ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CƠ KHÍ – BỘ MÔN CƠ ĐIỆN TỬ

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

ỨNG DỤNG XỬ LÝ ẢNH CHO TAY MÁY THỰC HIỆN TỰ ĐỘNG DÁN KEO
ĐẾ GIÀY

SVTH: NGUYỄN THÀNH NHẤT
MSSV: 1412663
GVHD: TS. LÊ ĐỨC HẠNH

TP. HỒ CHÍ MINH, 2018


LỜI CẢM ƠN
Trước tiên, em xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc đến các Thầy cô trong
bộ môn Cơ Điện Tử, khoa Cơ khí, trường Đại học Bách Khoa TP.Hồ Chí Minh đã tận
tình chỉ dạy em qua 4 năm đại học. Thầy cô không chỉ truyền đạt kiến thức, kinh
nghiệm mà còn truyền đạt cả cách sống đó chính là một hành trang vững chắc cho em
mang theo trong suốt những năm tháng sau này.
Em cũng xin chân thành gửi lời cảm ơn đến Thầy TS. Lê Đức Hạnh đã tận tình
hướng dẫn em trong suốt thời gian làm luận văn. Thầy đã tận tình tháo gỡ những khó
khăn, vướng mắc, định hướng cho em các giải quyết vấn đề một cách hiệu quả và phù
hợp nhất. Thầy đã truyền đạt những kinh nghiệm và sự hiểu biết sâu sắc về khoa học
của Thầy một cách dễ hiểu nhất đối với sinh viên và qua đó em học được rất nhiều từ
Thầy phương pháp nguyên cứu và giải quyết vấn đề. Sự tậm tâm của Thầy trong việc
hướng dẫn học sinh là điều làm em cảm phục nhất.
Con cũng xin gửi lời cảm ơn đến ba mẹ, người đã luôn động viên con những lúc
khó khăn, ba mẹ là điểm tựa cũng là niềm động lực to lớn giúp con học tập và sống tốt

Chương 6:Giải thuật dán keo đế giày.
Chương 7: Thực nghiệm đánh giá sai số.
Chương 8: Kết luận và hướng phát triển của đề tài.

ii


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ...................................................................................................................i
TÓM TẮT LUẬN VĂN ................................................................................................. ii
MỤC LỤC ..................................................................................................................... iii
DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ .................................................................................... vii
DANH SÁCH BẢNG BIỂU ........................................................................................... x
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ......................................................................................... 11
1.1 Tổng quan về công đoạn dán keo trong công nghiệp giày da. ............................. 11
1.2 Tổng quan về robot công nghiệp .........................................................................12
1.3 Các phương pháp nhận diện 3D............................................................................13
1.3.1 Nhận diện vật 3D dùng camer 3D. .......................................................................14
1.3.2 Phương pháp CMM(Coordinate measuring machines) ........................................15
1.4 Các hệ thống trên thị trường: ................................................................................15

iii


1.4.1 Máy dán keo giày Orisol. ..................................................................................... 15
1.4.2 Máy dán keo tự động Cerim K300. .....................................................................17
1.5 Mục tiêu, nhiệm vụ và phạm vi đề tài. .................................................................18
1.5.1 Mục tiêu. ...............................................................................................................18
1.5.2 Nhiệm vụ. .............................................................................................................19
1.5.3 Phạm vi đề tài. ......................................................................................................19

4.2 Động học ngược: .....................................................................................................50
CHƯƠNG 5: ĐIỀU KHIỂN TAY MÁY MZ07 ........................................................... 59
5.1 Tay máy Nachi NZ07. ............................................................................................. 59
5.2 Bộ điều khiển CFD. .................................................................................................60
5.3 Dụng cụ lập trình cầm tay Tech pendant. ................................................................ 62
5.4 Robot language[] .....................................................................................................63
5.5 Giao tiếp với Robot .................................................................................................64
5.5.1 Tổng quan về giao tiếp giữa máy tính và Nachi robot.[..] ...................................64
5.4.1 TCP/IP ..................................................................................................................65
5.4.2 Socketcomnication ............................................................................................... 66
5.4.3 Giải thuật . ............................................................................................................69
CHƯƠNG 6: GIẢI THUẬT DÁN KEO ĐẾ GIÀY. .................................................... 75
6.1.Kinect V1 .................................................................................................................75
6.2.Thư viện OpenCV ...................................................................................................76
6.3 Giải thuật chương trình dán keo đế giày. ................................................................ 76
6.4 Xử lý ảnh tìm biên dạng đế giày. ...........................................................................78

