Tài liệu Nghiên cứu thiết kế, chế tạo thiết bị rôbốt ngầm phục vụ thăm dò, khảo sát các công trình trên biển

BỘ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ BỘ QUỐC PHÒNG QUÂN CHỦNG HẢI QUÂN HỌC VIỆN HẢI QUÂN ----------o0o--------- NHIỆM VỤ HỢP TÁC QUỐC TẾ VỀ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THEO NGHỊ ĐỊNH THƯ BÁO CÁO TỔNG HỢP KẾT QUẢ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ NHIỆM VỤ “NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, CHẾ TẠO THIẾT BỊ ROBOT NGẦM PHỤC VỤ THĂM DÒ, KHẢO SÁT CÁC CÔNG TRÌNH TRÊN BIỂN” Chủ nhiệm nhiệm vụ: TS Phan Văn Vân 8480 Khánh Hòa, 2010 BỘ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ BỘ QUỐC PHÒNG QUÂN CHỦNG HẢI QUÂN HỌC VIỆN HẢI QUÂN ----------o0o--------- NHIỆM VỤ HỢP TÁC QUỐC TẾ VỀ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THEO NGHỊ ĐỊNH THƯ BÁO CÁO TỔNG HỢP KẾT QUẢ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ NHIỆM VỤ “NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, CHẾ TẠO THIẾT BỊ ROBOT NGẦM PHỤC VỤ THĂM DÒ, KHẢO SÁT CÁC CÔNG TRÌNH TRÊN BIỂN CHỦ NHIỆM NHIỆM VỤ CƠ QUAN CHỦ TRÌ Đại tá Phan Văn Vân Đại tá Trần Đình Việt BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ Khánh Hòa, 2010 QUÂN CHỦNG HẢI QUÂN HỌC VIỆN HẢI QUÂN CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc Khánh Hòa, ngày tháng năm 2010 BÁO CÁO THỐNG KÊ KẾT QUẢ THỰC HIỆN NHIỆM VỤ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THEO NGHỊ ĐỊNH THƯ HỢP TÁC QUỐC TẾ I. THÔNG TIN CHUNG 1. Tên nhiệm vụ Nghiên cứu thiết kế, chế tạo thiết bị robot ngầm phục vụ thăm dò, khảo sát các công trình trên biển Thuộc: Độc lập (tên lĩnh vực KHCN): Tự động hóa 2. Chủ nhiệm nhiệm vụ Họ và tên: Phan Văn Vân Ngày, tháng, năm sinh: 18/02/1961 Nam/ Nữ: Nam Học hàm, học vị: Tiến sĩ Chức danh khoa học: ..........................Chức vụ: Phó giám đốc Điện thoại: Tổ chức: 58 3881423; Nhà riêng: 58 3882214; Mobile: 0905177765 Fax: ....................................... E-mail: [email protected] Tên tổ chức đang công tác: Học viện Hải quân Địa chỉ tổ chức: 30, Trần Phú, Vĩnh Nguyên, Nha Trang, Khánh Hòa Địa chỉ nhà riêng: 75/6/22 Dã Tượng, Nha Trang, Khánh Hoà 3. Tổ chức chủ trì đề tài/dự án: Tên tổ chức chủ trì đề tài: Học viện Hải quân Điện thoại: 069 754 601 Fax: .................................................. E-mail: .................................................................................................... Website: ................................................................................................. Địa chỉ: 30, Trần Phú, Vĩnh Nguyên, Nha Trang, Khánh Hòa 1 Họ và tên thủ trưởng tổ chức: Phạm Hồng Thuận Số tài khoản: ........................................................................................... Ngân hàng: Kho bạc Nhà nước Khánh Hoà Tên cơ quan chủ quản đề tài: Bộ Quốc phòng II. TÌNH HÌNH THỰC HIỆN 1. Thời gian thực hiện đề tài/dự án: - Theo Hợp đồng đã ký kết: từ tháng 6/2007 đến tháng 6/ 2009 - Thực tế thực hiện: từ tháng 6/2007 đến tháng 3/2010 - Được gia hạn (nếu có): - Lần 1 từ tháng 7 năm 2009 đến tháng 12 năm 2009 - Lần 2 từ tháng 1 năm 2010 đến tháng 3 năm 2010 2. Kinh phí và sử dụng kinh phí: a) Tổng số kinh phí thực hiện: 1.700 tr.đ, trong đó: + Kính phí hỗ trợ từ SNKH: 1.700 tr.đ. + Kinh phí từ các nguồn khác: ……………….tr.