MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN .......................................................................................................... I
LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................... II
MỤC LỤC ............................................................................................................... i
DANH SÁCH THUẬT NGỮ ................................................................................. iv
DANH SÁCH HÌNH ẢNH...................................................................................... v
MỞ ĐẦU ................................................................................................................ 1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ................................................................................... 2
1.1. Lý do và mục đích chọn đề tài: ................................................................... 2
1.1.1. Lý do chọn đề tài:.............................................................................. 2
1.1.2. Đối tượng nghiên cứu:....................................................................... 2
1.1.3. Mục đích nghiên cứu: ........................................................................ 2
1.1.4. Nhiệm vụ nghiên cứu: ...................................................................... 3
1.1.5. Phương pháp nghiên cứu: .................................................................. 3
1.1.6. Ý nghĩa và thực tiễn của đề tài: ......................................................... 3
1.2. Tổng quan về đề tài nghiên cứu: ................................................................. 4
1.2.1. Giới thiệu sơ lược về hệ thống phân loại sản phẩm:........................... 4
1.2.1.1. Một số ứng dụng của hệ thống phân loại sản phẩm: ................. 4
1.2.1.2. Các đề tài phân loại sản phẩm đã thực hiện: ............................. 7
1.2.2. Phân tích lựa chọn phương án thiết kế: .............................................. 9
1.2.3. Hướng nghiên cứu cho đề tài luận văn: ........................................... 10
CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ MƠ HÌNH ..................................................................... 11
2.1. Mơ hình tổng quan hệ thống phân loại sản phẩm: ..................................... 11
2.2. Thiết kế cơ khí mơ hình phân loại sản phẩm theo màu sắc:....................... 11
2.2.1. Tính tốn lý thuyết và thiết kế băng tải: ........................................... 11
2.2.2. Thiết kế cơ khí băng tải: .................................................................. 15

i


2.2.2.1. Chọn động cơ:........................................................................ 15

2.2.2.2. Chọn bộ truyền: ..................................................................... 16
2.2.2.3. Vật liệu chế tạo băng tải ......................................................... 18
2.2.3. Thiết kế mơ hình cấp ngun liệu:................................................... 20
2.2.3.1. Máy bơm nén khí cao áp mini 12V R5548: ............................ 20
2.2.3.2. Van khí nén và xi lanh: .......................................................... 21
2.2.3.3. Van điện từ khí nén 5/2: ......................................................... 22
2.2.3.4. Van tiết lưu: ........................................................................... 23
2.2.4. Thiết kế cơ khí bằng Solidworks: .................................................... 24
2.2.5. Mơ hình cơ khí thực tế: ................................................................... 26
2.3. Thiết kế mạch điện: .................................................................................. 28
2.3.1. Arduino Uno R3:............................................................................. 28
2.3.2. Động cơ Servo MG90S: .................................................................. 30
2.3.3. Mạch cầu H – L289N: ..................................................................... 31
2.3.4. Module Relay 5V: ........................................................................... 33
2.3.5. Thiết bị thu nhận ảnh (Webcam HD C270 Logitech): ...................... 34
2.4. Mơ hình hồn chỉnh: ................................................................................ 35
CHƯƠNG 3: XỬ LÝ ẢNH VÀ THIẾT KẾ GIAO DIỆN NGƯỜI DÙNG............ 37
3.1. Xử lý ảnh: ................................................................................................ 37
3.1.1. Giới thiệu chung về hệ thống xử lý ảnh: .......................................... 37
3.1.2. Xét các bước cần thiết trong xử lý ảnh: ........................................... 39
3.1.3. Những vấn đề cơ bản trong hệ thống xử lý ảnh: .............................. 41
3.1.4. Hệ tọa độ màu: ................................................................................ 42
3.1.5. Ảnh RGB và các thao tác cơ bản trong Toolbox Matlab: ................. 44
3.1.6. Các cơng đoạn xử lý ảnh trong mơ hình: ......................................... 47

ii


3.2. Thiết kế giao diện người dùng trên Matlab: .............................................. 49
3.2.1. Matlab:............................................................................................ 49

3.2.1.1. Giới thiệu tổng quan về phần mềm Matlab:............................ 49
3.2.1.2. Cấu trúc dữ liệu của MATLAB, các ứng dụng: ...................... 51
3.2.2. Giao diện GUI trên Matlab: ............................................................. 51
3.2.2.1. Giới thiệu về giao diện người dùng: ....................................... 51
3.2.2.2. Các thao tác với GUI: ............................................................ 53
3.2.2.3. Mô tả chức năng các công cụ trong GUI: ............................... 54
3.2.3. Thiết kế giao diện người dùng: ........................................................ 57
CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN .......................................... 62
4.1. Kết quả:.................................................................................................... 62
4.1.1. Kết quả thực tế của mơ hình: ........................................................... 62
4.1.2. Kết quả nghiên cứu đạt được: .......................................................... 69
4.2. Hạn chế: ................................................................................................... 69
4.3. Hướng phát triển đề tài: ............................................................................ 69
TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................... 71
PHỤ LỤC.............................................................................................................. 72
Code nhận dạng xử lý ảnh và điều khiển động cơ ............................................ 72

iii


DANH SÁCH THUẬT NGỮ
PWM

Pulse Width Modulation (Điều chế độ rộng xung).

RGB

Red Green Blue (Ba màu gốc trong mơ hình màu).

DC


Direct Current (Dòng điện một chiều).

AC

Alternating Current (Dòng điện xoay chiều).

