Thiết kế và chế tạo cánh tay robot 4 bậc tự do phân loại sản phẩm trên băng tải sử dụng công nghệ xử lí ảnh.doc

DỊCH VỤ VIẾT THUÊ ĐỀ TÀI TRỌN GÓI ZALO / TEL: 0909.232.620
TẢI TÀI LIỆU – KẾT BẠN ZALO: 0909.232.620
lOMoAR cPSD|12484561
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CƠ KHÍ
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ
ĐỀ TÀI:
Thiết kế và chế tạo cánh tay robot 4 bậc
tự do phân loại sản phẩm trên băng tải
sử dụng công nghệ xử lí ảnh
Người hướng dẫn: ThS. NGUYỄN ĐẮC LỰC
Sinh viên thực hiện: NGUYỄN VĂN SƠN
Số thẻ sinh viên :
PHẠM PHÚ VỸ
101140197
Lớp:
101140210
14CDT2

Đà Nẵng - 2019
Downloaded by EBOOKBKMT (ebook.infogate.vn@gmail.com)

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA VIỆT NAM
KHOA CƠ KHÍ Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
1. Thông tin chung:
1. Họ và tên sinh viên: Nguyễn Văn Sơn-Phạm Phú Vỹ
2. Lớp: 14CDT2 Số thẻ SV: 101140197-101140210
3. Tên đề tài: Thiết kế và chế tạo cánh tay robot 4 bậc tự do phân loại sản phẩm
trên băng tải sử dụng công nghệ xử lí ảnh
4. Người hướng dẫn: Nguyễn Đắc Lực
5 Học hàm/ học vị: Thạc sĩ
II. Nhận xét, đánh giá đồ án tốt nghiệp:
1. Về tính cấp thiết, tính mới, khả năng ứng dụng của đề tài: (điểm tối đa là 2đ)
………………………………………………………………………………………..
………………………………………………………………………………………..
2. Về kết quả giải quyết các nội dung nhiệm vụ yêu cầu của đồ án: (điểm tối đa là 4đ)
………………………………………………………………………………………..
………………………………………………………………………………………..
3. Về hình thức, cấu trúc, bố cục của đồ án tốt nghiệp: (điểm tối đa là 2đ)
………………………………………………………………………………………..
………………………………………………………………………………………..
4. Đề tài có giá trị khoa học/ có bài báo/ giải quyết vấn đề đặt ra của doanh
nghiệp hoặc nhà trường: (điểm tối đa là 1đ)
………………………………………………………………………………………..
………………………………………………………………………………………..
5. Các tồn tại, thiếu sót cần bổ sung, chỉnh sửa:
………………………………………………………………………………………..
………………………………………………………………………………………..
III. Tinh thần, thái độ làm việc của sinh viên: (điểm tối đa 1đ)
………………………………………………………………………………………..
IV. Đánh giá:
1. Điểm đánh giá: ……../10 (lấy đến 1 số lẻ thập phân)
2. Đề nghị: ☐ Được bảo vệ đồ án ☐ Bổ sung để bảo vệ ☐ Không được bảo vệ
Đà Nẵng, ngày tháng năm 201

Người hướng dẫn

lOMoARcPSD|124 845 61

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
TRƯỜNG ĐẠI HỌCBÁCH KHOA Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
KHOA CƠ KHÍ
NHẬN XÉT PHẢN BIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
I. Thông tin chung:
Họ và tên sinh viên: Nguyễn Văn Sơn-Phạm Phú Vỹ
1. Lớp: 14 CDT2 Số thẻ SV: 101140197-101140210
2. Tên đề tài: Thiết kế và chế tạo cánh tay robot 4 bậc tự do phân loại sản
phẩm trên băng tải sử dụng công nghệ xử lí ảnh
3. Người phản biện……………………..
4. ……………………………………….
5. ……………………………………….
6. ……………………………………….
7. Nhận xét, đánh giá đồ án tốt nghiệp:
Điểm Điểm
TT Các tiêu chí đánh giá tối đa đánh
giá
1
Sinh viên có phương pháp nghiên cứu phù hợp, giải quyết
80
đủ nhiệm vụ đồ án được giao
- Tính mới (nội dung chính của ĐATN có những phần
1a
mới so với các ĐATN trước đây).
15
- Đề tài có giá trị khoa học, công nghệ; có thể ứng dụng
thực tiễn.
- Kỹ năng giải quyết vấn đề; hiểu, vận dụng được kiến
1b
thức cơ bản, cơ sở, chuyên ngành trong vấn đề nghiên cứu.
50
- Chất lượng nội dung ĐATN (thuyết minh, bản vẽ,
chương trình, mô hình,…).
- Có kỹ năng vận dụng thành thạo các phần mềm
ứng dụng trong vấn đề nghiên cứu;
1c - Có kỹ năng đọc, hiểu tài liệu bằng tiếng nước ngoài ứng 15
dụng trong vấn đề nghiên cứu;
- Có kỹ năng làm việc nhóm;
2 Kỹ năng viết: 20
2a - Bố cục hợp lý, lập luận rõ ràng, chặt chẽ, lời văn súc 15
tích

2b - Thuyết minh đồ án không có lỗi chính tả, in ấn, định 5
dạng

3 Tổng điểm đánh giá theo thang 100:
Quy về thang 10 (lấy đến 1 số lẻ)
1. Các tồn tại, thiếu sót cần bổ sung, chỉnh sửa:
………………………………………..…………………………………………………
……………………………………..................................................................................
2. Câu hỏi đề nghị sinh viên trả lời trong buổi bảo vệ:
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
3. Đề nghị: ☐ Được bảo vệ đồ án ☐ Bổ sung để bảo vệ ☐ Không được bảo vệ
Đà Nẵng, ngày tháng 12 năm 2019.

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG CỘNG HÒA XÃ HÔI CHỦ NGHĨA
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA VIỆT NAM
KHOA CƠ KHÍ Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
TT Họ tên sinh viên Số thẻ SV Lớp Ngành
1 Nguyễn Văn Sơn 101140197 14CDT2 Cơ điện tử
2 Phạm Phú Vỹ 101140210 14CDT2 Cơ điện tử
1. Tên đề tài đồ án:Thiết kế và chế tạo mô hình cánh tay Robot 4 bậc tự do phân
loại sản phẩm trên băng tải sử dụng công nghệ xử lí ảnh.
2. Đề tài thuộc diện: ☐ Có ký kết thỏa thuận sở hữu trí tuệ đối với kết quả thực hiện
3. Các số liệu và dữ liệu ban đầu:
……………………………………..……………………………………………..……...
...…………………………………………………………………………………………
…..………………………………….…..………………………..………………………
4. Nội dung các phần thuyết minh và tính
toán a. Phần chung.
STT Họ và tên Nội dung
Tìm hiểu một số một số cơ cấu ngoài thực tế
1 Nguyễn Văn Sơn để đưa ra ý tưởng tốt nhất.
Tìm hiểu nguyên lí hoạt động , lựa chọn các cơ
cấu phù hợp.
2 Phạm Phú Vỹ Tìm hiểu tài liệu và phần mềm liên quan.
Hoàn thiện thuyết minh.
b. Phần riêng.
STT Họ và tên Nội dung
Tìm hiểu các linh kiện điện tử, Lập trình hệ
1 Nguyễn Văn Sơn thống.
Thiết kế hệ thống bằng phần mềm solidworks,
2 Phạm Phú Vỹ tính toán phần động học.

