Thiết kế hệ thống 3d vision dạng laser triangular cho tay máy công nghiệp (Lê Minh Phát)
22 thg 10, 2023 | 10:40

Thiết kế hệ thống 3d vision dạng laser triangular cho tay máy công nghiệp (Lê Minh Phát)



 TÓM TẮT LUẬN VĂN


Trước sự phát triển mạnh mẽ của nền khoa học kỹ thuật trong vài thập niên gần đây, hệ thống robot công nghiệp được bổ trợ bởi các camera càng ngày càng nhỏ hơn, mạnh mẽ hơn và giá thành thấp hơn cùng các thuật toán ngày càng phức tạp đang dần thay đổi các quá trình và cải thiện tốc độ sản xuất. Luận văn này sẽ đi tìm hiểu, nghiên cứu, thiết kế hệ thống 3d vision dạng laser triangular kết hợp với tay máy 6 bậc tự do ứng dụng trong ngành công nghiêp giầy Nike/Adidas hoạt động trong điều kiện môi trường nhà xưởng. Cụ thể, mục tiêu luận văn bao gồm (i) xây dựng mơ hình hệ thống 3d vision dạng laser triangular thỏa mãn yêu cầu quét bề mặt vật thể đầy đủ nhất, hạn chế các góc chết; (ii) thiết kế giải thuật thu nhận và xử lý ảnh 2D, xử lý dữ liệu tọa độ trong không gian 3D, tái cấu trúc bề mặt vật thể; (iii) thực nghiệm, đánh giá sai số kích thước. Kết quả đề tài nghiên cứu là cơ sở vững chắc để tự động hóa chuyền quét keo dán đế ngành giầy, mang ý nghĩa nhân văn sâu sắc.



NỘI DUNG:





CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ............................................................................... 1
1.1 Đặt vấn đề .................................................................................................... 1
1.2 Một số cơng trình nghiên cứu trong và ngồi nước ....................................... 5
1.2.1 Một số nghiên cứu trên thế giới ................................................................. 5
1.2.2 Một số nghiên cứu trong nước ................................................................... 7
1.3 Mục tiêu, nội dung đề tài .............................................................................. 9
1.4 Phương pháp nghiên cứu .............................................................................. 9
1.5 Đầu bài thiết kế và các thông số ban đầu. ................................................... 12
1.6 Yêu cầu hệ thống ........................................................................................ 13

CHƯƠNG 2. LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN ........................................................ 14
2.1 Lựa chọn phương pháp quét 3D .................................................................. 14
2.1.1 Stereo Vision ........................................................................................... 14
2.1.2 Structure Light......................................................................................... 15
2.1.3 Photogrammetry ...................................................................................... 16
2.1.4 Laser Triangular ...................................................................................... 17
2.2 Lựa chọn cơ cấu cho phương pháp Laser Triangular................................... 19
2.2.1 Vật thể và Laser chuyển động tịnh tiến so với nhau ................................. 19
2.2.2 Vật thể và laser chuyển động xoay so với nhau ........................................ 20
2.2.3 Kết hợp chuyển động xoay và chuyển động tịnh tiến ............................... 20
2.3 Lựa chọn cơ cấu truyền động xoay vật thể .................................................. 20
2.3.1 Truyền động bánh răng ............................................................................ 21
2.3.2 Truyền động đai răng ............................................................................... 21
2.3.3 Truyền động qua khớp nối ....................................................................... 22
2.4 Lựa chọn cơ cấu truyền động tịnh tiến đèn laser ......................................... 23
2.4.1 Truyền động bằng vít me bi ..................................................................... 23


Luận văn thạc sĩ

HV: Lê Minh Phát

2.4.2 Truyền động bằng đai răng ...................................................................... 24
CHƯƠNG 3. THIẾT KẾ HỆ THỐNG .............................................................. 25
3.1 Thiết kế bàn xoay ........................................................................................ 25
3.1.1 Tính tốn lựa chọn động cơ ...................................................................... 27
3.1.2 Tính tốn đường kính trục và ổ lăn ........................................................... 27
3.1.3 Mơ hình thực tế và kiểm nghiệm sai số ..................................................... 29
3.2 Thiết kế cơ cấu gá đặt camera ...................................................................... 31
3.3 Thiết kế cơ cấu gá đặt laser.......................................................................... 32

