KHẢO SÁT THUỘC ĐỊA, TÍNH TOÁN CHỌN LỰC CƠ CẤU TRUYỀN ĐỘNG, VẬT LIỆU VÀ GIẢI PHÁP ĐIỀU KHIỂN HOẠT ĐỘNG ROBOT TRONG MÔI TRƯỜNG ĐƯỜNG ỐNG, MÔI TRƯỜNG ĂN MÒN KIM LOẠI
Khảo sát thuộc địa các đường ống của nhà máy
Công tác duy tu, bảo dưỡng và sửa chữa các đường ống trong dây chuyền sản xuất công nghiệp gặp nhiều khó khăn, đặc biệt ở những khu vực nhỏ hẹp hoặc có môi trường độc hại Việc tiếp cận để kiểm tra và xử lý sự cố thường rất nguy hiểm cho con người, đặc biệt là với những ống nhỏ mà con người không thể vào Do đó, nhu cầu về giải pháp mới trong thiết kế và chế tạo thiết bị sửa chữa đường ống và không gian hạn chế ngày càng gia tăng Nhiều quốc gia đã ứng dụng Robot trong các lĩnh vực như công nghiệp, nông nghiệp, quân sự và đời sống hàng ngày để giải quyết vấn đề này.
Nhận thức được xu hướng và tầm quan trọng của robot trong tương lai, nhóm nghiên cứu của khoa Công Nghệ Điện Trường Đại Học Công Nghiệp TP.HCM đã thực hiện đề tài “Thiết kế, chế tạo thiết bị thăm dò, kiểm tra đường ống có đường kính 300mm” Robot có khả năng thay thế con người trong các công việc kiểm tra, tìm kiếm và ghi nhận dữ liệu trong các không gian hạn chế, cũng như các khu vực độc hại mà con người không thể tiếp cận Việc ứng dụng robot mở ra tiềm năng rộng rãi, giúp nâng cao độ an toàn và độ tin cậy trong hoạt động của hệ thống thiết bị hiện hữu với chất lượng sản phẩm ổn định và giá thành thấp.
Theo khảo sát thực địa và tài liệu kỹ thuật, đường kính ống trong các nhà máy hiện có nhiều kích thước đa dạng, với kích thước nhỏ nhất là 0.5 inch và lớn nhất lên đến 64 inch.
Các công trình nghiên cứu trong và ngoài nước
1.2.1 Các công trình trong nước
Công ty Cổ Phần QT DoKa đang nghiên cứu và chuẩn bị bàn giao một công trình robot cho Công Ty C.P Vietnam Corporation Robot này có khả năng di chuyển trong các đường ống có đường kính từ Φ270 đến Φ320, bao gồm cả đường ống thẳng đứng nghiêng từ 0-90 độ, đồng thời thực hiện chức năng vệ sinh đường ống hiệu quả.
Hình 1: Robot thăm dò đường ống Công ty Cổ Phần QT DoKa
1.2.2 Các công trình nước ngoài
Công ty Tunpeng sản xuất robot di chuyển trong đường ống để giám sát trong thành ống
Hình 2: Robot thăm dò đường ống Công ty Tunpeng Công ty inuktun sản xuất robot di chuyển trong đường ống và kết hợp đo lượng khí gas
Công ty Hezhong International sản xuất robot chuyên dụng để di chuyển trong các đường ống, phục vụ cho việc thu thập và giám sát tình trạng của hệ thống đường ống.
Hình 4: Robot thăm dò đường ống Công ty Hezhong
Bài báo In-pipe Cleaning Mechanical System for DeWaLoP Robot - Developing Water Loss Prevention sử dụng chà đường ống do lâu ngày có cặn bám thay cho con người
Hình 5: Robot thăm dò đường ống Công ty Hezhong
Cơ sở lý thuyết tính toán, phân tích chuyển động của robot trong đường ống
Robot đường ông gồm hai phần chính: cơ cấu điều chỉnh xuyên tâm và cơ cấu chấp hành Cơ cấu điều chỉnh tâm sử dụng phương pháp kết hợp tải trọng cứng và linh hoạt, trong đó chuyển động của cặp đai ốc vít điều chỉnh tải trọng cứng của bánh xe trên tường bên trong ống, và tải trọng linh hoạt được điều chỉnh qua sự biến dạng của lò xo Cơ cấu chấp hành bao gồm sáu bánh xe, mỗi bánh xe được điều khiển bởi một động cơ.