đ. b) Tình hình cấp và sử dụng kinh phí từ nguồn SNKH: Số TT 1 2 3 Theo kế hoạch Thời gian Kinh phí (Tháng, năm) 2007 2008 2009 (Tr.đ) 600 800 300 Thực tế đạt được Thời gian Kinh phí (Tháng, năm) 2007 2008 2009 (Tr.đ) 600 799,930 292,336 2 Ghi chú (Số đề nghị quyết toán) 600 799,930 292,336 c) Kết quả sử dụng kinh phí theo các khoản chi: Đối với đề tài: Đơn vị tính: Triệu đồng Số TT Nội dung các khoản chi 1 Trả công lao động (khoa học, phổ thông) Nguyên, vật liệu, năng lượng Thiết bị, máy móc Thuê vận chuyển thiết bị Đoàn ra Đoàn vào Chi khác Tổng cộng 2 3 4 5 6 7 Theo kế hoạch Tổng 706 Thực tế đạt được SNKH Nguồn Tổng SNKH Nguồn khác khác 706 706 706 263,75 263,75 206 206 366,50 366,50 0 0 468,602 468,602 4 4 147,68 147,68 114,74 114,74 101,20 101,20 1700 1700 206,549 206,549 42,069 42,069 59,817 59,817 1.693 1.693 - Lý do thay đổi: + Phần mua thiết bị, máy móc tăng: 121 triệu đồng + Phần nguyên vật liệu, năng lượng giảm: 57,750 triệu đồng 58,869 triệu đồng + Cử thêm một đoàn ra học tập tăng: + Đoàn vào giảm số thành viên còn 1 người giảm: 72,671 triệu đồng + Một số mục chi khác không sử dụng giảm: 41,383 triệu đồng 3. Các văn bản hành chính trong quá trình thực hiện đề tài/dự án: (Liệt kê các quyết định, văn bản của cơ quan quản lý từ công đoạn xác định nhiệm vụ, xét chọn, phê duyệt kinh phí, hợp đồng, điều chỉnh (thời gian, nội dung, kinh phí thực hiện... nếu có); văn bản của tổ chức chủ trì đề tài, dự án (đơn, kiến nghị điều chỉnh ... nếu có) Số Số, thời gian ban TT hành văn bản 1 QĐ số 185/QĐBKHCN ngày 30/1/2007 2 QĐ số 823/QĐBKHCN ngày 22/5/2007 3 Biên bản ngày Tên văn bản Quyết định của Bộ trưởng Bộ KHCN về việc thành lập Hội đồng KHCN cấp Nhà nước Quyết định của Bộ trưởng Bộ KHCN về việc phê duyệt danh mục và kinh phí thực hiện nhiệm vụ hợp tác quốc tế về khoa học và công nghệ theo Nghị định thư năm 2007 Biên bản họp HĐ KHCN cấp Nhà 3 Ghi chú 06/2/2007 4 Hợp đồng số 23/2007/HĐNĐT 5 Công văn số 859/HV-KHCN ngày 12/5/2009 6 Công văn số 1452/BKHCNKHCNN ngày 17/6/2009 Công văn số 2419/HV-KHCN ngày 10/12/2009 7 8 Công văn số 3256/BKHCNKHCNN ngày 23/12/2009 nước đánh giá kết quả bảo vệ thuyết minh đề cương nhiệm vụ hợp tác quốc tế theo nghị định thư với nước ngoài Hợp đồng thực hiện nhiệm vụ hợp tác quốc tế về KH&CN theo nghị định thư giữa Bộ KHCN và Học viện Hải quân/ QCHQ/Bộ Quốc phòng Công văn của Học viện Hải quân, Quân chủng Hải quân về việc điều chỉnh nội dung, kinh phí và gia hạn thời gian thực hiện của nhiệm vụ hợp tác quốc tế theo nghị định thư Công văn của Bộ trưởng Bộ KHCN về việc đề nghị điều chỉnh và gia hạn thời gian thực hiện nhiệm vụ hợp tác quốc tế theo nghị định thư Công văn của Học viện Hải quân, Quân chủng Hải quân về việc đề nghị gia hạn thời gian thực hiện của nhiệm vụ hợp tác quốc tế theo nghị định thư Công văn của Bộ trưởng Bộ KHCN về việc đề nghị gia hạn thời gian thực hiện nhiệm vụ hợp tác quốc tế theo nghị định thư 4. Tổ chức phối hợp thực hiện đề tài, dự án: Số TT 1 2 Tên tổ chức đăng ký theo Thuyết minh Nhà máy Z753 Hải quân Trường đại học tổng hợp đóng tàu Ukraina Tên tổ chức đã tham gia thực hiện Nội dung tham gia chủ yếu Sản phẩm chủ yếu đạt được Ghi chú* Trường đại học Tính toán Bản thiết tổng hợp đóng thiết kế robot kế robot tàu ngầm ngầm phần cơ khí - Lý do thay đổi (nếu có): Nhà máy Z753 đã không thể phối hợp thực hiện nhiệm vụ như trong thuyết minh do việc chế tạo robot là đơn lẻ nên không