sản xuất Camera khác.
Hình 1.4 Ứng dụng định vị cho robot
SVTH: Lê Đình Minh Nhật – Nguyễn Đặng Mẫn GVHD: TS. Đặng Phước Vinh 4
DUT.LRCC
Thiết kế và chế tạo cánh tay robot 5 bậc tự do phân loại sản phẩm ứng dụng công nghệ xử lý ảnh
- Ứng dụng đo kích thước: kiểm tra, đo kích thước của sản phẩm. Ứng dụng cho ngành gia công chi tiết máy, kiểm tra mực nước trong cha
- Ứng dụng kiểm tra tổng quát: kiểm tra sự cố của một phần hay một chi tiết, kiểm tra màu sắc ...Ứng dụng kiểm tra thiếu viên thuốc trong vĩ thuốc, kiểm tra màu bút chì ...
Hình 1.6 Ứng dụng kiểm tra tổng quát
1.1.2. Giới thiệu về Robot
a) Sơ lược về lịch sử phát triển của robot
Robot là máy, thiết bị tự động linh hoạt phục vụ con người, có các chức năng:
- Có hình dạng giống người hay cánh tay người.
- Có khả năng thao tác tự động.
- Có khả năng bắt chước thao tác giống người.
Thuật ngữ “Robot” xuất phát từ tiếng Sec (Czech) “Robota” có nghĩa là công việc
tạp dịch trong vở kịch Rossum’s Universal Robots của Karel Capek, vào năm 1921. Trong vở kịch này, Rossum và con trai của ông ta đã chế tạo ra những chiếc máy gần giống với con người để phục vụ con người. Có lẽ đó là một gợi ý ban đầu cho các nhà sáng chế kỹ thuật về những cơ cấu, máy móc bắt chước các hoạt động cơ bắp của con người.
Đầu thập kỷ 60, công ty của Mỹ AMF (American Machine Foundary Company) quảng cáo một loại máy tự động vạn năng gọi là “Người máy công nghiệp” (Industrial Robot)
SVTH: Lê Đình Minh Nhật – Nguyễn Đặng Mẫn GVHD: TS. Đặng Phước Vinh 5
Hình 1.5 Ứng dụng đo kích thước
DUT.LRCC
Thiết kế và chế tạo cánh tay robot 5 bậc tự do phân loại sản phẩm ứng dụng công nghệ xử lý ảnh
Về mặt kỹ thuật, những robot hiện nay có nguồn gốc từ hai loại kỹ thuật ra đời sớm hơn đó là các cơ cấu điều khiển từ xa (Teleoperators) và các máy công cụ điều khiển số (NC – Numerically Controlled machine tool).
Các cơ cấu điều khiển từ xa đã được phát triển mạnh trong chiến tranh thế giới lần thứ hai nhằm nghiên cứu các vật liệu phóng xạ. Các cơ cấu này thay thế cho cánh tay của người thao tác gồm có một bộ kẹp bên trong và hai tay cầm bên ngoài. Cả tay cầm và bộ kẹp được nối với cơ cấu 6 bậc tự do để tạo ra hướng và vị trí tuỳ ý.
Robot công nghiệp đầu tiên được chế tạo là robot Versatran của công ty AMF. Cũng trong khoản thời gian này ở Mỹ xuất hiện loại robot Uni
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
You must be registered for see links