GUI

Graphical User Interface (Giao diện người dùng đồ họa).

iv


DANH SÁCH HÌNH ẢNH
Hình 1.1: Hệ thống tự phân loại hàng hóa của Lazada ............................................ 5
Hình 1.2: Hệ thống tự động hóa dùng để sắp xếp, phân loại các thanh cái
(busbars) ................................................................................................................. 5
Hình 1.3: Dây chuyền phân loại sữa của Vinamilk .................................................. 6
Hình 1.4: Dây chuyền phân loại quýt theo kích cỡ ................................................... 6
Hình 1.5: Dây chuyền sản xuất, phân loại và kiểm tra lỗi gạch ống......................... 7
Hình 1.6: Mơ hình thực tế của hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao............ 7
Hình 1.7: Mơ hình thực tế của hệ thống phân loại sản phẩm theo hình dáng ........... 8
Hình 1.8: Mơ hình thực tế của hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc (sử dụng
cảm biến màu) ......................................................................................................... 9
Hình 2.1: Mơ hình phân loại sản phẩm theo màu sắc ............................................ 11
Hình 2.2: Sơ đồ lực cản chuyển động .................................................................... 14
Hình 2.3: Động cơ điện DS400 .............................................................................. 16
Hình 2.4: Truyền động đai..................................................................................... 17
Hình 2.5: Cơ cấu truyền động đai thực tế trong mơ hình ....................................... 17

Hình 2.6: Sơ đồ truyền động đai ............................................................................ 17
Hình 2.7: Hai pulley GT2 (20 răng và 60 răng) bước răng 2mm ........................... 18
Hình 2.8: Dây đai .................................................................................................. 18
Hình 2.9: Nhơm định hình 20 x 20 ......................................................................... 19
Hình 2.10: Dây băng tải ........................................................................................ 19
Hình 2.11: Ốc vít ................................................................................................... 19
Hình 2.12: Pin 9V.................................................................................................. 20
Hình 2.13: Máy bơm nén khí cao áp mini 12V R5548 ............................................ 20
Hình 2.14: Cấu tạo của xi lanh khí nén ................................................................. 21
Hình 2.15: Van khí nén 5/2 .................................................................................... 23
Hình 2.16: Kí hiệu của van đảo chiều .................................................................... 23
Hình 2.17: Van tiết lưu .......................................................................................... 23
Hình 2.18: Mơ hình thiết kế băng tải ..................................................................... 24
Hình 2.19: Cách bố trí trong mơ hình băng tải 3D ................................................ 24

v


Hình 2.20: Mơ hình thiết kế phân loại sản phẩm theo màu sắc 3D ........................ 25
Hình 2.21: Mơ hình thiết kế cấp liệu...................................................................... 25
Hình 2.22: Bản vẽ thiết kế mơ hình phân loại sản phẩm theo màu sắc ................... 26
Hình 2.23: Mơ hình cấp liệu .................................................................................. 26
Hình 2.24: Mơ hình băng tải (nhìn từ trên xuống) ................................................. 27
Hình 2.25: Mơ hình băng tải (nhìn theo chiều ngang) ........................................... 27
Hình 2.26: Sơ đồ hệ thống điều khiển .................................................................... 28
Hình 2.27: Arduino Uno ........................................................................................ 29
Hình 2.28. Động cơ Servo MG90S......................................................................... 31
Hình 2.29: Cách kết nối dây Servo ........................................................................ 31
Hình 2.30: Mạch cầu H – L289N ........................................................................... 32
Hình 2.31: Các chân của mạch cầu H –L289N ...................................................... 33

Hình 2.32: Relay 5V .............................................................................................. 34
Hình 2.33: Webcam HD C270 Logitech................................................................. 34
Hình 2.34: Ảnh chụp từ Webcam HD C270 Logitech ............................................. 35
Hình 2.35: Mơ hình tổng quan của hệ thống phân loại bằng màu sắc.................... 35
Hình 2.36: Cách bố trí trong mơ hình phân loại sản phẩm theo màu sắc ............... 36
Hình 3.1: Ứng dụng xử lý ảnh trong nhận diện biển số xe ..................................... 38
Hình 3.2: Ứng dụng xử lý ảnh ở Robot .................................................................. 38
Hình 3.3: Ứng dụng xử lý ảnh trong y tế................................................................ 39
Hình 3.4: Sơ đồ xử lý ảnh cơ bản .......................................................................... 39
Hình 3.5: Các bước cơ bản trong xử lý ảnh ........................................................... 39
Hình 3.6: Hệ tọa độ RGB ...................................................................................... 43
Hình 3.7: Ảnh được chụp từ camera ...................................................................... 47
Hình 3.8. Ảnh sau khi trừ các hằng số màu sắc ..................................................... 48
Hình 3.9: Ảnh đã được cường độ và khử nhiễu ...................................................... 48
Hình 3.10: Ảnh sau khi xử lý ................................................................................. 49
Hình 3.11: Phần mềm Matlab ................................................................................ 49
Hình 3.12: Giao diện của phần mềm Matlab khi bắt đầu chạy ứng dụng ............... 50
Hình 3.13: Sơ đồ mô tả cách thức hoạt động của GUI khi thao tác trên giao diện . 52

vi


Hình 3.14: Cửa sổ GUIDE Quick Start khi mở GUI .............................................. 53
Hình 3.15: Cửa sổ GUIDE Quick Start.................................................................. 54
Hình 3.16: Giao diện tùy chỉnh của GUI ............................................................... 54
Hình 3.17: Hộp thoại Inspector ............................................................................. 56
Hình 3.18: Cách tạo file.m .................................................................................... 57
Hình 3.19: Thiết kế giao diện người dùng cho mơ hình.......................................... 57
Hình 3.20: Thay đổi giá trị trong ơ String của Select Function .............................. 58
Hình 3.21. Các thao tác thay đổi màu sắc ............................................................. 59