phù hợp với tình hình sản xuất của nhà máy. 4 5. Cá nhân tham gia thực hiện đề tài, dự án: (Người tham gia thực hiện đề tài thuộc tổ chức chủ trì và cơ quan phối hợp, không quá 10 người kể cả chủ nhiệm) Số TT 1 2 3 4 5 6 7 Tên cá nhân Tên cá nhân Nội dung Sản phẩm đăng ký theo đã tham gia tham gia chủ yếu đạt Thuyết minh thực hiện chính được Phạm Hồng Phan Văn Vân Chủ nhiệm Thuận nhiệm vụ, thiết kế, phân tích hệ thống Phan Văn Vân Nguyễn Lê Thư kí nhiệm Văn vụ, tổ chức thực hiện, tham gia thiết kế phần cơ khí Phạm Đăng Nguyễn Xuân Thiết kế, chế Kí Phú tạo phần cơ khí, hệ thống điều khiển Phạm Văn Phạm Văn Thiết kế, chế Kính Tuấn tạo hệ thống điều khiển. Tham gia xây dựng quy trình công nghệ Nguyễn Tiến Nguyễn Tiến Tham gia xây Long Long dựng phần cơ sở lí thuyết Lê Thanh Tham gia Bình thiết kế phần cơ khí. Tham gia xây dựng quy trình công nghệ Trần Văn Bốn Tham gia xây dựng phần cơ sở lí thuyết, báo cáo tổng kết 5 Ghi chú* - Lý do thay đổi (nếu có): Một số cá nhân đã đăng kí tham gia thực hiện đề tài nhưng do bận công tác không thể tham gia được 6. Tình hình hợp tác quốc tế: Số TT Theo kế hoạch Thực tế đạt được (Nội dung, thời gian, kinh phí, địa điểm, tên tổ chức hợp tác, số đoàn, số lượng người tham gia...) (Nội dung, thời gian, kinh phí, địa điểm, tên tổ chức hợp tác, số đoàn, số lượng người tham gia...) 1 Đoàn ra 4 người 8/2007 2 Đoàn vào 2 người 12/2007 Đoàn ra 4 người, 10 ngày vào 12/2007. Địa điểm: Trường đại học quốc gia đóng tàu Ukraina, thành phố Nhicolaev, Ukraina. Hợp đồng phối hợp nghiên cưu, chế tạo với đối tác Đoàn ra 2 người 12 ngày vào tháng 11/2009. Địa điểm: Trường đại học quốc gia đóng tàu Ukraina, thành phố Nhicolaev, Ukraina. Học tập về thiết kế, chế tạo robot ngầm Đoàn vào 1 người, 10 ngày vào tháng 3/2010. Địa điểm: Học viện Hải quân, Nha Trang, Khánh Hòa. Đánh giá việc hợp tác thiết kế, chế tạo robot ngầm. 3 Ghi chú* - Lý do thay đổi (nếu có): + Đoàn ra tăng thêm một do cần đến nơi để tham quan và học tập về việc thiết kế, chế thạo robot ngầm. + Đoàn vào giảm bớt số lượng người do phía bạn không bố trí được thời gian. 7. Tình hình tổ chức hội thảo, hội nghị: Số TT Theo kế hoạch Thực tế đạt được (Nội dung, thời gian, kinh phí, địa điểm ) (Nội dung, thời gian, kinh phí, địa điểm ) 1 2 ... 6 Ghi chú* - Lý do thay đổi (nếu có): 8. Tóm tắt các nội dung, công việc chủ yếu: (Nêu tại mục 15 của thuyết minh, không bao gồm: Hội thảo khoa học, điều tra khảo sát trong nước và nước ngoài) Số TT Thời gian Các nội dung, công việc chủ yếu (Bắt đầu, kết thúc - tháng … năm) Theo kế hoạch Nghiên cứu tổng quan các 6,7/2007 loại Robot ngầm hiện có trên thế giới và đề xuất một mẫu và phương án nghiên cứu. Thực tế đạt được 8/2007 2 Thiết kế mẫu robot kiểu thủy động 8-11/2007 8-12/2007 ... Chế tạo mẫu thử robot ngầm kiểu thủy động 3-7/2008 1-8/2008 Thử nghiệm mẫu thử 9-11/2008 9-12/2008 1 (Các mốc đánh giá chủ yếu) Phối hợp với đối tác thiết kế mẫu robot kiểu khung 12/20084/2009 Chế tạo mẫu thử robot kiểu 5-12/2009 7 Người, cơ quan thực hiện Phan Văn Vân, Trần Văn Bốn, Nguyễn Tiến Long Phan Văn Vân, Nguyễn Xuân Phú, Nguyễn Lê Văn, Lê Thanh Bình Phan Văn Vân, Nguyễn Xuân Phú, Nguyễn Lê Văn, Phan Văn Vân, Nguyễn Xuân Phú, Nguyễn Lê Văn, Phan Văn Vân, Nguyễn Xuân Phú, Nguyễn Lê Văn, Phạm Văn Tuấn Phan Văn khung Thử nghiệm 12-3/2010 Vân, Nguyễn Xuân Phú, Nguyễn Lê Văn, Phạm Văn Tuấn Phan