Thiết kế, chế tạo robot lặn phục vụ công nghệ nuôi tôm lồng trên biển

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.. Robot HROV viết tắt của Hybrid Remotely Operated Vehicle Vớ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

KHOA CƠ KHÍ

-

VÕ ĐĂNG KHOA NGUYỄN VĂN THẠCH

THIẾT KẾ CHẾ TẠO ROBOT LẶN PHỤC VỤ CÔNG

NGHỆ NUÔI TÔM LỒNG TRÊN BIỂN

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH CƠ ĐIỆN TỬ

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN Th.S VŨ THĂNG LONG

NHA TRANG - 2010

NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

Họ, tên sinh viên: VÕ ĐĂNG KHOA Lớp: 48CTU

Ngành: CƠ ĐIỆN TỬ

MSSV:48132152 Tên đề tài tốt nghiệp: "Thiết kế, chế tạo robot lặn phục vụ công nghệ nuôi tôm lồng trên biển” Số trang: 49 Số chương: 5 Số tài liệu tham khảo: 21 Hiện vật: Robot lặn

NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN ………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

Kết luận: ………

………

………

Nha trang, ngày… tháng….năm 2010 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

(ký, ghi rõ họ tên)

PHIẾU ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP

Họ, tên sinh viên: VÕ ĐĂNG KHOA Lớp: 48CTU

Ngành: CƠ ĐIỆN TỬ

MSSV:48132152 Tên đề tài tốt nghiệp: "Thiết kế, chế tạo robot lặn phục vụ công nghệ nuôi tôm lồng trên biển” Số trang: 49 Số chương: 5 Số tài liệu tham khảo: 21 Hiện vật: Robot lặn NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN ………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

Điểm phản biện: Nha trang, ngày… tháng….năm 2010

CÁN BỘ PHẢN BIỆN (ký, ghi rõ họ tên)

Nha trang, ngày….tháng năm 2010

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG (ký, ghi rõ họ tên) ĐIỂM PHẢN BIỆN Bằng số Bằng chữ ĐIỂM CHUNG

Bằng số Bằng chữ

MỤC LỤC

Trang

Trang bìa phụ Lời cam đoan

1.1 Khảo sát tình trạng nuôi tôm lồng ở Khánh Hòa 8

Chương 2 TỔNG HỢP NHỮNG NGHIÊN CỨU ROBOT LẶN

2.2 Robot lặn ROV Kiel 6000 16

2.3 Robot lặn trong nhà máy điện hạt nhân 17

2.4 Robot cá của Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật 17

Chương 3 PHƯƠNG PHÁP VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

3.1 Cách tiếp cận, phương pháp nghiên cứu 18

3.2 Nội dung nghiên cứu 25

3.5 Lưu đồ giải thuật điều khiển 41

Chương 4 THỰC NGHIỆM - PHÂN TÍCH KẾT QUẢ 44

TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC

Hình 2.3: Robot trong nhà máy điện hạt nhân 18

Hình 3.1: Sơ đồ tổng quan cấu trúc robot 21

Hình 3.5: Sơ đồ kết nối các chân của khối điều khiển 29 Hình 3.6: Sơ đồ mạch in khối điều khiển 29 Hình 3.7: Sơ đồ nguyên lý của khối công suất fet và rơ le 30

Hình 3.15: Các vật liệu thành phần của composite 38 Hình 3.16: Phần đầu bằng composite sau khi chế tạo 39

Hình 3.23: Lưu đồ giải thuật điều khiển robot 45

LỜI NÓI ĐẦU

Sự phát triển nhanh chóng của xã hội đó chính là sự đòi hỏi và nhu cầu của con người ngày càng nâng cao hơn, nhiều hơn và khắt khe hơn Thước đo

để đánh giá sự phát triển đó chính là sự tiến bộ của khoa học và kĩ thuật Trong thập niên đầu của thế kỉ mới cùng với sự bùng nổ của thông tin khoa học kĩ thuật cũng phát triển nở rộ Với nhiều ngành mới với những ứng dụng mới tiên tiến và hoàn hảo hơn ứng dụng thiết thực hơn trong cuộc sống Sức lao động của con người được giải phóng nhiều hơn nhờ các máy móc thiết bị hiện đại

Một trong những ngành có đóng góp hết sức quan trọng vào sự tiến bộ trên là ngành Cở Điện Tử Tuy ra đời sau các ngành khác như Cơ Khí, Điện

Tử … nhưng nó có vị trí thiết yếu không thể thiếu trong sản xuất cũng như trong đời sống hiện nay

Cơ Điện Tử theo tiếng Anh là MECHATRONIC được tổng giám đốc Tesuro Mori của công ty “Seibu Electric and Machinery” định nghĩa năm

1969 Được ghép bởi hai từ MECHANISM và ELECTRONICS và được trích dẫn phát triển bởi Harashima, Tomizuka và Fukada vào năm 1996 Trong đó

cơ điện tử được định nghĩa là sự tích hợp của cơ khí, Điện tử và điều khiển máy tính thông minh trong một thiết kế, chế tạo các sản phẩm và quy trình công nghiệp

Hệ thống Cơ Điện Tử là một hệ thống mà phần cơ khí trực tiếp công tác,phần điều khiển được đảm nhiệm bởi phần điện tử kết hợp với sức mạnh của tin học Xử lí những phép tính toán phức tạp nhanh và chính xác Giảm bớt sự can thiệp tính toán của con người, giúp đơn giản hóa trong việc điều khiển Tạo ra những sản phẩm hoàn hảo hơn nhiều so với sản phẩm sản xuất chỉ bằng cơ khí

Xuất phát từ thực tế phát triển của ngành Cơ Điện Tử trong nước và thế giới ngành Cơ Điện Tử trường Đại Học Nha Trang đang tích cực đóng góp vào sự phát triển chung của ngành

Qua quá trình 4 năm học tập và nghiêng cứu tại trường Đại Học Nha Trang, chúng em đã được thầy, cô truyền đạt những kiến thức cả lí thuyết và thực hành, kĩ năng và tác phong công nghiệp, để chúng em có thể áp dụng vào thực tế và làm quen với công việc của người kĩ sư tương lai thông qua công việc cụ thể

Đó là lí do chúng em được nhận đề tài tốt nghiệp có ứng dụng rất thiết

thực trong thực tế khảo sát được đó là đề tài: THIẾT KẾ CHẾ TẠO ROBOT LẶN PHỤC VỤ LỒNG NUÔI TÔM

Trong quá trình thực hiện đồ án chúng em được sự chỉ dẫn tận tình của các thầy trong khoa cơ khí, bộ môn cơ điện tử, đặc biệt là thầy giáo Th.s Vũ Thăng Long, trưởng bộ môn cơ điện tử Tuy vậy trong quá trình thực hiện sẽ

có nhiều sai sót do chưa có kinh ngiệm thực tế, chúng em mong được sự nhận

xét góp ý của các thầy, cô để hoàn thành đồ án và nhiệm vụ học tập ở trường

Em xin chân thành cảm ơn

CHƯƠNG 1

1.1 Khảo sát tình trạng nuôi tôm lồng ở Khánh Hòa

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 spp 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 về đêm và gần sáng Ở giai đoạn tiền lột xác 2 - 4 ngày, chúng

ăn rất khoẻ Trong giai đoạn lột xác, sức ăn giảm xuống rõ rệt

Tôm hùm sinh sản rải rác quanh năm nhưng mùa vụ sinh sản của giống Palinurus chủ yếu từ tháng 4 - 5 và tháng 9 hàng năm

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 nướ có độ sâu khoảng 15m

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

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

Hình 1.2: Lồng ươn tôm hùm con

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

Lồng cố định (bè nuôi) loại lồng này được ráp ngay tại bãi nuôi Ưu điểm là người nuôi có thể ở tại chỗ để chăm sóc, quản lý, số lượng tôm nuôi cũng nhiều hơn 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 lồng cao hơn

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

1.2 Mục đích và yêu cầu

1.2.1 Mục đích

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 cở tôm, cở 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

Thường xuyên lặn kiểm tra lồng, kiểm tra tình trạng tôm, kiểm tra lượng thức ăn thừa hay thiếu để từ đó có hướng giải quyết kịp thời Ðịnh kỳ 10 - 15 ngày vệ sinh lồng nuôi một lần đảm bảo môi trường sạch sẽ thông thoáng

