..

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
PHẠM PHÚ VỸ
Số thẻ sinh viên
: 101140197
101140210
Lớp: 14CDT2

Đà Nẵng - 2019



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
Đà Nẵng, ngày

☐ Không được bảo vệ
tháng

Người hướng dẫn

năm 201
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CƠ KHÍ

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc


1a

Điểm
Điểm
đánh
tối đa
giá

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
mới so với các ĐATN trước đây).
15
Đề tài có giá trị khoa học, cơng nghệ; có thể ứng dụng
thực tiễn.

1b

Kỹ năng giải quyết vấn đề; hiểu, vận dụng được kiến
thức cơ bản, cơ sở, chuyên ngành trong vấn đề nghiên cứu.
50
Chất lượng nội dung ĐATN (thuyết minh, bản vẽ,
chương trình, mơ hình,…).

1c

Có kỹ năng vận dụng thành thạo các phần mềm ứng
dụng trong vấn đề nghiên cứu;


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
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CƠ KHÍ

CỘNG HỊA XÃ HƠI CHỦ NGHĨA
VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Họ và tên

STT
1

2

Nguyễn Văn Sơn

Phạm Phú Vỹ

Nội dung
Tìm hiểu một số một số cơ cấu ngoài thực tế
để đưa ra ý tưởng tốt nhất.
Tìm hiểu ngun lí hoạt động , lựa chọn các cơ
cấu phù hợp.
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

2

Bản vẽ sơ đồ động

A0

b. Phần riêng.
STT
1

Họ và tên
Nguyễn Văn Sơn

Nội dung

Bản vẽ

Bản vẽ sơ đồ mạch điện
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:

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 tốn và chọn thiết bị cho băng tải ........................................................................ 15
2.2.4. Lựa chọn và tính tốn 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

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 cơng 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 khơng MDSP650. ........................................................................... 10
Hình 2.5. Mơ phỏng 3D cánh tay robot. ............................................................................... 11
Hình 2.6. Mica tấm .............................................................................................................. 12
Hình 2.7. Vịng 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
Thơng số kĩ thuật: ................................................................................................................ 17
Hình 2.13. Dây băng tải xanh. .............................................................................................. 18
Hình 2.14 Sơ đồ tính tốn để xác định cơng suất băng tải ..................................................... 18
Hình 2.15. Khay chứa sản phẩm. .......................................................................................... 20
Hình 2.16. Sơ đồ động tồn bộ hệ thống. .............................................................................. 21
Hình 2.17. Mơ phỏng 3D tồn bộ hệ thống. .......................................................................... 21
Hình 2.18. Mơ hình đã chế tạo. ............................................................................................ 22

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 cơng 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 hồn thành. Tuy
nhiên với kiến thức cịn hạn chế, kinh nghiệm, kĩ năng cịn thiếu, mặc dù có nhiều cố
gắng song nhóm em vẫn cịn nhiều thiếu sót cần bổ sung, hồn thiện. Kính mong các
thầy cơ thơng cảm và góp ý để đề tài của nhóm em hồn 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

SVTH:Nguyễn Văn Sơn .Phạm Phú Vỹ - 14CDT2

Phạm Phú Vỹ

GVHD:Ths.Nguyễn Đắc Lực

1


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

TĨM TẮT
Tên đề tài: Thiết kế và chế tạo mơ hình cánh tay robot 4 bậc tự do phân loại sản phẩm
trên băng tải sử dụng cơng nghệ xử lí ảnh.

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 mơ 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 q trình học từ cơ khí, điện tử và lập trình để tiến hành làm mơ 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 tốn và vẽ kết cấu robot, băng tải.
Chế tạo: Dựa vào kết quả tính tốn 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 tốn phần cơ khí
Chương 3: Tính tốn thiết kế hệ thống điều khiển
Chương 4: Xử lý ảnh
Kết Luận

SVTH:Nguyễn Văn Sơn .Phạm Phú Vỹ - 14CDT2

GVHD:Ths.Nguyễn Đắc Lực

3


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

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

Robot cá, Robot Dancing, Robot hoa, Cánh tay Robot…

Hình 1.2. Cánh tay robot hoạt động trên dây chuyền sản xuất cơng 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
SVTH:Nguyễn Văn Sơn .Phạm Phú Vỹ - 14CDT2

GVHD:Ths.Nguyễn Đắc Lực

5


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

ngày nay khơng thể thiếu yếu tố xử lý ảnh. Đó là các vấn đề nhận dạng đối tượng ngồi
mơi trường. Từ việc nhận dạng có thể giải quyết rất nhiều bài toán như tránh vật cản, dị
đường, tìm tọa độ của vật…
Với xu hướng của thời đại và sự bùng nổ cuộc cách mạng 4.0, việc ứng dụng cơng
nghệ xử lí ảnh vào cơng 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 tơi lựa chọn
và cũng xuất phát từ nhu cầu thực tế đó, đồng thời áp dụng được những kiến thức đã

Trình bày tính cấp thiết và các ứng dụng về đề tài đã lựa chọn.
- Tính tốn 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 tốn cơ cấu và chế tạo hệ thống sao cho phù hợp.
- Tính tốn 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.

SVTH:Nguyễn Văn Sơn .Phạm Phú Vỹ - 14CDT2

GVHD:Ths.Nguyễn Đắc Lực

7


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

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 mơ 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.

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 mơ 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


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 khơng MDSP650
❖
❖

Ưu điểm:
Hoạt động chính xác.
Chi phí sản xuất thấp.
Kết cấu đơn giản.
Hệ thống điều khiển đơn giản.
Nhược điểm:

- Hoạt động không nhanh bằng xylanh khí nén.
- Chỉ phân loại được các sản phẩm nhỏ, nhẹ.

SVTH:Nguyễn Văn Sơn .Phạm Phú Vỹ - 14CDT2

GVHD:Ths.Nguyễn Đắc Lực

10


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

➢ 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.

rubber (nâu), Fluororubber (đen có ký hiệu F),
EPR (đen có ký hiệu E)

6.

Hành trình

7.

Lực đàn hồi ở hành trình 6.9-10 N

25, 50, 75, 100

0
8.
Lực đàn hồi ở hành trình 11.8-15 N
tối đa
2.1.3. Mơ phỏng 3D cánh tay robot

Hình 2.5. Mơ phỏng 3D cánh tay robot
SVTH:Nguyễn Văn Sơn .Phạm Phú Vỹ - 14CDT2

GVHD:Ths.Nguyễn Đắc Lực

11


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

Dựa vào việc tính tốn kích thước, lựa chọn động cơ, sử dụng phần mềm mô phỏng

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

Hình 2.7. Vịng 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

Khâu 1

Đề quay

Nhôm

Khâu 2

Thân

Mica

Khâu 3

Thân