3.3.1 Chọn kiểu ray trượt................................................................................... 33
3.3.2 Chọn loại ray trượt ................................................................................... 34
3.3.3 Tính tốn ray trượt .................................................................................... 36
3.4 Thiết kế hệ thống điện điều khiển ................................................................ 39
3.5 Toàn bộ hệ thống ......................................................................................... 40
CHƯƠNG 4. GIẢI THUẬT TẠO DỮ LIỆU POINT CLOUD .......................... 42
4.1 Giải thuật Laser Triangular ......................................................................... 42
4.2 Tìm đường Laser trong ảnh ........................................................................ 45
4.2.1 Lọc Gaussian ........................................................................................... 45
4.2.2 Lọc ảnh Threshold ................................................................................... 46
4.3 Camera Calibration..................................................................................... 46
4.3.1. Tìm ma trận thơng số nội ......................................................................... 46
4.3.2. Tìm thành phần xoay của ma trận thông số ngoại .................................... 48
4.3.3. Tìm thành phần tịnh tiến của ma trận thơng số ngoại ............................... 48
4.3.4. Tìm mặt phẳng chứa tia laser ................................................................... 50
4.3.5 Phương pháp xác định các mặt phẳng laser song song .............................. 54
CHƯƠNG 5: GIẢI THUẬT XỬ LÝ DỮ LIỆU POINT CLOUD ...................... 55


Luận văn thạc sĩ

HV: Lê Minh Phát

5.1. Lọc Passthrough ......................................................................................... 55
5.2. Lọc Radius Outlier Removal ...................................................................... 55
5.3. Lọc Statisticcal Outlier Removal ................................................................ 55
5.4. Lọc Voxel Grid .......................................................................................... 56
5.5. Giải thuật Moving Least Squares (Smoothing) ........................................... 56
5.5.1. Ước lượng vectơ pháp tuyến .................................................................... 56
5.5.2. Giải thuật Moving Least Squares ............................................................. 57

5.6. Tái cấu trúc bề mặt vật thể .......................................................................... 58
5.7. Lưu đồ giải thuật ........................................................................................ 59
5.8. Quá trình xử lý dữ liệu Point Cloud ............................................................ 62
CHƯƠNG 6: TRUYỀN DỮ LIỆU TỌA ĐỘ CHO ROBOT ............................. 63
6.1 Hệ tọa độ User Coordinates của robot.......................................................... 63
6.2 Cài đặt dữ liệu đầu Tool .............................................................................. 64
6.3 Lập trình điều khiển robot ........................................................................... 65
CHƯƠNG 7. KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM, ĐÁNH GIÁ .................................. 67
7.1 Quá trình thực nghiệm ................................................................................. 67
7.2 Kết quả thực nghiệm ................................................................................... 69
7.3 Đánh giá sai số quá trình quét ...................................................................... 72
7.4 Kết luận đề tài ............................................................................................. 76
7.4.1 Kết quả đạt được ...................................................................................... 76
7.4.2 Mặt hạn chế .............................................................................................. 76
TÀI LIỆU THAM KHẢO






 TÓM TẮT LUẬN VĂN


Trước sự phát triển mạnh mẽ của nền khoa học kỹ thuật trong vài thập niên gần đây, hệ thống robot công nghiệp được bổ trợ bởi các camera càng ngày càng nhỏ hơn, mạnh mẽ hơn và giá thành thấp hơn cùng các thuật toán ngày càng phức tạp đang dần thay đổi các quá trình và cải thiện tốc độ sản xuất. Luận văn này sẽ đi tìm hiểu, nghiên cứu, thiết kế hệ thống 3d vision dạng laser triangular kết hợp với tay máy 6 bậc tự do ứng dụng trong ngành công nghiêp giầy Nike/Adidas hoạt động trong điều kiện môi trường nhà xưởng. Cụ thể, mục tiêu luận văn bao gồm (i) xây dựng mơ hình hệ thống 3d vision dạng laser triangular thỏa mãn yêu cầu quét bề mặt vật thể đầy đủ nhất, hạn chế các góc chết; (ii) thiết kế giải thuật thu nhận và xử lý ảnh 2D, xử lý dữ liệu tọa độ trong không gian 3D, tái cấu trúc bề mặt vật thể; (iii) thực nghiệm, đánh giá sai số kích thước. Kết quả đề tài nghiên cứu là cơ sở vững chắc để tự động hóa chuyền quét keo dán đế ngành giầy, mang ý nghĩa nhân văn sâu sắc.



NỘI DUNG:





CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ............................................................................... 1
1.1 Đặt vấn đề .................................................................................................... 1
1.2 Một số cơng trình nghiên cứu trong và ngồi nước ....................................... 5
1.2.1 Một số nghiên cứu trên thế giới ................................................................. 5
1.2.2 Một số nghiên cứu trong nước ................................................................... 7
1.3 Mục tiêu, nội dung đề tài .............................................................................. 9
1.4 Phương pháp nghiên cứu .............................................................................. 9
1.5 Đầu bài thiết kế và các thông số ban đầu. ................................................... 12
1.6 Yêu cầu hệ thống ........................................................................................ 13