Văn Vân, Nguyễn Xuân Phú, Nguyễn Lê Văn, Phạm Văn Tuấn - Lý do thay đổi (nếu có): Do việc thử nghiệm mẫu thử thứ nhất robot kiểu thủy động không đáp ứng được các yêu cầu đặt ra nên cần thiết phải thay đổi thiết kế sang kiểu khung. III. SẢN PHẨM KH&CN CỦA ĐỀ TÀI, DỰ ÁN 1. Sản phẩm KH&CN đã tạo ra: a) Sản phẩm Dạng I: Tên sản phẩm và Số Đơn chỉ tiêu chất lượng TT vị đo chủ yếu 1 Mẫu robot ngầm Mẫu Theo kế hoạch Số lượng 2 1 Thực tế đạt được 2 - Lý do thay đổi (nếu có): Do việc thử nghiệm mẫu thử thứ nhất robot kiểu thủy động không đáp ứng được các yêu cầu đặt ra nên cần thiết phải thay đổi thiết kế sang kiểu khung và chế tạo mẫu thử theo thiết kế này. b) Sản phẩm Dạng II: Số TT 1 Yêu cầu khoa học cần đạt Tên sản phẩm Theo kế Thực tế hoạch đạt được Quy trình công nghệ chế 1 1 tạo thiết bị robot ngầm kiểu khung - Lý do thay đổi (nếu có): c) Sản phẩm Dạng III: 8 Ghi chú Số TT 1 Yêu cầu khoa học cần đạt Tên sản phẩm Theo Thực tế kế hoạch đạt được Bản thiết kế robot kiểu 1 1 khung và kiểu thủy động Số lượng, nơi công bố (Tạp chí, nhà xuất bản) - Lý do thay đổi (nếu có): d) Kết quả đào tạo: Số TT Cấp đào tạo, Chuyên ngành đào tạo 1 2 Thạc sỹ Tiến sỹ Số lượng Theo kế Thực tế đạt hoạch được Ghi chú (Thời gian kết thúc) - Lý do thay đổi (nếu có): đ) Tình hình đăng ký bảo hộ quyền sở hữu công nghiệp, quyền đối với giống cây trồng: Số TT Tên sản phẩm đăng ký Kết quả Theo Thực tế kế hoạch đạt được Ghi chú (Thời gian kết thúc) 1 2 ... - Lý do thay đổi (nếu có): e) Thống kê danh mục sản phẩm KHCN đã được ứng dụng vào thực tế Số TT Tên kết quả đã được ứng dụng Thời gian Địa điểm (Ghi rõ tên, địa chỉ nơi ứng dụng) 1 2 2. Đánh giá về hiệu quả do đề tài, dự án mang lại: 9 Kết quả sơ bộ a) Hiệu quả về khoa học và công nghệ: Đã làm chủ được công nghệ chế tạo một mẫu robot ngầm quan sát kiểu khung hoàn chỉnh, trong đó đã xử lí được vấn đề làm kín nước thiết bị ở độ sâu lớn, xử lí vấn đề truyền tín hiệu trên dây dẫn trong môi trường nước. b) Hiệu quả về kinh tế xã hội: Sản phẩm nếu áp dụng vào thực tế sẽ măng lại hiệu quả kinh tế và xã hội đó là giảm bớt vất vả cho người làm việc dưới nước sâu. 3. Tình hình thực hiện chế độ báo cáo, kiểm tra của đề tài, dự án: Số TT I II III Nội dung Thời gian thực hiện Báo cáo định kỳ Lần 1 4/2008 Lần 2 9/2008 Lần 3 9/2009 Lần 4 3/2010 Kiểm tra định kỳ Lần 1 …. Nghiệm thu cơ sở …… 10 Ghi chú (Tóm tắt kết quả, kết luận chính, người chủ trì…) Đánh giá kết quả thực hiện nhiệm vụ 2007 Đánh giá kết quả thực hiện nhiệm vụ 8 tháng năm 2008 Đánh giá kết quả thực hiện nhiệm vụ 4 tháng năm 2008 và 8 tháng năm 2009 Báo cáo kết quả thực hiện nhiệm vụ thời gian từ tháng 9/2009 – 3/2010 MỤC LỤC Trang Danh mục các bảng ....................................................................................... 3 Danh mục các hình, đồ thị, ảnh ................................................................... 3 Mở đầu ........................................................................................................... 6 Chương 1. Tổng quan về các loại robot, thiết bị ngầm với các mục đích khác nhau ở trên biển ................................................................. 10 1.1. Phương tiện ngầm điều khiển từ xa ........................................................ 10 1.2. Phương tiện ngầm tự hoạt (AUV)............................................................ 