Cơ cấu của robot đường ống được thiết kế với khả năng thích ứng linh hoạt với nhiều kích thước ống khác nhau và có khả năng điều chỉnh lực kéo Điều này không chỉ giúp robot duy trì thái độ ổn định mà còn dễ dàng trong việc điều khiển.
1.3.2 Cơ sở toán học phân tích vị trí và tính toán hướng của robot
Trong hình 7, góc α biểu thị hướng di chuyển của robot, được xác định giữa đường OO1 (với O1 là trung tâm bánh xe 1) và trục OZ, với giá trị dao động từ -180° đến 180° theo chiều ngược kim đồng hồ Khi robot di chuyển vào đoạn ống cong với góc α và điều khiển không vi sai, tốc độ của các bánh xe bên ngoài ống sẽ giảm, trong khi tốc độ bánh xe bên trong ống sẽ tăng do ảnh hưởng của cấu trúc đường ống.
Khi góc hướng là 0°, bánh xe 1 và 4 nằm ở bên ngoài thành ống, trong khi bánh xe 2, 3, 5 và 6 nằm bên trong thành ống.
Theo mô tả, có thêm một lực tác động lên bánh xe robot do đường ống gây ra Lực này ảnh hưởng đến các bánh xe 2, 3, 5 và 6 theo hướng âm trục x do sự kháng của thành ống, trong khi lực tác động lên bánh xe 1 và 4 lại theo hướng dương.
Robot được kích hoạt mô-men xoắn theo chiều kim đồng hồ quanh trục z, tạo ra lực tương tác giữa các bánh xe 2, 3, 5 và 6 với đường ống Lực tiếp xúc giữa bánh xe 1 và các thành phần khác cũng tăng lên.
Khi robot di chuyển ra khỏi đường ống cong, lực tác động lên bánh xe đối xứng sẽ làm cho robot chuyển động theo hướng thẳng.
Hình 8: Tâm của bánh xe và các điểm tiếp xúc
Hệ tọa độ tham chiếu xyz, với gốc o là tâm của đường ống cong, được minh họa trong hình 10 Mặt phẳng xy trùng với mặt cắt đối xứng của đường ống XYZ là hệ tọa độ di chuyển, cố định trên robot, với gốc tại tâm hình tam giác.
Trong bài viết này, chúng ta sẽ khám phá 9 trung tâm bánh xe, được xác định bởi tọa độ [x r y r zr] T, với γ đại diện cho góc lái của robot, tức là góc giữa trục X và trục x O i là tâm của mỗi bánh xe, với i từ 1 đến 6, trong khi k i biểu thị các điểm tiếp xúc giữa bánh xe và thành bên trong đường ống D là đường kính bên trong của ống, R đại diện cho chiều dài từ gốc o đến đường chéo giữa của khuỷu tay, và d là đường kính của bánh xe Cuối cùng, l là khoảng cách giữa các mặt phẳng được tạo thành bởi trung tâm của các bánh xe phía trước và bánh sau.
Phân tích tính chất chuyển động của robot trong giai đoạn chuyển động phẳng trong ống có thể áp dụng lý thuyết động học của vật rắn trong mặt phẳng Nội dung này sẽ được mô tả chi tiết dưới đây.
Khi robot xoay theo chiều kim đồng hồ quanh trục X với góc γ, hệ tọa độ chuyển động xoay -γ sẽ được xác định tương đối với hệ tọa độ tham chiếu Phép quay của ma trận Jacobian trong trường hợp này được biểu diễn bằng: cos sin 0, sin cos 0.
Chúng ta xác định bán kính hình tròn từ bán kính R1 của bánh xe, từ đó có thể tính toán tọa độ trung tâm của bánh xe phía trước trong hệ thống tọa độ chuyển động.