CHƯƠNG 2. LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN ........................................................ 14
2.1 Lựa chọn phương pháp quét 3D .................................................................. 14
2.1.1 Stereo Vision ........................................................................................... 14
2.1.2 Structure Light......................................................................................... 15
2.1.3 Photogrammetry ...................................................................................... 16
2.1.4 Laser Triangular ...................................................................................... 17
2.2 Lựa chọn cơ cấu cho phương pháp Laser Triangular................................... 19
2.2.1 Vật thể và Laser chuyển động tịnh tiến so với nhau ................................. 19
2.2.2 Vật thể và laser chuyển động xoay so với nhau ........................................ 20
2.2.3 Kết hợp chuyển động xoay và chuyển động tịnh tiến ............................... 20
2.3 Lựa chọn cơ cấu truyền động xoay vật thể .................................................. 20
2.3.1 Truyền động bánh răng ............................................................................ 21
2.3.2 Truyền động đai răng ............................................................................... 21
2.3.3 Truyền động qua khớp nối ....................................................................... 22
2.4 Lựa chọn cơ cấu truyền động tịnh tiến đèn laser ......................................... 23
2.4.1 Truyền động bằng vít me bi ..................................................................... 23


Luận văn thạc sĩ

HV: Lê Minh Phát

2.4.2 Truyền động bằng đai răng ...................................................................... 24
CHƯƠNG 3. THIẾT KẾ HỆ THỐNG .............................................................. 25
3.1 Thiết kế bàn xoay ........................................................................................ 25
3.1.1 Tính tốn lựa chọn động cơ ...................................................................... 27
3.1.2 Tính tốn đường kính trục và ổ lăn ........................................................... 27
3.1.3 Mơ hình thực tế và kiểm nghiệm sai số ..................................................... 29
3.2 Thiết kế cơ cấu gá đặt camera ...................................................................... 31
3.3 Thiết kế cơ cấu gá đặt laser.......................................................................... 32

3.3.1 Chọn kiểu ray trượt................................................................................... 33
3.3.2 Chọn loại ray trượt ................................................................................... 34
3.3.3 Tính tốn ray trượt .................................................................................... 36
3.4 Thiết kế hệ thống điện điều khiển ................................................................ 39
3.5 Toàn bộ hệ thống ......................................................................................... 40
CHƯƠNG 4. GIẢI THUẬT TẠO DỮ LIỆU POINT CLOUD .......................... 42
4.1 Giải thuật Laser Triangular ......................................................................... 42
4.2 Tìm đường Laser trong ảnh ........................................................................ 45
4.2.1 Lọc Gaussian ........................................................................................... 45
4.2.2 Lọc ảnh Threshold ................................................................................... 46
4.3 Camera Calibration..................................................................................... 46
4.3.1. Tìm ma trận thơng số nội ......................................................................... 46
4.3.2. Tìm thành phần xoay của ma trận thông số ngoại .................................... 48
4.3.3. Tìm thành phần tịnh tiến của ma trận thơng số ngoại ............................... 48
4.3.4. Tìm mặt phẳng chứa tia laser ................................................................... 50
4.3.5 Phương pháp xác định các mặt phẳng laser song song .............................. 54
CHƯƠNG 5: GIẢI THUẬT XỬ LÝ DỮ LIỆU POINT CLOUD ...................... 55


Luận văn thạc sĩ

HV: Lê Minh Phát

5.1. Lọc Passthrough ......................................................................................... 55
5.2. Lọc Radius Outlier Removal ...................................................................... 55
5.3. Lọc Statisticcal Outlier Removal ................................................................ 55
5.4. Lọc Voxel Grid .......................................................................................... 56
5.5. Giải thuật Moving Least Squares (Smoothing) ........................................... 56
5.5.1. Ước lượng vectơ pháp tuyến .................................................................... 56
5.5.2. Giải thuật Moving Least Squares ............................................................. 57

5.6. Tái cấu trúc bề mặt vật thể .......................................................................... 58
5.7. Lưu đồ giải thuật ........................................................................................ 59
5.8. Quá trình xử lý dữ liệu Point Cloud ............................................................ 62
CHƯƠNG 6: TRUYỀN DỮ LIỆU TỌA ĐỘ CHO ROBOT ............................. 63
6.1 Hệ tọa độ User Coordinates của robot.......................................................... 63
6.2 Cài đặt dữ liệu đầu Tool .............................................................................. 64
6.3 Lập trình điều khiển robot ........................................................................... 65
CHƯƠNG 7. KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM, ĐÁNH GIÁ .................................. 67
7.1 Quá trình thực nghiệm ................................................................................. 67
7.2 Kết quả thực nghiệm ................................................................................... 69
7.3 Đánh giá sai số quá trình quét ...................................................................... 72
7.4 Kết luận đề tài ............................................................................................. 76
7.4.1 Kết quả đạt được ...................................................................................... 76
7.4.2 Mặt hạn chế .............................................................................................. 76
TÀI LIỆU THAM KHẢO




M_tả
M_tả

Chuyên mục:

Không có nhận xét nào: