Ứng dụng xử lý ảnh trong điều khiển cánh tay robot công nghiệp

Số hóa bởi trung tâm học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƢỜNG ĐẠI HỌ

ĐỖ VĂN CHUYÊN

ỨNG DỤNG XỬ LÝ ẢNH TRONG

ĐIỀU KHIỂN CÁNH TAY ROBOT CÔNG NGHIỆP

Chuyên ngành: Khoa học máy tính

Mã số: 60.48.01

LUẬN VĂN THẠ

Ngƣ : TS. Phạm Đức Long

Thái Nguyên – 2013

Số hóa bởi trung tâm học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

i

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan toàn bộ nội dung đƣợc trình bày trong bản luận văn này là

kết quả tìm hiểu và nghiên cứu của riêng tôi, trong quá trình nghiên cứu luận văn

“Ứng dụng xử lý ảnh trong điều khiển cánh tay robot công nghiệp” các kết quả

và dữ liệu đƣợc nêu ra là hoàn toàn trung thực dƣới sự hƣớng dẫn của TS. Phạm

Đức Long. Mọi thông tin trích dẫn dẫn đều đƣợc tuân theo luật sở hữu trí tuệ, có liệt

kê rõ ràng các tài liệu tham khảo. Tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm với những nội

dung đƣợc viết trong luận văn này.

Thái Nguyên, ngày 19 tháng 11 năm 2013

HỌC VIÊN

Đỗ Văn Chuyên

Số hóa bởi trung tâm học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

ii

LỜI CẢM ƠN

Luận văn đƣợc thực hiện tại Trƣờng Đại học Công nghệ Thông tin và Truyền

Thông - Đại học Thái Nguyên dƣới sự hƣớng dẫn của thầy TS. Phạm Đức Long.

Trƣớc hết em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy TS.Phạm Đức Long,

Trƣờng Đại học Công nghệ Thông tin và Truyền Thông - Đại học Thái Nguyên,

ngƣời đã tận tình hƣớng dẫn giúp đỡ để em hoàn thành tốt luận văn của mình.

Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các thầy cô giáo Trƣờng Đại học

Công nghệ Thông tin và Truyền Thông - Đại học Thái Nguyên, cùng các thầy cô

giáo đã nhiệt tình giảng dạy, truyền đạt kiến thức cho em trong suốt quá trình học

tập tại trƣờng cũng nhƣ quá trình làm luận văn này.

Cuối cùng em xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè, các đồng nghiệp

những ngƣời đã động viên, giúp đỡ và tạo điều kiện cho em trong quá trình học tập

và hoàn thành luận văn.

Thái Nguyên, ngày 19 tháng 11 năm 2013

HỌC VIÊN

Đỗ Văn Chuyên

Số hóa bởi trung tâm học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

iii

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN.......................................................................................................i

LỜI CẢM ƠN...........................................................................................................ii

MỤC LỤC...............................................................................................................iii

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT ..................................................v

DANH MỤC CÁC HÌNH...........................................................................................v

Chƣơng 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT XỬ LÝ ẢNH...................................................2

1.1. Lý thuyết về xử lý ảnh [1] ..........................................................................2

1.1.1. Hệ thống xử lý ảnh ...............................................................................2

1.1.2. Các vấn đề cơ bản trong xử lý ảnh........................................................2

1.1.3. Thu nhận ảnh và số hóa ........................................................................5

1.1.4. Phân tích ảnh........................................................................................5

1.1.5. Hệ quyết định .......................................................................................5

1.2. Thu nhận ảnh và lƣu trữ ảnh.......................................................................5

1.2.1. Thu nhận ảnh[7] ...................................................................................5

1.2.2. Lƣu trữ ảnh...........................................................................................7

1.3. Phân tích ảnh............................................................................................11

1.3.1. Khái niệm pixel và pixel lân cận.........................................................11

1.3.2. Một số không gian màu ......................................................................11

1.3.3. Một số kỹ thuật trợ giúp xử lý ảnh......................................................14

1.3.4. Biên và các phƣơng pháp phát hiện biên[1][4][7] ...............................14

1.4. Biến đổi Hough ........................................................................................15

1.4.1. Biến đổi Hough tổng quát [9] .............................................................15

1.4.2 Biến đổi Hough tìm hình chữ nhật [11].................................................20

1.4.2. Biến đổi Hough tìm đƣờng tròn ..........................................................23

Chƣơng 2: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ROBOT CÔNG NGHIỆP ................... 26

2.1. Sơ lƣợc quá trình phát triển của robot công nghiệp .....................................26

2.2. Ứng dụng robot công nghiệp trong quá trình sản xuất.................................27

Số hóa bởi trung tâm học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

iv

2.3. Các khái niệm và định nghĩa về robot công nghiệp .....................................28

2.3.1. Định nghĩa robot công nghiệp ..............................................................28

2.3.2. Bậc tự do của robot (DOF: Degrees Of Freedom) ................................29

2.3.3. Hệ tọa độ (Coordinate frames) .............................................................29

2.3.4. Trƣờng công tác của robot ...................................................................31

2.4. Cấu trúc cơ bản của robot công nghiệp .......................................................31

2.4.1. Các thành phần chính của robot công nghiệp........................................31

2.4.2. Kết cấu của tay máy .............................................................................33

2.5. Phân loại robot công nghiệp........................................................................36

2.5.1. Phân loại theo kết cấu ..........................................................................36

2.5.2. Phân loại theo hệ thống truyền động ....................................................36

2.5.3. Phân loại theo ứng dụng.......................................................................36

2.5.4. Phân loại theo cách thức và đặc trƣng của phƣơng pháp điều khiển......36

Chƣơng 3: ĐĐIỀU KHIỂN CÁNH TAY ROBOT BẰNG XỬ LÝ ẢNH.......... 38

3.1. Ứng dụng xử lý ảnh trong công nghiệp.....................................................38

3.2. Cánh tay robot điều khiển bằng thông tin chiết xuất từ ảnh.......................39

3.3. Giới thiệu camera Eye-RIC ......................................................................41

3.4. Xác định vị trí đối tƣợng bằng xử lý ảnh ..................................................45

3.4.1. Xác định vị trí đối tƣợng hình tròn.....................................................45

3.4.2. Xác định vị trí đối tƣợng hình vuông ..................................................47

3.4.3. Xác định vị trí đối tƣợng hình tròn lẫn với các đối tƣợng hình

vuông trong mặt phẳng chi chi tiết máy .............................................. 48

3.4.4. Kết quả thực nghiệm ..........................................................................50

KẾT LUẬN..........................................................................................................54

TÀI LIỆU THAM KHẢO................................................................................... 55

Số hóa bởi trung tâm học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

v

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

KÝ HIỆU/TỪ

VIẾT TẮT

Ý NGHĨA

CCD Charge Coupled Device

CMOS Conplementary Metal – Oxide – Semiconductor

BMP Bitmap

PCX Personal Computer Exchange

RLE Run – Length – Encoded

TIFF Targed Image File Format

RGB Red- green- blue

CMY Cyan-Magenta- Yellow

HSV Hue-Saturation-Value

AMF American machijne and Foundry Company

NC Numerically Controlled machine tool

CNC Computer(ized) Numerical(ly) Control(led)

AFNOR Association Française de Normalisation

RIA Robot institule of America

DOF Degrees Of Freedom

SCARA Selective Compliant Articulated Robot Arm

AI Artificial intelligence

CNN Cellular neural network

PC Personal computer