5. Các bản vẽ, đồ thị
a. Phần chung.
STT Họ và tên Nội dung Bản vẽ
1 Nguyễn Văn Sơn
Bản vẽ tổng thể A0
Bản vẽ sơ đồ động
2 Phạm Phú Vỹ
b. Phần riêng.
STT Họ và tên Nội dung Bản vẽ
Bản vẽ sơ đồ mạch điện
1 Nguyễn Văn Sơn Bản vẽ chi tiết
A0
Bản vẽ lắp
2 Phạm Phú Vỹ Lưu đồ thuật toán
6. Họ tên người hướng dẫn: Ths.Nguyễn Đắc Lực.
7. Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 25./08./2019.
8. Ngày hoàn thành đồ án: 14./12./2019.
Đà Nẵng, ngày 14 tháng 12 năm 2019.
Trưởng Bộ môn …………………….. Người hướng dẫn

CAM ĐOAN
Chúng tôi xin cam đoan:
Những nội dung trong đồ án này là do chúng tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn
trực tiếp của Thầy Ths Nguyễn Đắc Lực.
Mọi tham khảo dùng trong đồ án đều được trích dẫn rõ ràng tên tác giả, tên công
trình, thời gian, địa điểm công bố.
Mọi sao chép không hợp lệ, vi phạm quy chế đào tạo, hay gian dối, chúng tôi xin
chịu hoàn toàn trách nhiệm.
Nhóm Sinh viên thực hiện
Nguyễn Văn Sơn Phạm Phú Vỹ

i

MỤC LỤC
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
.........................................................................................
CAM ĐOAN ...................................................................................................................................................... I
MỤC LỤC .......................................................................................................................................................... II
LỜI NÓI ĐẦU.................................................................................................................................................. 1
TÓM TẮT.......................................................................................................................................................... 2
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI................................................................................................. 4
1.1. Giới thiệu về đề tài .................................................................................................................................. 4
1.2. Phân tích đề tài ........................................................................................................................................ 6
1.3. Tính cấp thiết của đề tài........................................................................................................................ 6
1.4. Cấu trúc của đề tài.................................................................................................................................. 6
CHƯƠNG 2. THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ................................................................................... 8
2.1. Thiết kế cánh tay Robot......................................................................................................................... 8
2.1.1 Phân tích lựa chọn phương án......................................................................................................... 8
2.1.2. Tính chọn động cơ cho robot........................................................................................................... 8
2.1.3. Mô phỏng 3D cánh tay robot.........................................................................................................11
2.1.4. Chọn vật liệu cho thân robot ..........................................................................................................12
2.1.5 Thiết kế bộ phận truyền chuyển động cho các khớp của robot ...........................................12
2.2 Thiết kế hệ thống băng tải..................................................................................................................14
2.2.1 Giới thiệu................................................................................................................................................14
2.2.2 Nguyên lí hoạt động............................................................................................................................15
2.2.3 Tính toán và chọn thiết bị cho băng tải.......................................................................................15
2.2.4. Lựa chọn và tính toán băng tải......................................................................................................17
2.3. Thiết kế khay chứa sản phẩm...........................................................................................................20
2.4. Sơ đồ động hệ thống............................................................................................................................21
CHƯƠNG 3. THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN.....................................................................23
3.1. Sơ đồ khối của hệ thống......................................................................................................................23
3.2. Vi điều khiển Arduno...........................................................................................................................23
3.2.1. Tổng quan .............................................................................................................................................23
3.2.2. Thông số kĩ thuật ARDUINO MICRO.........................................................................................24
3.2.3. I/O Pins..................................................................................................................................................24
3.3. Module LM2596.....................................................................................................................................25
3.4 . Khối nguồn 12V....................................................................................................................................26
3.5. Sơ đồ mạch điện.....................................................................................................................................27
CHƯƠNG 4. XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN.......................................................28
ii

4.1. Tính toán động học cánh tay robot.................................................................................................28
4.1.1. Phương trình động học thuận........................................................................................................28
4.1.2 Phương trình động học nghịch.......................................................................................................30
4.2. Xử lí ảnh..................................................................................................................................................31
4.2.1 Tổng quan về xử lí ảnh.......................................................................................................................31
4.2.2. Phần mềm Visual................................................................................................................................33
4.2.2.1. Cấu trúc dữ liệu và ứng dụng. ...................................................................................................33
4.2.2.2. Cấu trúc dữ liệu và ứng dụng ....................................................................................................34
4.2.2.3. Các thông số về ảnh.......................................................................................................................34
4.3. Lưu đồ thuật toán Visual và xử lí ảnh...........................................................................................37
KẾT LUẬN ......................................................................................................................................................39
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...........................................................................................................................42
PHỤ LỤC.........................................................................................................................................................43
I.CODE ARDUINO ......................................................................................................................................43
II.CODE VISUAL .........................................................................................................................................46

iii

DANH SÁCH CÁC BẢNG
Bảng 2.1 Thông số kỹ thuật động cơ Servo MG995 ......................................................................... 9
Bảng 2.2 Thông số Giác hút chân không MDSP650.......................................................................11
Bảng 2.3 Thông số các khâu của cánh tay robot..............................................................................13
Bảng 3.1 Thông số kỹ thuật -ARDUINO MICRO..............................................................................24
Bảng 3.2 Thông số kĩ thuật LM2596.....................................................................................................25
Bảng 4.1 Thông số DH................................................................................................................................28

iv

DANH SÁCH CÁC BẢNG....................................................................................................
Hình 1.1. Quá trình phát triển công nghiệp qua các thời kì. ........................................................ 4
Hình 1.2. Cánh tay robot hoạt động trên dây chuyền sản xuất công nghiệp.......................... 5
Hình 1.3. Ứng dụng xử lí ảnh phân loại sản phẩm ........................................................................... 5
Hình 1.4. Sơ đồ khối hệ thống phân loại sản phẩm tự động.......................................................... 6
Hình 2.1. Sơ đồ động của robot 4 bậc tự do RRRR.......................................................................... 8
Hình 2.2. Động cơ Servo MG995.............................................................................................................. 9
Hình 2.4. Giác hút chân không MDSP650. ........................................................................................10
Hình 2.5. Mô phỏng 3D cánh tay robot...............................................................................................11
Hình 2.6. Mica tấm.......................................................................................................................................12
Hình 2.7. Vòng bi chà 40mm x 60mm ..................................................................................................13
Hình 2.8. Cơ cấu thanh truyền . .............................................................................................................13
Hình 2.9. Cấu tạo của băng tải................................................................................................................14
Hình 2.10. Bộ truyền đai............................................................................................................................15
Hình 2.11. Bộ truyền xích. ........................................................................................................................16
Hình 2.12. Bộ truyền đai răng.................................................................................................................16
Hình 2.13. Hình ảnh động cơ DC Motor SRS-380SH. ....................................................................17
Thông số kĩ thuật: ........................................................................................................................................17
Hình 2.13. Dây băng tải xanh..................................................................................................................18
Hình 2.14 Sơ đồ tính toán để xác định công suất băng tải.............................................................18
Hình 2.15. Khay chứa sản phẩm............................................................................................................20
Hình 2.16. Sơ đồ động toàn bộ hệ thống. ............................................................................................21
Hình 2.17. Mô phỏng 3D toàn bộ hệ thống. .......................................................................................21
Hình 2.18. Mô hình đã chế tạo. ...............................................................................................................22
Hình 3.1. Sơ đồ khối hệ thống .................................................................................................................23
Hình 3.2. Sơ đồ chi tiết của ARDUINO MICRO.............................................................................23
Hình 3.3. Sơ đồ chân của ARDUINO MICRO.....................................................................................24
Hình 3.4. Module hạ áp LM2596............................................................................................................25
Hình 3.5. Khối nguồn 12V.........................................................................................................................26
Hình 3.6. Sơ đồ mạch điện ........................................................................................................................27
Hình 4.1. Hệ tọa độ của cánh tay robot...............................................................................................28
Hình 4.2. Các quá trình xử lý ảnh .........................................................................................................31
Hình 4.7. Lưu đồ thuật toán Visual.......................................................................................................37
Hình 4.8. Lưu đồ thuật toán xử lí ảnh. ................................................................................................38
v