Các tọa độ của tậm các tâm bánh xe phía sau trong hệ tọa độ di chuyển được viết như
(3) Các tọa độ của trung tâm bánh xe trước trong hệ tọa độ tham chiếu được viết như
Trong đó Trans là ma trận dịch, được định nghĩa bởi [P P P] P = [ x r y r z r ] T
Theo cùng một cách, tọa độ của các tâm bánh xe phía sau trong hệ tọa độ tham chiếu được viết như:
Khi bánh xe phía sau được đặt trên đường ống thẳng, các điểm tiếp xúc giữa bánh sau và đường ống sẽ trùng với trục tọa độ x của tâm bánh xe Tọa độ của các điểm tiếp xúc này được biểu thị một cách cụ thể.
Khi đó bánh xe 1, 2 và 3 được định vị trong đường ống cong, các hàm của các điểm chạm k 1, k 2 và k 3 tính toán như sau:
Bánh xe 4, 5 và 6 được định vị trong đường ống thẳng, các hàm của các điểm chạm k 4, k 5 và k 6 tính toán như sau:
Khoảng cách giữa mỗi điểm chạm và tâm của bánh xe tương ứng bằng với bán kính bánh xe, khoảng cách có thể miêu tả như sau i i k o k = r (9)
Trong hệ thống tọa độ chuyển động của robot, bán kính bánh xe được ký hiệu là r k, với k = 1, …, 6 Mỗi bánh xe có một vec tơ đơn vị vuông góc tương ứng, được biểu thị để xác định hướng di chuyển của robot.
Do đó, vector vuông góc với mỗi bánh xe của robot trong hệ tọa độ tham chiếu được cho bởi: cos sin 0 sin cos 0
(11) Thế (10) vào (11), chúng ta có thể xác định
Mỗi điểm tiếp trên bánh xe tương ứng, chúng ta có thể có được
Mô men dẫn hướng chuyển động quay của robot trong đường ống cong được xác định bởi các vectơ vuông góc với mặt phẳng tạo thành từ các điểm tiếp xúc, gốc tọa độ của hệ thống tham chiếu và trung tâm bánh xe.
0 r r r r r r r r r ls R c c y ls R c c y n lc R s c x n lc R s c x ls R c c y n lc R s c x γ γ α γ γ α γ γ α γ γ α γ γ α γ γ α
Véc tơ n ri vuông góc với véc tơ ok i , do đó chúng ta có:
Tính toán chọn lựa cơ cấu truyền động cho robot
Mục tiêu của phần này là tính toán và chọn lựa kích thước của robot, bao gồm cả cơ cấu camera, để đảm bảo robot có thể di chuyển linh hoạt trong các đường ống có kích thước nhất định.
Để tính toán và chọn kích thước robot, ta có thể phân chia thành hai trường hợp dựa trên công thức D = 300mm ÷ 20mm, cho phép robot di chuyển theo phương ngang, đứng và thực hiện các góc quay từ 0 đến 90 độ, với đường kính ống cong bằng 1.5 lần đường ống thẳng.
1.4.1 Trường hợp Robot đi trong đường ống thẳng Để tính toán được kích thước của Robot trước hết chúng ta đưa ra các định nghĩa như hình 12:
- Đoạn cong của ống cong theo mặt phẳng trùng với một càng bánh xe
- Đối ngẫu qua thân robot
Hình 10: Mô tả mối quan hệ giữa đường ông và Robot
R : Bán kính cong của ống d : Chiều dài thân chính robot
L1 : Chiều dài thanh giằng dài
Chiều dài thanh giằng ngắn được xác định bởi ty phuộc tạo lực ép sát, trong khi đường kính thân chính của robot và bán kính bánh xe cũng đóng vai trò quan trọng Khoảng cách giữa thành ống và vệt bánh xe, cùng với độ rộng giữa hai bánh xe, được thể hiện rõ qua hình 13(a).
(b) Hình 11: Mô tả mối quan hệ chuyển động của Robot trong đường ống cong góc 90 0
Dễ nhận thấy điều kiện (2) trong ống thẳng vẫn chưa có sự liên hệ với kích thước d (chiều dài phần thân ống)
Kích thước d sẽ xác định khả năng của robot trong việc di chuyển qua đoạn cong Nếu chiều dài d được lựa chọn không phù hợp, robot có thể gặp phải tình trạng kẹt, như minh họa trong hình 14.
Để tránh tình trạng robot bị kẹt trong đoạn ống cong 90 độ, chiều dài d cần được lựa chọn cẩn thận, nhằm đảm bảo thanh giằng L1 không bị mắc kẹt khi di chuyển qua đoạn cong Nếu chiều dài d không được chọn hợp lý, robot sẽ gặp phải tình trạng kẹt như trong hình 12.