22 Chương 2. Cơ sở lí thuyết thiết kế robot ngầm .......................................... 30 2.1. Các cơ sở để thiết kế robot ngầm tự hành điều khiển từ xa bằng hữu tuyến ................................................................................................ 30 2.2. Các bài toán cần giải khi thiết kế robot ngầm.......................................... 32 2.3. Cơ sở lí thuyết về động lực học robot ngầm ............................................ 33 2.4. Cơ sở thiết kế thân vỏ robot ..................................................................... 42 2.5. Cơ sở lí thuyết tính toán hệ thống động lực của thiết bị ngầm ................ 46 2.6. Cơ sở lựa chọn thiết bị dẫn đường cho robot........................................... 57 2.7. Cơ sở tính toán và lựa chọn các phương pháp quan sát và dò tìm mục tiêu trong nước ........................................................................ 65 2.8. Các phương pháp truyền dẫn thông tin từ robot lên trạm điều khiển.......................................................................................... 71 2.9. Phương pháp chiếu sáng và các thiết bị đảm bảo ánh sáng khi quan sát dưới biển ..................................................................................... 75 2.10. Tính toán khả năng cung cấp năng lượng cho robot.............................. 80 2.11. Cơ sở thiết kế trạm điều khiển trung tâm............................................... 88 Chương 3. Nghiên cứu thiết kế, chế thử thiết bị robot ngầm phục vụ khảo sát các công trình trên biển .............................................. 92 3.1. Yêu cầu kĩ thuật của robot ngầm ............................................................. 92 3.2. Thiết kế chế tạo thân vỏ robot.................................................................. 94 3.3. Thiết kế, chế tạo hệ thống động lực ......................................................... 99 3.4. Tính toán, lựa chọn các thiết bị dẫn đường.............................................. 104 3.5. Tính toán, lựa chọn thiết bị quan sát ........................................................ 105 3.6. Tính toán, lựa chọn hệ thống chiếu sáng ................................................. 109 3.7. Thiết kế, lựa chọn và chế tạo hệ thống cung cấp, truyền phát và thu nhận thông tin....................................................................................... 112 3.8. Thiết kế, chế tạo hệ thống cung cấp năng lượng cho robot ..................... 114 3.9. Thiết kế trạm điều khiển trung tâm.......................................................... 120 Chương 4. Thử nghiệm thiết bị robot ngầm, phân tích đánh giá kết quả nghiên cứu ...................................................................................................... 130 4.1. Yêu cầu kĩ thuật đối với thiết bị robot ngầm ........................................... 130 4.2. Thử nghiệm trong phòng thí nghiệm ....................................................... 130 4.3. Thử nghiệm trên biển ............................................................................... 134 4.4. Tính năng kĩ thuật của robot .................................................................... 137 4.4. Phân tích đánh giá kết quả nghiên cứu .................................................... 138 Kết luận và kiến nghị .................................................................................... 