Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS. Trần Văn Trinh
PHẦN A
Võ Hoàng Trôvi – Nguyễn Sĩ Bích
1
Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS. Trần Văn Trinh
Trong thời đại ngày nay, ngành công nghiệp đóng vai trò quan trọng trong nền
kinh tế. Từ những ngành như sản xuất, chế biến lương thực thực phẩm, nước uống cho
đến các ngành công nghệ chế tạo máy, công nghệ chế tạo ôtô, các ngành công nghệ
cao v.v…Tất cả những ngành đó có được hiệu quả kinh tế cao không ít nhờ vào các hệ
thống sản xuất tự động, những Robot tự động, những tay máy công nghiệp, chúng đã
thay thế sức lao động con người một cách hiệu quả nhất. Robot được sử dụng rộng rãi
từ những nơi mà môi trường có tính độc hại, nguy hiểm, độ chính xác cao trong công
nghiệp cho đến các công việc hằng ngày. Do vậy Robot có tầm quan trọng rất lớn và là
một trong những lĩnh vực nghiên cứu hàng đầu trong thời đại ngày nay.
Là sinh viên chuyên ngành điện tử tự động, để bổ sung những kiến thức đã học
cũng như nghiên cứu những vấn đề mới trong lĩnh vực điều khiển nên chúng em quyết
định chọn đề tài “Điều khiển tay máy 3 bậc tự do dùng thị giác máy tính”. Thông
qua luận văn chúng em sẽ khảo sát, nghiên cứu và điều khiển tay máy 3 bậc tự do để
gắp vật cố định trên mặt phẳng nhờ sự trợ giúp bởi Camera xác định tọa độ vật.
Để điều khiển tay máy có thể dùng vi xử lý, vi điều khiển hoặc PLC kết hợp với
mạch công suất, mạch cảm biến Song thực tế cho thấy nếu xử lý ảnh dùng Camera
số bằng vi điều khiển hoặc PLC thì rất khó thực hiện, tốc độ xử ảnh chậm và giá thành
cao. Chúng em đã chọn phương pháp dùng máy tính để xử lý ảnh và điều khiển tay
máy thông qua PLC. Mọi việc dễ dàng hơn nhiều và MATLAB trở thành phần mềm
hữu hiệu để thực hiện theo cách trên. MATLAB tích hợp nhiều công cụ cho nhiều lĩnh
vực trong đó có hai Toolbox cần thiết là: Image Processing Toolbox cho việc xử lý
ảnh và OPC Toolbox cho việc kết nối PLC.
Mặc dù đã cố gắng hoàn thành luận văn đúng thời hạn nhưng trong quá trình
thực hiện không tránh khỏi những thiếu sót. Chúng em rất mong nhận được sự đóng
góp ý kiến từ quý Thầy cô và các bạn để đề tài của chúng em ngày càng hoàn thiện
hơn.

4
Power Supply
Input
Interface
Central Processing Unit
( CPU)
Memory
Output
Interface
Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS. Trần Văn Trinh
CPU 224 có hai loại thông dụng dựa vào ký hiệu trên nắp máy bao gồm:CPU
224 DC / DC / DC, CPU 224 AC / DC / RLY.
Loại CPU 224 DC / DC / DC: Cần được cấp nguồn điện một chiều DC 24V,
các đầu vào và đầu ra cũng cần được cấp nguồn điện DC 24 V.
Sơ đồ đấu dây :
Hình 1.2 : Sơ đồ đấu dây Loại CPU 224 DC / DC / DC
Loại CPU 224 AC / DC / RLY: Cần được cấp nguồn điện xoay chiều một pha
220ACV, các đầu vào cần được cấp nguồn điện DC 24 V và các đầu ra là các relay. Sơ
đồ đấu dây :
Hình 1.3 : Sơ đồ đấu dây Loại CPU 224 AC / DC / RLY
1.1.2 Bộ nhớ PLC S7-200:
Võ Hoàng Trôvi – Nguyễn Sĩ Bích
5
Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS. Trần Văn Trinh
Bộ nhớ của PLC thường có 3 vùng nhớ chính:
1.1.2.1 Vùng nhớ chứa chương trình ứng dụng:
- OB1( Organisation block): vùng nhớ chứa chương trình chính, PLC luôn quét
các lệnh trong vùng nhớ này.
- Subroutine ( chương trình con): vùng nhớ chứa chương trình con, chương
trình con được thực hiện khi được gọi bởi chương trình chính.

CPU S7-200 có 2 ngõ ra xung tốc độ cao Q0.0, Q0.1, dùng cho việc điều rộng
xung tốc độ cao trong các ứng dụng điều khiển thiết bị bên ngoài như điều khiển tốc
độ động cơ, điều khiển nhiệt độ v.v
Có 2 cách điều rộng xung: điều rộng xung 50% (PTO) và điều rộng xung theo tỉ
lệ (PWM). Ở chế độ PWM, chu kì xung có thể ở mili giây hoặc micro giây. Chu kì ở
tầm 50ms đến 65,535ms hoặc ở 2μs đến 65,535 μs. Ở chế độ PTO, chu kì ở tầm 50ms
đến 65,535ms hoặc ở 2μs đến 65,535 μs và xung đếm ở tầm từ 1 đến 4,294,967,295
xung.
Để tạo chương trình điều rộng xung thì có thể được thực hiện thông qua việc
định dạng Wizard.
1.1.3.1 Điều rộng xung 50% (PTO):
Để thực hiện việc phát xung tốc độ cao ở chế độ PTO trước hết ta phải thực
hiện các bước định dạng sau:
 Reset ngõ xung tốc độ cao ở chu kì đầu của chương trình.
 Chọn loại ngõ ra phát xung tốc độ cao Q0.0 hay Q0.1.
 Định dạng thời gian cơ sở ( Time base) dựa trên bảng sau:
Tham chiếu các byte điều khiển cho chế độ PTO.
Result of executing the PLS instruction
Control
Register
(Hex
Value)
Enable Select Mode
PTO
Segment
Operation
Time Base Pulse Count
Cycle
Time
16#81 Yes PTO Single 1 µs/cycle Load

Võ Hoàng Trôvi – Nguyễn Sĩ Bích
Result of executing the PLS instruction
Control
Register
(Hex
Value)
Enable
Select
Mode
PWM Update Method Time Base
Pulse
Width
Cycle
Time
16#D1 Yes PWM Synchronous 1 µs/cycle Load
16#D2 Yes PWM Synchronous 1 µs/cycle Load
16#D3 Yes PWM Synchronous 1 µs/cycle Load Load
16#D9 Yes PWM Synchronous 1 ms/cycle Load
16#DA Yes PWM Synchronous 1 ms/cycle Load
16#DB Yes PWM Synchronous 1 ms/cycle Load Load
8
Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS. Trần Văn Trinh
- Chọn ngõ ra xung Q0.0 hay Q0.1.
- Chọn loại xung PTO hay PWM.
Sau đó
chọn tốc độ Min
max và tốc độ ban đầu.
Võ Hoàng Trôvi – Nguyễn Sĩ Bích
9
Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS. Trần Văn Trinh

Dùng đếm 1 pha với hướng đếm được xác định bởi Bit nội.
Chế độ 0: Chỉ đếm tăng hoặc giảm, không có Bit Start cũng như bit Reset.
Chế độ 1: Đếm tăng hoặc giảm, có bit Reset nhưng không có bit Start.
Chế độ 2: Đếm tăng hoặc giảm, có Bit Start cũng như bit Reset để cho phép
chọn bắt đầu đếm cũng như chọn thời điểm bắt đầu Reset. Các Bit Start cũng như
Reset là các ngõ Input chọn từ bên ngoài.
Võ Hoàng Trôvi – Nguyễn Sĩ Bích
13
Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS. Trần Văn Trinh
Hình 1.6: Giản đồ xung chế độ 0,1 và 2.
* Chế độ 3,4,5:
Dùng đếm 1 pha với hướng đếm được xác định bởi Bit ngoại, tức là có thể chọn
từ ngõ vào input.
Chế độ 3: Chỉ đếm tăng hoặc giảm, không có Bit Start cũng như bit Reset.
Chế độ 4: Đếm tăng hoặc giảm,có bit Reset nhưng không có bit Start.
Chế độ 5: Đếm tăng hoặc giảm, có Bit Start cũng như bit Reset để cho phép
Chọn bắt đầu đếm cũng như chọn thời điểm bắt đầu Reset. Các Bit Start cũng như
Reset là các ngõ Input chọn từ bên ngoài.
Hình 1.7: Giản đồ xung chế độ 3,4 và 5.
Võ Hoàng Trôvi – Nguyễn Sĩ Bích
14
Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS. Trần Văn Trinh
* Chế độ 6,7,8:
Dùng đếm 2 pha với 2 xung vào, 1 xung dùng để đếm tăng và một xung đếm
giảm.
Chế độ 6: Chỉ đếm tăng giảm, không có Bit Start cũng như bit Reset.
Chế độ 7: Đếm tăng giảm, có bit Reset nhưng không có bit Start.
Chế độ 8: Đếm tăng giảm, có Bit Start cũng như bit Reset để cho phép chọn bắt
đầu đếm cũng như chọn thời điểm bắt đầu Reset. Các Bit Start cũng như Reset là các
ngõ Input chọn từ bên ngoài.

SM47.1 SM57.1
Active level control bit for Start**:
0 = Start active high
1 = Start active low
SM37.2 SM47.2 SM57.2 SM147.2
Counting rate selection for Quadrature counters:
0 = 4x counting rate
1 = 1x counting rate
16
Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS. Trần Văn Trinh
SM37.3 SM47.3 SM57.3 SM137.3 SM147.3 SM157.3
Counting direction control bit:
0 = count down
1 = count up
SM37.4 SM47.4 SM57.4 SM137.4 SM147.4 SM157.4
Write the counting direction to
the HSC:
0 = no update
1 = update direction
SM37.5 SM47.5 SM57.5 SM137.5 SM147.5 SM157.5
Write the new preset value to the
HSC:
0 = no update
1 = update preset
SM37.6 SM47.6 SM57.6 SM137.6 SM147.6 SM157.6
Write the new current value to
the HSC:
0 = no update
1 = update current
SM37.7 SM47.7 SM57.7 SM137.7 SM147.7 SM157.7

Theo phương diện kỹ thuật Robot được định nghĩa là cơ cấu chấp hành đa chức
năng tái lập trình, được thiết kế dùng để chuyển tải vật tư, công cụ hoặc thực hiện
những công việc cần phải có sự chính xác, những công việc trong môi trường độc hại
v.v…thông qua các chuyển động được lập trình. Định nghĩa này gồm các cơ cấu chấp
hành tự động, các máy tự động hay các hệ thống tự động.
Thuật ngữ Robot xuất hiện vào năm 1923, nhưng Robot công nghiệp chỉ thực
sự phát triển vào cuối những năm 1940. Robot công nghiệp ban đầu được dùng để
chuyển tải các loại vật tư nguy hiểm. Cuối năm 1940 cơ cấu chấp hành chính phụ xuất
hiện để chuyển tải vật liệu phóng xạ. Cơ cấu chính được người điều khiển thao tác, cơ
cấu phụ sao chép chuyển động cơ cấu chính từ xa.
Vào cuối những năm 1950, các cơ cấu lập trình xuất hiện. Chúng liên tục được
cải tiến để ngày càng hoàn thiện. Điều đặc biệt ở đây là các robot công nghiệp đã kết
hợp với máy tính, các bộ vi xử lý với các cảm biến hồi tiếp về đã làm cho Robot trở
nên hiệu quả và khả năng tự động càng cao. Vào những năm 1960 Robot được trang bị
thị giác máy tính, các loại cảm biến mô phỏng giác quan gần giống như con người.
Trong những năm 80 Robot công nghiệp đã có những bước tiến mạnh mẽ do
yêu cầu cao về tự động hóa và ngành công nghiệp ôtô. Những năm 90 các nước ở Bắc
Mỹ, Châu Âu. Nhật đã sử dụng rộng rãi robot trong các ngành công nghiệp.
Ngày nay thì Robot đã tiến mức phát triển vượt bậc. Robot gần như thay thế
hoàn toàn sức lao động của con người trong các dây chuyền sản xuất tự động. Không
những chỉ trong ngành công nghiệp mà ngành khoa học vũ trụ robot cũng đóng vai trò
quan trọng trong các thám hiểm ngoài không gian. Robot còn đi vào cuộc sống hằng
ngày của con người, giúp con người trong sinh hoạt bình thường như: giặt quần áo, lau
nhà, rửa chén bát.v.v Robot ngày càng có hình dạng giống con người, có khả năng
giao tiếp được với con người .
HÌNH ẢNH MỘT SỐ ROBOT CÔNG NGHỆ HIỆN NAY:
Võ Hoàng Trôvi – Nguyễn Sĩ Bích
18
Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS. Trần Văn Trinh
Hình 1.11: Robot ASIMO

Robot
Camera
Hồi tiếp
Hồi tiếp
Điều
khiển
Tín
hiệu
quan
sát
Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS. Trần Văn Trinh
bậc tự do thì thiếu. Robot có số bậc tự do lớn hơn 6 đôi khi dùng để di chuyển. Trong
một số trường hợp thì 4 bậc tự do cũng đủ yêu cầu làm việc như lắp ráp các chi tiết
trong mặt phẳng.
1.2.3.2 Phân loại theo cấu trúc động học:
Robot được gọi là Robot nối tiếp với cơ cấu chấp hành vòng hở nếu cấu trúc
động học dạng chuỗi vòng hở, Robot song nếu cấu trúc động học dạng vòng kín.
Robot lai thì có cả vòng kín và vòng hở. Nhìn chung thì Robot song song có cấu trúc
vững hơn Robot nối tiếp nhưng không gian làm việc hẹp hơn và điều khiển cũng phức
tạp hơn.
1.2.3.3 Phân loại theo hệ thống truyền động:
Trong hệ thống truyền động của Robot thì thường dùng các loại sau: điện, thủy
lực và khí nén. Thông thường các cơ cấu chấp hành đều sử dụng động cơ bước hoặc
động cơ DC vì chúng dễ điều khiển. Nếu từng khâu chuyển động độc lập bằng bộ tác
động trên khâu thì phải thông qua hộp giảm tốc. Việc dùng hộp giảm tốc thì giúp cho
động cơ được nhỏ gọn tuy nhiên độ sai lệch của các bánh răng truyền động trong hộp
giảm tốc gây ra sai số vị trí ở bộ phận chuyển động.Tuy nhiên đối các Robot cần tải
trọng lớn thì thường dùng thủy lực hay khí nén.
1.2.3.4 Phân loại theo hình học không gian làm việc:
Không gian làm việc của cơ cấu chấp hành được xách định là thể tích không

xác định bằng dạng hình học của khớp. Khớp lăng trụ đôi khi gọi là cặp trược. Khớp
lăng trụ là khớp 1 DOF.
- Khớp trụ C: cho phép quay và tịnh tiến độc lập theo một trục được xác định
bằng dạng hình học của khớp. Khớp trụ là khớp 2 DOF.
- Khớp xoắn H: cho phép hai phần tử cặp đôi quay và tịnh tiến dọc trục được
xác định bằng dạng hình học của khớp. Tuy nhiên chuyển động tịnh tiến quan hệ theo
chuyển động quay của bước vít. Khớp xoắn là khớp 1DOF.
- Khớp cầu F: cho phép một phần tử quay tự do với phần tử kia ở tâm khối cầu
theo một chiều. Khớp cầu là khớp 3 DOF.
- Cặp phẳng E: cho phép hai bậc tự do tịnh tiến trên mặt phẳng tiếp xúc và một
bậc tự do quay quanh trục vuông góc với mặt phẳng tiếp xúc. Khớp này là khớp 3
DOF.
Các robot thực hiện hai chuyển động cơ bản :
Võ Hoàng Trôvi – Nguyễn Sĩ Bích
22
Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS. Trần Văn Trinh
- Chuyển động tịnh tiến theo hướng x, y, z trong không gian Descarde, các
chuyển động này thường kí hiệu T hoặc P.
- Chuyển động xoay theo các trục x, y, z kí hiệu là R (Rotation). Tùy theo kết
cấu của tay máy mà sẽ có vùng làm việc khác nhau. Các kết cấu thường gặp là robot
kiểu tọa độ Descarde, tọa độ trụ, tọa độ cầu, robot scara…
Các kiểu Robot thông dụng:
+ Robot kiểu tọa độ Descarde: tay máy có 3 chuyển động tịnh tiến theo phương
của trục tọa độ gốc. Trường làm việc có cấu trúc hình hộp chữ nhật.
Hình 1.14: Robot kiểu tọa độ Descarde
+ Robot kiểu tọa độ trụ: vùng làm việc của Robot có dạng trụ rỗng, thường
khớp đế chuyển động quay.
Hình 1.15: Robot kiểu tọa độ trụ
+ Robot kiểu tọa độ cầu: Vùng làm việc của Robot có dạng hình cầu.
Hình 1.16: Robot kiểu tọa độ cầu.