..

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
5 BẬC TỰ DO PHÂN LOẠI SẢN PHẨM TRÊN
BĂNG TẢI SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ XỬ LÝ
ẢNH

Người hướng dẫn: TS. VÕ NHƯ THÀNH
Sinh viên thực hiện: VI ĐÔNG VŨ
LÊ MAI XUÂN
Số thẻ sinh viên
: 101140171
101140172
Lớp: 14CDT1

Đà Nẵng, 2019


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


………………………………………………………………………………………..
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
Người hướng dẫn

tháng

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

NHẬN XÉT PHẢN BIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
I.
1.

1c

Sinh viên có phương pháp nghiên cứu phù hợp, giải quyết
đủ nhiệm vụ đồ án được giao
Tính mới (nội dung chính của ĐATN có những phần
mới so với các ĐATN trước đây).
Đề tài có giá trị khoa học, cơng nghệ; có thể ứng dụng
thực tiễn.

80

15

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,…).
Có kỹ năng vận dụng thành thạo các phần mềm ứng
dụng trong vấn đề nghiên cứu;
Có kỹ năng đọc, hiểu tài liệu bằng tiếng nước ngoài 15
ứng dụng trong vấn đề nghiên cứu;
-

Có kỹ năng làm việc nhóm;

2

Kỹ năng viết:


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

bảo vệ
Đà Nẵng, ngày

tháng

năm 201…

☐ Bổ sung để bảo vệ

☐ Không được


TÓM TẮT
Tên đề tài: Thiết kế và chế tạo cánh tay 5 bậc tự do phân loại sản phẩm trên
băng tải sử dụng cơng nghệ xử lí ảnh
Sinh viên thực hiện: Vi Đông Vũ – Lê Mai Xuân


trên băng tải sử dụng cơng 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 tốn:
a.Phần chung.
STT

Họ và tên

1

Vi Đơng Vũ

2

Lê Mai Xn

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.


STT
1

Bản

Vi Đông Vũ

Bản vẽ tổng thể

A0


Lê Mai Xuân

2

Bản vẽ sơ đồ động

b. Phần riêng
Họ và tên

Nội dung

Bản
vẽ

STT
1
2

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 hố 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 rơ-bốt 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. Khơng 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 5 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 TS. Ngô Thanh Nghị và
TS. Nguyễn Danh Ngọc 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 03 tháng 6 năm 2019
Nhóm sinh viên thực hiện

Vi Đơng Vũ

i

Lê Mai Xn


1.4. Cấu trúc của đề tài................................................................................................. 4
CHƯƠNG 2. THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ........................................................... 6
2.1. Thiết kế cánh tay robot.......................................................................................... 6
2.1.1 Phân tích lựa chọn phương án . .......................................................................... 6
2.1.2. Tính chọn động cơ cho robot. ............................................................................. 7
2.1.3

Mô phỏng 3D cánh tay robot. ......................................................................... 9

2.1.4

Chọn vật liệu cho robot................................................................................. 10

2.1.5

Thiết kế bộ phận truyền chuyển động cho các khớp của robot .................... 11

Khớp 1 ( Khớp đế ) .................................................................................................... 11
2.2 Thiết kế hệ thống băng tải .................................................................................... 12
2.2.1 Giới thiệu .......................................................................................................... 12
2.2.2 Nguyên lí hoạt động: ........................................................................................ 13
2.2.3 Tính tốn và chọn thiết bị cho băng tải. ............................................................. 13
2.2.4. Lựa chọn và tính tốn băng tải ......................................................................... 15
2.3

Thiết kế khay chứa sản phẩm ........................................................................... 18
iii


2.4. Sơ đồ động hệ thống. ......................................................................................... 19

Bảng 2.3 Thông số các khâu của cánh tay robot. ........................................................ 12
Bảng 3.1.Thông số kỹ thuật – Uno R3 ....................................................................... 23
Bảng 3.2. Thông số kĩ thuật LM2596 ......................................................................... 25
Bảng 4.1 Thông số DH .............................................................................................. 28

v


DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1 Q trình phát triển cơng nghiệp qua các thời kì. ........................................... 2
Hình 1.2 Cánh tay robot hoạt động trên dây chuyền sản xuất công nghiệp ................... 3
Hình 1.3. Ứng dụng xử lí ảnh phân loại sản phẩm ........................................................ 3
Hình 1.4 Sơ đồ khối hệ thống phân loại sản phẩm tự động ........................................... 4
Hình 2.1: Sơ đồ động của robot 5 bậc tự do RRRRR ................................................... 6
Hình 2.3. Động cơ bước giảm tốc Nema 17 ................................................................. 7
Hình 2.4. Động cơ servo SG90. ................................................................................... 8
Hình 2.5 Mơ phỏng 3D cánh tay robot. ........................................................................ 9
Hình 2.5. Nhơm tấm .................................................................................................. 10
Hình 2.6. Cơ cấu gắp vật............................................................................................ 11
Hình 2.7 Vịng bi chà 40mm x 60mm ........................................................................ 11
Hình 2.8. Cơ cấu thanh truyền . ................................................................................. 12
Hình 2.9. Cấu tạo của băng tải ................................................................................... 13
Hình 2.10. Bộ truyền đai ............................................................................................ 14
Hình 2.11. Bộ truyền xích. ......................................................................................... 14
Hình 2.12. Bộ truyền đai răng. ................................................................................... 15
Hình 2.13. Dây băng tải xanh..................................................................................... 16
Hình 2.14 Sơ đồ tính tốn để xác định cơng suất băng tải .......................................... 16
Hình 2.15. Khay chứa sản phẩm. ............................................................................... 18
Hình 2.16. Sơ đồ động tồn bộ hệ thống .................................................................... 19
Hình 2.17. Mơ phỏng 3D tồn bộ hệ thống. ............................................................... 20

dụng cơng 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, …. Qua đó hiểu rõ hơn về ngành học cũng như những cơng
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 5 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 5 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 mơn 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 cơng 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

1
SVTH: Vi Đông Vũ
Lê Mai Xuân

GVHD: TS. Ngô Thanh Nghị
TS. Nguyễn Danh Ngọc

2
SVTH: Vi Đông Vũ
Lê Mai Xuân

GVHD: TS. Ngô Thanh Nghị
TS. Nguyễn Danh Ngọc


Thiết kế và chế tạo cánh tay robot 5 bậc tự do phân loại sản phẩm trên băng tải sử dụng cơng nghệ xử lí ảnh

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 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 ngày nay không thể thiếu yếu tố xử lý ảnh. Đó là các vấn đề nhận dạng đối tượng
3
SVTH: Vi Đông Vũ
Lê Mai Xuân

GVHD: TS. Ngô Thanh Nghị
TS. Nguyễn Danh Ngọc

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.
4
SVTH: Vi Đông Vũ
Lê Mai Xuân

GVHD: TS. Ngô Thanh Nghị
TS. Nguyễn Danh Ngọc


Thiết kế và chế tạo cánh tay robot 5 bậc tự do phân loại sản phẩm trên băng tải sử dụng cơng nghệ xử lí ảnh

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 Matlab sử dụng cho hệ thống.
Đánh giá đề tài: Đánh giá kết quả đạt được. Những hạn chế và hướng khắc phục.

5
SVTH: Vi Đông Vũ
Lê Mai Xuân

GVHD: TS. Ngô Thanh Nghị
TS. Nguyễn Danh Ngọc



GVHD: TS. Ngô Thanh Nghị
TS. Nguyễn Danh Ngọc


Thiết kế và chế tạo cánh tay robot 5 bậc tự do phân loại sản phẩm trên băng tải sử dụng cơng nghệ xử lí ảnh

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
bước để điều khiển các khớp. Chọn động cơ bước giảm tốc Nema 17.
Động cơ bước giảm tốc Nema 17 tỉ số 3969/289 là động cơ bước được tích hợp
hộp số giảm tốc tỉ số 3969/289 giúp tăng lực kéo và độ chính xác của động cơ, thích
hợp cho các ứng dụng Robot cần chịu tải lớn và có độ chính xác cao như cánh tay
Robot, robot Scara,...., động cơ có chất lượng tốt, hộp số hồn tồn bằng kim loại cho
độ bền và độ ổn định cao.

Hình 2.3. Động cơ bước giảm tốc Nema 17
Bảng 3.1Thông số kỹ thuật động cơ Nema 17
STT

Đại lượng

Giá trị

1.

Tỉ số

3969/298

TS. Nguyễn Danh Ngọc


Thiết kế và chế tạo cánh tay robot 5 bậc tự do phân loại sản phẩm trên băng tải sử dụng cơng nghệ xử lí ảnh

b.

6.

Kích thước

42x42x106mm

7.

Momen xoắn

60kgf.cm

8.

Khối lượng

550g

Chọn động cơ cho tay gắp.

Sử dụng 2 động cơ servo điều khiển hoạt động của tay kẹp. Một động cơ điều khiển
góc xoay của tay kẹp, một động cơ thực hiện cơ cấu gắp vật. Ứng dụng nguyên lý tay
kẹp hình bình hành để có thể đóng mở má kẹp song song, tiếp xúc tốt hơn với vật công


Bảng 2.2 Thơng số động cơ servo SG90
STT

Đại lượng

Giá trị

1.

Khối lượng

9g

2.

Kích thước

22.2x11.8x32mm

3.

Momen xoắn

1.8kg/cm

4.

Tốc độ hoạt động


Thiết kế và chế tạo cánh tay robot 5 bậc tự do phân loại sản phẩm trên băng tải sử dụng cơng nghệ xử lí ảnh

2.1.4 Chọn vật liệu cho robot
a. Thân robot.
Với việc sử dụng động cơ bước Nema 17 có trọng lượng khá lớn ( 550g). 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 nhơm tấm.
❖ Ưu điểm:
• Trọng lượng nhẹ.
• Độ bền cao
• Độ chịu tải tốt so với in nhựa 3D và nhựa tấm mica.
❖ Nhược điểm: Chi phí cao trong việc q trình gia cơng

Hình 2.5. Nhơm tấm
Với cơ cấu gắp vật.
Vật thể được làm bằng xốp nhẹ, kích thước nhỏ gọn nên tay gắp khơng địi hỏi
độ chịu tải lớn, cơ cấu gắp hình bình hành nên chọn vật liệu là nhựa in PLA là hợp lí.
❖ Ưu điểm: dễ dàng thiết kế và gia công ( in 3D)
b.

• Độ chính xác cao.
• Khối lượng nhẹ.
• Chi phí rẻ.
❖ Nhược điểm:
• Độ chịu tải kém.
• Khả năng giữ vật thể không cao so với việc sử dụng xilanh khí nén.
10
SVTH: Vi Đơng Vũ
Lê Mai Xn