Tài liệu Mô phỏng động học và động lực học thiết bị lặn

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM VIỆN CƠ HỌC PHẠM VĂN BẠCH NGỌC MÔ PHỎNG ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC THIẾT BỊ LẶN LUẬN VĂN THẠC SĨ Hà Nội - 2005 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM VIỆN CƠ HỌC PHẠM VĂN BẠCH NGỌC MÔ PHỎNG ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC THIẾT BỊ LẶN Chuyên ngành: CƠ HỌC VẬT THỂ RẮN Mã số: 60.44.21 LUẬN VĂN THẠC SĨ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. PHẠM ANH TUẤN Hà Nội - 2005 MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN ................................................ Error! Bookmark not defined. MỤC LỤC ..................................................................................................... 1 DANH MỤC VIẾT TẮT................................................................................ 3 MỞ ĐẦU ....................................................................................................... 4 Chương 1. GIỚI THIỆU VỀ THIẾT BỊ LẶN ................................................ 6 1.1. Lịch sử nghiên cứu và phát triển thiết bị lặn trên thế giới. ................... 6 1.2. Cấu tạo và ứng dụng của thiết bị lặn .................................................... 8 1.2.1 Cấu tạo của thiết bị lặn [17] ........................................................... 9 1.2.2 Ứng dụng của thiết bị lặn ............................................................. 11 Chương 2. TÍNH NĂNG VÀ CẤU TẠO CỦA MỘT SỐ LOẠI THIẾT BỊ LẶN PHỔ BIẾN TRÊN THẾ GIỚI ............................................................. 13 2.1. Thiết bị lặn không có người vận hành [15] ........................................ 13 2.1.1 Thiết bị lặn có dây dẫn nối với tầu mẹ ROV ................................ 14 2.1.2 Thiết bị lặn vận hành tự động AUV ............................................. 17 2.2. Thiết bị lặn có người quan sát - HOV. ............................................... 20 2.3. Phân tích một số chi tiết chính của thiết bị lăn ROV [17] .................. 21 2.3.1 Dây dẫn ....................................................................................... 21 2.3.2 Động cơ đẩy ................................................................................ 22 2.3.3 Camera ........................................................................................ 24 2.3.4 Hệ thống Laser ............................................................................ 25 2.3.5 Hệ thống siêu âm ......................................................................... 26 2.3.6 Tay máy ....................................................................................... 27 2.3.7 Sensor đo độ sâu ......................................................................... 29 Chương 3. MÔ PHỎNG ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC THIẾT BỊ LẶN ............................................................................................................. 30 3.1. Ma trận quay [12] .............................................................................. 30 3.1.1 Thành lập ma trận quay ............................................................... 31 3.1.2 Góc Euler..................................................................................... 33 3.2 Phần mềm mô phỏng động học và động lực học [11] ......................... 34 3.2.1 Các phân tích tuyến tính .............................................................. 35 3.2.2 Các phân tích phi tuyến ............................................................... 35 3.3 Mô phỏng động học và động lực học dây dẫn ..................................... 35 3.3.1. Mô hình dây dẫn bằng phần mềm alaska .................................... 36 3.3.2. Ngoại lực tác dụng lên dây dẫn ................................................... 39 3.3.2.1. Lực và Mô men của dòng chảy tác dụng lên một phần tử dây dẫn theo 3 trục OX, OY và OZ. ........................................................ 