TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Nghiên cứu thiết kế điều khiển phân loại
sản phẩm ứng dụng xử lý ảnh cho mô hình
FMS
TRẦN QUANG TÚ
tu.tq179707@sis.hust.edu.vn
Ngành Kỹ thuật Điều khiển và Tự Động Hóa
Chuyên ngành Tự động hóa Công nghiệp
Giảng viên hướng dẫn:
TS. Nguyễn Danh Huy
Bộ môn:
TS. Nguyễn Mạnh Linh
Tự Động Hóa Công Nghiệp
Viện:
Điện
HÀ NỘI, 1/2020
Chữ ký của GVHD
ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP
Nghiên cứu thiết kế điều khiển phân loại sản phẩm ứng dụng xử lý ảnh cho mô
hình FMS.
Giáo viên hướng dẫn
Ký và ghi rõ họ tên
Lời cảm ơn
Trong suốt quá trình thực hiện đồ án, với sự lỗ lực của bản thân và sự giúp đỡ tận
tình của thầy giáo hướng dẫn Nguyễn Danh Huy và thầy Nguyễn Mạnh Linh các
thầy cô trong bộ môn Tự động hóa Công nghiệp không chi giúp em hoàn thành
được đồ án tốt nghiệp này mà còn chỉ dạy cho em thêm nhiều kiến thức chuyên
môn quý báu và cần thiết cho công việc sau khi tốt nghiệp của em. Với thời gian
và sự hiểu biết có hạn, nên đồ án của em không tránh khỏi những thiếu sót, em
kính mong nhận được các góp ý, chỉ bảo và giúp đỡ của các thầy cô giáo để đồ án
này của em được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Danh Huy và các thầy cô trong bộ môn
Tự động hoá công nghiệp đã giúp đỡ em hoàn thành đồ án này.
Tóm tắt nội dung đồ án
Đề tài đồ án này có tính ứng dụng cao trong công nghiệp. Nội dung đồ án của
chúng em sẽ đi xây dựng một hệ thống phân loại sản phẩm dựa trên hệ thống FMS
có sẵn. Hệ thống FMS có cơ cấu vận chuyển vật tuy nhiên cơ cấu nhận dạng và
phân loại chưa có sẵn nên mục tiêu của đồ án này sẽ thực hiện các nhiệm vụ sau:
Vấn đề cần thực hiện:
- Thiết kế điều khiển cho hệ thống băng tải.
- Lắp đặt camera và thiết kế phân loại sản phẩm bằng xử lý ảnh.
- Thiết kế lắp đặt cơ khí và thiết kế điều khiển cho hệ tay gắp vật 3 trục.
- Xây dựng giao diện điều khiển toàn bộ hệ thống.
Phương pháp thực hiện:
- Sử dụng những công cụ có sẵn ở phòng thí nghiệm để xây dựng hệ tay
gắp 3 trục và hệ thống xử lý ảnh.
- Sử dụng những thư viện phần mềm hỗ trợ truyền, nhận tín hiệu giữa
máy tính và bộ điều khiển
Công cụ sử dụng:
- Bộ điều khiển hệ thống: PLC Q03UDE, phần mềm lập trình GX Work2.
- Hệ thống nhận dạng và xử lý ảnh: camera Basler, ngôn ngữ Python để
lập trình xử lý ảnh.
- Hệ thống tay gắp 3 trục: động cơ Servo HF-KP13, HG-KR23, bộ điều
khiển động cơ Servo MR-J3, MR-J4.
- Lập trình giao diện điều khiển hệ thống bằng ngôn ngữ C#.
Hướng phát triển: phát triển hệ thống xử lý ảnh để có thể nhận diện vật ở nhiều
khía cạnh hơn như hình dạng, màu sắc, kích thước, (hiện tại bài toán của chúng em
chỉ tập chung vào nhận dạng số dán trên vật).
.
Trần Quang Tú
Sinh viên thực hiện
Ký và ghi rõ họ tên
MỤC LỤC
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VÀ TÌM HIỂU ĐÁNH GIÁ HỆ MÔ HÌNH FMS
................................................................................................................................ 1
1.1 Tổng quan về hệ thống sản xuất linh hoạt FMS ........................................ 1
1.2 Giới thiệu nguyên lý hoạt động mô hình FMS .......................................... 2
1.3 Các cơ cấu chấp hành ................................................................................. 4
Hệ thống điều khiển băng tải ...................................................... 4
Pop-up và Stopper ....................................................................... 6
Van khí nén ................................................................................. 7
1.4 Các cơ cấu đo và cảm biến ......................................................................... 7
Công tắc hành trình ..................................................................... 7
Cảm biến hành trình xy lanh ....................................................... 7
Bộ giải mã Pallet ......................................................................... 8
1.5 Đánh giá thực trạng mô hình FMS hiện có ................................................ 9
Hệ thống điều khiển .................................................................... 9
Robot gắp vật ............................................................................ 13
1.6 Đề xuất nhiệm vụ thiết kế ........................................................................ 13
CHƯƠNG 2. NGHIÊN CỨU, TÌM HIỂU DÒNG PLC Q VÀ SERVO MR-J
MITSUBISHI ...................................................................................................... 14
2.1 Giới thiệu chung ....................................................................................... 14
2.2 Các đặc điểm PLC dòng Q ....................................................................... 14
Module CPU Q03UDE ............................................................. 15
Các module vào ra ..................................................................... 16
Module điều khiển vị trí QD75P2 ............................................. 20
2.3 Tìm hiểu công cụ lập trình cho dòng PLC Q GX Work 2 ....................... 22
Giới thiệu chung ........................................................................ 22
Các bước lập trình với GX Work2 ............................................ 22
2.4 Tìm hiểu về động cơ Servo Mitsubishi .................................................... 25
Giới thiệu chung về Servo xoay chiều ...................................... 25
Cấu tạo và các thông số cụm động cơ ....................................... 27
2.5 Tìm hiểu bộ biến tần Servo MR-J ............................................................ 28
Biến tần Servo MR-J3 ............................................................... 28
Biến tần Servo MR-J4 ............................................................... 29
Phương thức điều khiển ............................................................ 30
CHƯƠNG 3. THIẾT KẾ LẮP RÁP HỆ ĐIỀU KHIỂN TAY GẮP 3 TRỤC
.............................................................................................................................. 31
3.1 Giới thiệu chung về hệ thống phân loại sản phẩm ................................... 31
3.2 Yêu cầu chung .......................................................................................... 32
3.3 Chế tạo, lắp ráp động cơ vào tay gắp ....................................................... 32
Chế tạo tay gắp 3 trục ............................................................... 32
Lắp ráp động cơ vào tay gắp ..................................................... 35
3.4 Thiết kế sơ đồ điều khiển ......................................................................... 36
Thiết kế phần ghép nối các biến tần servo ................................ 37
Các cơ cấu hạn vị cho tay gắp và lắp đặt vào hệ FMS ............. 37
CHƯƠNG 4. THIẾT KẾ PHÂN LOẠI SẢN PHẨM BẰNG XỬ LÝ ẢNH
CHO MÔ HÌNH FMS ........................................................................................ 39
4.1 Yêu cầu chung .......................................................................................... 39
4.2 Giới thiệu camera Basler .......................................................................... 39
4.3 Tổng quan về xử lý ảnh ............................................................................ 40
Khái niệm .................................................................................. 40
Các bước cơ bản để xử lý ảnh ................................................... 40
4.4 Mô hình YOLO ........................................................................................ 41
Giới thiệu về mô hình YOLO ................................................... 41
Chi tiết mô hình ......................................................................... 42
4.5 Áp dụng vào bài toán thực tế ................................................................... 43
CHƯƠNG 5. THIẾT KẾ CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN ........................ 46
5.1 Chương trình điều khiển tay gắp 3 trục ................................................... 46
5.2 Chương trình điều khiển hệ thống FMS .................................................. 49
5.3 Lập trình điều khiển cho PLC .................................................................. 56
Cài đặt thông số ......................................................................... 56
Chương trình điều khiển PLC ................................................... 57
5.4 Lập trình giao diện điều khiển hệ thống .................................................. 58
Phần mềm tạo kết nối PLC – PC MX Component ................... 58
Visual Studio Professional ........................................................ 62
Giao diện đã thiết kế ................................................................. 63
5.5 Thử nghiệm và đánh giá ........................................................................... 66
5.6 Đề xuất hướng phát triển .......................................................................... 67