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

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 -2NHẬN 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) -3PHIẾU 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: ĐIỂM PHẢN BIỆN Bằng số Bằng chữ ĐIỂM CHUNG Bằng số Bằng chữ 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) -4MỤC LỤC Trang Trang bìa phụ Lời cam đoan Mục lục Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt Danh mục các bảng Danh mục các hình MỞ ĐẦU Chương 1. GIỚI THIỆU CHUNG 1.1. Khảo sát tình trạng nuôi tôm lồng ở Khánh Hòa 1.2. Mục đích và yêu cầu Chương 2. TỔNG HỢP NHỮNG NGHIÊN CỨU ROBOT LẶN 2.1. Robot HROV 2.2. Robot lặn ROV Kiel 6000 2.3. Robot lặn trong nhà máy điện hạt nhân 2.4. Robot cá của Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Chương 3. PHƯƠNG PHÁP VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 3.1. Cách tiếp cận, phương pháp nghiên cứu 3.2. Nội dung nghiên cứu 3.3. Chế tạo phần vỏ 3.4. Chế tạo mạch 3.5. Lưu đồ giải thuật điều khiển 6 8 11 15 16 17 17 18 25 32 39 41 Chương 4. THỰC NGHIỆM - PHÂN TÍCH KẾT QUẢ 44 Chương 5. KẾT LUẬN – ĐỀ XUẤT 47 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC -5- DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1. Lồng nuôi thủy sản Hình 1.2: Lồng ươn tôm hùm con Hình 1.3: Lồng nuôi cố định Hình 2.1: Robot HROV Hình 2.2: Robot ROV Kiel 6000 Hình 2.3: Robot trong nhà máy điện hạt nhân Hình 2.4: Robot cá Hình 3.1: Sơ đồ tổng quan cấu trúc robot Hình 3.2: Thiết kế sơ bộ về Robot Hình 3.3: Sơ đồ mạch nguồn Hình 3.4: Sơ đồ truyền thông Hình 3.5: Sơ đồ kết nối các chân của khối điều khiển Hình 3.6: Sơ đồ mạch in khối điều khiển Hình 3.7: Sơ đồ nguyên lý của khối công suất fet và rơ le Hình 3.8: Sơ đồ mạch in khối công suất Hình 3.9: Gamepad Playstation Hình 3.10: Giản đồ xung của Game pad Hình 3.11: Khuôn dạng trả về của Gamepad Hình 3.12: Ổ bi, Phốt và Phe Hình 3.13: Bột chai Hình 3.14: Phần thân của Robot Hình 3.15: Các vật liệu thành phần của composite Hình 3.16: Phần đầu bằng composite sau khi chế tạo Hình 3.17: Modul động cơ Hình 3.18: Nối trục động cơ Hình 3.19: Phần đuôi Robot Hình 3.20: Mạch điều khiển Hình 3.21: Mạch công suất Hình 3.22: Giải thuật đọc Gamepad 11 12 13 16 17 18 19 21 23 28 28 29 29 30 31 32 33 33 34 35 36 38 39 40 40 41 41 42 43 Hình 3.23: Lưu đồ giải thuật điều khiển robot 45 -6- 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. -7Đó 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. -8- CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG -91.1. 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 1035 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 - 10 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. Hình 1.1: Lồng nuôi thủy sản 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. 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 - 11 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 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 lưới nylon, cước, kích thước mắt lưới 3 - 4cm. 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. - 12 Kích thước lồng có thể là 4 x 4 x 5m; 3 x 4 x 5m; 5 x 5 x 6m; 6 x 6 x 5m. Cọc đóng đáy có đường kính 15 - 20cm, dài 8 - 9m, đà ngang bằng gỗ có đường kính 6 - 10cm, dài 4 - 5m. Cọc đóng đáy được vát nhọn 1 đầu, hai người đứng trên thuyền dùng sức lắc mạnh và đóng xuống Hình 1.3: Lồng nuôi cố định 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. - 13 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. 1.2.2. Yêu cầu Với những đặc điểm của lồng, bè nuôi tôm như vậy, có những yêu cầu đặt ra cho robot như sau: - Robot phải có kích thước 40 x 40cm trở lại, không được vượt quá nếu không sẽ không xuống được lồng. - 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. - 14 - CHƯƠNG 2 TỔNG HỢP NHỮNG NGHIÊN CỨU ROBOT LẶN - 15 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 Hình 2.1: Robot HROV 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. - 16 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 Hình 2.2: Robot ROV Kiel 6000 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. “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 CO2 dưới 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 - 17 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 Hình 2.3: Robot trong nhà máy điện hạt nhân nhà máy điện hạt nhân Daya Bay, tỉnh Quảng Đông, một trong những nhà máy điện hạt nhân thương mại lớn nhất Trung Quốc. 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 và cặn lắng. Robot này có giá thành chỉ bằng 1/8 robot nhập ngoại và có khả năng mang vác nặng. Tổng trọng lượng của các vật thể mà robot có thể thu nhặt tối đa là 1kg. Việc chế tạo thành công robot này đặt nền tảng vững chắc cho việc chế tạo các robot dưới nước khác ở Trung Quốc. 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 - 18 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. 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. Hình 2.4: Robot cá - 19 - CHƯƠNG 3 PHƯƠNG PHÁP VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU - 20 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: Hình 3.1: Sơ đồ tổng quan cấu trúc robot 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. 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…