39 3.3.2.2. Lực đẩy acsimet tác dụng lên một phần tử dây dẫn .............. 40 3.3.3. Một số kết quả mô phỏng dây dẫn .............................................. 41 3.4. Mô phỏng động học và động lực học thiết bị lặn và dây dẫn .............. 47 3.4.1. Phân tích quá trình họat động của thiết bị lặn.............................. 49 3.4.2 Phương trình chuyển động của thiết bị lặn ................................... 52 3.4.2.1. Phương trình động học của thiết bị lặn ................................. 53 3.4.2.2. Phương trình chuyển động học của thiết bị lặn ..................... 54 3.4.3. Ngoại lực tác dụng lên thiết bị lặn .............................................. 55 3.4.3.1 Lực do môi trường tác dụng lên thiết bị lặn........................... 55 3.4.3.2 Lực đẩy của động cơ đẩy ...................................................... 56 3.4.3.3 Lực đẩy Acsimet. .................................................................. 58 3.4.4 Kết quả mô phỏng động học và động lực học thiết bị lặn ............. 58 3.4.4.1 Quỹ đạo hoạt động của thiết bị lặn có dạng như hình 3.20 59 3.4.4.2 Quỹ đạo hoạt động của thiết bị lặn có dạng như hình 3.33 65 3.5 Nhận xét ......................................................................................... 71 KẾT LUẬN .................................................................................................. 72 1. Các kết quả đã đạt được ........................................................................ 72 2. Hướng nghiên cứu tiếp theo.................................................................. 72 Danh mục các công trình đã công bố ............................................................ 74 Tài liệu tham khảo ........................................................................................ 75 Phụ lục ......................................................................................................... 77 DANH MỤC VIẾT TẮT AUV: Autonomous Underwater Vehicle ROV: Remote Operation Vehicle HUV: Human Underwater Vehicle UV: Underwater Vehicle UUV: Unmanned Underwater Vehicle HOV: Human Occupied Vehicles MỞ ĐẦU Trái đất có khoảng 30% diện tích bề mặt là đất phần còn lại chiếm tới 70% diện tích là ngập nước. Trong khi phần lớn diện tích mặt đất đã được con người khám phá, khai thác, tìm hiểu và đánh giá rất chi tiết thì phần lớn diện tích môi trường ngập nước mới đang được con người khám phá đặc biệt là môi trường biển. Do vậy việc thiết lập một bản đồ chi tiết về tài nguyên cũng như bề mặt đáy biển chưa được con người thực hiện. Khi dân số trên thế giới tăng lên thì sự tiêu huỷ nguồn tài nguyên thiên nhiên cũng tăng lên. Chính vì những lý do đó mà việc khám phá, tiềm hiểu những khu vực chưa được khám phá này trở nên rất cần thiết. Đối với con người sự hiểu biết một cách rõ ràng và kiểm soát được môi trường là điều rất quan trọng và có thể trở thành hiện thực nếu được trợ giúp của các nhà khoa học và các thiết bị nghiên cứu tiên tiến. Nghiên cứu biển đặc biệt quan trọng đối với Việt Nam cả về mặt dân sinh và an ninh quốc phòng. Một đất nước có bờ biển dài trên 3000km và một diện tích rất lớn sông, hồ, đầm lầy…, nơi có một lượng lớn động vật, thực vật và tài nguyên còn chưa được tìm hiểu. Môi trường nước này cần được tìm hiểu vì nó không chỉ có duy nhất và không thể thay thế mà còn để bảo vệ và gìn giữa tài nguyên thiên nhiên nơi mà hàng năm còn mang về một nguồn ngoại tệ lớn cho đất nước. Hiện nay việc khám phá và tìm hiểu nguồn tài nguyên dưới nước bằng các công cụ thô sơ, và thợ lặn là việc làm không thực tế, sử dụng thợ lặn gặp nhiều rủi do và nguy hiểm hơn nữa khả năng lặn sâu và làm việc dưới nước của con người bị hạn chế. Đối với các công trình biển cần thường xuyên được giám sát như các giàn khoan dầu khí trên biển, đường ống dẫn dầu, đường dây dây dẫn quang,… thì việc xử dụng thợ lặn là hoàn toàn không khả thi và không có khả năng thực hiện. Chính vì vậy, sự trợ giúp của các công cụ nghiên cứu, giám sát