Nghiên cứu - Chế tạo robot lặn

NGHIÊN CỨU - CHẾ TẠO ROBOT LẶNThS. Ngô Quang HàĐẠI HỌC QUỐC GIA TPHCMTRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOAPHÒNG THÍ NGHIỆM TRỌNG ĐIỂM QUỐC GIA ĐIỀU KHIỂN SỐ VÀ KỸ THUẬT HỆ THỐNGTp. Hồ Chí Minh 10/2012Giới thiệu Báo cáo này nhằm vạch ra phương án thiết kế - chế tạo một mẫu robot lặn đáp ứng nhu cầu thực tiễn tại Việt Nam trên cơ sở tham khảo các mẫu robot điển hình trên thế giới và dựa trên năng lực của đơn vị thực hiện (DCSELAB) cùng các đơn vị hợp tác.© Copyright Ngo Quang Ha*I. Tổng quan Phân loại robot lặn *© Copyright Ngo Quang HaROV – Remotely Operated VehicleAUV – Autonomous Underwater VehicleI. Tổng quanCác thành phần cơ bản của hệ thống robot lặn*© Copyright Ngo Quang HaI. Tổng quanLĩnh vực ứng dụng:Dân sự: - Khảo sát, nghiên cứu biển, sông hồ; - Đánh giá, quản lý, khai thác khoáng sản, hải sản; - Phục vụ ngành công nghiệp dầu khí, đóng tàu; - Thu gom các vật liệu quý, lắp đặt cáp ngầm; - Dò tìm tàu đắm, cứu hộ, cứu nạn Quân sự: - Trinh sát dưới nước; - Dò tìm, cài gỡ bom mìn*© Copyright Ngo Quang HaI. Tổng quan Tình hình nghiên cứu - ứng dụng trên thế giới*© Copyright Ngo Quang HaI. Tổng quan Tình hình nghiên cứu - ứng dụng ở Việt Nam:*© Copyright Ngo Quang HaI. Tổng quan Tính cấp thiếtNước ta có tiềm năng biển rất lớn;Trình độ nghiên cứu, ứng dụng các thiết bị tự hành dưới nước chưa đáp ứng được yêu cầu thực tiễn;Nhu cầu sử dụng các robot lặn là rất lớn, góp phần giải quyết các vấn đề nhức nhối trong khảo sát, quản lý, khai thác tiềm năng biển và bảo vệ chủ quyền biển đảo.*© Copyright Ngo Quang HaII. Mục tiêu, yêu cầu Mục tiêuChế tạo một mẫu robot lặn hoàn chỉnhLàm chủ công nghệ, nội địa hóa sản phẩmLàm nền tảng phát triển các ngành khoa học liên quan*© Copyright Ngo Quang HaII. Mục tiêu, yêu cầu Yêu cầu Hệ thống robot lặn phải có các tính năng sau:Có khả năng lặn sâu đến 50m, có khả năng tự định vị, tự ổn định tốc độ, độ sâu, vận tốc.Được tích hợp camera, có thể truyền hình ảnh camera tốc độ cao lên trên bờĐược tích hợp cánh tay robot để thực hiện các thao tác gắp, di chuyển và thả các vật thể dưới nước.Có hệ thống điều khiển và giám sát từ trên bờ gồm: + các thiết bị điều khiển (joystick, bàn phím) + giao diện hiển thị hình ảnh camera và các thông số trạng thái hoạt động của robot*© Copyright Ngo Quang HaIII. Đánh giá tính khả thi của đề tài Đánh giá trên cơ sở tổng quan nghiên cứu trên thế giới và trong nướcTrên thế giới đã hình thành các quy trình công nghệ hoàn chỉnh và đã có nhiều sản phẩm ứng dụngỞ trong nước đã có một số nghiên cứu trong lĩnh vực này, tuy nhiên các nghiên cứu còn nhỏ lẻ, đội ngũ chuyên gia còn thưa thớt, đầu tư còn ít;*© Copyright Ngo Quang HaIII. Đánh giá tính khả thi của đề tài Trên cơ sở năng lực của đơn vị thực hiện (DCSELAB) Nhân lực: + Đội ngũ lãnh đạo khoa học có uy tín và giàu kinh nghiệm; + Bộ máy quản lý hoạt động chuyên nghiệp; + Lực lượng nghiên cứu dồi dào, được đào tạo cơ bản và có niềm đam mê nghiên cứu cao Cơ sở vật chất: + Trang bị đầy đủ + Công nghệ hiện đại + Có khả năng huy động cơ sở vật chất của ĐHQG Tp.HCM khi cần thiết*© Copyright Ngo Quang HaIII. Đánh giá tính khả thi của đề tài Trên cơ sở hỗ trợ của các cơ quan hữu quanĐề tài nằm trong nhóm những hướng nghiên cứu được ưu tiên của nhà nước;Nhiều cơ quan nghiên cứu có mối quan tâm lớn đến đề tài;Nhiều đơn vị kinh tế và quốc phòng có nhu cầu ứng dụng và năng lực đầu tư tài chính đối với đề tài.*© Copyright Ngo Quang HaIV. Phác thảo sơ bộ về robot lặn cần chế tạo Sơ đồ khối*© Copyright Ngo Quang HaIV. Phác thảo sơ bộ về robot lặn cần chế tạo Cấu tạo Hai thành phần chính của hệ thống là robot lặn dưới nước và trạm điều khiển trên mặt nước (được đặt trên tàu hoặc trên bờ). Năng lượng cung cấp cho hệ thống là 1 bộ nguồn được đặt tại trạm điều khiển trên mặt nước. Robot và trạm điều khiển được kết nối với nhau qua dây cáp, vừa là đường truyền tín hiệu, vừa là dây cấp điện và dây cứu hộ cho robot.*© Copyright Ngo Quang HaIV. Phác thảo sơ bộ về robot lặn cần chế tạo Nguyên lý hoạt độngNgười sử dụng thực hiện các thao tác điều khiển tại trạm điều khiển trên bờ.Các lệnh điều khiển sẽ được gửi về bộ xử lý trung tâm, sau đó mã hóa và truyền đến robot qua bộ truyền nhận tín hiệu. Đồng thời, bộ truyền nhận tín hiệu này giải mã các tín hiệu nhận được từ robot, gửi ngược về bộ xử lý trung tâm để hiển thị ra màn hình. Người sử dụng sẽ dựa vào hình ảnh camera và các thông số hiển thị trên màn hình để điều khiển hoạt động của robot.*© Copyright Ngo Quang HaV. Quy trình nghiên cứu - chế tạoBước 1: Chế tạo các cơ cấu chuyển động*© Copyright Ngo Quang HaV. Quy trình nghiên cứu - chế tạoBước 2: Tích hợp cảm biến, camera, cánh tay robot*© Copyright Ngo Quang HaV. Quy trình nghiên cứu - chế tạoBước 3: Tối ưu hóa*© Copyright Ngo Quang HaV. Quy trình nghiên cứu - chế tạoCác nhiệm vụ cơ bản:1. Nghiên cứu tính tóan các tác động của động thủy lực vào sự di chuyển của robot lặn dưới nước 2. Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo kiểu dáng công nghiệp của robot lặn dưới nước3. Nghiên cứu thiết kế và chế tạo cơ cấu cơ khí điều khiển chuyển động dưới nước của robot lặn4. Nghiên cứu thiết kế và chế tạo hệ thống cơ khí và điều khiển hệ thống camera của robot*© Copyright Ngo Quang HaV. Quy trình nghiên cứu - chế tạoCác nhiệm vụ cơ bản:5. Nghiên cứu thiết kế và tích hợp các cảm biến và thiết bị ngọai vi vào trong robot lặn6. Nghiên cứu thiết kế, chế tạo, và tích hợp hệ thống cánh tay robot 3 bậc tự do vào robot lặn7. Nghiên cứu thiết kế và chế tạo phần cứng của hệ thống trạm điều khiển trên bờ 8. Nghiên cứu thiết kế và xây dựng hệ thống phần mềm điều khiển và kiểm soát độ sâu, hướng di chuyển, tốc độ của robot dưới nước*© Copyright Ngo Quang HaV. Quy trình nghiên cứu - chế tạoCác nhiệm vụ cơ bản:9. Nghiên cứu thiết kế và xây dựng phần mềm điều khiển và thu nhận dữ liệu từ hệ thống camera, hệ thống cảm biến, và thiết bị ngoại vi10. Nghiên cứu thiết kế và xây dựng phần mềm điều khiển cánh tay robot 3 bậc tự do để có thể gắp và thu thập vật thể dưới nước11. Nghiên cứu thiết kế và xây dựng phần mềm điều khiển trung tâm, giám sát toàn bộ hoạt động của robot lặn*© Copyright Ngo Quang HaV. Quy trình nghiên cứu - chế tạoCác nhiệm vụ cơ bản:12. Nghiên cứu thiết kế và xây dựng phần mềm giao tiếp với người sử dụng và hệ thống cảnh báo nếu bất kỳ module nào của robot lặn có sự cố13. Nghiên cứu triển khai thử nghiệm và đánh giá hệ thống robot trong các điều kiện và môi trường nước khác nhau *© Copyright Ngo Quang HaVI. Các cơ quan hữu quanCác đơn vị phối hợp nghiên cứu chính: Đại học Bách Khoa Tp.HCM Trường Sỹ quan Kỹ thuật Quân Sự (Tp.HCM) Học viện Hải quân (Nha Trang) Học viện Kỹ thuật Quân sự (Hà Nội) *© Copyright Ngo Quang HaVI. Các cơ quan hữu quanCác đơn vị hợp đặt hàng: Công ty cổ phần giải pháp công nghệ kiểm tra không phá hủy Dầu khí Việt Nam - thuộc Tổng Công ty Công nghệ Năng lượng Dầu khí Việt Nam; Xí nghiệp vận tải biển và công tác lặn – thuộc VietsovPetroHọc Viện Hải Quân - Bộ Quốc phòngViện kỹ thuật Hải Quân - Quân chủng Hải Quân - Bộ Quốc phòng. *© Copyright Ngo Quang HaKẾT LUẬNĐề tài có tầm quan trọng to lớn về mặt khoa học – công nghệTiềm năng ứng dụng rộng rãiNhiều khó khăn, thách thứcCần phát huy tối đa nội lực và phối hợp chặt chẽ với các đơn vị có liên quan*© Copyright Ngo Quang HaTHẢO LUẬN*Các ý kiến thảo luận xin gửi về địa chỉ:ThS. Ngô Quang HàPhòng thí nghiệm Trọng điểm Quốc gia Điều khiển số và Kỹ thuật hệ thống, Trường đại học Bách Khoa TP.HCM268 Lý Thường Kiệt, Q. 10, TP. HCMĐiện thoại: (08) 38647256 – ext: 6259Email: quangha.ngo@gmail.com Xin trân trọng cảm ơn !© Copyright Ngo Quang Ha