142 Tài liệu tham khảo ........................................................................................ 144 Phụ lục ............................................................................................................ 147 DANH MỤC CÁC BẢNG TT Kí hiệu 1 Bảng 2.1 Tên bảng Trang Các giá trị của cosin chỉ phương của các góc 33 trong hệ tọa độ 2 Bảng 2.2 Các thông số cơ bản của một số loại đèn chiếu sáng 78 3 Bảng 4.1 Tính năng kĩ thuật của robot ngầm HVHQ 02 137 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ, ẢNH TT Kí hiệu Tên hình Trang 1 Hình 1.1 Một robot ngầm đang kiểm tra đường ống dưới biển 15 2 Hình 1.2 Robot ngầm quan sát lớp RovBuilder mini-150 của 15 Nga 3 Hình 1.3 Robot ngầm lấy mẫu dưới biển bằng tay máy 18 4 Hình 1.4 Robot ngầm dò tìm thủy lôi Sopro 19 5 Hình 2.1 Sơ đồ cơ bản của thiết bị robot ngầm nhẹ 32 6 Hình 2.2 Hệ tọa độ xác định vị trí của robot ngầm 33 7 38 8 5 Hình 2.3 Đồ thị tính hệ số C hrm AP khi Re=4.10 Hình 2.4 Đồ thị tính ϕ 1 và γo 39 9 Hình 2.5 Véc tơ vận tốc v 40 10 Hình 2.6 Dấu của các lực 42 11 Hình 2.7 Biểu đồ tính toán chân vịt 12 Hình 2.8 Cách đặt thiết bị đẩy 50,51, 52 57 13 Hình 2.9 Cấu tạo của dây cáp 82 14 Hình 2.10 Mặt cắt ngang của dây cáp 83 15 Hình 2.11 Sơ đồ một trạm điều khiển trung tâm của robot ngầm 90 16 Hình 3.1 Sơ đồ nguyên lí thiết bị robot ngầm cần chế tạo 93 17 Hình 3.2 Sơ đồ tuyến hình robot hình thuỷ động 94 18 Hình 3.3 95 Thân vỏ robot HVHQ 01 theo tuyến hình thuỷ động 3 TT Kí hiệu Tên hình Trang 19 Hình 3.4 Thân vỏ robot HVHQ 02 theo tuyến hình hình hộp 96 chữ nhật 20 Hình 3.5 Hộp đựng thiết bị robot HVHQ 02 97 21 Hình 3.6 Nắp hộp đựng thiết bị robot HVHQ 02 97 22 Hình 3.7 Robot robot HVHQ 02 kiểu khung với thiết bị tạo 98 sức nổi 23 Hình 3.8 Phương án bố trí hệ động lực 100 24 Hình 3.9 Thiết bị cân bằng áp 102 25 Hình 3.10 Động cơ hành trình robot HVHQ 02 103 26 Hình 3.11 Động cơ lên xuống robot HVHQ 02 103 27 Hình 3.12 Hệ động lực sau khi lắp vào khung robot HVHQ 02 104 28 Hình 3.13 La bàn kĩ thuật số CMPS03 104 29 Hình 3.14 Cảm biến đo sâu 5436 Wurenlos 105 30 Hình 3.15 Camera quan sát và sơ đồ gá lắp trên giá robot 106 HVHQ 01 31 Hình 3.16 Camera và hộp đựng của robot HVHQ 02 đã lắp ráp 108 32 Hình 3.17 Động cơ điều khiển hoạt động camera robot HVHQ 02 33 Hình 3.18 Hệ thống chiếu sáng với đèn halogen của robot HVHQ 01 34 Hình 3.19 Hệ thống chiếu sáng với đèn compact kết hợp LED của robot HVHQ 02 35 Hình 3.20 Bộ chuyển đổi tín hiệu video BAMUM 109 36 Hình 3.21 Bộ ghi tín hiệu video AVTECH 113 37 Hình 3.22 Màn hình quan sát và trạm điều khiển trung tâm 114 38 Hình 3.23 Sơ đồ hệ thống cung cấp năng lượng trên thân robot HVHQ 01 kiểu thủy động 39 Hình 3.24 Sơ đồ hệ thống cung cấp năng lượng trên thân robot HVHQ 02 kiểu khung 40 Hình 3.25 Dây cáp gồm các dây cấp nguồn, dây tín hiệu và dây chịu lực có sức nổi dương 41 Hình 3.26 Các đầu kết nối cáp 115 42 Hình 3.27 Trạm điều khiển trung tâm kiểu tủ đặt trên tàu 121 43 Hình 3.28 Trạm điều khiển trung tâm kiểu hộp 121 4 110 111 113 116 118 119 TT Kí hiệu Tên hình 44 Hình 3.29 Sơ đồ bố trí bề mặt hộp điều khiển trung tâm Trang 122 45 Hình 3.30 Các bảng mạch điện tử xử lí tín hiệu bên trong hộp điều khiển 46 Hình 3.31 Sơ đồ điện của hộp điều khiển trung tâm 122 47 Hình 3.32 Lưu đồ thuật toán của bộ điều khiển trung tâm robot HVHQ 02 48 Hình 3.33 Lưu đồ thuật toán của bộ điều khiển động cơ trái robot HVHQ 02 49 Hình 3.34 Lưu đồ thuật toán của bộ điều khiển động cơ phải robot HVHQ 02 50 Hình 3.35 Lưu đồ thuật toán của bộ điều khiển động cơ lên xuống robot HVHQ 02 51 Hình 3.36 Lưu đồ thuật toán tiếp nhận và xử lí thông tin hàng hải robot HVHQ 02 52 Hình 4.1 Thử độ cân bằng của robot 124 131 53 Hình 4.2 Bể thử áp phục vụ thử nghiệm robot ngầm 131 54 Hình 4.3 132 Đưa robot ngầm vào bể thử áp 123 125 126 127 128 55 Hình 4.4 Đồng hồ đo áp khi tiến hành thử robot ngầm trong bể 133 thử áp 56 Hình 4.5 Thử nghiệm robot ngầm trên biển 135 57 Hình 4.6 Robot đang thực hiện lặn quan sát cầu cảng 135 58 Hình 4.7 Thử nghiệm tính năng lặn sâu của robot ngầm 136 5 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Việt Nam có một bờ biển dài hơn 3000 km với vùng biển rộng gấp 3 lần đất liền. Ngày nay, các hoạt động kinh tế, khoa học và bảo vệ chủ quyền trên biển diễn ra rất sôi động. Hàng loạt công trình như cầu cảng, dàn khoan, đường ống dẫn dầu, nhà dàn...đã và đang được xây dựng trên biển. Trong quá trình xây dựng và khai thác các công trình trên đã nảy sinh một nhu cầu rất lớn về việc tiến hành thăm dò, khảo sát và tiến hành các công việc dưới nước. Các vùng cửa sông, các khu vực cảng biển cũng cần được thăm dò, khảo sát phục vụ cho các nghiên cứu cũng như chuẩn bị hiện trường khi xây dựng các công trình. Đối với nhiệm vụ quân sự, rà phá thuỷ lôi, làm sạch các vùng nước sau chiến tranh và thực hiện các nhiệm vụ tác chiến như chuẩn bị chiến trường cho đổ bộ, các vị trí cho tàu neo đậu, đợi cơ... đòi hỏi một khối lượng lớn công việc khảo sát các vùng biển khác nhau. Ngoài ra, công việc cứu hộ, cứu nạn, trục vớt cũng phát sinh ngày càng nhiều khi ngành hàng hải phát triển nhanh dẫn tới mật độ giao thông trên biển ngày càng lớn. Tất cả các nhiệm vụ trên đòi hỏi một khối lượng công việc phải thực hiện dưới nước rất lớn. Các nhiệm vụ này luôn được thực hiện trong môi trường khắc nghiệt (độ sâu lớn, nhiệt độ thấp, môi trường ô nhiễm, sóng gió...). Mặc dù vậy, cho tới nay, ở nước ta các công việc này hầu hết vẫn được thực hiện bởi đội ngũ thợ lặn. Ở những khu vực có độ sâu lớn và điều kiện phức tạp thợ lặn cũng không thể hoạt động được. Điều đó ảnh hưởng rất lớn tới khả năng và hiệu quả giải quyết nhiệm vụ. Do đó, trong tình hình hiện nay, nhu cầu các thiết bị trợ giúp các hoạt động dưới nước là rất lớn. Hiện nay, trong biên chế của Hải quân có một số trang bị chuyên dùng sử dụng quang ảnh hoặc thuỷ âm để dò tìm, trinh sát đáy biển. Tuy nhiên, hầu hết chúng được sản xuất trước những năm 1980 của thế kỉ trước do đó chức năng rất hạn chế, hơn nữa, các thiết bị này đã quá cũ, không thể sử dụng được nữa. Điểm yếu cơ bản của các thiết bị này là không có khả năng tự hành, độ sâu làm việc hạn chế và không có khả năng thực hiện một số thao tác tự động. 6 Trước tình hình đó, một số đơn vị trong và ngoài quân đội đã mua các thiết bị ngầm của nước ngoài để sử dụng, như Quân chủng Hải quân có một thiết bị, tuy nhiên qua sử dụng đã xuất hiện nhiều nhược điểm và đã đề xuất với Học viện Hải quân nghiên cứu phương án cải tiến, nâng cấp. Một số đơn vị đã tổ chức nghiên cứu ứng dụng công nghệ tiên tiến để cải tiến, nâng cấp các thiết bị có sẵn để duy trì khả năng hoạt động của chúng, nhưng chưa mang tính phát triển bền vững và đột phá. Tại Học viện Hải quân, một