hiện đại là việc làm tất yếu, đó chính là một trong những lý do quan trọng để phát triển các thiết bị lặn - UV. Hiện nay, trên thế giới có nhiều dạng thiết bị lặn khác nhau như: thiết bị lặn có dây dẫn nối với tầu mẹ ROV- , thiết bị lặn liên lạc với tầu mẹ bằng sóng siêu âm - AUV, HOV… tất cả các dạng tầu lặn đó đều có những ưu việt và đặc trưng riêng và được ứng dụng trong các mục đích cụ thể. Một trong những ưu việt chung của thiết bị lặn chính là khả năng vận hành tự động của chúng, chúng có thể hoàn thành nhiệm vụ của mình một cách tự động không cần đến sự điều khiển trực tiếp của con người mà thông qua hệ thống các lệnh điều khiển do con người thiết lập sẵn. Ngoài ra thiết bị lặn còn có khả năng làm việc trong môi trường nước và ở độ sâu lớn hơn so với con người. Một thiết bị lặn tiêu chuẩn bao gồm: Phần mềm điều khiển, hệ thống tự động hoá, và các cơ cấu chấp hành cùng các thiết bị phụ khác, đây chính là một dạng sản phẩm Cơ điện tử. Xu hướng hiện nay của các nhà khoa học là đưa các sản phẩm công nghệ cao vào ứng dụng trong cuộc sống, các dạng sản phẩm của Cơ điện tử cũng không nằm ngoài xu hướng đó. Hơn nữa hiện nay tác giả đang công tác và làm việc tại Phòng Cơ điện tử - Viện Cơ học nên đây chính là các lý do mà tác giả chọn nghiên cứu thiết bị lặn, mà trước tiên bằng việc tìm hiểu, mô phỏng động học và động lực học của thiết bị lặn bằng phần mềm mô phỏng cơ học hệ nhiều vật alaska. Trong phạm vi của luận văn này tác giả đề cập đến thiết bị lặn có dây dẫn được nối với tầu mẹ trong quá trình hoạt động - ROV. Thiêt bị lặn ROV sẽ dễ dàng hơn các thiết bị lặn khác trong việc điều khiển và cung cấp năng lượng trong quá trình hoạt động, do việc liên lạc giữa ROV và trung tâm điều khiển trên tầu mẹ thông qua một dây dẫn. Việc sử dụng thiết bị lặn này sẽ phù hợp với khả năng chế tạo và ứng dụng tại Việt Nam là phù hợp nhất. Chương 1. GIỚI THIỆU VỀ THIẾT BỊ LẶN 1.1. Lịch sử nghiên cứu và phát triển thiết bị lặn trên thế giới. Phần lớn các mẫu thiết bị lặn ngày nay đều được thiết kế dựa trên các mẫu thiết bị lặn được thiết kế vào năm 1930 và mô hình tầu ngầm quân sự, nhưng nó không thể hoạt động được tại các độ sâu lớn, đó chính là hạn chế lớn nhất của các thiết bị lặn được chế tạo từ những năm 1930 của thế kỷ trước. Những mẫu thiết kế đầu tiên cho thiết bị lặn đó là dạng hình cầu, tuy nhiên những mẫu thiết kế này luôn tồn tại sự nguy hiểm, việc điều khiển thiết bị lặn này luôn đặt trong tình trạng nằm ngoài khả năng kiểm soát của con người. Thiết bị lặn loại này được liên lạc với tầu mẹ bằng một hệ thống tời kéo, và các hệ thống đảm bảo an toàn khác như hệ thống dẫn khí, hệ thống cân bằng áp suất… Hình 1.1: Thiết bị lặn dạng hình cầu Thiết bị lặn tự hành được phát triển và cải tiến trong suốt thập niên 1950 đến nay các thiết bị lặn được trang bị hoàn thiện hơn, đó chính là kết quả của việc cải tiến công nghệ và đồng thời đáp lại yêu cầu của các nhà khoa học trong việc nghiên cứu môi trường biển. Để có thể quan sát trực tiếp và đo đạc, giám sát được đáy biển ngày nay thiết bị lặn được trang bị các máy quay camera, các tay robot, các cảm biến, và các thiết bị phụ trợ khác. Ngoài mục đích phục vụ nghiên cứu khoa học ra thiết bị lặn này còn có thể tìm kiếm các thiết bị đã mất, phục vụ trong du lịch và phục vụ trong cứu hộ trên biển. Năm 1954 một thiết bị lặn tự hành loại này đã được chế tạo và thử nghiệm thành công bởi Auguste Piccard, nó được dùng để thăm dò vùng biển sâu và khắc phụ được các hạn chế của các mẫu thiết bị lặn trước đây. Thiết bị lặn loại này thực tế mà nói nó gần giống như một kinh khí cầu hoạt động dưới nước. Hình 1.2: Thiết bị lặn Trieste II Năm 1960 phiên bản thứ 2 của thiết bị lặn ra đời có tên là Trieste II, nó có thể mang theo 2 người trong quá trình làm việc, có khả năng lặn sâu tới 30,580ft (hay 10,900 m) và lập nên một kỷ lục về khả năng lặn sâu của thiết bị lặn. Một trong những điều gây ấn tượng mạnh nhất đó chính là thiết bị lặn có tên Aluminaut, nó được chế tạo bằng hợp kim