Hình 3.22: Giao diện người dùng được thiết kế hồn chỉnh ................................... 59
Hình 4.1: Kết quả chạy thực nghiệm phân loại sản phẩm màu đỏ.......................... 62
Hình 4.2: Kết quả chạy thực nghiệm phân loại sản phẩm màu xanh dương ........... 63
Hình 4.3: Kết quả chạy thực nghiệm phân loại sản phẩm màu xanh lá .................. 63
Hình 4.4: Kết quả chạy thực nghiệm phân loại màu xanh lá và xanh dương .......... 64
Hình 4.4: Kết quả chạy thực nghiệm phân loại màu đỏ với màu xanh dương......... 64
Hình 4.5: Kết quả thực nghiệm nhận dạng ba màu (đỏ, xanh dương, xanh lá) ....... 65
Hình 4.6: Kết quả thực nghiệm nhận dạng được đa dạng hình dáng...................... 65
Hình 4.7: Kết quả thực nghiệm nhận dạng đúng chính xác sản phẩm cần phân
loại ........................................................................................................................ 66
Hình 4.8: Kết quả thực nghiệm phân loại cà chua (màu đỏ) .................................. 67
Hình 4.9: Kết quả thực nghiệm phân loại cà chua (màu xanh) .............................. 67
Hình 4.10: Kết quả thực nghiệm phân loại chanh xanh ......................................... 68
Hình 4.11: Kết quả thực nghiệm phân loại chanh vàng ......................................... 68

vii


MỞ ĐẦU
Ngày nay, với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học cơng nghệ, cuộc sống của
con người đã có những thay đổi ngày càng tốt hơn, mặt khác nhu cầu nâng cao chất
lượng sản phẩm sẽ làm tăng mức độ phức tạp của q trình gia cơng. Với xu thế phát
triển đó, một vấn đề đặt ra là nhu cầu của con người thay đổi quá nhanh, nhu cầu sản
xuất sản phẩm thay đổi liên tục. Mỗi lần thay đổi việc sản xuất ra sản phẩm mới là
mỗi lần phải thay đổi lại tồn bộ các máy móc thiết bị, dẫn đến các hệ thống sản xuất
dễ bị lỗi thời. Yêu cầu bức thiết đặt ra là làm sao để một dây chuyền có thể sản xuất
linh hoạt với nhiều chủng loại sản phẩm khác nhau mà không cần phải thay thế, làm
lại các thiết bị máy móc. Vì vậy, kỹ thuật điều khiển cần có một cơ sở nền tảng khoa
học vững chắc, đảm bảo cho việc điều khiển một cách nhanh chóng, chính xác đạt
hiệu suất cao với các dây chuyền sản xuất phức tạp.

Điều này dẫn tới việc hình thành các hệ thống sản xuất linh hoạt, cho phép tự
động hóa ở mức độ cao đối với sản xuất hàng loạt nhỏ và vừa trên cơ sở sử dụng các
máy CNC, robot cơng nghiệp. Trong đó có một khâu quan trọng ảnh hưởng đến chất
lượng sản phẩm là hệ thống phân loại sản phẩm. Và cụ thể hơn là phân loại sản phẩm
theo màu sắc. Tuy nhiên hầu hết các dây chuyền phân loại sản phẩm theo màu sắc
hiện nay đều áp dụng cảm biến màu để phân loại. Giá thành cảm biến màu trong công
nghiệp khá lớn, tốc độ xử lý chậm và không thể nhận diện được nhiều màu sắc đa
dạng trên các bao bì sản phẩm. Điều này dẫn đến sự địi hỏi một phương pháp phân
loại sản phẩm màu khác thay thế cho cảm biến màu trong công nghiệp vừa đáp ứng
đầy đủ các nhược điểm của phương thức xử lý cũ. Đó là nhận dạng và xử lý ảnh qua
camera.
Nhận thức được tầm quan trọng đó và vận dụng những kiến thức đã học em
đã chọn để thực hiện đề tài “NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG XỬ LÝ ẢNH PHÂN LOẠI
SẢN PHẨM THEO MÀU SẮC”.

1


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. Lý do và mục đích chọn đề tài:
1.1.1. Lý do chọn đề tài:
Xét điều kiện cụ thể ở nước ta cơng cuộc cơng nghiệp hóa hiện đại hóa sử dụng
ngày càng nhiều thiết bị hiện đại để điều khiển tự động các quá trình sản xuất, gia
cơng, chế biến sản phẩm dẫn tới việc hình thành các hệ thống sản xuất linh hoạt. Mặt
khác, xuất phát từ những đợt đi thực tế tại các nhà máy, các khu công nghiệp và tham
quan các doanh nghiệp sản xuất đã thấy khâu tự động hóa trong q trình sản xuất một trong những khâu tự động trong dây chuyền sản xuất tự động hóa là phân loại
sản phẩm. Đặc biệt là phân loại sản phẩm theo màu sắc.
Tuy nhiên đối với những doanh nghiệp vừa và nhỏ thì việc tự động hóa hồn
tồn chưa được áp dụng trong khâu phân loại mà cịn sử dụng nhân cơng, chính vì
vậy nhiều khi cho năng suất thấp chưa đạt hiệu quả. Từ những nhu cầu sản xuất thực