Để đảm bảo robot không bị kẹt khi di chuyển qua đoạn ống cong 90 độ, chiều dài d cần được lựa chọn sao cho thanh giằng L1 có thể vượt qua đoạn cong một cách dễ dàng Điều này là điều kiện quan trọng để robot hoạt động hiệu quả trong môi trường có các đoạn cong.
(19) Để bất đẳng thức (20) thõa mãn thì ta chọn kích thước các thông số của robot sao cho
1.4.2 Trường hợp Robot đi trong đường ống cong
Từ điều kiện (20) ta chọn các thông số Robot như sau:
STT Tên Thông Số Robot Kích thước (cm)
1 Chiều dài thanh giằng dài 19
2 Chiều dài thanh giằng ngắn (có ty phuộc để tạo lực ép sát) 9
4 Đường kính than chính Robot 5,5
5 Khoảng cách giữa hai bánh xe 7,5
7 Bán kính cong của ống 22,5
Bảng 1: Thông số kích thước của Robot
Vận tốc xe lớn nhất Vmax = 214 mm/s = 0,214 m/s
Chọn thời gian tăng tốc Ttt= 0, 1 m/s
Tổng khối lượng máy mmax = 8kg = 80N Để xe robot có thể duy chuyển thẳng nhanh dần đều thì F qt
Hệ số ma sát trượt giữa thép kim loại với nhựa 0,3 đến 0,6 khi hệ số ma tĩnh giữa thép và nhựa là 0,6 đến 0,9
Chọn hệ số ma sỏt à = 0, 5
Do mỏy chạy trong ống nhờ cỏc bỏnh xe nờn ta chọn hệ số ma sỏt lăn à=0,05 ( chọn nhỏ hơn
10 lần so với hệ số ma sát tĩnh)
Lực để xe có thể chuyển động áp lực lên thành trong của ống phải lớn hơn lực trọng trường P
Fms = 0,05.P= 0,05.8.10 = 164 (N) Để xe chạy lên được ta có
Mỗi động cơ chạy Fqt = 171, 2
Chọn tải mỗi động cơ là 3kg
1.4.4 Tính động cơ chuyển động
Thời gian tăng tốc trong Ttt = 0,1s
Chọn gia tốc trọng trường g = 10m/s 2
Trong đó MA = Mtải +Mtt +Mkđ = 7,16 + 30,668 +0,131= 37,959 (N.m)
Moment khởi động Mkđ = max max
Công thức quy đổi chọn động cơ
Chọn động cơ LX44WG 1:92
Tốc độ không tải 90prm, có tải 70prm
Dòng không tải 1A, có tải 4,4A
17 Ứng suất làm lò xo σb = 1500 ~1700 Mpa => chọn σb = 1600 Mpa
Lực tác dụng lên 2 đầu lò xo F = 2kg = 20N
Chọn lò xo có đường kính ngoài D,5 (mm)
Chọn lò xo có đường kính trong d,5 (mm) Đường kính danh nghĩa ddn (mm)
Chiều dài ngắn nhất khi bị nén l = 15 (mm)
Dưới tác dụng của lực F, dây lò xo bị xoắn bởi moment xoắn:
Moment chóng xoắn tiết diện dây lò xo Wo
Tính độ cứng lò xo theo công thức: F = K ΔL
∆ − = 866 Ứng suất xoắn lên dây lò xo
= = − S8 (Mpa) Ứng suất cho phép :[ ]=(0,4 ~0,5).τ x σ b =0,4.1600 = 640 Mpa
538Mpa x 640Mpa τ = thỏa điều kiện
Số vòng dây làm việc : n = max 3 min 3 max min)
=> chọn 20 với λ max : chuyển vị lớn nhất λmin : chuyện vị nhỏ nhất
Fmax: lực lớn nhất tác dụng lên lò xo
Fmin: lực nhỏ nhất tác dụng lên lò xo
Chọn lựa giải pháp điều khiển cho robot
1.5.1 Sơ đồ khối tổng quan của giải pháp điều khiển Robot
Sơ đồ quan hệ thống điều khiển robot thể hiện qua sơ đồ khối sau:
Hình 14: Sơ đồ khối tổng quan của hệ thống điều khiển robot