Trong khi, các lồng được đặt khá sâu nên người nuôi sẽ rất khó khăn trong việc phải thường xuyên kiểm tra, và có thể gặp nguy hiểm Vì những nguyên nhân ấy mà chúng em đã quyết định nghiên cứu thiết kế robot lặn để phục cho công việc theo dõi, chăm sóc tôm, cũng như giảm nguy hiểm cho người chăm sóc, dọn thức ăn thừa

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

- Nó không được phép có những góc cạnh sắc nhọn nhô ra để không mắc vào lưới của lồng

- Robot phải mang được camera và ống mềm để quan sát tôm, thức ăn thừa cũng như lượng chất bẩn dưới đáy lồng

- Camera phải đặt ở vị trí nào mà đảm bảo góc quan sát tốt nhất, cũng như

ít bị vướng vào lưới

- Robot phải đảm bảo chạy với tốc độ chậm vừa phải khoản 1 m/s, có thể đứng yên ở một vị trí để quan sát

- Phải đảm bảo trồi lên và lặn xuống theo chiều thẳng đứng

- Không được nghiêng quá mức so với vị trí cân bằng, nó phải có khả năng

tự cân bằng tĩnh

- Phải đảm bảo không bị chúi đầu khi hút chất bẩn

CHƯƠNG 2

TỔNG HỢP NHỮNG NGHIÊN

CỨU ROBOT LẶN

Cho đến nay hơn 90% diện tích đại dương vẫn chưa được khám phá mặc

dù nước biển chỉ bao phủ hai phần ba diện tích bề mặt trái đất Chúng ta biết

rõ về địa hình mặt trăng hơn là địa hình đáy biển nơi hành tinh mà chúng ta đang sống

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 trên thế giới

2.1 Robot HROV ( viết tắt của Hybrid

Remotely Operated Vehicle)

Với khả năng lặn sâu tới hơn 11km,

đây là loại thiết bị cho phép các nhà hải

dương học thám hiểm hầu hết tất cả các

vùng biển sâu nhất của thế giới và có

khả năng thực hiện rất nhiều công việc

phức tạp như quay phim, chụp ảnh, lấy

mẫu đất đá và sinh vật, lập bản đồ địa

hình đáy biển… với mức chi phí thấp

hơn so với các cuộc thám hiểm bằng tàu

ngầm có người lái

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 trung tâm 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

để chuyển về cho các nhà khoa học nghiên cứu và phân tích Bộ acqui của robot cho phép nó hoạt động độc lập liên tục 36 giờ mà không phải nạp năng lượng, đủ để hoàn thành một cuộc thám hiểm với nhiều công việc phức tạp

Hình 2.1: Robot HROV

2.2 Robot lặn ROV Kiel 6000

Các nhà nghiên cứu biển người Đức ở thành phố Kiel hy vọng với robot lặn hiện đại bậc nhất thế giới “ROV Kiel 6000” sẽ khai phá được một vài điểm vàng trắng trên bản đồ đáy đại dương Robot lặn này có thể xuống đến

độ sâu 6.000m để chụp ảnh và lấy mẫu

vật

Theo các chuyên gia thuộc viện

nghiên cứu biển Leibnitz (IFM - Geomar)

thì với robot lặn này con người tiếp cận

tới 95% diện tích đáy đại dương Chỉ có

những vùng biển chuyên biệt như vùng

rãnh Marian ở độ sâu 11.000m vẫn là

vùng đất mà con người chưa thể nào với

tới “ROV Kiel 6000” đã có chuyến “xuất

quân” đầy thắng lợi vào tháng 8 năm ngoái ở ngoài khơi vùng biển phía đông Newzealand

Hình 2.2: Robot ROV Kiel 6000

“ROV Kiel 6000” có trọng lượng 30 tấn và trị giá 3,2 triệu euro, ngoài ra giá trị thiết bị kỹ thuật bổ sung là 1,5 triệu euro Robot lặn “ROV” có nghĩa là

“Remotely Operated Vehicle” gắn với tàu nghiên cứu bằng một tuyến cáp quang bọc thép dài 6.500m và do tàu nghiên cứu điều khiển từ xa

“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 qua máy quay phim có

độ phân giải cao các nhà khoa học có 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 robot cũng như các nhà nghiên cứu trong khoang kiểm soát ở trên tàu nghiên cứu

Giám đốc dự án Colin Devey cho biết: “Robot này sẽ giúp chúng tôi đạt được những tầm vóc mới trong nghiên cứu như sử dụng robot mới để nghiên cứu vấn đề về tuần hoàn vật chất toàn cầu, về sự hình thành nguyên liệu khoáng và nguyên liệu sinh học hoặc để nghiên cứu về khả năng tang trữ CO2dưới đáy biển”

2.3 Robot lặn trong nhà máy điện hạt nhân

Các nhà khoa học Trung Quốc đã chế tạo một loại robot có khả năng tìm kiếm và thu nhặt các vật thể lạ dưới nước trong lò phản ứng hạt nhân

Các vật thể bị long ra hoặc vật thể lạ trong lò phản ứng sẽ gây hư hại nghiêm trọng cho các nhà máy điện hạt nhân Để điều tra, thu nhặt các vật thể

đó nhanh chóng và an toàn, cần phải có các hệ thống điều khiển từ xa, có thể hoạt động trong môi trường độc hại

Robot do Trung Quốc chế tạo dài chừng

42cm, rộng 19,8cm, cao 13,8cm và nặng

chừng 13,8kg Đây là robot đầu tiên thuộc

loại này được sử dụng trong các lò phản ứng

hạt nhân của Trung Quốc

Robot do Viện Quang học và điện tử

(thuộc Viện Khoa học Trung Quốc) ở thành

phố Thành Đô chế tạo Nó đã được thử

nghiệm thành công và đang được sử dụng tại

nhà máy điện hạt nhân Daya Bay, tỉnh Quảng

Đông, một trong những nhà máy điện hạt nhân thương mại lớn nhất Trung Quốc

Hình 2.3: Robot trong nhà máy điện hạt nhân

Robot có thể lặn vào bể nước sâu 22m của lò phản ứng hạt nhân với điều kiện nước có tính axit yếu và độ phóng xạ hạt nhân thấp Nó di chuyển linh hoạt và rất nhanh nhẹn Tốc độ của robot có thể điều chỉnh được trong phạm

vi từ 0 tới 9m/giây Di chuyển trên 6 bánh xe, robot có thể leo lên vùng dốc

30 độ

Robot gồm một bộ máy bò dưới nước, một camera, hệ thống lưu và nén hình ảnh, một cánh tay cơ học, một máy quét, một chiếc bơm chân không và một bộ điều khiển từ xa

Cánh tay máy chủ yếu được sử dụng để nhặt những vật tương đối lớn chẳng hạn như cờ lê và tua vít Trong khi đó máy quét xử lí những vật nhỏ hơn chẳng hạn như đinh vít Bơm được sử dụng để hút các mẩu thủy tinh vỡ

2.4 Robot cá của Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật

Robot cá đầu tiên ở Việt Nam đã được nghiệm thu tại sở KH – CN TP HCM vào ngày 16/12 Chú cá này được điều khiển từ xa, có thể bơi lộ giống thật

Robot cá có kích thước khoảng 35cm x 70cm x 110cm , nặng 600g, được điều khiển từ xa bằng song vô tuyến Nó có thể bơi trong hồ bơi (môi trường nước trong và yên tĩnh) gần giống với cá thật, với tốc độ bơi khoảng 0,6m

mỗi giây, ở độ sâu tối đa khoảng 2m, đồng thời thực hiện các động tác bơi lên lặn xuống, chuyển hướng một cách nhịp

nhàng

Hình 2.4: Robot cá

Tuy nhiên, robot cá vẫn còn một số nhược

điểm như: các khớp nối chưa thật sự tối ưu

làm hạn chế khả năng bơi lội uyển chuyển

trong nước cũng như khả năng bơi lên, lặn

xuống chưa nhanh Khả năng bơi xuống

sâu còn hạn chế do song vô tuyến chưa đủ

đáp ứng Khi các bơi xuống sâu, camera

không thể truyền tín hiệu được

CHƯƠNG 3 PHƯƠNG PHÁP VÀ NỘI DUNG

NGHIÊN CỨU

3.1 Cách tiếp cận, phương pháp nghiên cứu

3.1.1 Cách tiếp cận

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

kế dự kiến 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 sẽ sử dụng

Hình 3.1: Sơ đồ tổng quan cấu trúc robot

2 INTERFACING BOARD: Mạch vi điều khiển dùng để điều khiển tốc độ các motor điện, giúp robot chuyển động theo các phương bất kỳ theo người sử dụng điều khiển Trên khung robot được gắn các cảm biến xác định góc nghiêng của robot 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

3 MOVING_MOTORS: Bao gồm 2 motor chuyển động tiến, lùi tạo nguồn động lực đẩy robot di chuyển trong nước

4 DIVING_MOTORS: Bao gồm 4 motor chuyển động lên xuống, tạo nguồn động lực nâng robot lặn xuống hay trồi lên

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

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

3.1.2 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 “thử và sai” 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 tiến hành trong bể thử để kiểm tra tính năng động lực học của robot như khả năng 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

3.2 Nội dung 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

3.2.1 Thiết kế phần cơ khí (vỏ tàu và thiết bị đẩy)

A Thiết kế vỏ tàu

1 Yêu cầu và đặc tính của vỏ

Để tàu có thể hoạt động an toàn ở độ sâu dưới 10m nước (1 atm), phải chịu áp lực khá lớn thì vỏ phải đáp ứng những yêu cầu sau:

- Có kết cấu, hình dạng chịu lực tối ưu (dạng trụ tròn)

- Để giảm sức cản của nước thì đầu tàu phải có dạng tròn hoặc cầu, không được có quá nhiều chi tiết nhô ra, tất cả các chi tiết nhô ra đó phải được vát cho có góc tù, không được có góc cạnh, phẳng

- Để giảm sức cản ma sát thì bề mặt của tàu càng nhẵn càng tốt, không được

có những chỗ lồi lõm

- Vì có những bo mạch chứa bên trong nên tàu phải tuyệt đối kín nước

- Trọng tâm của vỏ phải được tính toán thận trọng để đảm bảo khả năng tự cân bằng khi trạng thái tĩnh Để giảm đi việc phải dùng lực để điều chỉnh, sẽ khó khăn hơn

Hình 3.2: Thiết kế sơ bộ về Robot

2 Tính toán sức bền và thiết kế hình dáng

Tính toán ứng suất chính của modul thân robot hình trụ tròn kín 2 đầu chịu áp suất phân bố đều bên ngoài p a= 1atm, đường kính ống trong a = 159.4mm , đường kính ống ngoài b = 168mm

Vậy ứng suất pháp dọc trục sẽ là :

( 2 2) ( 2 2) ( 2 2) ( 2 2)

101325 0.1594

0.301 0.168 0.1594

a t

Tính toán ứng suất chính của modul động cơ hình trụ tròn kín 2 đầu chịu

áp suất phân bố đều bên ngoài p a= 1atm, đường kính ống trong a = 8.1mm, đường kính ống ngoài b = 42.3mm

Ứng suất pháp dọc trục :

( 2 2) ( 2 2) ( 2 2) ( 2 2)

101325 0.0381

1.19 0.0423 0.0381

Kiểm tra khả năng chịu lực của vật liệu làm thân robot :

Theo số liệu cung cấp của nhà sản xuất ta có :

+ Đối với ống có d = 168mm : PN : 5 Bar

+ Đối với ống có d = 42.3mm : PN : 9 Bar

(PN : áp suất danh nghĩa)

B Tính toán phần động lực

Để tính toán công suất động cơ phù hợp với yêu cầu tốc độ tàu, ta cần tính toán được sức cản khi tàu chạy Nói chung sức cản của nước là thành phần sức cản chủ yếu Sức cản này phụ thuộc vào tốc độ và hình dáng của tàu

Vì tàu của ta chỉ chạy dưới mặt nước nên chỉ chịu sức cản ma sát và sức cản

c

F F

C

Trong đó: - diện tích sườn giữa (mF x 2)

- chiều dài đoạn thon trục (m)

r=