Thiết kế và chế tạo cánh tay 4 bậc tự do phân loại sản phẩm trên băng tải sử dụng công nghệ xử lí ảnh
LỜI NÓI ĐẦU
Trong sự nghiệp công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước, tự động hóa ngày
càng đóng một vai trò quan trọng. Với tốc độ phát triển như hiện nay chúng ta
không chỉ cần một lượng lao động khổng lồ mà còn đòi hỏi có trình độ, chất lượng
tay nghề, kỹ thuật lao động và thiết bị sản xuất. Mức độ phát triển của khoa học kỹ
thuật ngày càng cao thì vấn đề tự động hoá ngày càng được chú trọng.
Trong cách mạng công nghiệp 4.0 việc ứng dụng tự động hóa, trí tuệ nhân tạo vào
sản xuất, kinh doanh là một xu hướng tất yếu nhằm tạo ra năng suất lao động cao. Trên
thế giới đã có nhiều nhà máy sử dụng toàn bộ hệ thống dây chuyền sản xuất tự động
hóa, đưa rôbốt vào thay thế sức lao động của con người, tạo ra các sản phẩm tốt, độ
chính xác cao. Nhờ vào robot, cuộc sống của chúng ta ngày càng tiện nghi và an toàn
hơn. Thật vậy, robot đang dần thay thế con người trong những công việc nguy hiểm như
cứu nạn, cứu hộ, kiểm tra các môi trường độc hại, những nơi ảnh hưởng trực tiếp đến
sức khoẻ và tính mạng con người. Không chỉ vậy, trong các hộ gia đình, robot đã và
đang giúp chúng ta thực hiện những công việc nhàm chán và mất nhiều thời gian như
lau nhà, hút bụi… nhờ đó chất lượng cuộc sống ngày càng cao hơn.
Kết hợp xu thế phát triển của thời đại cũng những những kiến thức đã học,
Nhóm chúng em đã lựa chọn đề tài: “Thiết kế và chế tạo cánh tay robot 4 bậc tự
do phân loại sản phẩm trên băng tải sử dụng công nghệ xử lí ảnh”.
Trong thời gian làm đồ án, được sự chỉ bảo tận tình của thầy Ths.Nguyễn Đắc
Lực cùng với sự cố gắng của hai thành viên trong nhóm đến nay đồ án đã hoàn
thành. Tuy nhiên với kiến thức còn hạn chế, kinh nghiệm, kĩ năng còn thiếu, mặc
dù có nhiều cố gắng song nhóm em vẫn còn nhiều thiếu sót cần bổ sung, hoàn
thiện. Kính mong các thầy cô thông cảm và góp ý để đề tài của nhóm em hoàn
thiện hơn và có thể phát triển, ứng dụng trong thời gian sắp tới.
Đà Nẵng, ngày 07 tháng 12 năm 2019.
Nhóm sinh viên thực hiện
Nguyễn Văn Sơn Phạm Phú Vỹ

SVTH:Nguyễn Văn Sơn .Phạm Phú Vỹ - 14CDT2 GVHD:Ths.Nguyễn Đắc Lực 1

TÓM TẮT
Tên đề tài: Thiết kế và chế tạo mô hình cánh tay robot 4 bậc tự do phân loại sản
phẩm trên băng tải sử dụng công nghệ xử lí ảnh.
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Sơn-Phạm Phú Vỹ
Số thẻ SV: 101140197-101140210 Lớp: 14CDT2
Nội dung tóm tắt: Hệ thống phân loại sản phẩm bằng cánh tay robot ứng dụng
công nghệ xử lí ảnh. Sản phẩm với các màu sắc khác nhau nằm trên băng tải
động, khi đến vùng xử lí.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. Camera lấy dữ liệu, qua phân tích và tính toán của máy tính. Xuất
tín hiệu để điều khiển cánh tay robot thực hiện công việc phân loại. Các sản phẩm
được phân loại theo mào sắc được phân chia vào các khay đúng theo yêu cầu.

MỞ ĐẦU
Mục đích thực hiện đề tài: Thiết kế chế tạo một hệ thống phân loại sản phẩm tự
động trên băng tải động bằng cánh tay robot ứng dụng công nghệ xử lí ảnh. Với
việc áp dụng công nghệ xử lí ảnh, nó sẽ làm tăng năng suất và tránh những sai sót
có thể xảy ra trong quá trình sản xuất.
Mục tiêu đề tài: Củng cố lại những kiến thức đã học vào thực tế từ thiết kế chế tạo cơ
khí, mạch điện, lập trình,nghiên cứu và đưa vào ứng dụng thực tế …. Qua đó hiểu rõ
hơn về ngành học cũng như những công việc trong tương lai, để từ đó bổ sung
thêm kiếm và rút kinh nghiệm sau này.
Phạm vi và đối tượng nghiên cứu:
Phạm vi: Hệ thống bao gồm những phần chính như: 1 cánh tay robot 4 bậc tự do, 1
hệ thống băng tải động, 1 camera xử lý ảnh, máy tính. Phạm vi ở dạng mô hình
nhỏ gọn, phù hợp với việc thực hành và nghiên cứu.
Đối tượng: Cánh tay Robot 4 bậc tự do, hệ thống băng tải, camera xử lý ảnh, máy tính.
Phương Pháp nghiên cứu: Vận dụng các kiến thức đã học từ các môn liên quan trong
suốt quá trình học từ cơ khí, điện tử và lập trình để tiến hành làm mô hình. Đồng thời
nghiên cứu, học hỏi từ các nguồn khác nhau, ( internet, sách, bài chia sẻ….)
Nghiên cứu lý thuyết: Nghiên cứu đặc điểm động học và động lực học robot, bộ
truyền cho băng tải, lập trình cho robot và xử lý ảnh để nhận diện sản phẩm.
Nghiên cứu thiết kế: Tính toán và vẽ kết cấu robot, băng tải.
Chế tạo: Dựa vào kết quả tính toán và thiết kế sau đó tiến hành thi công chế tạo
Cấu trúc đồ án tốt nghiệp: Gồm 4 chương:
Chương 1: Tổng quan về hệ thống
Chương 2: Thiết kế và tính toán phần cơ khí
Chương 3: Tính toán thiết kế hệ thống điều khiển
Chương 4: Xử lý ảnh
Kết Luận

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
1.1. Giới thiệu về đề tài
Từ khi mới ra đời robot công nghiệp được áp dụng trong nhiều lĩnh vực dưới góc
độ thay sức người. Nhờ vậy các dây chuyền sản xuất được tổ chức lại, năng suất và hiệu
quả sản xuất tăng lên rõ rệt. Ban đầu Robot được ứng dụng trong công nghiệp vào
những năm 60 để thay thế con người làm các công việc nặng nhọc, nguy hiểm trong môi
trường độc hại. Do nhu cầu cần sử dụng ngày càng nhiều trong các quá trình sản xuất
phức tạp nên Robot công nghiệp cần có những khả năng thích ứng linh hoạt và thông
minh hơn. Ngày nay, ngoài ứng dụng sơ khai ban đầu của Robot trong chế tạo máy thì
các ứng dụng khác như trong y tế, chăm sóc sức khỏe, nông nghiệp, đóng tàu, xây dựng
và cả trong an ninh quốc phòng. Các chuyên gia đầu ngành đã đánh giá, với cuộc cách
mạng công nghiệp 4.0, ứng dụng robot trong dây chuyền sản xuất công nghiệp sẽ là một
trong những trọng tâm của một cuộc cách mạng công nghệ lớn sau Internet. Mục tiêu xa
hơn nữa con người có thể ứng dụng trí tuệ nhân tạo để cải thiện năng suất và khả năng
tính toán nhanh hơn trong quá trình vận hành và phát triển máy móc công nghiệp.
Hình 1.1. Quá trình phát triển công nghiệp qua các thời kì.
Tại Việt Nam, nghiên cứu phát triển Robot đã có những bước tiến đáng kể trong
25 năm vừa qua. Nhiều đơn vị trên toàn quốc thực hiện các nghiên cứu cơ bản và nghiên

cứu ứng dụng về Robot như: Trung tâm tự động hóa, Học viện Kỹ thuật quân sự, Viện
công nghệ thông tin thuộc viện KHCNVN… Bên cạnh đó còn phải kể đến các công ty

cổ phần như Robot TOSY, là doanh nghiệp thiết kế và chế tạo Robot Việt Nam
có nhiều sản phẩm ấn tượng trên trường quốc tế. Ngoài ra ở các trường ĐH Bách
Khoa Hà Nội, ĐH Bách Khoa Đà Nẵng, ĐH Bách Khoa Tp.HCM… đã có những
đồ án về Robot như: Robot cá, Robot Dancing, Robot hoa, Cánh tay Robot…
Hình 1.2. Cánh tay robot hoạt động trên dây chuyền sản xuất công nghiệp
Bên cạnh đó, trước sự ra đời mạnh mẽ của Robot công nghiệp, xử lý ảnh cũng
được nghiên cứu mạnh mẽ và đã có nhiều ứng dụng trong thực tế. Như trong y học,
xử lý ảnh đã được dùng để phát hiện và nhận dạng các khối u, cải thiện ảnh X
quang, nhận dạng đường biên mạch máu từ những ảnh chụp mạch bằng tia X.
Hình 1.3. Ứng dụng xử lí ảnh phân loại sản phẩm