v


6.4.1 Ảnh 2D và Ma trận tọa độ thực 3D của Kinect ................................................... 79
6.4.2 Lấy ngưỡng HSV ..................................................................................................80
6.4.3 Xử lý nhiễu và tìm contour. ..................................................................................80
6.4.4 Xác định tâm và góc của vật................................................................................83
6.5 Giải thuật tiền xử lý biên dạng, nội suy tách điểm. .................................................84
6.4.1Xử lý biên dạng, tìm điểm nội suy biên dạng. ...................................................... 85
6.4.2 Tìm lại biên mới cho đế giày. ...............................................................................87
6.6 Calib camera với Robot ........................................................................................... 88
6.7 Giải thuật tracking đế giày. ..................................................................................... 93
6.7.1 Tính vận tốc băng tải ............................................................................................ 94

Hình 2.4 Động cơ step. ........................................................................................ 22
Hình 2.5 Động cơ RC servo. ................................................................................23
Hình 2.6 Vime đai ốc ........................................................................................... 23
Hình 2.7 Thanh răng bánh răng. ..........................................................................24

vii


Hình 2.8 Arduino Uno. ........................................................................................ 25
Hình 2.9 PLC misubishi....................................................................................... 25
Hình 2.10 Hình 3D tool dán keo. .........................................................................26
Hình 2.11 Camera Logitech. ................................................................................26
Hình 2.12 Stereo camera. ..................................................................................... 27
Hình 2.13 Camera Creative. ................................................................................27
Hình 2.14 Kinect V1. ........................................................................................... 28
Hình 2.15 Bố trí gá đặt camera trên tool. ............................................................ 29
Hình 2.16 Bố trí gá đặt camera gắn liên kết với bàn Robot. ............................... 30
Hình 3.1 Cơ cấu dán keo...................................................................................... 31
Hình 3.2: Lực tác động lên pittong ......................................................................32
Hình 3.3: Sơ đồ bộ truyền vitme- đai ốc bi. ........................................................ 35
Hình 3.4 Bản vẽ 2D của cặp vit me –đai ốc bi .................................................... 36
Hình 3.5 Bảng các đặc điểm của ổ bi ..................................................................37
Hình 3.6 Gá cụm dán keo lên tay máy.................................................................38
Hình 3.7: Sơ đồ khối hệ thống điện. ...................................................................40
Hình 3.8 Giao diện chương trình điều khiển PLC. ..............................................45
Hình 3.9: Lưu đồ SFC.......................................................................................... 46
Hình 3.10: Mô hình 3D cụm dán keo trong solidworks. .....................................46
Hình 4.1 Hệ trục tọa độ tay máy ..........................................................................47
Hình 5.1 Robot Nachi MZ07 ...............................................................................59
Hình 5.2 Tủ điều khiển CFD. ..............................................................................61


ix


Hình 7.1: Tính kích thước các ô trong bàn cờ bằng camera. ............................... 96
Hình 7.2 Vẽ lại biên dạng đế giày bằng lệnh Curve trong solidworks. ...............98
Hình 7.3 Xuất biên dạng qua bản vẽ 2D. ............................................................. 99
Hình 7.4: Biểu đồ phân bố thời gian của quá trình dán keo. .............................100

