NGHIÊN cứu THIẾT kế và CHẾ tạo ROBOT lặn PHỤC vụ CÔNG NGHỆ NUÔI tôm LỒNG TRÊN BIỂN

Mục tiêu Thiết kế và chế tạo thành công robot lặn phục vụ công nghệ nuôi tôm trong lồng trên biển, có khả năng mang camera quan sát và ống mềm hút chất thải, giúp ngư dân trên bờ quan s

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

KHOA CƠ KHÍ

  

VŨ VĂN LIÊM PHẠM VĂN TRƯỜNG

ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC CHUYÊN NGÀNH CÔNG NGHỆ CƠ ĐIỆN TỬ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

VŨ VĂN LIÊM PHẠM VĂN TRƯỜNG

NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

Họ và tên sinh viên: VŨ VĂN LIÊM

PHẠM VĂN TRƯỜNG

Lớp : 49CTU

Chuyên ngành : Công nghệ cơ điện tử

Đề tài: Thiết kế chế tạo robot lặn phục vụ công nghệ nuôi tôm lồng trên biển

Số trang Số chương :04

Hiện vật: 01 quyển báo cáo, 01 robot lặn, 01 bộ điều khiển

NHẬN XÉT

Kết luận

Nha Trang, ngày tháng năm 2011

Cán bộ hướng dẫn ( ký và ghi rõ họ tên )

PHIẾU ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG ĐỀ TÀI

Họ và tên sinh : VŨ VĂN LIÊM

PHẠM VĂN TRƯỜNG

Lớp : 49CTU

Chuyên ngành : Công nghệ cơ điện tử

Đề tài: Thiết kế chế tạo robot lặn phục vụ công nghệ nuôi tôm lồng trên biển

Số trang Số chương :04

Hiện vật: 01 quyển báo cáo, 01 robot lặn, 01 bộ điều khiển

NHẬN XÉTCỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN

Kết luận

Nha Trang, ngày tháng năm 2011

CÁN BỘ PHẢN BIỆN

( Ký ghi rõ họ tên )

_

Nha Trang, ngày tháng năm 2011

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

( Ký ghi rõ họ tên )

Điểm phản biện

Bằng số Bằng chữ

Điểm chung

Bằng số Bằng chữ

LỜI CẢM ƠN

Cơ Điện Tử là một nghành học mới ở nước ta, nhưng nó ngày càng khẳng

định được vai trò trong giai đoạn công nghiệp hóa hiện đại hóa ngày nay và sự

phát triển của đất nước trong tương lai Đây là nghành có sự hội tụ và đúc kết của

ba chuyên nghành là cơ khí, tin học và điện tử mà sản phẩm cuối cùng của nó là

một hệ thống tự động hóa góp phần giải phóng sức lao động của con người

Đối với sinh viên Cơ Điện Tử để làm quen được với các hệ thống máy móc,

công nghệ bên ngoài thì quá trình học lý thuyết đi kèm với thực tế là hết sức cần

thiết Đề tài tốt nghiệp với nội dung “ Nghiên cứu thiết kế và chế tạo robot lặn

phục vụ công nghệ nuôi tôm lồng trên biển”, đã cho chúng em những kiến thức,

kinh nghiệm vô cùng bổ ích qua quá trình vận dụng kiến thức được học tập từ nhà

trường vào thực tiễn

Sau một thời gian tập trung nghiên cứu thiết kế, chế tạo, được sự hướng dẫn

tận tình của Thầy Vũ Thăng Long, và các Thầy trong bộ môn Cơ Điện Tử -Khoa

Cơ Khí chúng em đã hoàn thành đề tài trong thời gian đặt ra

Chúng em xin chân thành cảm ơn quí thầy đã giúp đỡ, tạo điều kiện cho

chúng em hoàn thành đề tài tốt nghiệp này

Vì kiến thức còn hạn chế nên trong đề tài còn một số nhược điểm, kính mong

quý Thầy tận tình giúp đỡ, bổ sung để đề tài chúng em được hoàn thiện hơn và

bước đầu có những ứng dụng vào hoạt động thực tiễn

Nha Trang: 06/2011 Sinh Viên:

VŨ VĂN LIÊM PHẠM VĂN TRƯỜNG

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN 5

MỤC LỤC 6

DANH MỤC HÌNH 8

Chương 1 11

MỞ ĐẦU 11

1.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài 12

1.2 Tính cấp thiết 13

1.3 Mục tiêu 14

1.4 Cách tiếp cận 15

1.5 Phương pháp nghiên cứu 16

1.6 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 17

Chương 2 18

NỘI DUNG VÀ 18

KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 18

2.1 Khảo sát công nghệ nuôi tôm lồng 19

2.2 Yêu cầu kỹ thuật Robot lặn 22

2.3 Động lực học Robot lặn 23

2.3.1 Phương án 1 23

2.3.2 Phương án 2 24

2.3.3 Phương án 3 25

2.3.4 Phương án 4: 26

2.3.5 Lựa chọn phương án 27

2.3.6 Tính toán nguồn động lực 27

2.3.7 Lựa chọn động cơ 31

2.3.8 Chế tạo module kín nước cho động cơ 31

2.4 Thân Robot 40

2.4.1 Kết cấu thân 40

2.4.2 Tính toán bền 41

2.4.3 Tính toán lực đẩy acsimet: 43

2.4.4 Chế tạo phần đầu Robot 45

2.4.5 Chế tạo phần khung 50

2.5 Mạch Điều Khiển Robot 53

2.5.1 Kiến trúc Vi Điều Khiển 53

2.5.2 Giới thiệu về họ vi điều khiển Atmega32L 54

2.5.3 Khối nguồn 55

2.5.4 Khối điều khiển 57

2.5.5 Mạch nạp 59

2.5.6 Khối LCD hiển thị 60

2.5.7 Khối công suất 61

2.5.8 Khối cảm biến 63

2.5.9 Giao tiếp máy tính 64

2.5.10 GamePad 65

2.5.11 Qui trình chế tạo mạch điều khiển 67

2.6 Giải Thuật Đo Lường Và Điều Khiển 76

2.6.1 Giải thuật đọc Gamepad 76

2.6.2 Giải thuật điều khiển chuyển động của robot và truyền nhận dữ liệu 77

2.6.3 Điều khiển cân bằng và ổn định độ sâu 80

Chương 3 81

THỬ NGHIỆM 81

- HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG 81

3.1 Thông số kỹ thuật robot 82

3.2 Thử nghiệm 82

3.2.1 Kiểm tra robot trước khi sử dụng 82

3.2.2 Thử nghiệm tính năng động lực học của robot trên bờ 84

3.2.3 Kiểm tra tính năng động lực học của robot khi hoạt động dưới nước 84

3.2.4 Giao diện hiển thị 89

3.3 Nhận xét kết quả thử nghiệm 89

3.4 Giải pháp tăng khả năng hoạt động cho robot 90

Chương 4 91

KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ 91

4.1 Kết Quả Đạt Được 92

4.2 Kiến Nghị 92

TÀI LIỆU THAM KHẢO 93

PHỤ LỤC 94

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1: Robot HROV 12

Hình 1.2: Robot ROV Kiel 6000 12

Hình 1.3: Robot trong nhà máy điện hạt nhân 13

Hình 1.4: Robot cá 13

Hình 1.5: Sơ đồ kết cấu robot 15

Hình 2.1: Lồng nuôi thủy sản 20

Hình 2.2: Lồng ương tôm hùm con 21

Hình 2.3: Lồng nuôi cố định 22

Hình 2.4: Sơ đồ nguyên lý phương án 1 23

Hình 2.5: Sơ đồ nguyên lý phương án 2 24

Hình 2.6: Sơ đồ nguyên lý phương án 3 25

Hình 2.7: Sơ đồ nguyên lý phương án 4 26

Hình 2.8: Góc tống 28

Hình 2.9: Các loại lực tác dụng phụ thuộc vào phương di chuyển 28

Hình 2.10: Đồ thị hệ số thủy lực 29

Hình 2.11: Hình dáng bên ngoài mô đun động cơ 32

Hình 2.12: Mặt cắt mô đun động cơ 33

Hình 2.13: Mô đun động cơ khi được làm kín nước 33

Hình 2.14: Trục, ổ bi, phe và phốt 34

Hình 2.15: Bản vẽ chế tạo trục gắn chân vịt 34

Hình 2.16: Trục sau khi chế tạo 35

Hình 2.17: Các chi tiết bên trong sau khi lắp ráp 35

Hình 2.18: Mô đun trục chân vịt sau khi hoàn thiện 35

Hình 2.19: Bản vẽ thiết kế ống nối trục 36

Hình 2.20: Sau khi chế tạo thành công 36

Hình 2.21: Sau khi nối với động cơ và khớp mềm 37

Hình 2.22: Phần thân được tiện ren ngoài 37

Hình 2.23: Bản vẽ thiết kế nắp đậy mô đun động cơ 38

Hình 2.24: Nắp đậy sau khi hoàn thiện 38

Hình 2.25: Thân bao và nắp đậy được ăn khớp với nhau 39

Hình 2.26: Chân vịt 39

Hình 2.27: Sau khi bọc ống mềm vào dây điện 40

Hình 2.28: Kết cấu khung robot 40

Hình 2.29: Ghép nối phần thân và đầu thông qua mặt bích 41

Hình 2.30: Sơ đồ mặt cắt thân robot 44

Hình 2.31: Khối xốp được cắt thành khuôn 46

Hình 2.33: Các vật liệu thành phần của composite 47

Hình 2.34: Pha chất xúc tác vào nước nhựa 48

Hình 2.35: Dung dịch nền 48

Hình 2.36: Phủ lớp sợi thủy tinh lên trên 49

Hình 2.37: Sản phẩm hoàn thiện 49

Hình 2.38: Kích thước đệm cao su 50

Hình 2.39: Các thanh Inox hộp 51

Hình 2.40: Khung robot 51

Hình 2.41: Kết nối motor với khung robot thông qua ngàm nối 52

Hình 2.42: Ngàm giữ ống hút 52

Hình 2.43: Khi dùng ống hút 53

Hình 2.44: Khi không dùng ống hút 53

Hình 2.45: Sơ đồ chân ATEMEGA32L 54

Hình 2.46: Cách nối chân VRF 55

Hình 2.47: Sơ đồ nguyên lý khối nguồn 55

Hình 2.48: Sơ đồ mạch in nguồn cho VDK 56

Hình 2.49: Sơ đồ nguyên lý khối VDK 57

Hình 2.50: Sơ đồ mạch in khối VDK 59

Hình 2.51: Mạch nạp Kanda system STK200/+300 59

Hình 2.52: Khối LCD hiển thị 60

Hình 2.53: Sơ đồ nguyên lý khối công suất 61

Hình 2.54: Sơ đồ mạch in khối công suất 62

Hình 2.55: Sơ đồ nguyên lý khối cảm biến 63

Hình 2.56: Cảm biến áp suất 64

Hình 2.57: Cảm biến nhiệt độ 64

Hình 2.58: Sơ đồ nguyên lý khối truyền thông 64

Hình 2.59: Sơ đồ mạch in khối truyền thông 65

Hình 2.60: Gamepad 65

Hình 2.61: Sơ đồ chân Gamepad 66

Hình 2.62: Sơ đồ truyền dữ liệu 67

Hình 2.63: Màn hình làm việc của ORCAD CAPTURE 67

Hình 2.64: Tạo một project mới 68

Hình 2.65: Định khổ giấy cho bản vẽ 69

Hình 2.71: Đặt tên cho các đường dây trong 73

Hình 2.72: Sơ đồ mạch in 74

Hình 2.73: Sau khi gỡ bỏ lớp giấy in 74

Hình 2.74: Mạch in sau khi rửa 75

Hình 2.75: Giải thuật đọc Gamepad 76

Hình 2.76: Giải thuật cho Master 77

Hình 2.77: Giải thuật cho Slave 78

Hình 2.78: Giải thuật truyền dữ liệu 79

Hình 2.79: Giải thuật nhận dữ liệu 79

Hình 2.80: Giải thuật khiển ổn định độ sâu cho robot 80

Hình 3.1: Kiểm tra điện áp nguồn cấp 82

Hình 3.2: Công tắc số 1 83

Hình 3.3: Công tắc số 2 83

Hình 3.4: Thiết bị điều khiển 83

Hình 3.5: Robot chìm khi trọng lượng robot quá nặng 85

Hình 3.6: Robot lơ lửng trên mặt nước (vị trí đạt yêu cầu) 86

Hình 3.7: Tác động lực làm nghiêng robot 86

Hình 3.8: Robot tự cân bằng khi không còn lực tác động 87

Hình 3.9: Chuyển động tiến của robot 87

Hình 3.10: Robot bắt đầu lặn xuống 88

Hình 3.11: Giao diện hiển thị 89

Chương 1

MỞ ĐẦU

1.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài

Thám hiểm, dò tìm… trong điều kiện khắc nghiệt là công việc hết sức khó khăn và nguy hiểm đối với con người Robot ra đời giúp chúng ta có thể đi đến lấy mẫu những nơi mà con người khó có thể đến được Một số nước trên thế giới đã và đang tạo ra những con robot lặn phục vụ việc nghiên cứu trong các điều kiện khắc nghiệt đó Có những con đang trong giai đoạn nghiên cứu thử nghiệm và có những con đang được sử dụng Chúng không được sản xuất thương mại mà chủ yếu là sản xuất đơn lẻ, chuyên dụng nên giá thành của chúng rất đắt Dưới đây là một số loại robot lặn trên thế giới:

- Robot lặn HROV (viết tắt của

Hybrid Remotely Operated Vehicle):

Do các nhà khoa học ở Đại học Johns

Hopkins và Viện Hải dương học

Woods Hole đang nghiên cứu chế tạo

và sẽ hoàn thành vào năm 2012

HROV được thiết kế theo hai kiểu,

kiểu thứ nhất được kết nối với một loại

vi cáp đặc biệt, dùng để cung cấp điện

và để liên lạc với trung tâm Với kiểu

robot này, các nhà khoa học có thể

thám hiểm do họ trực tiếp điều khiển

mà không cần phải lặn xuống đáy biển

Kiểu robot thứ hai là loại thiết bị lặn

hoạt động theo chương trình lập sẵn từ

trước, có khả năng tự động khảo sát và

thu thập dữ liệu trên một khu vực rộng lớn dưới đáy biển để chuyển về cho các nhà khoa học nghiên cứu và phân tích Tuy nhiên robot HROV có kích thước lớn và chủ yếu dùng để tìm hiểu các vụ động đất và phun của núi lửa dưới lòng đại dương

- Robot lặn ROV Kiel 6000: Được

phát minh bởi các nhà nghiên cứu biển

Đức, có thể xuống đến độ sâu 6.000m để

chụp ảnh và lấy mẫu vật ROV Kiel

6000” có hai cánh tay thủy lực có khả

năng đo đạc, thu gom mẫu nước, mẫu

trầm tích và đất đá ở đáy biển Thông

Hình 1.1: Robot HROV

thể ghi hình những loài sinh vật bí ẩn sống ở đáy biển sâu Các dữ liệu và hình ảnh được truyền tức thời qua cáp quang tới người điều khiển rôbốt cũng như các nhà nghiên cứu trong khoang kiểm soát ở trên tàu nghiên cứu Tuy nhiên Rôbốt

lặn này rất nặng (khoảng 30 tấn) và rất đắt tiền (trị giá 3,2 triệu euro) và chỉ

phù hợp cho nhà nghiên cứu muốn tìm hiểu cặn kẽ, chính xác đáy biển hy vọng phát hiện được những loài sinh vật bí ẩn và đặc biệt là phát hiện được “vàng trắng” Methanhydrat có giá trị kinh tế cao

- Robot lặn trong nhà máy điện hạt nhân:

Robot do các nhà khoa học của Trung Quốc

chế tạo, có chiều dài 42cm, rộng 19,8 cm, cao

13,8 cm và cân nặng 13,8 kg Đây là robot đầu

tiên thuộc loại này được sử dụng trong các lò

phản ứng hạt nhân của Trung Quốc Robot có

thể lặn vào bể nước sâu 22m của lò phản ứng

với điều kiện nước có tính axít yếu và độ phóng

xạ hạt nhân thấp Do di chuyển trên 6 bánh xe

nên robot này chỉ thích hợp chạy trên các bề

mặt đường tương đối bằng phẳng

- Robot cá của Trường Đại học Sư phạm Kỹ

thuật: Robot do nhóm sinh viên trường ĐH

Sư phạm kỹ thuật TP.HCM chế tạo Robot

này đã thể hiện khá nhiều những chức năng

của cá thật, như: bơi lên lặn xuống rất uyển

chuyển, có thể bơi ở những vị trí khác nhau,

có cảm biến tránh cản, rẽ phải, rẽ trái Với

trọng lượng 600gr, dài 350mm, robot cá có

thể được điều khiển để lặn sâu 2m, có thể điều

khiển xa nhất khoảng 200m, quay tròn trong

bán kính 0,5m Trong tương lai, robot này sẽ

được cải tiến, trang bị thêm các cảm biến phát

hiện vật cản để trở thành robot có khả năng bơi lội linh hoạt và có kích thước lớn hơn để có thể mang camera quan sát nhằm thu thập số liệu và gởi về trung tâm quan

Hình 1.3: Robot trong nhà máy

điện hạt nhân

Hình 1.4: Robot cá

(thức ăn, tăng trưởng và bệnh tật của vật nuôi) và thu gom chất thải… đóng vai trò

hết sức quan trọng Với những lồng nuôi chìm dưới mặt nước, con người phải thường xuyên lặn xuống để quan sát và thực hiện các thao tác kỹ thuật nuôi rất nguy hiểm Việc nghiên cứu và chế tạo robot lặn giúp các chuyên gia có thể quan sát trực

tiếp tình hình lồng nuôi tôm và thực hiện các thao tác kỹ thuật nuôi (thu gom chất

thải,…) mà không cần trực tiếp lặn xuống, để từ đó có kết luận chính xác và an toàn

đã và đang là nhu cầu cấp thiết góp phần làm giảm cường độ lao động nặng nhọc và nguy hiểm cho người nuôi

Ngoài ra robot lặn có thể giúp chuyên gia trong các lĩnh vực khác như thăm

dò và khảo sát dưới mặt nước mà không cần trực tiếp lặn xuống

1.3 Mục tiêu

Thiết kế và chế tạo thành công robot lặn phục vụ công nghệ nuôi tôm trong lồng trên biển, có khả năng mang camera quan sát và ống mềm hút chất thải, giúp ngư dân trên bờ quan sát hình ảnh tôm trong lồng nuôi, đồng thời robot có thể đưa ống mềm hút chất thải đến các vị trí cần thiết để hút thức ăn thừa và các chất cặn bã lên bờ

1.4 Cách tiếp cận

Nhằm thực hiện chức năng trợ giúp nuôi lồng thủy sản, robot được thiết kế có sơ

đồ cấu tạo và mối tương quan các bộ phận như sau:

1 DISPLAY: Bộ hiển thị dữ liệu, dữ liệu từ camera quan sát sẽ được truyền về

trạm điều khiển trung tâm trên bờ và hiển thị lên trên màn hình máy vi tính hoặc

màn hình bất kỳ phụ thuộc vào camera sử dụng

Hình 1.5: Sơ đồ kết cấu robot

4 FB_MOTOR: Bao gồm 2 motor bố trí hai bên hông robot, tạo nguồn động lực

giúp robot chuyển động tiến và lùi

5 UD_MOTOR: Bao gồm 3 motor bố trí thẳng đứng và vuông góc với trục thân

robot, tạo nguồn động lực giúp robot chuyển động thẳng lên xuống

6 SCREW-PROPELLER: Chân vịt, được gắn vào trục motor

7 SENSORS: Hệ thống các cảm biến dùng để xác định độ sâu hiện tại robot, góc

nghiêng của nó theo phương ngang và phương dọc, dựa vào góc nghiêng này mà Bộ

điều khiển sẽ điều khiển lực đẩy của các motor nhằm đảm bảo tính ổn định robot

8 FRAME: Bộ khung của robot, là nơi gá đặt động cơ, bộ cảm biến cân bằng…

9 CAMERA: Sử dụng camera quay dưới nước, được điều khiển quay theo hai trục

nên có thể xoay theo phương bất kỳ, giúp hiển thị hình ảnh của vật nuôi

10 CONTROL: Gamepad điều khiển

1.5 Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu chế tạo robot dựa trên tính toán lý thuyết kết hợp với thực nghiệm, trong đó chủ yếu vào phép “Trial and error” Đây là phương pháp sử dụng rất nhiều trong những trường hợp hệ thống điều khiển chịu tác động bởi nhiều yếu tố Cụ thể:

- Dựa vào kết quả khảo sát tình hình nuôi tôm lồng sẽ xác định được các tính năng động lực học robot lặn của robot

- Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến sự chuyển động của robot dưới nước, các yếu

tố bao gồm lực cản chuyển động, độ sâu, vận tốc, gia tốc, tính ổn định…để từ đó xác định hình dáng robot và vị trí đặt nguồn động lực thích hợp

- Xây dựng phương án và tiến hành thiết kế chế tạo hệ thống cơ khí và điều khiển: Nhằm lựa chọn được kết cấu tốt nhất, phù hợp công nghệ nuôi lồng, một số phương

án thiết kế sẽ được xây dựng Mỗi phương án sẽ được phân tích kỹ lưỡng để chọn phương án thích hợp Sau khi lựa chọn phương án thiết kế, nhóm tác giả sẽ tiến hành thiết kế kỹ thuật, công việc này bao gồm tính chọn động cơ, tính toán các thông số hình học, lựa chọn loại cảm biến…và thiết kế mạch điều khiển Sau khi tính toán xong, phiên bản đầu tiên robot sẽ được chế tạo để tiến hành thử nghiệm

- Thử nghiệm, kiểm tra và hoàn chỉnh robot: Việc thử nghiệm của robot sẽ được

chuyển động đến các vị trí mong muốn, tính ổn định của robot, khả năng mang camera và ống mềm để hút chất thải Quá trình này được tiến hành nhiều lần để phát hiện và sửa chữa các nhược điểm Sau khi thử nghiệm trong bể thử thành công, robot sẽ được đưa đến các lồng nuôi trên biển để thử nghiệm các chức năng cần thiết của công việc nuôi tôm lồng Số liệu thực nghiệm sẽ được ghi chép cụ thể để làm cơ sở đánh giá kết quả nghiên cứu

1.6 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Robot lặn có khả năng mang camera quan sát và ống mềm hút chất thải trong quá trình nuôi phù hợp với công nghệ nuôi tôm lồng trên biển

Chương 2

NỘI DUNG VÀ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

2.1 Khảo sát công nghệ nuôi tôm lồng

Do robot thiết kế và chế tạo được sử dụng để phục vụ công việc quan sát và chăm sóc tôm hàng ngày nên robot thiết kế cần có các tính năng phù hợp với yêu cầu của người sử dụng Để thỏa mãn yêu cầu này thì cần có sự khảo sát quá trình chăm sóc và công nghệ nuôi tôm lồng trên biển hiện nay ở Việt Nam Qua việc khảo sát thực tế này mà yêu cầu kỹ thuật của robot được xác định

Trên thế giới, tôm hùm phân bố chủ yếu ở các vùng biển nhiệt đới đến bán nhiệt đới như Úc, Đài Loan, Trung Quốc, Nhật Bản, Indonesia,…

Ở Việt Nam, tôm hùm phân bố chủ yếu ở các tỉnh miền trung từ Quảng Bình đến Bình Thuận, đặc biệt tập trung ở các tỉnh Khánh Hoà, Ninh Thuận, Bình Thuận Tuỳ theo giai đoạn phát triển mà tôm hùm phân bố ở những độ sâu khác nhau Giai đoạn trưởng thành, chúng sống ở độ sâu 20m trở lên, giai đoạn ấu trùng và con non chủ yếu tập trung ở các bãi đá, san hô độ sâu từ 2 - 10m

Tôm hùm thường sống ở các rạn san hô ngầm xa bờ, xen kẽ đá san hô, nơi có nhiều hang hốc, khe rãnh ven biển, độ sâu từ 5 - 35m, độ mặn khoảng 30 - 34o/oo, nhiệt độ từ 22 – 32 oC và độ trong suốt cao Chúng có tập tính sống quần tụ chủ yếu

ở tầng đáy với chất đáy sạch, không bùn

Tôm hùm gai, Panulirus là loài thuỷ sản có giá trị kinh tế cao thuộc họ Palinuridae Ở Việt Nam, giống Panulirus có 7 loài: tôm hùm bông P onatus, tôm hùm đá P.homarus, tôm hùm sỏi P.stimpsoni, tôm hùm đỏ P.longipes, tôm hùm ma P.penicilatus, tôm hùm sen P.versicolor, tôm hùm bùn P.polyphagus Trong đó, tôm hùm bông là loài có kích thước lớn nhất, tăng trưởng nhanh nhất và có giá trị kinh

tế cao nhất, là đối tượng được ưu tiên trong nuôi lồng

Tôm hùm lớn lên nhờ quá trình lột xác Tôm càng nhỏ, quá trình lột xác càng ngắn và tôm lớn càng nhanh Tôm hùm có chu kỳ lột xác dài hơn so với các loài giáp xác khác, do đó, tốc độ tăng trưởng của chúng cũng chậm hơn

Tôm hùm là loài ăn tạp, trong tự nhiên thức ăn chủ yếu là cá, tôm, cua ghẹ nhỏ, cầu gai,…ngoài ra, chúng còn ăn các loại rong rêu Tôm hùm bắt mồi tích cực

Đến mùa sinh sản, tôm thành thục kết đàn di cư ra các vùng biển sâu 10-35 m

và có độ mặn 30 - 34 o/oo để đẻ Tôm thụ tinh ngoài, con đực gửi khối túi tinh trên mảnh ức của con cái Túi tinh được làm rách nhiều giờ trước khi con cái đẻ để thụ tinh với trứng ở phần bụng và chân bơi Tôm giữ trứng ở các đôi chân bụng cho đến khi trứng nở

Ấu trùng Phyllosoma qua 12 lần lột xác và biến thái thành ấu trùng Puerulus

Ấu trùng Puerulus qua 4 lần lột xác thành tôm hùm con Tôm con sống đáy, thường tập trung ở những vùng rạn trong các kẽ đá hoặc bám chác vào những lỗ nhỏ của đá ghềnh thành từng nhóm vài con hoặc vài trăm con trong 1 vùng rạn hẹp

Hiện nay, Khánh Hòa có gần 30 ngàn lồng nuôi tôm hùm, tập trung chủ yếu ở các huyện: Ninh Hòa, Vạn Ninh, thị xã Cam Ranh và TP Nha Trang Hàng năm, sản lượng thu hoạch tôm hùm lồng đạt hơn 1.000 tấn, thu nhập hàng trăm tỷ đồng Các lồng được đặt ở vùng vịnh eo biển nơi nước ít bị ảnh hưởng bởi lũ lụt, sóng gió lớn, nhiệt độ nước ổn định, có nguồn nước sạch, không bị ô nhiễm bởi các chất thải công nghiệp, sinh hoạt, các yếu tố thuỷ lý hoá phù hợp với đặc điểm sống của tôm hùm, thường đặt chỗ nước có độ sâu khoảng 15m

Độ sâu 3 - 5 m đối với lồng cố định, 6 - 8 m đối với lồng nổi

Lồng ương tôm hùm con là lồng chìm Kích thước 0,7 x 0,8 x 1m; 1,5 x 1,5 x 1,2m hoặc 2 x 2 x 1,2m

Hình 2.1: Lồng nuôi thủy sản

Khung lồng làm bằng sắt có đường kính 2 mm, được hàn lại với nhau Khung được sơn bằng dầu hắc để chống rỉ, bên ngoài quấn thêm 1 lớp bao nylon Lưới bọc khung được kéo căng ở cả 6 mặt, có thể là lưới sắt hoặc lưới nylon, cước; nên làm

2 lớp lưới (lớp bên ngoài có đường kính mắt lưới 2 - 3 cm) để tránh các loài cá dữ

cắn phá lưới

Mặt trên lồng có cửa (nắp) để kiểm tra và làm vệ sinh lồng Dùng 1 ống nhựa

có đưòng kính 10 - 12mm buộc giữa lồng để đưa thức ăn vào lồng, ống được đặt dài đến sát đáy lồng, đầu còn lại nổi trên mặt nước để có thể cho ăn từ trên thuyền Lắp lồng cách đáy biển sao cho khi thuỷ triều cạn nhất lồng cũng không ảnh hưởng bởi lớp bùn đáy

Lồng nuôi tôm thương phẩm thường là lồng chìm Ưu điểm của loại lồng này

là không bị ảnh hưởng bởi sóng gió, có thể di chuyển nếu gặp điều kiện không thuận lợi Kích thước lồng 3 x 3 x 1,5m; 2 x 3 x 1,5m; 3 x 2,5 x 1,2m

Sắt làm khung có đường kính 12 - 14mm, được hàn lại với nhau theo kích thước lồng nuôi Khung được sơn bằng dầu hắc để chống rỉ, bên ngoài quấn thêm 1 lớp bao nylon Lưới bọc khung được kéo căng ở cả 6 mặt, có thể là lưới sắt hoặc

Hình 2.2: Lồng ương tôm hùm con

so với lồng chìm Tuy nhiên, lồng này

bị ảnh hưởng nhiều của sóng gió, khi

gặp điều kiện thời tiết bất lợi không

thể di chuyển đi nơi khác, chi phí làm

đầu, hai người đứng trên thuyền dùng sức lắc mạnh và đóng xuống đáy sâu ít nhất 1

- 1,5m Đóng xong 4 cọc chính, chuyển sang đóng các thanh đà ngang và nẹp để cố định lồng

Sau khi tạo khung lồng xong, người ta cho lồng lưới xuống và cột các góc lồng vào các trụ để cố định lồng Nên cột lưới lồng cách xa các cột để tránh sóng gió xô đẩy, lưới cạ vào cọc sẽ mau hư, rách Lồng thường sử dụng lưới nhựa, cước Kích thước mắt lưới 2a = 20 - 30mm tuỳ theo cỡ giống thả nuôi Phía trên có nắp đậy bằng lưới để cho ăn và kiểm tra tôm, tránh thất thoát tôm do bắt trộm Phía dưới đáy lồng có lót thêm một tấm bạt ở phân nửa đáy là nơi cho ăn và tôm lên nghỉ sau khi ăn Nửa đáy bên kia để trống để dọn phân và thức ăn thừa của tôm Đáy lồng nên cách đáy biển 1 - 2m Thường làm lồng cao hơn mực nước cao nhất khoảng 1m Bên cạnh việc dựng lồng (rọ) thì mỗi hộ nuôi phải dựng thêm một trại gác để ở và chăm sóc, bảo vệ tôm

2.2 Yêu cầu kỹ thuật Robot lặn

Tôm hùm là loại tạp ăn, thức ăn chủ yếu là cá tạp, cua, ghẹ, cầu gai, và các loại nhuyễn thể Cho ăn chủ yếu là cho ăn tươi, tuỳ vào kích cỡ tôm, cỡ mồi mà ta

có thể băm nhỏ thức ăn hay không Có thể cho tôm hùm ăn 2 lần/ngày nhưng phải đặc biệt chú ý cho ăn nhiều vào các buổi sáng sớm và chiều tối Lượng cho ăn hằng ngày từ 15 - 20% trọng lượng đàn tôm Trong những ngày trước lúc lột xác 4 - 5 ngày tôm ăn rất mạnh và đang trong thời kì lột xác nhiều tôm giảm ăn chính vì vậy

ta cần chú ý vào các thời điểm này mà điều chỉnh lượng thức ăn cho phù hợp Quá trình lột xác của tôm phụ thuộc vào chu kì con nước, thường thì tôm sẽ lột xác nhiều vào cuối kì con nước lớn

Hình 2.3: Lồng nuôi cố định

Từ kết quả khảo sát, yêu cầu kỹ thuật robot lặn như sau:

- Tốc độ di chuyển từ (0 - 0,5) m/s và có thể đứng yên ở một vị trí để quan sát

- Kích thước chiều Rộng x Cao x Dài tối đa là 55 x 55 x 70cm

- Chịu được áp lực nước ở độ sâu thả lồng (tối thiểu là 10m nước)

- Có khả năng mang được camera và ống mềm để quan sát tôm và hút thức ăn thừa cũng như lượng chất bẩn dưới đáy lồng

- Có khả năng xoay vòng tại chỗ

- Có khả năng trồi lên và lặn xuống theo chiều thẳng đứng và phương nghiêng

Nguyên lý:

Sử dụng 4 động cơ điện một chiều, trong đó 2 động cơ được đặt bên trái và bên phải robot có nhiệm vụ giúp robot chạy tới, lùi lại nhịp nhàng theo ý của người điều khiển Khi cần robot chạy tới, 2 động cơ trái và phải cùng quay thuận, khi muốn robot lùi lại 2 động cơ này được đảo chiều, khi rẽ trái động cơ phải được điều khiển quay theo chiều thuận và động cơ trái đảo chiều quay của mình, tương tự khi muốn robot rẽ phải ta cho động cơ bên trái quay theo chiều thuận, động cơ phải đảo chiều quay của mình

Hai động cơ điện một chiều còn lại được bố trí ở phía trước và phía sau của robot có nhiệm vụ giúp robot lặn xuống và nổi lên Khi muốn robot lặn xuống theo phương thẳng đứng, 2 động cơ trước và sau được điều khiển cùng quay theo chiều thuận Khi muốn robot vừa di chuyển vừa lặn xuống ta điều khiển động cơ trái, động cơ phải, động cơ phía trước và động cơ phía sau cùng quay theo chiều thuận nhưng tốc độ động cơ phía sau phải nhỏ hơn tốc độ của động cơ phía trước

Ưu điểm:

- Do sử dụng chỉ có 4 động cơ DC nên robot sẽ tương đối đơn giản, hạn chế hỏng hóc

- Điều khiển đơn giản, khối lượng của robot nhỏ

- Tiết kiệm về kinh tế

Nhược điểm:

- Khó điều khiển robot lặn xuống do chỉ sử dụng 2 động cơ làm nhiệm vụ này

- Robot khó giữ được thăng bằng trong quá trình di chuyển

2.3.2 Phương án 2

Hình 2.5: Sơ đồ nguyên lý

Nguyên lý:

Sử dụng 6 động cơ điện một chiều Trong đó động cơ 1 và 2 được đặt phía sau bên trái và bên phải robot có nhiệm vụ giúp robot di chuyển tới và lùi lại nhịp nhàng theo ý của người điều khiển Khi robot tiến lên ta điều khiển 2 động cơ trái và phải cùng quay thuận, khi robot lùi lại ta điều khiển 2 động cơ này đảo chiều, khi rẽ trái

ta điều khiển động cơ phải quay theo chiều thuận và động cơ trái đảo chiều quay của mình, tương tự khi ta muốn rẽ phải ta cho động cơ bên trái quay theo chiều thuận, động cơ phải đảo chiều quay của mình

Bốn động cơ còn lại có nhiệm vụ giúp robot lặn xuống và nổi lên Khi robot lặn xuống theo phương thẳng đứng ta điều khiển 4 động cơ 3, 4, 5, 6 cùng quay theo chiều thuận Khi muốn robot vừa tiến vừa lặn xuống ta điều khiển cùng 6 động cơ quay theo chiều thuận, nhưng tốc độ động cơ 3 luôn luôn thấp hơn so với động cơ 4

Ưu điểm:

- Lặn xuống và nổi lên tương đối dễ dàng do sử dụng 4 động cơ

- Giữ được thăng bằng tốt trong quá trình điều khiển robot lặn ổn định

Nguyên lý:

Sử dụng 5 động cơ điện một chiều, trong đó 2 động cơ 4 và 5 được đặt phía bên hông bên trái và phải robot, có nhiệm vụ giúp robot di chuyển tới và lùi lại nhịp nhàng theo ý của người điều khiển Khi robot tiến lên ta điều khiển 2 động cơ trái

và phải cùng quay thuận, khi robot lùi lại ta điều khiển 2 động cơ này đảo chiều, khi rẽ trái ta điều khiển động cơ phải quay theo chiều thuận và động cơ trái đảo chiều quay của mình, tương tự khi ta muốn rẽ phải ta cho động cơ bên trái quay theo chiều thuận, động cơ phải đảo chiều quay của mình

Ba động cơ còn lại có nhiệm vụ giúp robot lặn xuống và nổi lên Khi robot lặn xuống theo phương thẳng đứng ta điều khiển 3 động cơ 1, 2, 3 cùng quay theo chiều thuận Khi muốn robot vừa tiến vừa lặn xuống ta điều khiển cùng 5 động cơ quay theo chiều thuận,trong đó tốc độ quay động cơ 1 luôn nhỏ hơn tốc độ quay của động

Nguyên lý:

Trong thân robot có chế tạo riêng một khoang chứa nước Khi muốn chìm xuống ta chỉ cần bơm nước vào trong khoang, như vậy sẽ làm tăng trọng lượng của robot lên như vậy robot sẽ chìm xuống Khi muốn nổi lên ta lại thay đổi trọng lượng bằng cách bơm nước trong khoang ra ngoài Robot di chuyển tiến lùi thông qua hệ thống chân vịt và bánh lái

- Khó khăn trong việc chế tạo bơm thủy lực để hút và xả nước

- Tốc độ đáp ứng khi nổi và lặn chậm hơn sử dụng động cơ

- Tính năng động lực học chưa đáp ứng yêu cầu phục vụ nuôi trồng thủy sản

đầu tiên là phải khắc phục được lực thủy động tác dụng lên robot

Lực thuỷ động tác dụng lên robot:

- Áp lực thủy động do dòng chảy

Lực thủy động sẽ tự sinh ra một khi robot di chuyển trong nước hoặc do dòng nước di chuyển tác động lên robot Độ lớn và hướng của dòng chảy quyết định trị số

Hệ số thủy động (C) được định nghĩa bởi công thức

t

S Q

R C

St - là tiết diện của ngư cụ so với phương dòng chảy (m2)

Nếu hệ số thủy động C ta có thể dùng nó để tính lực cản thủy động lên robot theo công thức:

t

S q C

Trong thực tế, các hệ số thủy động C đều được đo ứng với một góc tống nhất

định (H 2.8) - góc hợp bởi phương dòng chảy và mặt phẳng chịu lực của robot Ta

có một biểu đồ hệ số thủy động C theo các góc tống  khác nhau (H 2.10)

Khi mặt robot trực giao đối với phương dòng chảy (H 2.9a), thì robot chỉ phụ

thuộc chủ yếu vào lực cản thủy động Nếu mặt robot di chuyển song song với

phương dòng chảy (H 2.9b) thì dọc theo bề mặt của nó sẽ phụ thuộc vào lực cản ma

sát thủy động Nếu robot hợp với phương dòng chảy một góc tống a thì nó phụ thuộc cả hai vào lực cản thủy động và lực cản ma sát Khi đó, tổng lực cản thủy động R có thể được diễn tả theo 2 thành phần là: lực cản ma sát (R X) song song với phương dòng chảy; và lực bổng thủy động (R Y) trực giao với phương dòng chảy

Chính lực bổng R Y sẽ làm ảnh hưởng đến hình dáng của robot, robot sẽ bị cản nhiều hay ít tùy thuộc vào sự thay đổi của lực bổng R Y Lực bổng R Y thì phụ thuộc vào lưu tốc dòng chảy và góc tống 

X

C và C Y tương ứng là hệ số lực cản ma sát và hệ số lực bổng thủy động Trong đó:

.

X X t

R C

q s

 và

.

Y Y t

R C

q s

Các hệ số C X và C Ythì phụ thuộc vào góc tống  của robot Tuy nhiên, nó cũng phụ thuộc vào tỷ số diện tích robot chiếm chỗ (E S) và các tính chất vật lý của dòng chảy biểu thị qua hệ số nhớt động học Reynolds (R e)

 Áp lực thủy động 1 2

2

 Áp lực thủy động 1 2

2

q  V

Với V = 0.3 (m/s) và mật độ của nước  2 4

2.3.8 Chế tạo module kín nước cho động cơ

Robot hoạt động với 5 động cơ điện một chiều 24V, công suất mỗi động cơ là 60W Các động cơ thực hiện các chức năng: Tạo nguồn động lực giúp robot di chuyển tiến lùi và chuyển động lên xuống Lực đẩy robot di chuyển được tạo ra nhờ chân vịt gắn trên đầu trục động cơ, chân vịt có đường kính cánh là 120mm, bước xoắn cánh quạt là 40o

Do robot hoạt động trong môi trường nước nên động cơ được gắn lên robot phải được bảo vệ kín nước Kết cấu mô đun làm kín nước cho động cơ được trình bày trên bản vẽ Hình 2.11 và 2.12

Hình 2.11: Hình dáng bên ngoài mô đun động cơ

1: Nắp làm kín phía trước; 2: Động cơ; 3: Vỏ động cơ; 4: Vỏ làm kín phía sau;

5: Chân vịt; 6: Vòng liên kết giữa module và khung robot; 7: Ống nối trục;

8: Thanh nối giữa hai ống nối trục; 9: Trục nối động cơ và chân vịt ; 10:Đai ốc

Module động cơ sau khi được làm kín nước có hình dáng như hình sau:

a Chế tạo mô đun trục chân vịt

Năp làm kín này cấu tạo gồm: hai ổ bi chặn kích thước 8 x 22, 2 phốt chắn dầu

kích thước 8 x 22, 1 ống bao ngoài bằng nhựa PVC kích thước  23 x 35, mỡ bò,

keo dán nhựa PVC, keo dán cố định AB

Hình 2.13: Module động cơ khi được làm kín nước

Hình 2.12: Mặt cắt module động cơ

Cách làm :

Trục chân vịt được thiết kế như bản vẽ (hình 2.15)

Trục gắn chân vịt sau khi chế tạo có như hình 2.16

CC BB

AA

CC BB

Sau khi đã có trục ta tiến hành lắp ghép các chi tiết lại với nhau: Cho trục vào trong ống bao, sau đó cho phốt chắn dầu vào trục, cố định vị trí nó lại, tra 1 ổ bi vào trục, cố định ổ bi lại tại vị trí cố định bằng phe, dùng keo dán cố định ổ bi và phốt vào ống bao, để kín nước, ta cho mỡ bò đầy vào trong ống bao Sau đó, tra ổ bi vào đầu thứ 2, rồi cho phốt chắn thứ 2 vào, cố định vị trí của ổ bi bằng 1 phe, rồi dùng keo dán ổ bi với ống bao thật cứng Để cho 2 phốt chắn không bị xê dịch ta dùng một đoạn ống nhỏ đặt ở trong ống bao để cố định khoảng cách của chúng Để khi hoạt động trục không bị chặt cứng thì giữa ổ bi và phốt phải có một khoảng hở nhất định, giữa khoảng hở ta lại cho vào một ít mỡ bò

Hình 2.16: Trục sau khi chế tạo

Hình 2.17: Các chi tiết bên trong sau khi lắp ráp

b Chế tạo module động cơ :

Để chế tạo mô đun động cơ, trước tiên ta phải nối trục giữa trục động cơ và mô đun trục chân vịt Để nối trục ta dùng ống nối trục chế tạo bằng gang

Hình 2.20: Sau khi chế tạo thành công Hình 2.19: Bản vẽ thiết kế ống nối trục

Làm kín nước mô đun động cơ:

Module làm gồm một ống  42 được tiện ren ngoài ở 2 đầu thân, với bước tiến ren là 2mm, chiều dài chạy ren là 25mm (hình 2.26), và 2 nắp đậy 55, 1 nắp được khoét một lỗ nhỏ  23 để liên kết với phần trục nối với chân vịt sau khi được làm kín ra ngoài Nắp còn lại thì khoan một lỗ  6 để đưa dây tín hiệu điều khiển động cơ ra ngoài

Hình 2.21: Sau khi nối với động cơ và khớp mềm

Do vị trí trục động cơ không nằm tại tâm điểm, nên việc khoan các lỗ  23 để gắn phần trục nối chân vịt sẽ phụ thuộc vào từng vị trí của trục động cơ Công việc này sẽ được tiến hành trong khi ghép nối các chi tiết lại với nhau

Muốn nối chúng lại với nhau ta cho các đầu nắp đậy ăn khớp với thân bao động cơ, để đảm bảo kín nước hoàn toàn ta dùng cao su non quấn một số vòng nhỏ

ở các đầu tiện ren trước khi ta cho các phần này ăn khớp lại với nhau

Hình 2.23: Bản vẽ thiết kế nắp đậy mô đun động cơ

Hình 2.24: Nắp đậy sau khi hoàn thiện

Sau khi tất cả các chi tiết đã được lắp ghép với nhau để gắn cố định, và đảm bảo kín nước hoàn toàn ta dùng dung dịch keo AB quét một lớp bên ngoài phần tiếp xúc giữa ống bao ổ bi và môi trường nước

c Chân vịt:

Chân vịt là phần giúp dẫn động cho robot để nó có thể di chuyển được dễ dàng Trong thiết kế này, chân vịt bằng inox được sử dụng, có đường kính cánh là 120mm, bước xoắn cánh quạt là 40o Chân vịt sau khi được lựa chọn đã tiến hành chạy thử, kết quả thử nghiệm cho thấy chuyển động của robot khá tốt

Hình 2.26: Chân vịt Hình 2.25: Thân bao và nắp đậy được ăn khớp với nhau

Phương pháp ở đây là sử dụng một ống mềm bao bên ngoài dây tín hiệu, sau

đó liên kết cứng ống mềm này với nắp bằng composite như vậy sẽ đảm bảo kín nước phần ống mềm với nắp, tiếp theo cần làm kín phần ống mềm và dây Như vậy khi cần tháo lắp chỉ cần tháo kết nối giữa dây điện và ống mềm mà không ảnh hưởng tới mối nối bên ngoài

2.4 Thân Robot

2.4.1 Kết cấu thân

Hình 2.27: Sau khi bọc ống mềm vào dây điện