tế và quá trình học tập, nghiên cứu tại trường Đại học Kỹ thuật – Cơng nghệ Cần Thơ
và sự góp ý và hướng dẫn của thầy Đường Khánh Sơn. Em đã chọn đề tài “NGHIÊN
CỨU ỨNG DỤNG XỬ LÝ ẢNH PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO MÀU SẮC”.
1.1.2. Đối tượng nghiên cứu:
Đối tượng nghiên cứu là hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc trong dây
chuyền sản xuất tự động trong các nhà máy xí nghiệp của nước ta hiện nay, các nhà
máy nhỏ, hộ gia đình hay các dây chuyền sau thu hoạch, gia cơng sản xuất…
1.1.3. Mục đích nghiên cứu:
- Tự động hóa q trình sản xuất trên dây chuyền. Cụ thể là thiết kế hệ thống
dây chuyền và phân loại sản phẩm theo 3 màu bằng thiết bị phân loại camera. Đồng
thời mơ hình cũng giải quyết được vấn đề tăng khả năng kiểm soát lỗi trên dây
chuyền, phân tích màu và phân loại trong các nhà máy sản xuất sơn, gạch men, các
công ty dược phẩm, các công ty chế biến nơng sản sau thu hoạch, đóng gói sản
phẩm...Vận dụng xử lý ảnh vào quá trình sản xuất tự động nhằm tạo ra năng suất,
chất lượng cũng như giảm thiểu tối đa sức người trong sản xuất công nghiệp.
- Củng cố lại kiến thức lý thuyết đã được học tập nghiên cứu tại trường.

2


- Đây là luận văn tốt nghiệp để em hoàn thành chương trình học tập, nghiên cứu
tại trường. Khẳng định năng lực của mình để sau khi ra trường trở thành một kỹ sư
có đóng góp nhiều cho nền cơng nghiệp nước nhà và xã hội.
1.1.4. Nhiệm vụ nghiên cứu:
Với giới hạn của đề tài: “NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG XỬ LÝ ẢNH PHÂN
LOẠI SẢN PHẨM THEO MÀU SẮC”. Em đi sâu vào nghiên cứu những vấn đề
chính sau đây:
- Tìm hiểu và thiết kế mơ hình hồn chỉnh phân loại sản phẩm theo màu sắc
dùng camera.
- Tìm hiểu các linh kiện (Arduino Uno, Servo MG90S, Servo GS90, mạch cầu

H – L289N, mạch giảm áp DC LM2596 3A,...), vật liệu chế tạo băng tải (vật liệu cơ
khí chế tạo khung hệ thống sản phẩm, vật liệu làm băng tải, trục quay…), các cơ cấu,
động cơ, camera…sử dụng trong mơ hình.
- Tìm hiểu về xử lý ảnh dùng Matlab, cách xử lý nhiễu màu, điều khiển động cơ
bằng mạch cầu H, lập trình C cho Arduino, giao tiếp giữa máy tính và Arduino. Tạo
ra giao diện người dùng trên Matlab để quan sát hệ thống trong quá trình vận hành
cho hệ thống.
1.1.5. Phương pháp nghiên cứu:
Thu thập, tìm hiểu thơng tin các đề tài, mơ hình thực tế đã có liên quan tới hệ
thống và phân tích, đánh giá nhằm lấy cơ sở đó tạo tiền đề để thiết kế mơ hình phân
loại sản phẩm theo màu sắc và lập trình cho hệ thống.
1.1.6. Ý nghĩa và thực tiễn của đề tài:
Hiện nay trong nhiều nhà máy và doanh nghiệp sản xuất vẫn còn áp dụng các
hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc lạc hậu, chưa theo kịp với xu thế phát triển
và đáp ứng được nhu cầu sản xuất trong nước và trên thị trường quốc tế. Chính vì thế
em xin thực hiện đề tài: “NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG XỬ LÝ ẢNH PHÂN LOẠI
SẢN PHẨM THEO MÀU SẮC” với mong muốn đưa ra giải pháp nhằm cải thiện
quá trình sản xuất sao cho giảm được chi phí nhân cơng, tăng năng suất mà vẫn đảm
bảo được chất lượng sản phẩm, giảm giá thành sản phẩm để có thể cạnh tranh trên thị
trường.

3


1.2. Tổng quan về đề tài nghiên cứu:
1.2.1. Giới thiệu sơ lược về hệ thống phân loại sản phẩm:
Việc ứng dụng tự động hóa là xu thế chung trong cơng nghiệp hiện nay, hịa
chung vào q trình tự động hóa trong sản xuất, khâu phân loại sản phẩm trong các
dây chuyền cơng nghiệp là một điển hình. Trước kia, việc phân loại chủ yếu là dựa
vào sức người, công việc này địi hỏi sự tập trung cao và có tính lặp lại nên các cơng

nhân khó đảm bảo được sự chính xác trong cơng việc. Chưa kể đến có những phân
loại dựa trên các chi tiết kỹ thuật rất nhỏ mà mắt thường khó có thể nhận ra. Điều đó
sẽ ảnh hưởng trực tiếp tới chất lượng sản phẩm và uy tín của nhà sản xuất.
Phân loại sản phẩm là một bài toán đã và đang được ứng dụng rất nhiều trong
cuộc sống ngày nay. Ứng dụng mơ hình phân loại sản phẩm theo màu sắc hoàn toàn
tự động sẽ giảm chi phí lao động, nâng cao năng suất và hiệu quả rất nhiều so với
phân loại bằng thủ công. Vì vậy, hệ thống tự động nhận dạng và phân loại sản phẩm
ra đời là một sự phát hiển tất yếu nhầm đáp ứng nhu cầu cấp bách này.
Nhằm mục tiêu tăng năng suất lao động, giảm sức người, độ chính xác cao, giá
thành hạ, nâng cao chất lượng trong sản xuất; các sản phẩm cơng nghệ địi hỏi ngày
càng hồn thiện và tối ưu. Trong đó, hệ thống phân loại sản phẩm là một phương tiện
vận chuyển nguyên vật liệu, sản phẩm cực kỳ quan trọng trong hầu hết các nhà máy
sản xuất. Ra đời từ rất lâu và có vai trị quan trọng nhờ những ưu điểm như: cấu tạo
đơn giản, bền vững, có khả năng phân loại nguyên vật liệu đa dạng(theo màu sắc,
theo khối lượng, theo mã vạch, theo hình dạng,...) mang lại năng suất cao mà khơng
cần q nhiều sức người. Chính nhờ những ưu điểm đó mà hệ thống phân loại sản
phẩm được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực sản xuất như công nghiệp chế biến
nông sản thực phẩm, vận chuyển và phân loại hàng hóa, cơng nghiệp sản xuất ngun
vật liệu, ứng dụng trong các bến cảng,...
1.2.1.1. Một số ứng dụng của hệ thống phân loại sản phẩm:
- Hệ thống phân loại hàng hóa của Lazada giúp giảm thiểu tối đa sức người
và tăng hiệu quả cũng như năng suất hoạt động của toàn bộ hệ thống.