DANH SÁCH BẢNG BIỂU
Bảng 3-1: Số liệu thực nghiệm lực đẩy: ............................................................... 33
Bảng 3-2: Thông số động cơ NEMA 17 ............................................................... 34
Bảng 3-3: Các chân điều khiển của driver A4988. ...............................................41
Bảng 3-4:Bảng thống kê nguồn điện. ...................................................................43
Bảng 3-5: Các chương trình trong thư viện MX component ................................ 44
Bảng 3-6: Các cờ và chức năng. ...........................................................................45
Bảng 5-1: Thông số tay máy MZ07. .....................................................................60
Bảng 5-2: Thông số bộ điều khiển CFD. .............................................................. 61
Bảng 5-3: Thông số của TP. ................................................................................63
Bảng 5-4: Các lệnh cơ bản trong User Task. ........................................................ 67
Bảng 7-1 Bảng thống kê sai số Kinect theo phương X. .......................................97
Bảng 7-2 Bảng thống kê sai số Kinect theo phương Y. .......................................97
Bảng 7-3 Bảng phân bố thời gian xử lý ảnh và dán keo. ....................................100

x


CHƯƠNG 2: TÌM HIỂU BÀN MÁY CNC 2D DẪN ĐỘNG BẰNG ĐAI
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
Trong những thập niên trở lại đây, việc tự động hóa trong sản xuất ngày càng


Hình 1.1 Công đoạn dán keo đế giày.
Keo để dán đế giày là 1 loại keo lỏng, và tùy vào độ lỏng của keo mà có những
phương pháp dán khác nhau. Trong luận văn, keo sử dụng cho đế giày là loại keo có
độ đặc trung bình có thể phun ra bằng xilanh đẩy. Do đó đề tài dùng một xilanh keo để
thực hiện việc dán keo.
1.2 Tổng quan về robot công nghiệp
Robot công nghiệp được phát triển từ thập niên 60 của thế kỉ trước, ngày nay robot
công nghiệp cũng được phát triển không ngừng, đóng một vai trò quan trọng trong
các hoạt động sản xuất. Cùng với sự phát triển của các cảm biến ứng dụng công
nghệ mới giúp robot có thể thực hiện nhiều thao tác phức tạp và hiệu quả hơn.
Theo hiệp hội Robot của Nhật bản, Robot được phân chia ra 6 loại cơ bản:
- Robot điều khiển bằng tay: Robot nhiều bậc tự do được vận hành bởi con
người.
- Robot chương trình tuần tự cố định: Robot thực hiện các công đoạn liên tiếp
theo 1 chương trình cố định.
- Robot chương trình tuần tự thay đổi được: Robot thực hiện các công đoạn được
lập trình tuần tự nhau, tuy nhiên chương trình có thể tái lập trình được.

12


CHƯƠNG 2: TÌM HIỂU BÀN MÁY CNC 2D DẪN ĐỘNG BẰNG ĐAI
- Robot kiểu học: Con người có thể chỉ dẫn, robot lưu lại các chuyển động và lặp
lại các chuyển động ở lần vận hành sau.
- Robot điều khiển số: Robot được cung cấp chương trình chuyển động thực hiện
tuần tự một công đoạn nào đó hơn việc dạy thủ công.
- Robot thông minh: Robot có khả năng hiểu và thích ứng với môi trường và hoạt
tất công việc mặc cho dự thay đổi của môi trường.
Robot công nghiệp hiện nay được ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực khác nhau

❖

Time of light camera: time of light camera là một camera ra 3D, việc xác định độ

sâu bằng cách do thời gian của các tia sáng.Loại camera này khá chính xác đi đôi với
đó là giá thành khá đắt.

14


CHƯƠNG 2: TÌM HIỂU BÀN MÁY CNC 2D DẪN ĐỘNG BẰNG ĐAI
Hình 1.3 Hoạt động của time of light camera
❖

Structure light camera là một cảm biến 3D sử dụng một camera 2D và một cảm

biến chiều sâu để xác định chiều sâu của vật thể, từ đó có thể cung cấp thông tin 3D
của vật.

Hình 1.4 Hoạt động của structure light camera.
1.3.2 Phương pháp CMM(Coordinate measuring machines)
Phương pháp CMM(Coordinate measuring machines) sử dụng một cánh tay máy
ghi nhận tọa độ các điểm trên vật thể mà tay máy rà vào nhờ đọc các tín hiệu được ghi
nhận lại từ các encoder gắn tại các khớp của tay máy. Từ các tọa độ đọc về, hệ thống
sẽ tái xây dựng lai mô hình 3D của vật thể.

Hình 1.5 Tay máy scan 3D
1.4 Các hệ thống trên thị trường:
1.4.1 Máy dán keo giày Orisol.


-Khoảng phun keo:900mm
-Khoảng cách scan: 100cm
-Nguồn:380VAC, 3phase, 50/60 Hz.

1.4.2 Máy dán keo tự động Cerim K300.
Hệ thống bao gồm 5 trục tạo chuyển động nội suy cho đầu công tác dán keo lên
biên dạng đế giày.

17


CHƯƠNG 2: TÌM HIỂU BÀN MÁY CNC 2D DẪN ĐỘNG BẰNG ĐAI

Hình 1.9 Máy dán keo tự động Cerim K300.
(Nguồn Makini).
❖

Thông số kỹ thuật
-Gồm một màn hình cảm ứng cho phép lập trình, hiển thị đồ họa.
-Cụm khung gá đế giày tùy chỉnh kích cỡ .
-Năm trục chuyển động nội suy, đầu công tác tích hợp đầu dán keo.
-Hệ thống chứa trong thùng kín, có hệ thống hút kí độc.
-Hiệu suất cao
/>
1.5 Mục tiêu, nhiệm vụ và phạm vi đề tài.
1.5.1 Mục tiêu.

18




CHƯƠNG 2: TÌM HIỂU BÀN MÁY CNC 2D DẪN ĐỘNG BẰNG ĐAI

CHƯƠNG 2: NGUYÊN CỨU LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN

Để điều khiển Robot di chuyển đầu công tác rà trên biên dạng vật ta cần tìm hiểu
rõ về loại robot và các thiết bị cần thiết để thực hiện công đoạn dán keo. Vì vậy, trong
chương 2 sẽ thực hiện việc lựa chọn loại robot, các cơ cấu cần thiết, camera cũng như
cách gá camera dùng cho ứng dụng dán keo này..
2.1 Cơ khí :
2.1.1 Lựa chọn dạng robot.
Robot dùng cho ứng dụng dán keo nói chung có thể là delta robot, sacra robot
hoặc là tay máy công nghiệp tùy vào từng yêu cầu của công đoạn dán keo mà ta có
những lựa chọn khác nhau.
❖

Phương án 1: Sacra và Delta Robot.

Ưu điểm:
+ Tốc độ di chuyển nhanh, linh hoạt
+ Làm việc tốt trong vùng 2D
Nhược điểm:
+ Không làm việc ở các điểm bị che khuất, kì dị

Hình 2.1 Robot Delta HIWIN.
❖

Phương án 2: Tay máy công nghiệp

Ưu điểm:


Hình 2.3 Động cơ DC Servo.
Ưu điểm:
+ Có encoder giúp điều khiển vòng kín chính xác
+ Kiểm soát được tốc độ và gia tốc
Nhược điểm:
+ Điều khiển phức tạp hơn động cơ step
Phương án 2: Động cơ step

Hình 2.4 Động cơ step.
Ưu điểm:
+ Điều khiển chính xác vị trí
+ Điều khiển đơn giản
Nhược điểm:
+ Dễ bị trượt bước

22


CHƯƠNG 2: TÌM HIỂU BÀN MÁY CNC 2D DẪN ĐỘNG BẰNG ĐAI
Phương án 3: Động cơ RC Servo

Hình 2.5 Động cơ RC servo.
Ưu điểm:
+ Điều khiển chính xác vị trí
+ Tốc độ và moomen không đổi
Nhược điểm:
+ Giới hạn góc quay
Kết luận và lựa chọn phương án: Do yêu cầu thiết kế đầu dán keo đơn giản,
đảm bảo lượng keo được phun ra chính xác, nên ta chọn động cơ step.

lớn.

24