số nhóm nghiên cứu đã tiến hành bước đầu các nghiên cứu cơ bản về robot, thiết bị ngầm. Tuy nhiên việc nghiên cứu còn gặp nhiều khó khăn về vấn đề lí thuyết và kinh nghiệm thực tiễn. Vì vậy cần thiết phải hợp tác với nước ngoài để tiến hành nghiên cứu. Trên cơ sở đó Học viện Hải quân đề xuất nhiệm vụ hợp tác quốc tế về KH&CN theo nghị định thư với nước ngoài “Nghiên cứu thiết kế, chế tạo thiết bị robot ngầm phục vụ thăm dò, khảo sát các công trình trên biển” với đối tác là Trường đại học Quốc gia đóng tàu Ucraina mang tên Đô đốc Makarov. Đây là một trong hai trung tâm thiết kế và đóng tàu chiến mạnh nhất của Liên Xô cũ. Ngày nay, với đội ngũ giáo sư, tiến sĩ đầu ngành trong lĩnh vực thiết kế tàu chiến, trường đã đi tiên phong trong lĩnh vực thiết kế, chế tạo các thiết bị ngầm và các thiết bị đặc chủng phục vụ chinh phục đại dương. Với nhiều công trình đã thực hiện, với trang bị của các tung tâm nghiên cứu thử nhiệm, trường đã thực hiện nhiều hợp đồng hợp tác với các nước trong lĩnh vực chế tạo các thiết bị khai thác, chinh phục đại dương, như Nga, Trung Quốc, Iran, Pakistan... Ưu thế nổi bật của trường đóng tàu Ucraina là đội ngũ giáo sư, tiến sĩ và cán bộ khoa học nhiệt huyết, chuyên sâu, có rất nhiều kinh nghiệm trong lĩnh vực thiết bị ngầm. Đồng thời trang thiết bị công nghệ rất phù hợp với điều kiện nghiên cứu tại Việt Nam. Trong những năm qua trường đã và đang đào tạo cho Việt Nam một số tiến sĩ và kĩ sư chuyên ngành đóng tàu, trong đó có lĩnh vực thiết kế, chế tạo Robot ngầm. Một số tiến sĩ tốt nghiệp tại đây hiện đang công tác tại Học viện Hải quân. Đây sẽ là nòng cốt cho việc thực hiện nhiệm vụ và là cơ sở để tạo dựng một đội ngũ cán bộ kĩ thuật trong lĩnh vực hết sức quan trọng của một quốc gia biển như Việt Nam. 2. Mục tiêu của đề tài Thiết kế chế tạo thử nghiệm thiết bị robot ngầm phục vụ nhiệm vụ khảo sát các công trình ngầm trên biển 7 3. Phạm vi nghiên cứu - Nghiên cứu các loại robot ngầm đã được một số nước trên thế giới chế tạo; - Nghiên cứu lí thuyết về robot ngầm - Thiết kế, chế thử một robot ngầm phù hợp với điều kiện hoàn cảnh Việt Nam, trên cơ sở ứng dụng các giải pháp kĩ thuật hiện đại. - Xây dựng quy trình công nghệ chế tạo thiết bị robot ngầm phù hợp với điều kiện Việt Nam. 4. Nhiệm vụ của đề tài - Nghiên cứu cơ sở lý luận và thực tiễn của thiết bị robot ngầm; - Nghiên cứu cấu trúc và nguyên lý hoạt động của thiết bị robot ngầm; - Nghiên cứu các trang thiết bị cần có trên robot, khả năng tích hợp hoạt động; - Nghiên cứu thiết kế thiết bị robot ngầm; - Chế tạo một thiết bị robot ngầm; - Tiến hành các thử nghiệm trong điều kiện phòng thí nghiệm và trong điều kiện thực tế; - Xây dựng quy trình công nghệ chế tạo thiết bị robot ngầm - Hoàn thiện và nghiệm thu kết quả nghiên cứu 5. Phương pháp nghiên cứu - Nghiên cứu lí thuyết; - Hợp tác với phía đối tác thiết kế một thiết bị robot ngầm - Áp dụng các giải pháp kỹ thuật công nghệ hiện đại và lựa chọn vật tư linh kiện thông dụng bán sẵn trên thị trường trong thiết kế, chế tạo thiết bị. 6. Tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực của đề tài Ngoài nước Hiện nay ở các nước phát triển việc nghiên cứu chế tạo các robot ngầm phục vụ các mục đích khác nhau đang phát triển mạnh mẽ. Các thiết bị robot ngầm được ứng dụng các công nghệ tiên tiến nhất trong lĩnh vực điều khiển, cơ khí, quang học, âm thanh… 8