4


Hình 1.1: Hệ thống tự phân loại hàng hóa của Lazada
- Phân loại các chi tiết bằng hệ thống tự động hóa giúp q trình sản xuất
diễn ra nhanh chóng, chính xác và tiết kiệm chi phí đầu tư về lâu dài so với các
phương pháp truyền thống.


Hình 1.2: Hệ thống tự động hóa dùng để sắp xếp, phân loại các thanh cái (busbars)
- Dây chuyền phân loại sản phẩm theo số lượng tại nhà máy sản xuất sữa
Vinamilk kiểm soát số lượng thành phẩm một cách tối ưu và hiệu quả.

5


Hình 1.3: Dây chuyền phân loại sữa của Vinamilk
- Hệ thống phân biệt màu sắc trong chế biến nông sản (các dây chuyền phân
loại gạo, cà chua, tiêu, tôm...) người ta phân loại thành các sản phẩm loại một, loại
hai dựa vào màu sắc của chúng.

Hình 1.4: Dây chuyền phân loại quýt theo kích cỡ
- Trong các dây chuyền sản xuất gạch, đá granite người ta dùng phân loại
sản phẩm để phân loại gạch chính và phế phẩm, kiểm tra lỗi.

6


Hình 1.5: Dây chuyền sản xuất, phân loại và kiểm tra lỗi gạch ống
1.2.1.2. Các đề tài phân loại sản phẩm đã thực hiện:
 Phân loại sản phẩm theo chiều cao: (Đề tài của sinh viên Lê Thị Thu
Ngân, Tự Động Hóa khóa 2 – Trường Đại học Kỹ thuật Công nghệ Cần Thơ)
Trên băng tải này sẽ thiết kế những cảm biến nhận biết sản phẩm có chiều
cao khác nhau. Khi sản phẩm đi qua, cảm biến nhận biết và gửi tín hiệu về bộ PLC
xử lý sau đó PLC đưa ra tín hiệu về tác động điều khiển piston đẩy sản phẩm cao và
thấp vào khay chứa tương ứng.

Hình 1.6: Mơ hình thực tế của hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao


7


Đánh giá đề tài: Thời gian tác động của cảm biến cịn chậm, nên tốc độ băng
tải nhanh thì cảm biến không phát hiện được sản phẩm. Chưa linh động trong việc
điều chỉnh tốc độ băng tải tự động. Nếu tăng tốc độ của băng tải lên thì hệ thống đếm
sản phẩm đáp ứng chưa kịp do cảm biến có độ trễ.
 Phân loại sản phẩm theo hình dáng: (Mơ hình của Cơng ty TNHH Ứng
dụng phát triển cơng nghệ ECAPRO)
Trên băng tải sẽ thiết kế camera thị giác nhận dạng sản phẩm. Khi sản phẩm
đi qua, cảm biến thị giác nhận biết và gửi tín hiệu về bộ xử lý sau đó đưa ra tín hiệu
điều khiển động cơ bước gạt từng sản phẩm có hình dạng khác nhau vào nơi chứa
riêng biệt.

Hình 1.7: Mơ hình thực tế của hệ thống phân loại sản phẩm theo hình dáng
Đánh giá đề tài: Thiết kế phần cứng của mơ hình khá hoàn chỉnh. Tuy nhiên
sử dụng cảm biến thị giác để nhận dạng sản phẩm làm cho quá trình nhận dạng sản
phẩm còn chậm, tác động chưa nhanh và liên tục.
 Phân loại sản phẩm theo màu sắc: (Đề tài của sinh viên Lưu Hiếu Nghĩa
– Trường Đại học Tôn Đức Thắng)
Bên cạnh việc phân loại sản phẩm dựa vào kích thước, hình dáng bao bì. Các
sản phẩm hiện nay cịn đa dạng về số lượng màu sắc là thật sự cần thiết. Trên băng
tải sẽ thiết kế những cảm biến nhận biết sản phẩm có màu sắc khác nhau. Khi sản
phẩm đi qua, cảm biến nhận biết và gửi tín hiệu về bộ PLC xử lý sau đó PLC đưa ra

8


tín hiệu về van đảo chiều tác động điều khiển piston đẩy từng sản phẩm có màu sắc

khác nhau vào nơi chứa riêng biệt.

Hình 1.8: Mơ hình thực tế của hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc (sử dụng
cảm biến màu)
Đánh giá đề tài: Băng tải đáp ứng chậm, phải dừng lại để cảm biến có thể
nhận diện được màu sắc của vật. Bị nhiễu màu trong quá trình chạy mơ hình, khơng
phân loại đúng màu sắc của sản phẩm.
Ngồi ra, chúng ta cịn thấy có hệ thống phân loại sản phẩm khác theo đặc
tính của sản phẩm. Ví dụ như phân loại sản phẩm theo trọng lượng, kích thước... Hầu
hết cấu tạo và nguyên lý hoạt động của chúng khá tương tự nhau, chỉ khác nhau ở bộ
phận đẩy sản phẩm phân loại (có thể là xylanh piston hoặc động cơ bước) và bộ phận
nhận dạng sản phẩm (có thể là các loại cảm biến như màu sắc, cảm biến quang thu
phát, cảm biến phát hiện kim loại, hay camera phát hiện hình dạng vật thể).
1.2.2. Phân tích lựa chọn phương án thiết kế:
 Phương án 1: Sử dụng băng tải để vận chuyển sản phẩm. Để phân loại được
sản phẩm theo màu sắc trên băng tải, ta có thể sử dụng cảm biến màu. Khi sản phẩm
cần phân loại đi qua sẽ được cảm biến phát hiện màu. Sử dụng hai servo để phân loại
các sản phẩm vào thùng chứa sản phẩm.
- Ưu điểm: Ít bị nhiễu do ánh sáng, môi trường, nhiệt độ.
- Nhược điểm: Thời gian tác động của cảm biến còn chậm.

9


 Phương án 2: Sử dụng băng tải để vận chuyển sản phẩm. Để phân loại được
sản phẩm theo màu sắc trên băng tải, ta có thể sử dụng camera để nhận diện màu sắc
của sản phẩm. Khi sản phẩm cần phân loại đi qua sẽ được camera sẽ phát hiện màu
cần nhận dạng. Sử dụng hai servo để phân loại các sản phẩm vào thùng chứa sản
phẩm.
- Ưu điểm: Ứng dụng webcam, camera để phân loại sản phẩm là phương pháp

có giá thành rẻ, phân loại màu đa dạng, có khả năng quan sát rộng trên một đơn vị
diện tích vật thể. Hệ thống có thể thực hiện, vận hành và sửa chữa dễ dàng.
- Nhược điểm: Dễ bị nhiễu do ánh sáng, môi trường, nhiệt độ.
 Nhận xét: Dựa trên các phân tích trên em lựa chọn sử dụng phương án 2 để
thiết kế mơ hình.
1.2.3. Hướng nghiên cứu cho đề tài luận văn:
Hướng nghiên cứu cho đề tài luận văn của em là tìm hiểu các tài liệu, các dạng
mơ hình của hệ thống phân loại sản phẩm đang có trên thị trường, những nhu cầu và
hướng phát triển của hệ thống phân loại sản phẩm trong tương lai nhằm phục vụ cho
nền công nghiệp nước nhà. Từ đó, khắc phục các nhược điểm của các mơ hình phân
loại màu sắc trước. Như tăng khả năng nhận diện đa dạng các màu sắc trên sản phẩm,
giảm nhiễu trên hệ thống để có thể phân loại sản phẩm một các chính xác hơn bằng
việc sử dụng camera để xử lý ảnh.
Đề tài nghiên cứu xử lý ảnh và phân loại sản phẩm theo màu sắc là một đề tài
đòi hỏi kiến thức tổng hợp của rất nhiều lĩnh vực như là thiết kế cơ khí, xử lý ảnh,
truyền nhận tín hiệu, xử lý nhiễu, giao tiếp máy tính với camera, Matlab,
Arduino…Trong khi đây là một loại đề tài mới vì vậy em sẽ cố gắng hồn thành đề
tài nghiên cứu này nhằm giới thiệu tổng quan cũng như phân tích q trình xử lý ảnh
trên cơ sở lý thuyết và thiết kế mơ hình phân loại sản phẩm.

10


CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ MƠ HÌNH
2.1. Mơ hình tổng quan hệ thống phân loại sản phẩm:
Bố trí camera ở độ cao phù hợp để quan sát rõ sản phẩm cần phân loại. Khi vật
xuất hiện trên băng tải, camera truyền tín hiệu về Matlab sau khi nhận dạng các thơng
số màu của sản phẩm, máy tính sẽ tính tốn và đưa ra kết luận màu. Sau đó, bắt đầu
thực hiện phân loại sản phẩm theo màu sắc bằng cách xuất các chân tín hiệu từ
Arduino thơng qua Matlab điều khiển tốc độ động cơ làm quay băng tải, điều khiển

van điện từ cấp tín hiệu cho piston tiến hành cấp liệu cho quá trình phân loại, đồng
thời cũng điều khiển hai servo gạt sản phẩm màu đỏ và xanh dương vào hai thùng
tương ứng. Băng tải tiếp tục di chuyển đưa sản phẩm màu xanh lá rơi vào thùng còn
lại. Song song đó, camera lấy tín hiệu xuất hiện của vật trên khung hình bắt đầu đếm
số lượng sản phẩm đã phân loại.

Hình 2.1: Mơ hình phân loại sản phẩm theo màu sắc
2.2. Thiết kế cơ khí mơ hình phân loại sản phẩm theo màu sắc:
2.2.1. Tính tốn lý thuyết và thiết kế băng tải:
(Tất cả các công thức được tham khảo từ tài liệu tham khảo [4])
Các thông số ban đầu để tính tốn băng tải là năng suất, sơ đồ tuyến vận
chuyển, chiều dài vận chuyển, chiều cao nâng hàng, điều kiện sử dụng, phương pháp
vào đai và đỡ đai, đặc tính của vật liệu vận chuyển như khối lượng riêng, góc dốc tự
nhiên, kích thước phần tử vật liệu…

11


+ Chiều dài vòng băng: Dây băng thường được chế tạo với kích thước chiều
dài nào đó. Để tạo thành vịng băng kính cho băng tải, người ta thường cắt dây băng
nối lại với nhau. Vì vậy chiều dài dây băng được xác định sao cho khi tạo vịng băng
kín, nó đảm bảo chiều dài vận chuyển và chiều cao nâng của băng. Nói chung, chiều
dài vịng băng cần căn cứ vào điều kiện làm việc và yêu cầu sản xuất cụ thể.
Trường hợp băng thẳng chiều dài L(mm), có tang dẫn đường kính Dd (mm) và
tang bị dẫn đường kính Dbd (mm),góc ơm của dây băng trên tang dẫn αd (rad) và tang
bị dẫn αbd (rad) thì chiều dài vịng băng có thể được tính:
𝐿𝑣𝑏 = 2. 𝐿 +

𝐷𝑑
2


⋅ 𝛼𝑑 +

𝐷𝑏𝑑
2

⋅ 𝛼𝑏𝑑 (𝑚𝑚)

(2.1)

Với: αd=αbd=50, đường kính bánh dẫn và bánh bị dẫn Dd=Dbd=30(mm). Ta tìm
được chiều dài vịng băng Lvb=1150(mm).
+ Vận tốc băng tải: Vận tốc băng tải chọn theo loại hàng vận chuyển, năng
suất của băng và điều kiện làm việc của nó. Với năng suất xác định, việc lựa chọn
vận tốc băng hợp lý có ý nghĩa kinh tế rõ rệt. Vận tốc băng tải càng lớn thì diện tích
tiết diện dịng vật liệu phân bố trên một mét dài càng nhỏ giảm được lực căng băng
băng, do đó có thể chọn chiều rộng băng nhỏ hơn, băng sẽ có giá thành rẽ hơn. Nhưng
vận tốc cao quá mà chiều rộng cao quá, mà chiều rộng băng nhỏ thì chuyển động
băng sẽ kém ổn định, vật liệu dễ văng ra ngồi, băng dễ chạy lệch một phía, làm cong
vênh con lăng đỡ, gây rung động mạnh, tăng độ mòn băng ở cửa vào và ra tải, gây
nhiều bụi khi vận chuyển vật liệu khô…
Đối với khi vận chuyển hàng đơn chiếc, hàng nhẹ nên chọn vận tốc nhỏ, để
tránh vật liệu văng ra ngoài đối với đề tài em chọn vận tốc băng tải là: v = 0,1 m/s.
+ Năng xuất của băng tải:
Khối lượng riêng của nước: γ = 997 kg/m3.
Ta được : 𝑞𝑣 =

𝑚𝑖
𝑡


(𝑘𝑔/ 𝑚 )

(2.2)

t : khoảng cách của 2 phần vật liệu; t = 0,1m.
mi: khối lượng vật liệu; mi = 0.2kg.
Ta có : qv = 2 kg/m

12


Năng suất khối lượng tính trong một giờ sẽ là:
Qm = 3,6.qv.v =0,72 (T/h)

(2.3)

Tiết diện F của vật liệu đối với băng tải thẳng khơng có thành :
F=

𝑄𝑚
3600⋅𝑣⋅𝛾

=

720
3600.0,1.997

= 20 𝑐𝑚2

(2.4)


+ Bán kính cong của băng tải: Bán kính cong đoạn chuyển hướng của băng tải
có thể lấy theo thực nghiệm R≥12.B = 1.08(m) với B là chiều rộng băng tải
+ Xác định lực kéo:
Trọng lượng vật liệu trên mét dài của băng tải :
𝑞𝑣𝑙 =

𝐺 0.2 2𝑘𝑔
=
=
𝑎 0.1
𝑚

(2.5)

G: là khối lượng chi tiết, G=0,2kg.
a : là kích thước giữa 2 vật thể liên tục, a=10cm.
Lựa chọn sơ bộ lớp băng tải theo bảng 3.4 [4, tr.43]: i=2 và chiều dày của lớp
cao su theo bảng 3.5 [4, tr.44] được lấy như sau: phía bề mặt làm việc và khơng làm
việc sẽ là: γ1 = γ2 = 1mm.
Khi đó trọng lượng 1m băng là:
qb = 1,1.B(1,25i + γ1 + γ2)

(2.6)

=1,1.0,09.(1,25.2 + 1 + 1) = 0,45kg/m
Trọng lượng con lăn trên 1m dài ở nhánh có tải xác định theo cơng thức:
𝑐
𝑞𝑐𝑙
=


𝐺
0.2
=
= 2𝑘𝑔⁄𝑚
𝑙𝑐𝑡 0,1

(2.7)

𝑐
𝑞𝑐𝑙
=

𝐺
0.2
=
= 0,8𝑘𝑔⁄𝑚
𝑙𝑘𝑡 0,25

(2.8)

Với ; G : trọng lượng
lct : chiều dài giữa 2 con lăn có tải 10cm
lkt : chiều dài giữa 2 con lăn không tải 25cm.
+ Xác định lực cản chuyển động:
Ta chia chu tuyến băng thành bốn đoạn riêng biệt tính từ điểm 1 tới điểm 4,
mỗi đoạn có các lực cản khác nhau. Lực căng S1 → S4.

13



3

4

2

1
Hình 2.2: Sơ đồ lực cản chuyển động

Tại điểm 1: S1 = Sra
Trên đoạn 1-2 nhánh không tải, lực cản chuyển động được tính theo cơng thức
(2.33);
𝑤1−2 = (𝑞𝑏 + 𝑞𝑐0𝑙 ). 𝐿12 . 𝑤

(2.9)

= (0,45+ 0,8).0,5.0,018= 0,01kg
Với w = 0,018
Lực căng tại điểm 2:
S2 = S1 – W1-2 = S1 + 0,01 kg

(2.10)

W2-3 = 0,07.S2 = 0,07.S1 + 0,007 kg

(2.11)

Lực cản ở đoạn 2 – 3:
Lực kéo tại điểm 3.

S3 = S2 + W2-3 = 1,07 + 0,017 kg

(2.12)

Lực cản trên đoạn 3-4:
W3-4 = [0,5.(qb + qvl) + qcl].L3-4.W + 0,5.(qb + qvl).L3-4.f

(2.13)

= [0,5.(0,45 + 2) + 2].0,5.0,018 + 0,5.(0,45 + 2).0,5.0,4
= 0,01 +0,025 = 0,026 (kg)
Lực cản trên đoạn 4-4:
𝑐
W4-4 = 0,5( qb + 𝑞𝑐𝑙
).L4-4.W + 0,5.qb.L4-4.f

(2.14)

= 0,5.( 0,45 + 2).0,05.0,018 + 0,05.0,45.0,05.0,4
= 0,001 + 0,004 = 0,005 (kg)
Tổng lực căng tại điểm 4:
S4 = S3 + W3-4 = 1,07.S1 + 0,277 (kg)

(2.15)

14


Xác định S1 = Sra
Svào = S4 = Sra .ⅇ 𝑓𝛼 = S1. ⅇ 𝑓𝛼


(2.16)

Dựa vào bảng 2.1 [4, tr.28] khi α = 1800 => f = 0,3 => ⅇ 𝑓𝛼 =2,56
=> 1,07.S1 + 0,277 = S1.2,56
Ta được :
- S1 = 0,2 (kg).
- S2 = S1 + 0,01 = 0,21 (kg).
- S3 = 1,07. S1 + 0,017 = 0,231 (kg).
- S4 = Smax = 0,2.2,56 = 0,512 (kg).
Lực cản : Wdd = 0,03.( Svào + Sra) = 0,03.( 0,2 + 0,512) = 0,02 (kg).

(2.17)

Lực kéo tính theo cơng thức:
WT = S4 - S1 + Wdd = 0,512 – 0,2 + 0,02 = 0,332 (kg).

(2.18)

+ Chọn động cơ và tỉ số truyền:
Số vịng quay của tang tính theo cơng thức:
𝑛=

60 ⋅ 𝑣
60.0,1
𝑣ò𝑛𝑔
=
= 65 (
)
𝑘 ⋅ 𝜋 ⋅ 𝐷 0,98.3,14.0,03

𝑝ℎú𝑡

(2.19)

Chọn động cơ DS400 có số vịng quay là 65 vịng/phút.
Cơng suất cần thiết của động cơ:
𝑁=

𝑤𝑡 . 𝑣
0,032.0,1
=
= 0,003 (𝑘𝑤 )
120𝜂𝑔𝑡 . 𝜂𝑘𝑘 102.0,95

(2.20)

2.2.2. Thiết kế cơ khí băng tải:
2.2.2.1. Chọn động cơ: Động cơ điện được sử dụng là loại động cơ DC
DS400. Động cơ điện DS400 là máy điện chuyển đổi năng lượng điện một chiều sang
năng lượng cơ. Cấu tạo: gồm có 3 phần chính stator (phần cảm), rotor (phần ứng),
phần chỉnh lưu.
- Stator của động cơ điện 1 chiều thường là 1 hay nhiều cặp nam châm vĩnh
cửu, hay nam châm điện.
- Rotor có các cuộn dây quấn và được nối với nguồn điện một chiều.

15


- Bộ phận chỉnh lưu có nhiệm vụ là đổi chiều dòng điện trong khi chuyển
động quay của rotor là liên tục.

Động cơ DC có đặc tính là tốc độ động cơ phụ thuộc vào điện áp hoạt động,
khi hoạt động với điện áp định mức thì tốc độ động cơ đạt định mức, khi giảm điện
áp cấp cho động cơ thì tốc độ động cơ giảm theo. Dựa vào đặc tính tốc độ động cơ
DC, có thể thể điều tốc độ động cơ DC bằng cách thay đổi điện áp cấp cho động cơ
(sử dụng phương pháp điều chế độ rộng xung PWM).

Hình 2.3: Động cơ điện DS400
Thơng số kỹ thuật:
- Điện áp hoạt động: 12-24V
- Tốc độ: 40- 90 vịng/ phút
- Cơng suất: 10W
- Tải trọng: 30kg
- Trọng lượng: 580g
2.2.2.2. Chọn bộ truyền: Truyền động đai thực hiện nhờ các ma sát sinh ra
trên bề mặt tiếp xúc giữa các dây đai với bánh đai.

16


Hình 2.4: Truyền động đai
+ Truyền động đai bao gồm: bánh răng bị động (1), bánh răng chủ động (2)
và dây đai (3).

Hình 2.5: Cơ cấu truyền động đai thực tế trong mơ hình
+ Cơ cấu chuyển động đai: Truyền động giữa hai trục song song và quay
cùng chiều.

Hình 2.6: Sơ đồ truyền động đai
+ Ưu điểm của bộ truyền động: Làm việc êm, không ồn, kết cấu đơn giản, bảo
quản dễ, giá thành hạ. Giữ được an toàn cho các chi tiết máy và động cơ khi bị quá

tải nhờ hiện tượng trượt trơn.

17


+ Nhược điểm của truyền động đai: Tỷ số truyền khơng ổn định, hiệu suất
thấp vì có trợt đàn hồi. Tuổi thọ đai thấp.
+ Phạm vi sử dụng: Do thích hợp với vận tốc cao nên thường lắp ở đầu của
động cơ
+ Hai Pulley nhỏ và lớn

Hình 2.7: Hai pulley GT2 (20 răng và 60 răng) bước răng 2mm
+ Dây đai (dây curoa):

Hình 2.8: Dây đai
2.2.2.3. Vật liệu chế tạo băng tải:
 Khung băng tải: Sử dụng khung băng tải nhơm định hình 20x20 được ưa
chuộng trong cơng nghiệp sản xuất lắp ráp điện tử chịu tải trọng nhẹ và vừa vào những
năm gần đây vì ưu điểm đẹp, nhẹ, tính linh hoạt cao dễ thay đổi kết cấu theo yêu cầu
sản xuất.

18