Trong cuộc sống hằng ngày, xử lý ảnh có mặt hầu hết ở các đồ dùng thông dụng
như: Tivi, điện thoại, máy ảnh… Còn trong lĩnh vực khoa học kỹ thuật, xử lý ảnh đã và
đang có những đóng góp quan trọng, đặc biệt là trong lĩnh vực Robot. Robot thông minh

ngày nay không thể thiếu yếu tố xử lý ảnh. Đó là các vấn đề nhận dạng đối tượng
ngoài môi trường. Từ việc nhận dạng có thể giải quyết rất nhiều bài toán như
tránh vật cản, dò đường, tìm tọa độ của vật…
Với xu hướng của thời đại và sự bùng nổ cuộc cách mạng 4.0, việc ứng dụng
công nghệ xử lí ảnh vào công nghiệp là hết sức thiết thực, mang lại hiệu quả cao
trong sản xuất. Giải pháp cho nhu cầu hiện nay chính là ứng dụng xử lý ảnh vào
trong điều khiển cánh tay Robot. Đó cũng là lí do đề tài “Thiết kế và chế tạo cánh
tay robot 4 bậc tự do phân loại sản phẩm trên băng tải sử dụng công nghệ xử lí
ảnh” được chúng tôi lựa chọn và cũng xuất phát từ nhu cầu thực tế đó, đồng thời
áp dụng được những kiến thức đã học vào thực tế đời sống.
1.2. Phân tích đề tài
Với ý tưởng thiết kế một hệ thống gồm cánh tay robot phân loại sản phẩm trên băng
tải động trong các nhà máy công nghiệp ứng dụng công nghệ xử lí ảnh. Các sản
phẩm chuyển động trên băng tải với màu sắc khác nhau, sau khi được một camera
chụp hình, qua quá trình xử lí tính hiệu trên máy tính sẽ gửi tính hiệu cho cánh tay
robot sẽ thực hiện công việc gắp và phân loại các sản phẩm vào các nơi khác nhau.
Hình 1.4. Sơ đồ khối hệ thống phân loại sản phẩm tự
động 1.3. Tính cấp thiết của đề tài
Bài toán sắp xếp sản phẩm tự động ứng dụng công nghệ xử lý ảnh đã được
áp dụng trong ngành công nghiệp từ lâu với nhiều phương pháp thực hiện khác
nhau như sử dụng camera chụp vật mẫu, chụp vật được sản xuất, sau đó so sánh
ảnh của vật mẫu và ảnh của vật thật hoặc phân tích đặc tính riêng trên sản phẩm
rồi từ đó phân loại xác định được sản phẩm có đạt chất lượng hay không. Nếu đạt
chất lượng sẽ đưa sang đóng gói thành phẩm. Nếu không đạt chất lượng sẽ loại bỏ
trở thành phế phẩm. Với việc áp dụng công nghệ xử lí ảnh hiện đại này sẽ giúp

cho hệ thống sản xuất tối ưu hóa công nghệ, giảm chi phí sản xuất, đồng thời hạn
chế những sai sót trong quá trình vận hành. 1.4. Cấu trúc của đề tài
Đề tài gồm có 4 phần chính với các nội dung như sau:

- Giới thiệu tổng quan về đề tài: Trong phần này sẽ giới thiệu tổng quát về hệ
thống. Trình bày tính cấp thiết và các ứng dụng về đề tài đã lựa chọn.
- Tính toán thiết kế phần cơ khí: Phần này sẽ đưa ra các phương án thiết kế,
phân tích ưu nhược điểm của từng phương án. Từ đó chọn phương án phù hợp
để tiến hành thực hiện tính toán cơ cấu và chế tạo hệ thống sao cho phù hợp.
- Tính toán thiết kế phần điều khiển: Lựa chọn phương án điều khiển phù hợp
đáp ứng tính chính xác và hiệu quả. Thiết kế mạch, lựa chọn linh kiện phù hợp.
- Tìm hiểu về xử lí ảnh và phần mềm Visual sử dụng cho hệ thống.
- Đánh giá đề tài: Đánh giá kết quả đạt được. Những hạn chế và hướng khắc phục.

CHƯƠNG 2. THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ.
2.1. Thiết kế cánh tay Robot
2.1.1 Phân tích lựa chọn phương án
Với hệ thống phân loại sản phẩm cần tốc độ xử lí nhanh, các sản phẩm nằm
trên băng tải động nên cánh tay robot đòi hỏi khả năng xử lí linh hoạt, đồng thời đạt
độ chính xác cao nên với yêu cầu đề bài, cánh tay robot cần số bậc tự do đủ lớn để có
thể đáp ứng được việc xử lí. Tuy nhiên số bậc tự do càng cao thì độ phức tạp trong
quá trình thiết kế cũng như chi phí đầu tư sẽ tăng lên. Trong phạm vi đề tài với mô
hình nhỏ gọn và có tải trọng nhẹ nên ta lựa chọn cánh tay robot 4 bậc tự do RRRR .
Robot bao gồm: khớp đầu tiên là khớp xoay giúp cánh tay xoay sang hai
bên, tiếp đó là 3 khớp xoay giúp cánh tay gập lên xuống để nâng hạ vật thể, một
khớp xoay tay kẹp dùng để gắp vật.
Hình 2.1. Sơ đồ động của robot 4 bậc tự do RRRR.
❖ Ưu điểm:
- Tầm với của robot lớn. Do đó không gian làm việc lớn hơn, phù hợp hơn với
công việc.
- Với 4 bậc tự do robot linh hoạt hơn trong việc di chuyển tiếp cận vật theo
các phương khác nhau so với 4 bậc tự do.
- Việc gá động cơ khi sử dụng các khớp R (Rotation) sẽ dễ dàng hơn so với việc
sử dụng chuyển động tịnh tiến T(Transion).
❖ Nhược điểm:
- Không có khả năng nâng hạ vật theo chiều dọc trục như chuyển động tịnh tiến.
2.1.2. Tính chọn động cơ cho robot
a. Chọn động cơ cho khớp quay

Cánh tay robot phải được điều khiển một cách chính xác nên ta chọn động
cơ RC Servo để điều khiển các khớp. Chọn động cơ MG995 cho các bậc tự do
1,2,3. Động cơ SG90 cho bậc tự do số 4.
Động cơ MG995 có momen ở trục ra lớn, được thiết kế để đáp ứng điều góc
quay nên rất thuận tiện cho việc điều khiển các bậc tự do của cánh tay robot.
Ngoài ra động cơ này còn hoạt động ở dải điện áp thấp: 5-7 VDC nên việc thiết kế
mạch nguồn dễ dàng.
Nhược điểm của động cơ này hoạt động không ổn định trong các môi trường
khác nhau ví dụ như thời tiết ẩm hay các tác động của nhiệt độ vậy phù hợp với
công việc nghiên cứu và chế tạo các mô hình nhỏ.
Hình 2.2. Động cơ Servo MG995
Bảng 2.1 Thông số kỹ thuật động cơ Servo MG995
STT Đại lượng Giá trị
1. Điện áp cấp tối đa 3.5-8.4VDC
2. Dòng điện tối đa 1.7A
3. Nhiệt độ 0-55 độ C
4. Kích thước 40.7 x 19.7 x 42.9 mm

5. Momen xoắn
8.5 kgf·cm (4.8 V ),
10 kgf·cm (6 V)
6. Khối lượng 55g
b. Chọn động cơ cho tay gắp
Sử dụng Giác hút chân không - MDSP0650. Một động cơ điều khiển góc
xoay của tay kẹp, một động cơ thực hiện cơ cấu gắp vật. Ứng dụng nguyên lý
gắp hút hình bình hành để có thể hút và nhả vật, tiếp xúc tốt hơn với vật. Với
việc sử dụng giác hút thì độ chính xác và tiếp xúc với vật nhanh hơn.
Hình 2.4. Giác hút chân không MDSP650
❖ Ưu điểm:
- Hoạt động chính xác.
- Chi phí sản xuất thấp.
- Kết cấu đơn giản.
- Hệ thống điều khiển đơn giản.
-Hoạt động không nhanh bằng xylanh khí nén.

