ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CƠ KHÍ
BỘ MÔN CƠ ĐIỆN TỬ
o0o
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
ỨNG DỤNG GIAO TIẾP ROBOT YK400X
VÀ ỨNG DỤNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM DÙNG
CAMERA
1
Tp HCM, 6/2014LỜI CẢM ƠN
Trước tiên, tôi xin cảm ơn thầy Nguyễn Tường Long, giáo viên trực tiếp hướng dẫn. Xin được
cảm ơn thầy Chung Tấn Lâm, giáo viên đồng hướng dẫn. Các thầy đã cho tôi những định hướng,
tạo mọi điều kiện về vật chất lẫn tinh thần, đã giúp tôi hoàn thành trọn vẹn và đúng thời hạn đề
tài của mình.
Xin cảm ơn thầy Từ Diệp Công Thành, giáo viên chủ nhiệm của lớp. Thầy là người trực tiếp giúp
đỡ, cung cấp thông tin và nhắc nhở kịp thời cho lớp chúng tôi với mọi hoạt động liên quan đến
việc học tập và làm luận văn trong suốt ba năm thầy chủ nhiệm lớp.
Xin được chân thành cảm ơn các thầy cô trong hội đồng chấm luận văn tốt nghiệp. Cám ơn các
thầy, các cô đã bớt thời gian quý báu để xem xét đề tài của tôi.
Xin được gửi lời tri ân các thầy, các cô đã dìu dắt tôi trong suốt các năm học vừa qua.
Cuối cùng, tôi dành lời cảm ơn sâu sắc cho ba, mẹ và những người thân. Mọi người là chỗ dựa
tinh thần, là nguồn động viên để tôi vượt qua những khó khăn, thử thách trong học tập và cuộc
sống.
Một lần nữa, xin chân thành cảm ơn tất cả mọi người!
Tp Hồ Chí Minh, 06/2014
Nguyễn Bá Hoàng Long
2
TÓM TẮT LUẬN VĂN
ỨNG DỤNG GIAO TIẾP ROBOT YK400X VÀ ỨNG DỤNG PHÂN LOẠI
SẢN PHẨM BẰNG CAMERA

Hình 1.4: Robot làm việc nhà 3
Hình 1.5: Robot làm vườn 4
Hình 1.6: Robot YK400x 5
Hình 1.7: Logitech Quickcam Pro 4000 5
Hình 2.1: Hình dáng động học của SCARA 7
Hình 2.2: Hệ tọa độ gốc của SCARA và các biến khớp 8
Hình 2.3 Các hệ tọa độ được gắn theo quy tắc Denavit-Hatenberg 8
Hình 2.4: Tính động học ngược cho Scara 11
Hình 2.5: Hình chiếu đứng YK400x 12
Hình 2.6: Hình chiếu cạnh YK400x 12
Hình 2.7: Không gian làm việc YK400x 14
Hình 2.8: Bộ điều khiển RCX 142 15
Hình 2.9: Manual Program Board 16
Hình 2.10: Bắt tay phần cứng 18
Hình 2.11: Bắt tay phần mềm 19
Hình 3.1: Nguyên tắc tạo ảnh với cảm biến CCD 22
Hình 3.2: Lưới lọc Bayer 23
Hình 3.3: Cảm biến 3CCD 23
Hình 3.4: Nguyên tắc tạo ảnh với cảm biến CMOS 24
5
Hình 3.5: Chuyển từ ảnh màu sang ảnh xám 26
Hình 3.6: Phân ngưỡng cho ảnh xám 27
Hình 3.7: Ảnh phân ngưỡng cho thuật toán tìm Blob 27
Hình 4.1: Giao diện chính của chương trình điều khiển 29
Hình 4.2: Cài đặt các thông số giao tiếp 29
Hình 4.3: Chức năng MANUAL 30
Hình 4.4: Hộp Incoming với dữ liệu điểm 31
Hình 4.5: Chế độ PROGRAM 32
Hình 4.6: Hộp Incoming với dữ liệu các chương trình 32
Hình 4.7: Giao diện Camera 33

Trong những năm gần đây, sự phát triển mạnh của các bộ vi xử lý cao cấp đã tạo một bước
tiến vô cùng to lớn cho Robot. Giấc mơ chế tạo được một Robot giống người, có thể làm thay các
công việc cho con người đã thành hiện thực. Các loại Robot này đang ngày càng được hoàn thiện,
phục vụ con người trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Từ thế hệ các Robot đơn giản chỉ hoạt động
một cách thụ động theo các chương trình cài đặt sẵn, đến thời điểm này, các Robot đã có thể hoạt
động một cách phức tạp hơn, có khả năng tự xử lý và phân tích các tình huống như con người.
7
Cùng với sự phát triển của các loại cảm biến với độ chính xác cao, các bộ vi xử lý có thể thực
hiện hàng tỉ phép tính trong một giây, Robot đang dần dần thay thế con người trong một số lĩnh
vực đặc thù, cho hiệu quả và năng suất cao hơn.
Ta có thể coi các bộ vi xử lý này là bộ não của Robot, bộ não này càng ngày càng được tối
ưu hóa về kích thước cũng như tốc độ để điều khiển Robot một cách hiệu quả nhất. Vai trò của
cảm biến đối với Robot được xem như là các cơ quan thị giác, xúc giác, vị giác của con người.
Ví dụ với camera, ta xem camera như là con mắt trợ giúp cho Robot xác định vị trí, nhận dạng
vật. Ngày nay, Camera là một cảm biến không thể thiếu đối với các thế hệ Robot hiện đại. Các
Robot này sử dụng Camera để định vị, nhận dạng và thu thập dữ liệu. Ứng dụng Camera cho
Robot được dùng trong nhiều lĩnh vực khác nhau:
1.1.1 Trong lĩnh vực thám hiểm
Robot giúp con người thám hiểm ở những nơi không trực tiếp làm được hoặc những nơi
nguy hiểm như: sao hỏa, miệng núi lửa, lò phản ứng hạt nhân… Năm 2007, người Mỹ đã đưa lên
sao Hỏa 2 xe tự hành mang tên Spirit va Opportunity. Các xe này không có tay lái, trung tâm điều
khiển thuộc Phòng thí nghiệm chuyển động phản lực của NASA ở thành phố Pasadena. Các
Robot dạng này dùng Camera để thu thập dữ liệu hình ảnh, lấy mẫu và phân tích các thông tin về
khí hậu, đất đai và địa chất của nơi thám hiểm, sau đó gửi các dữ liệu này về trung tâm.

Hình 1.1: Robot Spirit và Opportunity thám hiểm sao hỏa
Gần đây nhất, một thiết bị điều khiển từ xa – ROV Latis đã được một nhóm các nhà nghiên
cứu từ cộng hòa Ireland chế tạo nhằm giúp xác định ranh giới dưới đáy biển của các quốc gia.
Thông tin do thiết bị thu thập được sẽ được dùng để giải quyết một lần và vĩnh viễn các tranh
8

Như vậy, ta có thể thấy việc xử lý ảnh để định vị cho Robot là một việc không còn mới, vấn
đề là ứng dụng nó sao cho thật thích hợp, đảm bảo tính hiệu quả và độ chính xác.
1.2 Cơ sở lựa chọn đề tài
Với sự yêu thích trong lĩnh vực Robot, tôi đã quyết định tìm hiểu từ loại Robot công nghiệp
đơn giản nhất là SCARA. Để tăng cường thêm sự linh hoạt và tự động cho SCARA, tôi kết hợp
nó với một Camera để định vị vật trong mặt phẳng. Từ đó, tôi có thể ứng dụng vào các hệ thống
phân loại sản phẩm theo kích thước, theo màu sắc…Vì vậy, tôi chọn đề tài là: “Ứng dụng giao
tiếp Robot YK400x và ứng dụng phân loại sản phẩm dùng Camera ”
1.2.1 Phần cứng
Về phần cứng cho việc thực hiện đề tài, tôi sử dụng Robot SCARA YK400x của hãng
Yamaha (bộ điều khiển RCX142) và Camera Logitech Quickcam Pro 4000 để định vị và thao tác
với vật (có sẵn tại phòng thí nghiệm C6, bộ môn Cơ Điện Tử).
11
Hình 1.6: Robot YK400x
Hình 1.7: Logitech Quickcam Pro 4000
1.2.2 Lý thuyết
Nhiệm vụ chính của Camera là chụp ảnh đưa về máy tính. Máy tính sẽ phân tích ảnh đó để
nhận ra đâu là vật, từ đó sẽ cho ta biết tọa độ Pixel của vật trên frame ảnh. Tuy nhiên, ta chưa thể
định vị được vật do đây chỉ là tọa độ pixel. Ta cần chuyển đổi tọa độ điểm ảnh sang tọa độ thực
ngoài không gian. Lý thuyết để giải quyết vấn đề này là Camera Calibration.
12
Sau khi đã có tọa độ thực của vật ngoài không gian, ta đưa tọa độ này về tọa độ gốc của
Robot. Lúc này nhiệm vụ của Robot là thao tác với vật tại vị trí được cung cấp. Vấn đề điều
khiển này do bộ điều khiển RCX142 giải quyết.
1.2.3 Phần mềm
Xây dựng một phần mềm thực hiện nhiệm vụ giao tiếp giữa máy tính, Robot và Camera,
được viết bằng C# (Microsoft Visual Studio 2008). Với phần mềm này việc điều khiển Robot
YK400x trở nên dễ dàng hơn, hơn nữa, Robot được trang bị thêm một Camera ra sẽ mở rộng khả
năng làm việc cho Robot.
Tôi xác định rõ hai mục tiêu cần đạt được trong luận văn này là: