ĐỀ tài NCKH nghiên cứu, thiết kế và chế tạo máy phân loại xoài tự động

Mục tiêu đề tài: Đề tài nghiên cứu phát triển hệ thống phân loại nông sản nhằm kiểm soát và đánh giá chất lượng quả xoài theo tiêu chuẩn GAP trước khi đưa vào đóng gói và xuất khẩu ra th

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ

THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN

NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY

PHÂN LOẠI XOÀI TỰ ĐỘNG

MÃ SỐ: SV2020-33

SKC007384

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM

BÁO CÁO TỔNG KẾT

ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN

ĐỀ TÀI : NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY PHÂN

LOẠI XOÀI TỰ ĐỘNG

Mã số đề tài : SV 2020- 33

Chủ nhiệm đề tài: Trần Trọng Nghĩa

TP Hồ Chí Minh, 07/ 2020

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM

BÁO CÁO TỔNG KẾT

ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN

ĐỀ TÀI : NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY PHÂN

LOẠI XOÀI TỰ ĐỘNG

Mã số đề tài : SV 2020- 33

Thuộc nhóm ngành khoa học: Kĩ Thuật

SV thực hiện: Trần Trọng Nghĩa Nam, Nữ: Nam

Dân tộc: Kinh

Lớp, khoa: 16146CL1B, Khoa chất lượng cao

Ngành học: Công nghệ kĩ thuật cơ điện tử

Người hướng dẫn: ThS Lê Phan Hưng

TP Hồ Chí Minh, 07/2020

MỤC LỤC

Chương 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 1

1.1 Tính cấp thiết của đề tài 1

1.2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn đề tài 1

1.3 Mục tiêu nghiên cứu đề tài 3

1.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu đề tài 4

1.4.1 Đối tượng nghiên cứu 4

1.4.2 Phạm vi nghiên cứu 4

1.5 Phương pháp tiếp cận 5

1.5.1 Cách tiếp cận 5

1.5.2 Phương pháp nghiên cứu 5

Chương 2:TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI 7

2.1 Nghiên cứu tình hình ngoài nước 7

2.2 Nghiên cứu tình hình trong nước 10

2.3 Nghiên cứu đặc tính xoài cát Hòa Lộc và xoài cát Chu 11

2.4 Tiêu chuẩn VIETGAP đối với xoài cát Chu và xoài cát Hòa Lộc 12

Chương 3: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ MÔ HÌNH PHÂN LOẠI XOÀI 14

3.1 Tổng quát về hệ thống phân loại xoài: 14

a Sử dụng khóa chốt điện từ: 16

b Sử dụng động cơ AC 16

c Sử dụng bộ truyền đai 16

d Sử dụng bộ tuyền xích 16

3.2.2 Phần băng tải để xử lý ảnh kích thước và màu sắc 17

Nguyên lý hoạt động 17

3.2.3 Thiết kế cơ cấu phân loại xoài theo tỷ trọng 19

3.2.4 Thiết kế khung 28

Chương 4: LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 30

4.1 Xử lí ảnh 31

4.1.1 Tổng quan 31

4.1.2 Giới thiệu: 32

4.2 Qui trình xử lý ảnh và tính toán số liệu: 33

4.3.1 Thu nhận ảnh: 34

4.3.3 Chuyển ảnh màu RGB sang ảnh mức xám: 38

4.3.4 Nhị phân hóa ảnh 40

4.3.5 Xác định kích thước và diện tích khuyết tật 41

4.3.6 Phân loại dựa trên diện tích khuyết tật 43

4.3.7 Xác định thể tích xoài sử dụng Camera IP 48

4.4 Giao diện phần mềm phân loại: 50

Chương 5: ĐIỀU KHIỂN 52

5.1 Thiết kế mạch điều khiển trung tâm cho hệ thống phân loại xoài đáp ứng yêu cầu điều khiển cho cơ cấu phân loại 52

5.2 Thiết kế điều khiển cho cơ cấu phân loại theo tỉ trọng 55

5.2.1 Tính khối lượng 55

5.2.2 Thuật toán điều khiển 57

5.2.3 Chương trình điều khiển 62

Chương 6: TỔNG KẾT VÀ ĐÁNH GIÁ 65

6.1 Kết quả 65

6.2 Hướng phát triển 65

6.3 Kết luận 66

TÀI LIỆU THAM KHẢO 67

Danh mục bảng biểu

2.4 Tiêu chuẩn VIETGAP đối với xoài cát Chu và xoài cát Hòa Lộc……….15,16,17

3 Biểu đồ liên hệ giữa kích thước và khối lượng xoài………27

4.1 Lưu đồ giải thuật mô hình phân loại xoài……….33

4.2 Qui trình xử lý ảnh và tính toán số liệu………37

4.2.3 Bảng cường độ màu……… 42

4.3 Biểu đồ so sánh thể tích bằng phương pháp tính toán so với thực tế……… 51

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM

THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI

1 Thông tin chung:

2 Mục tiêu đề tài:

Đề tài nghiên cứu phát triển hệ thống phân loại nông sản nhằm kiểm soát và đánh giá chất lượng quả xoài (theo tiêu chuẩn GAP) trước khi đưa vào đóng gói và xuất khẩu ra thị trường

3 Tính mới và sáng tạo:

Ứng dụng công nghệ xử lý ảnh, thị giác máy tính kết hợp trí thông minh nhân tạo để nhận dạng mẫu và đánh giá chất lượng của quả xoài

4 Kết quả nghiên cứu:

Đã hoàn thành mô hình và thực nghiệm mô hình tại vựa xoài Xử lí được

kích thước khối lượng xoài, và phân loại xoài theo khối lượng

5 Đóng góp về mặt giáo dục và đào tạo, kinh tế - xã hội, an ninh, quốc phòng và khả năng áp dụng của đề tài:

ii

6. Công bố khoa học của SV từ kết quả nghiên cứu của đề tài (ghi rõ tên tạp chí nếu

có) hoặc nhận xét, đánh giá của cơ sở đã áp dụng các kết quả nghiên cứu (nếu có):

Ngày 25 tháng 07 năm 2020

SV chịu trách nhiệm chính thực hiện đề tài

Trần Trọng Nghĩa

Nhận xét của người hướng dẫn về những đóng góp khoa học của SV thực hiện đề tài

(phần này do người hướng dẫn ghi):

Mở đầu

Để thực hiện đề tài nhóm tiến hành nghiên cứu các vấn đề cần thiết như: đặc tính xoài cát Chu và xoài cát Hòa Lộc, tình hình sản xuất phân loại xoài thủ công ở Đồng Tháp, các mô hình phân loại nông sản trong và ngoài nước, tiêu chuẩn đánh giá phân loại xoài từ địa phương…Đồng thời từ đó áp dụng nghiên cứu xoài thực tế để (khảo sát, thống kê) xây dựng nên phương pháp tính (phương trình, thuật toán) cho ra kết quả chính xác Sau đó đưa ra các phương án thiết kế khác nhau (cách thức phân loại), chọn ra phương án tối ưu nhất Cuối cùng tiến hành đi vào khâu thiết kế, chế tạo ra mô hình phân loại thực tế.

Nội dung thực hiện đề tài bao gồm các bước tiến hành:

Sản phẩm: Mô hình phân loại xoài cát Chu và xoài cát Hòa Lộc bằng màu sắc, thể tích và khối lượng

Chương 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI

1.1 Tính cấp thiết của đề tài

Đồng Tháp là tỉnh có diện tích trồng xoài nhiều nhất Đồng bằng sông CửuLong với 9.031ha nam̆ 2013 Trong đó, diện tích trồng xoài cát Hòa Lộc chiếm30% trong tổng diện tích trồng xoài của tỉnh Đồng Tháp Nông dân trồng xoài cónhiều kinh nghiệm sản xuất, ứng dụng thành công kỹ thuật xử lý ra hoa trái vụ vìthế mùa vụ thu hoạch xoài là quanh nam̆ Tuy nhiên, việc đầu tư thực hiện phânloại nguyên liệu các loại là rất lớn, khoảng 100 tỉ đồng/năm (một người phân loạixoài thành phẩm khoảng từ 40 - 80 ký/ngày tương đương khoảng 100.000vnđ/ngày) Ngoài số lượng nhân công rất lớn để phân loại số lượng xoài trên là

2750 nhân công/năm thì sự ảnh hưởng về sức khỏe con người khi phân loại xoài làkhông tránh khỏi

Quá trình khảo sát và tiếp cận một số hệ thống phân loại nông sản thì hệthống phân loại xoài trên thị trường là chưa có tại Việt Nam

Khảo sát các hộ nông dân trồng trọt và cơ sở sản xuất xoài thành phẩm tạicác địa phương đều cho thấy việc phân loại xoài là thủ công do người lao độngdùng tay để phân loại Vì vậy đạt năng suất thấp, tăng chi phí

Khảo sát một số loại hệ thống phân loại nông sản tự động hay bán tự độngđang sử dụng hiện nay có thể thiết kế và chế tạo thành hệ thống phân loại xoài

Do yêu cầu của thị trường và người sử dụng nên mô hình hệ thống phân loạixoài được nghiên cứu thiết kế và chế tạo

1.2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn đề tài

Nghiên cứu ứng dụng các máy móc kỹ thuật cao vào các quy trình sản xuất

nông sản thực phẩm một mặt giảm sức lao động con người, giảm giá thành, mặckhác còn đáp ứng những tiêu chuẩn cao về an toàn vệ sinh thực phẩm trong chếbiến ở các thị trường khó tính đòi hỏi chất lượng cao.

Công việc phân loại và đóng gói sản phẩm đòi hỏi tốc độ đáp ứng cao và độ

ổn định của thiết bị Công đoạn này cần rất nhiều nhân công làm tăng chi phí sảnxuất Sử dụng hệ thống phân loại thông minh làm giảm chi phí sản xuất, giảm chiphí nhân công, nâng cao mức độ tự động hóa cho dây chuyền sản xuất với ưu điểm

là có độ ổn định cao và thời gian làm việc không giới hạn

Hình 1 1 Công nhân đang phân loại xoài

Mặc dù việc phân loại sản phẩm đã xuất hiện rất lâu trong lĩnh vực nông sản,nhưng cho đến nay vẫn chưa có một hệ thống chuyên dụng nào phục vụ riêng choquá trình phân loại xoài Quá trình phân loại xoài tại Việt Nam đang được thực hiện

chủ yếu bằng sức lao động trực tiếp của người nông dân Các phương pháp được

sử dụng bởi những người nông dân và các nhà phân phối để phân loại các sản phẩmnông nghiệp là thông qua kiểm tra chất lượng truyền thống dùng mắt quan sát tốnthời gian và ít hiệu quả hoặc một số loại máy không chuyên dụng và kết quả chonăng suất thấp, chi phí cao, việc phân loại ra các loại xoài khác nhau là tương đốitốn kém về kinh tế

Việc đánh giá chất lượng quả xoài đã đuợc̛ thực hiện bởi nhiều nhà nghiêncứu, hầu hết họ đều dựa trên các đặc trưng quan trọng của quả xoài như kích thước,hình dáng, màu sắc và kết cấu bề mặt Tuy nhiên, chất lượng bên trong vẫn chưađáp ứng.

1.3 Mục tiêu nghiên cứu đề tài

Đề tài nghiên cứu phát triển hệ thống phân loại nông sản nhằm kiểm soát vàđánh giá chất lượng quả xoài (theo tiêu chuẩn GAP) trước khi đưa vào đóng gói vàxuất khẩu ra thị trường: rau quả được thu hoạch đúng độ chín, kích thước, hìnhdạng, loại bỏ các quả bị héo, bị sâu, dị dạng Cụ thể hơn là “ứng dụng công nghệ

xử lý ảnh, thị giác máy tính kết hợp trí thông minh nhân tạo để nhận dạng mẫu vàđánh giá chất luợng̛ của quả xoài” nhằm tanğ cường tự động hóa trong quá trìnhsản xuất nông nghiệp ở nuớc̛ ta

Xoài là nông sản rất nhạy cảm và có thể dễ dàng xuất hiện các điểm màu nâusau khi bị dập cơ trong quá trình xử lý sau thu hoạch, vận chuyển và tiếp thị Việckiểm tra nhãn của loại quả này được sử dụng ngày nay không thể phát hiện các tổnthương ở giai đoạn sớm của sự trưởng thành và cho đến nay không có công cụ tựđộng nào có khả năng phát hiện Việc áp dụng các hình ảnh quang học đến việckiểm tra chất lượng sau thu hoạch nông sản gần đây mới nghiên cứu và đang đượctiến hành để tìm ra một phương pháp ước lượng thuộc tính bên trong hoặc phát hiện

hư hỏng bên ngoài

Nghiên cứu các kỹ thuật xử lý ảnh, thu thập, xây dựng cơ sở dữ liệu ảnh một

số loại quả xoài ở Việt Nam; nghiên cứu các cách tiếp cận và kỹ thuật đánh giáchất luợng̛ quả xoài, kiểm tra bề mặt quả xoài có bị sâu, bị héo, bị xốp, quả xoài có

bị biến dạng, độ chín trên quả xoài; ứng dụng công nghệ xử lý ảnh, thị giác máytính kết hợp trí thông minh nhân tạo trong bài toán phân loại quả xoài đạt hay

không đạt chất luợng̛.

Và trên hết mục tiêu chính của nhóm là thiết kế, chế tạo hệ điều khiển hệthống phân loại xoài dựa trên công nghệ xử lý ảnh, thị giác máy tính kết hợp tríthông minh nhân tạo với năng suất cao, gọn nhẹ, dễ sử dụng, dễ dàng phân loại xoài

và có thể phân loại các loại nông sản khác tại Việt Nam Ứng dụng kết quả nghiêncứu vào quá trình sản xuất nông sản ở các giai đoạn phân loại hoặc đóng gói thànhphẩm

1.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu đề tài

1.4.1 Đối tượng nghiên cứu

Để đạt được mục tiêu nghiên cứu như trên, nhóm đã tiến hành một số nộidung nghiên cứu như : Khảo sát thực trạng hoạt động phân loại xoài trên địa bàntỉnh Đồng Tháp, khảo nghiệm để xác định một số thông số cơ bản của các loại xoài,thống kê kích thước cân nặng phổ biến của giống xoài, khảo nghiệm nguyên lýphương pháp phan loại xoài khả thi nhất,… Qua đó nhóm đề xuất mô hình hệ thôngphân loại xoài gồm có các giai đoạn như: Xử lý màu để phân loại xoài hư tổn, tínhthể tích và đo khối lượng để xác định tỉ trọng nhằm phân loại xoài theo chất lượng.Nhóm thiết kế mô hình đơn giản dễ dàng chế tạo trong nước và hiệu quả cao nhất

để có thể đáp ứng tốt nhất nhu cầu thực tiễn, giá thành thấp Đồng thời góp phầncho sự phát triển ngành nuôi trồng tại địa phương

1.4.2 Phạm vi nghiên cứu

Phạm vi nghiên cứu đề tài tập trung nghiên cứu phân loại 2 loại xoài đặctrưng là: xoài cát Hòa Lộc và xoài cát Chu Đây là hai loại xoài được trồng phổbiến tại tỉnh Đồng Tháp

Hình 1 2 Xoài cát Hòa Lộc (hình trái), xoài cát Chu (hình phải)

1.5 Phương pháp tiếp cận

1.5.1 Cách tiếp cận

khác

trong nước và nước ngoài

số và đem lại hiệu quả cao nhất

lượng xoài sau khi được phân loại nhằm đưa ra phương án tăng năng suất sản phẩmcũng như chất lượng xoài sau phân loại

1.5.2 Phương pháp nghiên cứu

nghiên cứu thiết kế chế tạo mô hình hệ thống phân loại xoài

- Xây dựng phương pháp phân loại, sắp xếp các giai đoạn phân loại cho phù hợp dựa trên các khảo sát thực tế.

hiệu quả là cao nhất

địa phương

Chương 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI

2.1 Nghiên cứu tình hình ngoài nước

Hiện nay ở nhiều nước trên thế giới sản xuất nông sản đã trở thành một trongnhững ngành kinh tế mũi nhọn, đem lại lợi nhuận cao cho nông dân cũng nhưdoanh nghiệp như: Mỹ, Anh, Nhật… Để đạt được những thành công đó là sự kếthợp khoa học kĩ thuật hiện đại vào sản xuất Việc sử dụng các loại máy móc thaythế sức người không chỉ đem lại năng suất cao, chất lượng tốt mà còn tiết kiệm chiphí cho người nông dân

Hình 2 1 Máy phân loại xoài Olimpias S.A – Hy lạp (nguồn: Internet)

Máy phân loại xoài theo kích thước của Olimias (Hình 2.1) năng suất 5-6tấn/ giờ, hệ thống gồm cơ cấu cấp liệu dạng băng tải nghiên cuốn xoài từ bồn rửa,xoài đi qua băng tải con lăn được phân loại theo kích thước với 3 máng dẫn ứng với

nhưng chỉ phân loại theo kích thước chiều ngang của xoài, độ chính xác không cao

Hình 2 2 Hệ thống phân loại xoài UNISORTING s.r.l (Nguồn Internet)

Hình 2.2 là hệ thống phân loại trái cây của công ty UNISORTING –ITALIA, hệ thống này bao gồm nhiều module phân loại theo khối lượng, kíchthước, màu sắc ứng dụng công nghệ xử lý ảnh để đánh giá chất lượng màu sắc, hưhỏng của quả Hệ thống có thể áp dụng cho nhiều loại trái cây như táo, bơ, xoài…

Hệ thống có năng xuất lớn, phù hợp cho các vùng chuyên canh tập trung có diệntích lớn và đồng bộ

Hình 2 3 Hệ thống phân loại xoài theo khối lượng (Nguồn Internet)

Hình 2.3 là hệ thống phân loại xoài theo khối lượng của công ty ShijiazhuangYishun Package Industrial CO., LTD – Trung Quốc, kết cấu máy gồm có một băngtải khép kín với các bàn cân điện tử đặt ở trên, xoài được công nhân đặt lên các bàncân, khi bàn cân di chuyển đến vị trí máng dẫn phù hợi với tín hiệu phân loại, cơcấu chấp hành sẽ tác động cho xoài rơi xuống Máy có thể phân loại nhiều loại tráicây khác nhau như xoài, táo, bơ,…với năng suất 20.000 pcs/h

Hình 2 4 Hệ thống phân loại xoài bán tự động GP Graders LLC (USA)

Công ty GP Graders LLC – USA phát triển hệ thống phân loại xoài bán tựđộng – Hình 2.4, xoài sau khi thu hoạch được vệ sinh qua bồn nước, sau đó đượcchuyển lên băng tải con lăn để công nhân loại những quả bị hỏng, khuyết tật, xoàisau đó được đưa qua hệ thống phân loại theo khối lượng bằng loadcell

Đánh giá tình hình ứng dụng tự động hóa trong quá trình phân loại trái cây ởnước ngoài cho thấy các hệ thống phân loại trái cây (Xoài, bơ, táo) hầu hết chỉ phânloại theo khối lượng, một số dây chuyền của Ý, Mỹ có tích hợp hệ thống nhận dạngbằng hình ảnh, tuy nhiên các thiết bị có độ phức tạp và giá thành cao, không phùhợp với tình hình sản xuất nhỏ lẻ ở Việt Nam

2.2 Nghiên cứu tình hình trong nước

Để tăng năng suất, sản xuất hiệu quả và giảm giá thành sản phẩm là yếu tốsống còn của một doanh nghiệp Việc ứng dụng công nghệ cao và mới vào hoạtđộng sản xuất là bước đi cần thiết của các doanh nghiệp trong nước để phát triểnkhoa học công nghệ ở Việt Nam Việc ứng dụng tự động hóa vào trong công nghiệpđặc biệt là công nghiệp sản xuất và chế biến nông sản vô cùng cần thiết Hiện tạiViệt Nam hầu như chưa có đơn vị nào ứng dụng tự động hoá vào quá trình sản xuất

và phân loại nông sản do giá thành cao từ việc nhập khẩu thiết bị, máy

móc của nước ngoài Việc ứng dụng công nghệ này vào trong các dây chuyền sảnxuất phân loại nông sản là yếu tố cần thiết mà các doanh nghiệp phải làm để tiếpcận những thị trường nước ngoài có yêu cầu kỹ thuật cao.

2.3 Nghiên cứu đặc tính xoài cát Hòa Lộc và xoài cát Chu

Xoài ‘Cát Hòa Lộc’ cho năng suất khá ổn định, trung bình khoảng100kg/cây/năm (cây 10 năm tuổi) Cây có thể cho quả sau 3-4 năm trồng , mùa vụthu hoạch tập trung từ tháng 3 đến tháng 5 dương lịch, nếu áp dụng các biện pháp

xử lý ra hoa sớm thì có thể thu hoạch vào tháng 11 đến tháng 1 Quả xoài ‘Cát HòaLộc’ có trọng lượng trung bình 450-600g, dạng quả thuôn dài, bầu tròn phần gầncuống Lúc quả phát triển đến giai đoạn thành thục có nhiều chấm nhỏ màu nâuxuất hiện trên vỏ quả sau đó lớn dần đồng thời trên vỏ quả cũng có lớp phấn mỏngphủ bên ngoài Khi chín vỏ quả có màu vàng tươi, thịt quả mịn có màu vàng nhạt,

vị ngọt và có mùi thơm đặc trưng, hạt khá nhỏ

Hình 2 5 Xoài cát Hòa Lộc (Nguồn: Internet)

Xoài

‘Cát Chu’ được nông dân chọn trồng nhiều bởi đặc tính dễ ra hoa, đậu quả và chonăng suất cao Giống xoài này có thể đạt năng suất 400 kg/cây năm (cây 10 nămtuổi) và khá ổn định Cây có thể cho quả sau 3-4 năm trồng, thời gian thu hoạch tậptrung vào tháng 3 đến tháng 5 dương lịch, nếu áp dụng các biện pháp xử lý ra hoasớm có thể thu hoạch từ tháng 9 dương lịch Quả xoài ‘Cát Chu’ không to, trọnglượng trung bình 350-450g, dạng quả hơi tròn, cuồng nhô cao, khi quả thành thụcxuất hiện nhiều chấm màu nâu trên vỏ Khi chín vỏ quả có màu vàng tươi, thịt quảmịn màu vàng nhạt, vị ngọt, mùi thơm khá đặc trưng (trích thư viện dự án về xoàicủa Global GAP)

Hình 2 6 Xoài cát Chu (Nguồn: Internet)

2.4 Tiêu chuẩn VIETGAP đối với xoài cát Chu và xoài cát Hòa Lộc

Tiêu chuẩn VIETGAP chia xoài làm 3 loại:

Mã kích cỡ Khối lượng (gam)

mỗi bao gói

Chương 3: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ MÔ HÌNH

PHÂN LOẠI XOÀI

3.1 Tổng quát về hệ thống phân loại xoài:

Hình 3 1 Nguyên lý hoạt động mô hình phân loại xoài

Cấu tạo của mô hình phân loại xoài gồm 3 phần được kết hợp, gắn trên cùng 1 khung cố định và bố trí theo thứ tự từng phần như sau:

thể tích trái xoài

tiểu chuẩn VIETGAP)

băng tải Trong buồng chụp có gắn 2 camera làm nhiệm vụ xử lý ảnh màu để tìm racác khuyết tật trên bề mặt trái xoài như: đốm màu đen, thâm, bầm dập, đông thời làcác khuyết tật hình dạng như: bị eo, hư hỏng… đồng thời camera cũng sẽ tiến hànhquét cả trái xoài (chiều dài, chiều ngang, chiều cao)

để tính thể tích của trái xoài Sau đó trái xoài sẽ được đưa tới phần băng tải

thứ 2 để tiến hành tính toán khối lượng Tại đây phía bên dưới băng tải cógắn 1 Loadcell loại 2kg Khi trái xoài đến đây Loadcell sẽ tiến hành cân, trả

về khối lượng thực của trái xoài Cuối cùng sau khi có được số liệu về khốilượng và thể tích căn cứ vào tiêu chuẩn phân loại xoài của VIETGAP để cơcấu phân loại (xilanh) tiến hành phân loại xoài thành các loại khác nhau theoyêu cầu (5 loại)

Hình 3 2 Mô hình bố trí băng tải phân loại xoài (Solidworks)

3.2 Thiết kế cơ khí

3.2.1 Thiết kế cơ cấu phân phối xoài và cơ cấu di chuyển xoài trong

hệ thống phân loại xoài:

Trong quá trình nghiên cứu đề tài, dựa vào mục đích cuối cùng của mô hình là phân loại xoài, nhóm đưa ra được 2 phương án thiết kế cơ cấu phân loại:

Đồng thời lựa chọn cơ cấu truyền động, nhóm đưa ra được 2 phương án thiết kế:

Nhược điểm: - Dây điện nhiều, cần bộ nguồn 12VDC nên bất tiện trong việc lấy nguồn.

b Sử dụng động cơ AC

Nguyên lý hoạt động: Xoài sau khi xác định được khối lượng và thể tích sẽ đượcđưa đến đoạn băng tải có gắn các động cơ AC Tín hiệu từ PLC sẽ trả về các động

cơ DC điều khiển khóa điện phân loại xoài theo tiêu chuẩn đã định trước

c Sử dụng bộ truyền đai

tuyền xích

Ưu điểm: - Dễ lắp nối, canh chỉnh độ dài

- Độ bền cao, khó bung, rớt trong quá tình truyền độngNhược điểm: - Giá thành cao

Căn cứ từ việc phân tích những ưu, nhược điểm của các phương phápthiết kế trên nhóm quyết định lựa chọn phương án thiết kế cuối cùng đó là sử dụngkhóa từ để phân loại và dùng bộ truyền xích để truyền động

3.2.2 Phần băng tải để xử lý ảnh kích thước và màu sắc

Nguyên lý hoạt động

Sau khi xoài được cấp từ phần cấp nguyên liệu sẽ theo băng tải đến bộphận xử lý ảnh Tại đây được bố trí camera để quét tìm ra các dị tật về hình dáng,màu sắc: trái bị méo, eo, có nhiều vết đốm đen, hư, dập bỏ….Những trái đạt chuẩn

sẽ được chuyển đến phần băng tải tiếp theo, đồng thời những trái không đạt tiêuchuẩn sẽ được loại bỏ ở băng tải thứ 2 Đồng thời lúc này camera cũng sẽ tiến hànhquét theo chiều dài, chiều ngang và chiều cao của trái xoài từ đó tính được ra thểtích của trái xoài theo phương pháp thống kê

Hình 3.3 Băng tải xử lý ảnh phân loại xoài bị khuyết tật và tính toán kích thước thể tích của xoài

Tính toán thiết kế

2 đầu trái xoài là 80 mm, để đáp ứng công suất 3 tấn/h → chiều dài đoạn băng tải tối thiểu là: 1840mm

Phần băng tải chứa cơ cấu xử lý ảnh hộp chứa có kích thước 640x640x640 mm (dài x rộng x cao) → Chiều dài băng tải 1840mm

Với kích thước của xoài cũng như kích thước của buồng xử lý ảnh ta chọn chiềurộng của băng tải là 640mm Như vậy ta có thể phân loại theo 2 hàng 1 lúc đáp ứngđược công suất

Sau khi bàn luận với nhóm, đưa ra phương án thiết kế băng tải như sau:

18

- Dùng băng tải sử dụng các ống nhựa PVC kích thước đường kính 48mm, dài

430 mm, dày 3mm, dùng các con lăn 2 đầu nối với xích tải trượt trên bề mặt thanhsắt

+ Ưu điểm: Dễ tìm trên thị trường, giá thành thấp, giúp xoài có thể lăn đều, camera xử lý dễ dàng hơn

+Nhược điểm: Tốn thời gian gia công các con lăn

Hình 3.4 Cơ cấu băng tải dùng ống nhựa PVC

3.2.3 Thiết kế cơ cấu phân loại xoài theo tỷ trọng

Nguyên lý hoạt động

Xoài đạt chuẩn về hình dạng màu sắc sẽ theo băng tải đi qua khu vực xử lý Tại đâyở dưới băng tải được gắn 1 Loadcell làm nhiệm vụ cân khối lượng của trái xoài (kếtnối trực tiếp với PLC) Sau đó kết quả được trả về PLC xử lý tiếp theo

Tính toán thiết kế

- Vì là phân loại đồng loạt và phân ra nhiều loại xoài nên ta dùng khay xoài có thểchứa được 1 quả Ưu điểm giúp chúng ta dễ dàng phân loại xoài theo tỷ trọng của

từng quả một, qua đó thể hiện được chính xác tỷ trọng của từng quả Dựa trên kíchthước của xoài ở trên ta thiết kế được khay có hình dạng như sau:

Hình 3.5 Khay chứa xoài

mm ( dàixrộngxcao)

Hình 3.6 Băng tải phân loại xoài theo tỷ trọng

Tính toán ví trí loadcell (cân khối lượng)

Khối lượng thực tế của trái xoài m = m1+m2

Trong đó: - m1 là phần khối lượng mà bị mất do lực đàn hồi(bằng hợp lực căng băng tải tại thời điểm đang xét )

Vì độ chuyển vị của đầu cân loadcell rất nhỏ với khối lượng trung bình trái xoài từ350-700g nên ta bỏ qua và coi như toàn bộ khối lượng m2 tác dụng lên loadcell khim1 đã làm cho cho trái xoài đè băng tải xuống 1 đoạn a chạm vào loadcell

Với K (N/mm) là hệ số đàn hồi K=

0

Trong đó : E là modun đàn hồi của băng tải

l mm là độ giãn ra của băng tải

Tại thời điểm băng tải chạy ổn định với vận tốc v (mm/s)

Khi có tải (trái xoài) thì băng tải chùn xuống một đoạn a

Ta xét băng tải tại điểm D tiếp tuyến với trái xoài

21

Theo định luật 2 Newton ta có:

Ta phân tích ∑ ⃗⃗ = ∑ =1 =1

22

Với T (N) là lực căng tại B khi băng tải chạy với vận tốc v(mm/s)

Khi đã có tải trọng(trái xoài):

Giả sử đặt loadcell cách băng tải 1 đoạn a (mm)

′

Xét cân bằng tại điểm D: 11 11 ′+ 12

Với mọi l ; K ; F ; a cố định ta luôn có sự phụ thuộc của m vào x theo đồ thị sau :

Sau khi tính toán thiết kế ta có được vị trí loadcell như sau:

Hình 3.7 Ví trí cân xoài (loadcell)

Cơ cấu phân loại (theo tiêu chuẩn VIETGAP)

Nguyên lý hoạt động

Sau khi nhận được kết quả trả về: khối lượng và thể tích, PLC sẽ tiếnhành điều khiển rút khóa chốt từ bằng cách trả tín hiệu về thông qua bộ hẹn giờTimer làm các con lăn trên từng khay chứa xoài theo từng loại rớt xuống khỏiđường ray dẫn vào từng máng khác nhau dựa vào tiêu chuẩn phân loại củaVIETGAP đối với xoài cát Chu và xoài cát Hòa Lộc

Hình 3.8 Cơ cấu phân loại xoài theo tiêu chuẩn VIETGAP

Tính toán thiết kế cơ khí

Dựa theo khối lượng trung bình của cát Chu và cát Hòa Lộc và trong quá trình thực nghiệm ta thấy khối lượng lớn nhất mà trái xoài có thể đạt đến là: = 750 nên ta có:

à = = 0,75.10 = 7,5 ( )

Chọn = 10 ( / 2)

Vì ta có 5 loại xoài khác nhau nên ta cần dùng 4 khóa chốt từ để phân loại xoài:

26

Hình 3.9 Khóa chốt điện từ dùng để phân loại xoài

Khoảng cách giữa các khay xoài của mỗi phần là 200 mm, khoảng cách giữa cácmáng phân loại là 390mm, nên ta chọn khoảng cách tối thiểu của 2 chốt điện từ là390mm

Với khoảng chiều dài 2 đầu bánh răng, cùng phần xử lý tỷ trọng(loadcell) là 2000mm

Ta chọn ă ả 2 = 4000( )

27

3.2.4 Thiết kế khung

Vì mô hình gồm nhiều phần băng tải ghép lại với nhau nên đòi hỏi giữa cácphần băng tải phải được liên kết chặt chẽ cũng như đồng bộ, tạo nên cơ cấu xuyênxuốt trong quá tình nên khung đỡ phải là 2 khung cố định liền mạch để gắn cả 2

bộ phận băng tải lên

Chiều dài tối thiểu của khung:

Hình 3 3 Hình chiếu kích thước khung đỡ

ℎ 2= ă ả 2 = 4000 ( )

Chọn ℎ 2 = 4000( )

Để phù hợp cho việc dẫn doài từ băng tải 1 sang băng tải 2 Chọn chiều cao chân khung ℎ ℎ 2 = 810 ( )

Vật liệu làm khung chọn thép vuông C45

29

Chương 4: LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN

Lưu đồ giải thuật mô hình phân loại xoài theo màu sắc, thể tích và khối lượng:

Hình 4.1 Lưu đồ giải thuật mô hình phân loại xoài