-Chỉ phân loại được các sản phẩm nhỏ, nhẹ.

➢ Từ những phương án trên, vật thể gắp kết cấu nhỏ gọn, tải trọng nhẹ, theo
yêu cầu của hệ thống nhóm đã quyết định sử dụng động cơ servo để sử dụng cho
bộ phận tay gắp.
Bảng 2.2 Thông số Giác hút chân không MDSP650
1. Hướng vào chân không Thẳng
2. Cổng kết nối Ren cái: M8 x 1.25, M10 x1.5, M12 x 1.75
3. Cổng vào chân không 1/8 (Rc, NPT, NPTF)
4. Đường kính pad Ø40, Ø50, Ø63, Ø80, Ø100, Ø125
5. Vật liệu (màu sắc) NBR (đen), Silicon rubber (trắng), Urethane
rubber (nâu), Fluororubber (đen có ký hiệu F),
EPR (đen có ký hiệu E)
6. Hành trình 25, 50, 75, 100
7. Lực đàn hồi ở hành trình 6.9-10 N
0
8. Lực đàn hồi ở hành trình 11.8-15 N
tối đa
2.1.3. Mô phỏng 3D cánh tay robot

Hình 2.5. Mô phỏng 3D cánh tay robot

Dựa vào việc tính toán kích thước, lựa chọn động cơ, sử dụng phần mềm mô
phỏng 3D soliworks ta có hình dạng của cánh tay robot như hình vẽ. Sử dụng ba
động cơ Servo MG995 điều khiển ba khớp xoay đầu tiên của cánh tay robot, Giác
hút chân không MDSP650 điều khiển cơ cấu xoay tay gắp, 1 động cơ servo điều
khiển cơ cấu gắp vật của robot.
2.1.4. Chọn vật liệu cho thân robot
Với vật thể cần gắp là xốp nhẹ có trọng tải nhẹ nên ta sử dụng động cơ Servo
MG995. Để tăng độ chịu tải cho thân robot nhưng đồng thời vật liệu phải nhẹ(
giảm trọng lượng thân robot ), ta chọn vật liệu là mica.
❖ Ưu điểm:
- Trọng lượng nhẹ.
- Độ bền cao
- Dễ chế tạo và giá thành rẻ
❖ Nhược điểm: Không chịu được khi nhiệt độ quá cao
Hình 2.6. Mica tấm
2.1.5 Thiết kế bộ phận truyền chuyển động cho các khớp của robot
Khớp 1 (Khớp đế ) :
Đây là khớp đế xoay của cánh tay, chủ yếu chịu lực uốn và nén. Ta chọn vòng bi
chà tròn, có thiết kế viên bi tròn. So với vòng bi chà đũa, vòng bi chà tròn chịu tải
kém hơn tuy nhiên tốc độ quay của vòng bi tròn lại tốt hơn vòng bi chà đũa. Chính vì
vậy với cơ cấu cần tốc độ quay nhanh, vòng bi chà tròn được lựa chọn trong hệ
thống này. Chọn vòng bi chà đường kính trong 40mm , đường kính ngoài 60mm.

Hình 2.7. Vòng bi chà 40mm x 60mm
Khớp 2, 3, 4:
Trục khớp này chủ yếu chịu lực cắt tại 2 vị trí nối với khâu tiếp theo, sử
dụng cơ cấu thanh truyền.
Truyền động bằng động cơ Servo MG995. Khi động cơ quay sẽ làm cho khớp
quay theo, nâng cánh tay lên xuống.
Hình 2.8. Cơ cấu thanh truyền
Bảng 2.3 Thông số các khâu của cánh tay robot.
Tên gọi Vật liệu Chú thích
Khâu 1 Đề quay Nhôm
Khâu 2 Thân Mica
Khâu 3 Thân Mica
Khâu 4 Thân Mica
Khâu 5 Tay gắp Nhựa

2.2 Thiết kế hệ thống băng tải
2.2.1 Giới thiệu
Hệ dẫn động băng tải là một loại máy được dùng khá rộng rãi trong nhà
máy, công trường…có đặc điểm là số lượng vận chuyển lớn, kết cấu đơn giản, sửa
chữa thuận tiện, linh kiện tiêu chuẩn hóa, được sử dụng trong nhiều lĩnh vực, có
thể dùng để vận chuyển, dây chuyền sản suất, công trình xây dựng, khai thác mỏ,
luyện kim, hóa chất, đúc, vật liệu xây dựng…có thể vận chuyển vật liệu rời hoặc
vật phẩm thành kiện, để đáp ứng từng yêu cầu dây chuyền sản xuất về hình thức
phân bố và căn cứ yêu cầu công nghệ vận chuyển, có thể chỉ dùng một máy vận
chuyển, cũng có thể tổ hơp nhiều băng tải, để thực hiện tính liên tục và tự động
hóa trong khâu sản xuất, nâng cao năng suất và giảm bớt cường độ lao động.
Ưu nhược điểm của hệ dẫn động băng tải: Băng tải cấu tạo đơn giản, bền, có
khả năng vận chuyển vật liệu theo hướng nằm ngang, nằm nghiêng hay kết hợp
cả hai với khoảng cách lớn, làm việc êm, năng suất tiêu hao không lớn. Nhưng
băng tải còn có một số hạn chế như: Tốc độ vận chuyển không cao, độ nghiêng
băng tải nhỏ (<24º), không vận chuyển được theo hướng đường cong.
Hình 2.9. Cấu tạo của băng tải
1.Băng tải; 2. Con lăn đỡ; 3. Tang chủ động; 4. Con lăn tì; 5. Tang bị động;

6.Hộp giảm tốc; 7. Bánh căng băng; 8. Cơ cấu căng bang; 9. Động cơ; 10. Bộ
truyền đai.

2.2.2 Nguyên lí hoạt động
Khi động cơ điện (9) hoạt động sẽ truyền chuyển động quay qua hộp giảm tốc (6) tới
tang trống chủ động (3) làm tang trống quay và nhờ có ma sát giữa tang trống chủ động
và tấm băng (1) mà băng tải chuyển động theo. Các con lăn đỡ (2) có tác dụng đỡ băng
ở nhánh làm việc và nhánh không làm việc. Khi băng tải làm việc theo phương ngiêng
1 góc nào đó cần phải có thiết bị an toàn để đề phòng băng quay ngược lại làm đổ
vỡ hàng hoá và gây tai nạn cho con người.
2.2.3 Tính toán và chọn thiết bị cho băng tải
➢ Bộ truyền ngoài:
- Bộ truyền đai:
Hình 2.10. Bộ truyền đai
❖ Ưu điểm: Có thể truyền giữa các trục ở khoảng cách xa (>15m). Tính chất
đàn hồi cao, có thể trượt khi quá tải. Độ dẻo dai cao, truyền động êm nên làm
việc không gây ồn, thích hợp truyền động lớn. Vận tốc truyền động của đai lớn.
Kết cấu đơn giản, không cần bôi trơn.

❖ Nhược điểm: Phải căng đai trước khi làm việc, kích thước bộ truyền đai lớn,
tỉ số truyền thay đổi được khi bị trượt đai. Tải trọng tác dụng lên các trục và ổ
lớn. Tuổi thọ kém (1000-1500 giờ).

- Bộ truyền xích:
Hình 2.11. Bộ truyền xích
❖ Ưu điểm: Không trượt, hiệu suất làm việc cao. Làm việc không cần căng xích,
kích thước nhỏ hơn bộ truyền đai. Có thể dùng bộ truyền xích để thay đổi tốc
độ. Khả năng tải và hiệu suất làm việc cao hơn bộ truyền động đai.
❖ Nhược điểm: Làm việc ồn và gây tải trọng phụ. Phải kiểm tra hệ thống bôi trơn
thường xuyên. Dễ bị mòn bánh xích, răng và bản lề, dễ đứt xích khi làm việc quá tải.
Qua những phân tích ưu và nhược điểm của từng bộ truyền xét thấy việc sử dụng
bộ truyền đai răng giải quyết được các vấn đề.
❖ Ưu điểm :
- Kích thước bộ truyền nhỏ
- Không có hiện tượng trượt đai.
- Tỷ số truyền lớn, u 12 (có thể đến 20)
- Hiệu suất cao = 0,92 0,98
- Lực tác dụng lên trục và ổ nhỏ
- Công suất truyền đến 200kW (có thể đến 750kW)

Hình 2.12. Bộ truyền đai răng.

Kết luận:Sau những tính toán về lựa chọn phù hợp với đặc tính tải đó là vật liệu
nhựa xốp nhẹ và kích thước nhỏ ta chọn bộ truyền thẳng là phù hợp nhất trong
mô hình robot hiện tại.
Ưu điểm:
-Nhỏ gọn.
-Dễ dàng điều khiển.
-Công suất lớn.
Nhược điểm:
-Độ chính xác thấp.
-Dễ bị cháy nổ
-Chịu tải thấp.
Trong trường này ta chọn động cơ DC Motor SRS-380SH.
Hình 2.13. Hình ảnh động cơ DC Motor SRS-380SH.
Thông số kĩ thuật:
-Điện áp (V): 6v-12 v
-Dài (không tính trục): 34mm
-Cao : 24mm
-Đường kính ngoài : 24mm
-Đường kính trục : 2.3mm
-Chiều dài cốt trục : 7mm
-Tốc độ tối đa : 13000v/phút
2.2.4. Lựa chọn và tính toán băng tải
Với hệ thống cần một băng tải đơn giản, không đòi hỏi sự phân tách các sản phẩm để sử
dụng băng tải xích, và chịu tải trọng lớn cũng như vận chuyển theo đường cong để sử dụng
băng tải con lăn… thì việc sử dụng băng tải cao su cho hệ thống xét thấy là tối ưu hơn cả.

Hệ thống băng tải sử dụng tấm phẳng chế tạo từ cao su được nâng đỡ bằng
những con lăn để di chuyển các sản phẩm theo chiều chuyển động của băng tải.

❖ Ưu điểm:
- An toàn cao, cấu tạo đơn giản, bền, chi phí sản xuất thấp.
- Vận chuyển được các sản phẩm có kích thước khác nhau.
- Làm việc không ồn, năng suất cao.
- Chế tạo dễ dàng.
- Không thể vận chuyển theo đường cong, sản phẩm dễ bị sai lệch hướng di
chuyển.
Trên thị trường có rất nhiều loại băng tải cao su khác nhau như băng tải cao su
lòng máng, băng tải cao su gân, băng tải xanh. Với hệ thống nhỏ gọn này thì việc
lựa chọn băng tải cao su xanh là hợp lí.
-
Hình 2.13. Dây băng tải xanh.
Tính toán công suất băng tải
V F FMS
N
M.G
A
D2

Hình 2.14 Sơ đồ tính toán để xác định công suất băng
tải * Chọn các thông số ban đầu cho bộ truyền:

- Vận tốc băng tải: V = 0.03 m/s.
- Đường kính bánh dẫn và bị dẫn: D = D1 = D2 = 42mm.
- Khoảng cách trục: a = 800mm.
- Bề rộng đai: B = 95mm.
- Tỉ số truyền: i = 3.
- Khối lượng của vật: m = 0.03kg.
* Tính chọn động cơ cho băng tải: Để đảm bảo việc ổn định tốc độ băng tải, ta chọn
động cơ bước servo KH42KM2R015F với thông số kĩ thuật DC 4.42 V -1.3 A -1.8 /step.
* Công suất cần thiết để dịch chuyển vật liệu:
P = F .v = a. .k .v. g (kw) (2.1)
1 1 1
Trong đó:
F1: Lực cần thiết để dịch chuyển vật liệu.
a: Khoảng cách trục (m).
δ: Khối lượng của vật liệu trên một mét dài của băng tải (kg/m).
k1: Hệ số có tính đến lực cản khi dịch chuyển vật liệu, chọn k1 = 0,05.
v: Vận tốc di chuyển của băng tải (m/s).
g: Gia tốc trọng trường (m/s2).
 P1 = F1.v = a.δ.k1.v.g = 0,8.0,05.0,05.0,08.9.8 = 1,57.10-3
(kW) *
Công suất cần thiết để khắc phục tổn hao công suất do lực ma sát:
P2 = F2 .v = 2 a . b .k 2.v. g (kw) (2.2)
Trong đó:
- F2: Lực cản trong các ổ đỡ các con lăn và lực cản do ma sát khi băng chuyển
động trên các con lăn.
- δb: Khối lượng mét băng tải (kg/m).
- k : Hệ số có tính đến lực cản khi không tải.
 2
P2 = F2.V = 2a. .k2.v.g = 2.0,8.0,5.0,01.0,08.9,8. = 6,27.10-3
(kW)
*Công suất tĩnh của băng tải:
P = P1+P2 = 7,84 (W) (2.3)
Pct = k3. =1,2.0,957, 84 = 9.9(W)
(2.4)
*Công suất cần thiết của động cơ truyền động:
Trong đó:
k3: hệ số dự trữ về công suất (k3 = 1,2 ~ 1,25).
η: Hiệu suất truyền động (η = 0,95).

*Số vòng quay trên trục công tác:

n = 60000.v (v/ph)
lv .D
Trong đó: v: Vận tốc băng tải (m/s).
D: Đương kính tang (mm).
 nlv = = 60000.0,08 = 36,4(v/ph)
.D
60000.v
3, 14.42
*Tính sơ bộ số vòng quay của động cơ:
nsb = nlv .ut (v/ph)
Trong dó:
ut : Tỉ số truyền toàn bộ của hệ thống dẫn động.
nlv : Số vòng quay trên trục công tác.
 nsb = nlv .ut = 36,4.3 = 109.2 (v/ph)
*Momen mở máy:
9.9.10
 = 1,2.9.55.106
.
1 09.2
Tmm = 1,2.9,55.106
. −3 = 1038.9N.mm
2.3. Thiết kế khay chứa sản phẩm
(2.5)
(2.6)
(2.7)
Khay dùng để chứa sản phẩm yêu cầu gọn nhẹ, dễ thực hiện thao tác gắp thả
cho cánh tay robot. Chọn vật liệu là xốp mềm vì dễ chế tạo.Các dải màu để phân
biệt các sản phẩm được phân loại.

Hình 2.15. Khay chứa sản phẩm.

2.4. Sơ đồ động hệ thống
Hình 2.16. Sơ đồ động toàn bộ hệ thống.

Hình 2.17. Mô phỏng 3D toàn bộ hệ thống.

Hình 2.18. Mô hình đã chế tạo.
Từ việc chọn động cơ, vật liệu cũng như các cơ cấu của từng bộ phận trong hệ thống.
Ta thiết lập được sơ đồng của hệ thống. Sơ đồ bao gồm một băng tải sử dụng bộ truyền
đai răng với tỷ số truyền 1:3, một cánh tay robot 4 bậc tự do RRRR sử dụng 3 động cơ
Servo điều khiển ba khâu đầu tiền 1,2,3. Hai động cơ servo điều khiển cánh tay gắp của
robot.

CHƯƠNG 3. THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN
3.1. Sơ đồ khối của hệ thống
Hình 3.1 Sơ đồ khối hệ thống
3.2. Vi điều khiển Arduno
3.2.1. Tổng quan
Là một bo mạch vi điều khiển dựa trên chip Atmega328P. Uno có 14 chân I/O
digital ( trong đó có 6 chân xuất xung PWM), 6 chân Input analog, 1 thạch anh
16MHz, 1 cổng USB, 1 jack nguồn DC, 1 nút reset.
Uno hỗ trợ đầy đủ những thứ cần thiết để chúng ta có thể bắt đầu làm việc.

Hình 3.2. Sơ đồ chi tiết của ARDUINO MICRO

3.2.2. Thông số kĩ thuật ARDUINO MICRO
Bảng 3.1 Thông số kỹ thuật -ARDUINO MICRO
Vi điều khiển Atmega328P
Điện áp hoạt động 5V
Điện áp cấp (hoạt động tốt) 7 -12 V
Điện áp cấp (giới hạn) 6 -12 V
Chân I/O digital 14 ( có 6 chân xuất xung PWM)
Chân Input analog 6 (A0 -A5)
Dòng điện mỗi chân I/O 20 mA
Dòng điện chân 3.3V 50 mA
Bộ nhớ Flash 32 kB (Atmega328P)
SRAM 2 kB (Atmega328P)
EEPROM 1 kB (Atmega328P)
Tốc độ xung nhịp 16 MHz
Kích thước 68.6 x 53.4 mm
Trọng lượng 25 g
3.2.3. I/O Pins
Sơ đồ chân của vi điều khiển ATmega328P:

Hình 3.3. Sơ đồ chân của ARDUINO MICRO

* Digital: Các chân I/O digital (chân số 2 -13) được sử dụng làm chân nhập, xuất
tín hiệu số thông qua các hàm chính: pinMode (), digital Write (), digital Read ().
Điện áp hoạt động là 5V, dòng điện qua các chân này ở chế độ bình thường là
20mA, cấp dòng quá 40mA sẽ phá hỏng vi điều khiển.
* Analog: Uno có 6 chân Input analog (A0 -A5), độ phân giải mỗi chân là 10 bit (0
- 1023). Các chân này dùng để đọc tín hiệu điện áp 0 -5V (mặc định) tương ứng
với 1024 giá trị, sử dụng hàm analog Read ().
* PWM: các chân được đánh số 3, 5, 6, 9, 10, 11; có chức năng cấp xung PWM (8
bit) thông qua hàm analog Write ().
*UART: Atmega328P cho phép truyền dữ liệu thông qua hai chân 0 (RX) và chân 1
(TX).
3.3. Module LM2596
Mạch Giảm Áp LM2596 là module giảm áp có khả năng điều chỉnh được dòng ra
đến 3A. LM2596 là IC nguồn tích hợp đầy đủ bên trong. Tức là khi cấp nguồn 12v
vào module, sau khi giảm áp ta có thể lấp được nguồn 3A < 9v...như 5V hay 3.3V
Hình 3.4. Module hạ áp LM2596
Bảng 3.2 Thông số kĩ thuật LM2596
Module LM2596 Giá trị
Nguồn đầu vào 4V - 35V
Nguồn đầu ra 1V - 30V
Dòng ra Max 3A
Kích thước mạch 53mm x 26mm

3.4 . Khối nguồn 12V
Khối nguồn 12 V được lựa chọn là khối nguồn có điện áp đầu vào là 220V xoay
chiều (phù hợp với lưới điện ở việt nam). Có công suất đủ lớn và điện áp ra ổn
định. Ta chọn nguồn tổ ong được dùng phổ biến hiện nay với các thông số cơ bản:
- Điện áp vào: 220 AC
- Điện áp ra: 12 VDC
- Dòng điện ra: 10 A.
Hình 3.5. Khối nguồn 12V

3.5. Sơ đồ mạch điện

Hình 3.6. Sơ đồ mạch điện

CHƯƠNG 4. XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU
KHIỂN 4.1. Tính toán động học cánh tay robot
Hình 4.1. Hệ tọa độ của cánh tay robot
4.1.1. Phương trình động học thuận
Bảng 4.1 Thông số DH
ai αi di θi
1 0 90o
28 θ1*
2 150 0 0 θ2*
3 160 0 0 θ3*
4 10 90o
0 θ4*
5 0 0 120 θ5*

a1=0; d1=28; a2=150; a3=85; a4= 10; d5=120 (mm)

Trong quá trình hoạt động, robot chỉ thực hiện gắp và xoay vật thể nên khâu 4 luôn
hướng xuống: θ4∗ = −(θ2∗ + θ3∗)
Động học thuận:
cαi
cθi −sθi
sθi cθicαi
Ai = [ 0 sαi
0
0
0
s1
c1
s1 0 −c1
A1=[0 1 0
0 0 0
0
c2 −s2
s2 c2 0
A2=[0 0 1
0 0 0
c3 −s3 0
s3 c3 0
A3=[0 0 1
0
0
0 0
c4 s4
s4 0 −c4
A4=[0 1 0
0 0 0
0
c5 −s5
s5 c5 0
A5=[0 0 1
0 0 0
sθisαi
−ccθisαi
0αi
a1. c1
a1. s1]
d1
1
a2. c2
a2. s2]
0
1
a3. c3
a3. s3]
0
0 1
00]
1
0
d50]
1
aicθi
i θi]
ad1si
Sử dụng phần mềm Matlab để tính toán và rút gọn:
T5ti= =θi*A1;. A2. A3t4=.A4-(t2.A5+ t3)

cos(t1 − t5) sin(t1 − t5) 0
= [
sin(t1 − t5) − cos(t1 − t5) 0
0 0 −1
0 0 0
+ a2. cos(t2))
cos(t1) . (a1 + a4 + a3. cos(t2 + t3)
sin(t1). (a1 + a4 + a3. cos(t2 + t3) + a2. cos(t2))
]
nx ox ax
d1 − d5 + a3. sin(t2 + t3) + a2. sin(t2)
Px 1
ny oy ay Py
T5 = [nz oz az Pz
]
0 0 0 1
Px = cos(t1). (a1 + a4+ a3. cos(t2+ t3)+ a2. cos(t2))
4.1.2 Phương trình động học nghịch
Py = cos(t1). (a1 + a4 + a3. cos(t2 + t3) + a2. cos(t2))
Pz = d1 − d5 + a3. sin(t2 + t3) + a2. sin(t2)
tan(t1) =
Py
Px Py
→ t1 = atan2d ( Px )
+ Py. sin(t1) − a1 = N1
a3. cos(t2 + t3) + a2. cos(t2) = Px. cos(t1)
a3. sin(t2 + t3) + a2. sin(t2) = Pz − d1 + d5 = N2
a22 + a32 + 2. a2. a3. cos(t3) = N12 + N22
cos(t3) =
N12 + N22 − a22 − a32
2. a2. a3
→ t3 = −acosd(cos(t3))
cos(t2) =
N1 + a3. sin(t2) sin(t3)
a2 + a3. cos(t3)
sin(t2) =
N2 − a3. cos(t2) sin(t3)
a2 + a3. cos(t3)
N1 + a3. sin(t3) .
N2 − a3. cos(t2) sin(t3)
cos(t2) =
a2 + a3. cos(t3)
a2 + a3. cos(t3)
cos(t2) =
N1. (a2 + a3. cos(t3)) + N2. a3. sin(t3) − cos(t2) . (a3. sin(t3))2
(a3. sin(t3))2
(a2 + a3. cos(t3))2
cos(t2) . (1 + ) =
N1. (a2 + a3. cos(t3)) + N2. a3. sin(t3)

(a2 + a3. cos(t3))
2 2
(a2 + a3. cos(t3))

cos(t2) =
N1. (a2 + a3. cos(t3)) + N2. a3 . sin(t3)
(a2 + a3. cos(t3))2 + (a3. sin(t3))2
cos t2 =
N1. (a2 + a3. cos(t3)) + N2. a3. sin(t3)
a2 + a3 + 2. a2. a3. cos(t3)
Tương( )tự: 2 2 N2. (a2 + a3. cos(t3)) − N1. a3. sin(t3)
N2.
sin(t2) = a22 + a32 + 2. a2. a3. cos(t3)
tan(t2) =
(a2 + a3. cos(t3)) − N1. a3. sin(t3)
N1. (a2 + a3. cos(t3)) + N2. a3. sin(t3)
→ t2 = atan2d(tan(t2))
Or = t1 − t5 → t5 = t1 − Or
4.2. Xử lí ảnh
4.2.1 Tổng quan về xử lí ảnh
Xử lý ảnh là một lĩnh vực khoa học và công nghệ, một ngành khoa học mới mẻ
so với nghiều ngành khoa học khác nhưng tốc độ phát triển của nó rất nhanh, kích
thích các trung tâm nghiên cứu, ứng dụng,… Nó là đối tượng nghiên cứu của lĩnh
vực thị giác máy, là quá trình biến đổi từ một ảnh ban đầu sang một ảnh mới với các
đặc tính và tuân theo ý muốn của người sử dụng. Xử lý ảnh có thể gồm quá trình
phân tích, phân lớp và các đối tượng, làm tăng chất lượng, phân đoạn và tách cạnh,
gán nhãn cho vùng hay quá trình biên dịch các thông tin hình ảnh của ảnh.
Xử lý ảnh số là một lĩnh vực của tin học ứng dụng, bao gồm các phương pháp
và kỹ thuật biến đổi để truyền tải hoặc mã hóa các ảnh tự nhiên. Mục đích của xử
lý ảnh gồm:
- Biến đổi ảnh làm tăng chất lượng ảnh.
-Tự động nhận dạng ảnh, đoán nhận ảnh, đánh giá các nội dung của ảnh.
Nhận biết và đánh giá các nội dung của ảnh là sự phân tích một hình ảnh
thành những phần có ý nghĩa để phân biệt đối tượng này với đối tượng khác, dựa
vào đó ta có thể mô tả cấu trúc của hình ảnh ban đầu. Có thể liệt kê một số
phương pháp nhận dạng cơ bản như nhận dạng ảnh của các đối tượng trên ảnh,
tách ảnh, phân đoạn hình ảnh,... Kỹ thuật này được dùng nhiều trong y học (xử lý
tế bào, nhiễm sắc thể), nhận dạng chữ trong văn bản,...
Các quá trình xử lý ảnh

Hình 4.2. Các quá trình xử lý ảnh

Thu nhận ảnh:
Đây là công đoạn đầu tiên mang tính quyết định đối với quá trình xử lý ảnh. Ảnh
đầu vào sẽ được thu nhận qua các thiết bị như camera, sensor, máy scanner, ... và sau đó
các tín hiệu này sẽ được số hóa. Việc lựa chọn các thiết bị thu nhận ảnh sẽ phụ thuộc vào
đặc tính của các đối tượng cần xử lý. Các thông số quan trọng ở bước này là độ phân
giải, chất lượng màu, dung lượng bộ nhớ và tốc độ thu nhận ảnh của các thiết bị.
Tiền xử lý:
Ở bước này, ảnh sẽ được cải thiện về độ tương phản, khử nhiễu, khử bóng,
khử độ lệch,... với mục đích làm cho chất lượng ảnh trở nên tốt hơn nữa, chuẩn bị
cho các bước xử lý phức tạp hơn về sau trong quá trình xử lý ảnh.
Phân đoạn ảnh:
Phân đoạn ảnh là bước then chốt trong xử lý ảnh. Giai đoạn này phân tích ảnh
thành những thành phần có cùng tính chất nào đó dựa theo biên hay các vùng
liên thông. Tiêu chuẩn để xác định các vùng liên thông có thể là cùng màu, cùng
mức xám, ... Mục đích của phân đoạn ảnh là để có một miêu tả tổng hợp về nhiều
phần tử khác nhau cấu tạo nên ảnh thô. Vì lượng thông tin chứa trong ảnh rất
lớn, trong khi đa số các ứng dụng chúng ta chỉ cần trích một vài đặc trưng nào
đó, do vậy cần có một quá trình để giảm lượng thông tin khổng lồ đó. Quá trình
này bao gồm phân vùng ảnh và trích chọn đặc tính chủ yếu.
Tách các đặc tính:
Kết quả của bước phân đoạn ảnh thường được cho dưới dạng dữ liệu điểm
ảnh thô,trong đó hàm chứa biên của một vùng ảnh, hoặc tập hợp tất cả các điểm
ảnh thuộc về chính vùng ảnh đó. Trong cả hai trường hợp, sự chuyển đổi dữ liệu
thô này thành một dạng thích hợp hơn cho việc xử lý trong máy tính là rất cần
thiết. Quá trình tách các đặc tính bao gồm việc chọn lựa cách biển diễn thích hợp
cho một vùng ảnh và đưa ra phương pháp mô tả dữ liệu đã được chuyển đổi để
làm nổi bật các tính chất cần quan tâm.
Nhận dạng và giải thích:
Quá trình nhận dạng ảnh có thể được nhìn nhận một cách đơn giản là việc
gán nhãn cho các đối tượng trong ảnh, còn quá trình giải thích là công đoạn gán
nghĩa cho một tập các đối tượng đã được nhận biết.

Trong thực tế, không phải bất kỳ một ứng dụng xử lý ảnh nào cũng bắt buộc phải tuân
theo tất cả các bước xử lý đã nêu trên, ví dụn như các ứng dụng chỉnh sửa ảnh nghệ thuật
thì chỉ dừng lại ở bước tiền xử lý. Một cách tổng quát thì những chức năng xử lý

bao gồm cả nhận dạng và giải thích thường chỉ có mặt trong hệ thống phân tích ảnh
tự đông hoặc bán tự động, được dùng để rút trích ra những thông tin quan trọng từ
ảnh, ví dụng như các ứng dụng nhận dạng ký tự quang họ, nhận dạng chữ viết tay,...
Phạm vi ứng dụng của xử lý ảnh
Trong thời đại công nghệ 4.0, công nghệ xử lý ảnh đã đem lại nhiều ứng dụng
trong nhiều lĩnh vực khác nhau như y học, khoa học hình sự, khí tượng thủy văn,
quản lý,... hay ứng dụng trong quá trình sản xuất như phân loại sản phẩm, đếm
sản phẩm, kiểm tra chất lượng sản phẩm
4.2.2. Phần mềm Visual.
4.2.2.1. Cấu trúc dữ liệu và ứng dụng.
Microsoft Visual Studio là một môi trường phát triển tích hợp từ Microsoft.
Nó được sử dụng để phát triển chương trình máy tính cho Microsoft Windows,
cũng như các trang web, các ứng dụng web và các dịch vụ web. Visual Studio sử
dụng nền tảng phát triển phần mềm của Microsoft như Windows API, Windows
Forms, Windows Presentation Foundation, Windows Store và Microsoft
Silverlight. Nó có thể sản xuất cả hai ngôn ngữ máy và mã số quản lý.
Để viết giao diện cho máy ta dùng ngôn ngữ C# cụ thể là công cụ Windows
form app trong C#. Windows form app được sử dụng để xây dựng GUI sử dụng
Windows Forms; bố trí có thể được xây dựng bằng các nút điều khiển bên trong
hoặc khóa chúng vào bên cạnh mẫu. Điều khiển trình bày dữ liệu (như hộp văn
bản, hộp danh sách, vv) có thể được liên kết với các nguồn dữ liệu như cơ sở dữ
liệu hoặc truy vấn. Các điều khiển dữ liệu ràng buộc có thể được tạo ra bằng cách
rê các mục từ cửa sổ nguồn dữ liệu lên bề mặt thiết kế.Các giao diện người dùng
được liên kết với mã sử dụng một mô hình lập trình hướng sự kiện.
Để mở Windows form app trong visual studio ta tạo project với ngôn ngữ C#
sao đó chọn vào mục Windows form app, cửa sổ ban đầu hiện ra sẽ như thế này.

Hình 4.3. Giao diện của Visual.

Thiết kế và chế tạo cánh tay robot 4 bậc tự do phân loại sản phẩm trên băng tải sử dụng công nghệ xử lí ảnh.doc

Thiết kế và chế tạo cánh tay robot 4 bậc tự do phân loại sản phẩm trên băng tải sử dụng công nghệ xử lí ảnh.doc

Recommended

Recommended

More Related Content

What's hot

What's hot (20)

Similar to Thiết kế và chế tạo cánh tay robot 4 bậc tự do phân loại sản phẩm trên băng tải sử dụng công nghệ xử lí ảnh.doc

Similar to Thiết kế và chế tạo cánh tay robot 4 bậc tự do phân loại sản phẩm trên băng tải sử dụng công nghệ xử lí ảnh.doc (14)

More from Dịch Vụ Viết Bài Trọn Gói ZALO 0917193864

More from Dịch Vụ Viết Bài Trọn Gói ZALO 0917193864 (20)

Recently uploaded

Recently uploaded (10)

Thiết kế và chế tạo cánh tay robot 4 bậc tự do phân loại sản phẩm trên băng tải sử dụng công nghệ xử lí ảnh.doc