Hình 15: Sơ đồ khối tổng quan phần cứng sử dụng điều khiển Robot
1.5.2 Đặc tính kỹ thuật của các thiết bị sử dụng trong hệ thống điều khiển robot
Raspberry Pi 3b+ đóng vai trò như một máy tính thứ hai, được lắp ráp trên robot để xử lý tín hiệu, đưa video về máy tính chủ qua wifi
Tên thông số Thông số kỹ thuật
Nguồn hoạt động - 5V/2.5A DC cổng microUSB
Vi xử lý Broadcom BCM2837B0, quad-core A53 (ARMv8) 64-bit SoC
Kết nối - 2.4GHz and 5GHz IEEE 802.11 b/g/n/ac wireless LAN
- Gigabit Ethernet over USB 2.0 (Tối đa 300Mbps)
Video và âm thanh - 1 cổng full-sized HDMI
Bảng 2: Thông số kỹ thuật Raspberry Pi 3b+
2 Node MCU ESP8266 Số lượng: 2
NodeMCU là một module thu phát wifi, được sử dụng trong dự án này với hai module Một module được gắn trên robot để thu thập và truyền dữ liệu cảm biến về máy tính chủ, trong khi module còn lại lắp trên tủ điều khiển, nhận lệnh từ máy chủ và gửi đến Arduino qua kết nối wifi.
Tên thông số Thông số kỹ thuật
Nguồn hoạt động 5VDC MicroUSB hoặc Vin
GIPO giao tiếp mức 3.3VDC
WiFi 2.4 GHz hỗ trợ chuẩn 802.11 b/g/n
IC chính ESP8266 Wifi SoC
Phiên bản firmware NodeMCU Lua
Giao tiếp Cable Micro USB
Tích hợp giao thức TCP/IP
GPIO tương thích hoàn toàn với firmware Node MCU
Bảng 3: Thông số kỹ thuật Node MCU ESP8266
3 Cảm biến AM2315 Số lượng: 1
AM2315 là cảm biến được lắp trên robot để đọc nhiệt độ, độ ẩm
Tên thông số Thông số Điện áp hoạt động 3.5 ~ 5.5V
Dòng điện tối đa khi sử dụng 10mA
Nhiệt độ -20 ~ 80 độC sai số 0.1độC Địa chỉ I2C 05C
4 dây tín hiệu dài 20 inch Đọc độ ẩm từ 0-100% sai số 2%
Bảng 4: Thông số kỹ thuật Cảm biến AM2315
L298 là mạch điều khiển động cơ
DC tích hợp diod bảo vệ
Tên thông số Thông số kỹ thuật Điện áp hoạt động 5~30VDC
Mức điện áp logic Low -0.3V~1.5V, High: 2.3V~Vss
Dòng tối đa cho mỗi cầu H 2A
Công suất tối đa 25W 1 cầu
IC chính L298 - Dual Full Bridge Driver
Số cổng điều khiển 2 cổng
Bảng 5: Thông số kỹ thuật Mạch cầu H – L298
Router dùng để phát wifi chính, giúp kết nối các thiết bị với nhau, có khả năng bảo mật
Tên thông số Thông số kỹ thuật
- 1 x cổng WAN 10/100Mbps Ăng ten 2 x ăng ten đẳng hướng cố định
Chuẩn Wi-Fi IEEE 802.11n, IEEE 802.11g, IEEE 802.11b
Tốc độ tín hiệu - 11n: Lên đến 300Mbps(động)
- 11b: Lên đến 11Mbps(động) Độ nhạy - 270M: -70dBm@10% PER
- 1M: -98dBm@8% PER Tính năng Wi-Fi Mở/Tắt sóng Wi-Fi, WMM, thống kê Wi-Fi
Bảo mật Wi-Fi WEP, WPA/WPA2, WPA-PSK/WPA2-PSK
Dạng WAN IP động/IP tĩnh/PPPoE/ PPTP/L2TP/BigPond
Quản lý - Kiểm soát truy cập
- Quản lý từ xa DHCP Máy chủ, Danh sách máy khách DHCP, Dành riêng địa chỉ
Dynamic DNS DynDns, Comexe, NO-IP
Mạng khách 1 x mạng khách 2.4GHz
Môi trường - Nhiệt độ hoạt động: 0℃~40℃
- Độ ẩm hoạt động: 10%~90% không ngưng tụ
- Độ ẩm lưu trữ: 5%~90% không ngưng tụ Bảng 6: Thông số kỹ thuật Router Tplink 841n
Arduino UNO R3 được lắp trên tủ điều khiển, nhận tín hiệu điều khiển từ máy tính chủ thông qua Node MCU, từ đó điều khiển động cơ robot
Tên thông số Thông số kỹ thuật Điện áp đầu vào khuyên dùng 7VDC - 12VDC Điện áp vào giới hạn 6-20V DC
Dòng ra trên chân digital Max 40 mA
Dòng ra trên chân 5V 500 mA
Dòng ra trên chân 3.3V 50 mA
Số chân Digital 14 ( 6 chân PWM)
Chip điều khiển chính ATmega328P
Dung lượng bộ nhớ Flash 32 KB (ATmega328P)
Chip nạp và giao tiếp UART ATmega16U2
Bảng 7: Thông số kỹ thuật Arduino UNO R3
7 Mạch điều khiển động cơ TB6600 Số lượng: 1
Mạch Điều Khiển Động Cơ Bước TB6600 sử dụng IC TB6600HQ/HG
Tên thông số Thông số kỹ thuật
Dòng cấp tối đa: 4A Độ phõn giải: 1/1, ẵ, ẳ, 1/8, 1/16, 1/32 step
Có thể điều khiển đảo chiều quay
Tích hợp chân Reset và Enable
Tích hợp tính năng Standby
Tích hợp bảo vệ quá nhiệt TSD
Ngõ vào có cách ly quang, tốc độ cao
Có tích hợp đo quá dòng quá áp
Bảng 8: Thông số kỹ thuật Mạch điều khiển động cơ TB6600
8 Mạch Điều Khiển Động Cơ Bước DRV8825 Số lượng: 1
Driver động cơ bước DRV8825 là một thiết bị chuyên nghiệp với đầy đủ tính năng, bao gồm điều chỉnh dòng giới hạn, vi bước 1/32 và các chức năng bảo vệ như quá dòng và quá nhiệt.
Tên thông số Thông số kỹ thuật Điện áp cung cấp 8.2~45VDC
Dòng trung bình 1.5A Độ phõn giải full, half step, ẳ step, 1/8 step, 1/16 step, 1/32 step Điện áp điều khiển 3.3V và 5V
Dòng đỉnh ( Peak) lên đến 2.5A
Tự động shutdown khi quá nhiệt, quá dòng
Bảo vệ ngắn mạch và bảo vệ quá tải
Mạch 4 lớp,2 lớp phủ đồng giúp cải thiện khả năng tản nhiệt
Có thể thay thế tốt cho Driver A4988 trong máy in 3D
Bảng 9: Thông số kỹ thuật Mạch Điều Khiển Động Cơ Bước DRV8825
9 Bộ nguồn xung ổn áp S8VM-30024C Số lượng: 1
Cung cấp nguồn xung ổn áp cho thiết bị
Tên thông số Thông số kỹ thuật
Hiệu suất làm việc 81% tối thiểu
Dòng rò - 0.4 mA max (vào 100VAC)
- 0.75 mA max (vào 200VAC) ở ngõ ra định mức Khoảng điều chỉnh điện áp ra −20% to 20% (V ADJ)
Chức năng bảo vệ quá tải 105% ~ 160% dòng tải định mức
Nhiệt độ làm việc −25 to 65°C
Nguồn cấp 100~240VAC (85~264VAC) 50/60Hz Điện áp ngỏ ra loại 5,12, 15, 24VDC ±10%, chỉ thị dòng áp ngỏ ra
Nhiều cấp công suất dể lựa chọn 15, 30, 50, 100, 150, 300, 600, 1.500W
Bảo vệ quá dòng, ngắn mạch, quá áp, thấp áp, tự động khởi động lại Đèn báo chỉ thị trạng thái ngỏ ra màu xanh
Chức năng báo động sai điện áp ra
Bảng 10: Thông số kỹ thuật Bộ nguồn xung ổn áp S8VM-30024C
10 Động cơ bước và trục vitme: NEMA 17 42 Số lượng: 1 Động cơ bước và trục vitme NEMA 17 42 dùng trong cơ cấu rải dây trong quá trình robot di chuyển
Tên thông số Thông số kỹ thuật
Tương thích với đầu ra động cơ bước trên mạch RAMPS 1.5 hoặc CNC shield V3 Ít tỏa nhiệt, chuyển động êm
Bảng 11: Thông số kỹ thuật Động cơ bước và trục vitme: NEMA 17 42
11 Động cơ bước giảm tốc: 667oz-in NEMA-17 Bipolar Số lượng: 1 Động cơ bước giảm tốc 667oz- in NEMA-17 Bipolar dùng trong cơ cấu quấn dây trong quá trình robot di chuyển
Tên thông số Thông số`
Bảng 12: Thông số kỹ thuật Động cơ bước giảm tốc: 667oz-in NEMA-17 Bipolar
12 Động cơ dc giảm tốc: 5840-31ZY Số lượng: 6 Động cơ dc giảm tốc 5840-31ZY dùng để điều khiển robot di chuyển trong đường ống
Tên thông số Thông số kỹ thuật Điện áp hoạt động 24VDC
Tốc độ 16rpm (không tải)
Bảng 13: Thông số kỹ thuật Động cơ dc giảm tốc: 5840-31ZY
Camera được gắn trên thân robot làm nhiệm vụ thu thập hình ảnh bên trong đường ống gửi về giao diện máy tính
Tên thông số Thông số
Cổng giao tiếp USB 2.0 tương thích USB 1.1
Cảm biến thu nhận ảnh CMOS sensor -200w with 110 dB high dynamic range
Công nghệ hỗ trợ cảm biến - Back-focus-adjustment
- Automatic exposure control (AEC) Độ phân giải 5 Mpixels
Chuẩn bảo vệ class IP40
Bảng 14: Thông số kỹ thuật CamERA USB 2.0
THIẾT KẾ BẢN VẼ CHI TIẾT CƠ KHÍ KHUNG ROBOT, MODULE THU THẢ CÁP, MODULE CAMERA, BẢN VẼ MẠCH ĐIỀU KHIỂN ROBOT
Thiết kế bản vẽ 3D khung lắp đặt camera và hệ thống cơ truyền động động cơ để điều chỉnh góc xoay camera dựa trên phầm mềm trên Solidwork;
cơ để điều chỉnh góc xoay camera dựa trên phầm mềm trên Solidwork
Thiết kế board tích hợp cho toàn bộ CPU cho hệ thống điều khiển dựa trên phầm mềm
THIẾT KẾ GIAO DIÊN VÀ CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN ROBOT
Chương trình firmware cho board nhúng Raspberry: thu ảnh, xử lý ảnh theo yêu cầu; truyền kết quả về board Arduino theo giao tiếp I2C; gửi ảnh lưu trữ ảnh trên HDD; build
Hình 16: Lưu đồ giải thuật điều khiển
So sánh tốc độ chạy bằng thả dây
So sánh tốc độ chạy bằng thả dây Đọc tốc độ phần thả dây Đọc tốc độ phần thả dây Kết thúc
S Đ Đọc tốc độ của robot Đọc tốc độ của robot
Thay đổi tốc độ của robot và tốc độ thả dây
Thay đổi tốc độ của robot và tốc độ thả dây
Hình 17: Lưu đồ giải thuật phần thu dây tự động
Chương trình đ i ề u khi ển động cơ bánh xe
#define MIN_STEP_DELAY 0 bool run_stop = STOP; bool direction = FORWARD; uint8_t motor_speed = 0; int lastdir=FORWARD;
29 uint8_t step_delay = 0; uint8_t num_of_performed_step = 1; void motorRun(uint8_t direction, uint8_t speed); void stepperRun(uint8_t direction, uint8_t step_delay_time, uint32_t num_of_step); void setup()
Serial.begin(115200); pinMode(DIRECTION_PIN_0, OUTPUT); pinMode(DIRECTION_PIN_1, OUTPUT); pinMode(SPEED_PIN, OUTPUT); pinMode(STEPPER_PUL, OUTPUT); pinMode(STEPPER_DIR, OUTPUT);
} void receiveEvent(int howMany) { while (0