và có thể hoạt động ở độ sâu 15,000ft (hay 4,570 m) với một thuỷ thủ đoàn gồm 6 người. Sau đó các thiết bị lặn đã được gắn thêm một cánh tay robot, mà Alvin là một thí dụ điển hình, Alvin được chế tạo bởi Woods Hole Oceanographic Institution, nó có khả năng lặn sâu tới 13,000ft (hay 3,960m) với đội thuỷ thủ gồm 3 người, Alvin được trang bị các thiết bị như đối với Aluminaut tuy nhiên nó có gắn thêm một cánh tay robot. Năm 1974 Alvin và 2 thiết bị lặn khác của Pháp là Archimède và Cyana được sử dụng trong một dự án táo bạo giữa Pháp và Mỹ có tên là FAMOUS (for French-American Mid-Ocean Undersea Study), để nghiên cứu đáy biển. Năm 1987 Alvin mang theo máy quay camera và thu lại được các thông tin từ con tầu Titanic. Tất cả các mẫu thiết bị lặn trước đây đều được vận hành bằng một đội ngũ thủy thủ, nguyên lý hoạt động và cấu tạo của chúng hoàn toàn giống như một mẫu tầu ngầm phục vụ trong quân sự. Chính vì thế mà kích thước của chúng khá lớn cũng như khả năng vận hành không linh hoạt do đó hiệu quả mang lại trong nghiên cứu khoa học của chúng chưa cao. 1.2. Cấu tạo và ứng dụng của thiết bị lặn Ngày nay, cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ các thiết bị lặn ngày càng hiện đại hơn, tuỳ theo mục đích sử dụng mà chúng được trang bị các thiết bị phù hợp. Các thiết bị lặn ngày nay nhỏ hơn, vận hành tự động, phụ vụ nhiều trong nghiên cứu môi trường nước, đặc biệt trong nghiên cứu biển, nó rất hữu ích trong việc nghiên cứu đáy biển nơi con người không thể trực tiếp nghiên cứu được. Đặc biệt thiết bị lặn ngày nay được ứng dụng rộng rãi trong giám sát các công trình ngầm dưới biển, các giàn khoan dầu khí, mà đặc biệt chúng được trang bị các thiết bị hiện đại để có thể khác phục được các hư hỏng hoặc đưa ra cảnh báo trong vấn đề an toàn khi vận hành các công trình này. 1.2.1 Cấu tạo của thiết bị lặn [17] Hình dạng của thiết bị lặn được thiết kế và chế tạo rất đa dạng nó phụ thuộc chủ yếu vào nhiệm vụ mà thiết bị lặn đảm nhiệm. Đối với bất kỳ một thiết bị lặn dạng nào đi chăng nữa nó cũng bao gồm: Nguồn năng lượng để đảm bảo quá trình hoạt động trong mọi điều kiện và môi trường khác nhau và các hệ thống điều khiển và thông tin liên lạc. Thiết bị liên lạc với tầu mẹ Thiết bị tự động cho tầu vào cảng Điều khiển nhiệm vụ Hệ thống tránh chướng ngại vật Hệ thống lái Hệ thống ổn định vị trí Hệ thống vận hành từ xa Hệ thống chuyển hình ảnh từ 2D - 3D Hiệu chỉnh đường đi Các sensor truyền dữ liệu Bản đồ vận hành và xác định vị trí Các sensor dẫn đường Hình 1.3: Cấu tạo của một thiết bị lặn loại AUV Thiết bị lặn loại AUV liên lạc với trung tâm điều khiển bằng sóng siêu âm đồng thời trong quá trình họat động thì tự cung cấp năng lượng, do vậy thời gian hoạt động của nó phục thuộc vào nguồn năng lượng mang theo. Thiết bị lặn loại ROV trong quá trình hoạt động sẽ được cung cấp năng lượng và liên lạc trực tiếp với trung tâm điều khiển trên tầu mẹ thông qua dây dẫn. Hình 1.4: Thiết bị lặn loại ROV và trung tâm điều khiển trên mặt nước Cấu tạo cơ bản của một thiết bị lặn loại ROV hoặc AUV bao gồm:  Nguồn cung cấp năng lượng  Các cảm biến: cảm biến nhiệt độ, cảm biến độ sâu,…  Dây dẫn (đối với thiết bị lặn loại ROV)  Bao quanh thiết bị lặn là các nguồn phát sáng: đèn  Các máy quay camera, máy chụp ảnh,  Thiết bị phát hiện các thiết bị lặn khác: thiết bị liên lạc trong môi trường nước.  Thiết bị thí nghiệm, giám sát và thăm dò môi trường nước như: thiết bị đo môi trường, các thiết bị thí nghiệm khác kèm theo…  Thiết bị liên lạc với tầu mẹ như: dây dẫn hoặc các máy phát và thu sóng siêu âm,…  Thiết bị phục vụ nghiên cứu địa lý, thiết bị liên lạc toàn cầu,….  Ngoài ra ngày nay một số thiết bị lặn có gắn kèm cánh tay rôbốt để thu nhận các mẫu vật và thực hiện các nhiệm vụ bên ngoài. Hiện nay có nhiều phương pháp để điều khiển thiết bị lặn mỗi phương pháp đều có những ưu điểm riêng như:  Thiết bị lặn nhận lệnh điều khiển trực tiếp của người vận hành từ trung tâm điều khiển thông qua dây dẫn hoặc việc truyền dữ liệu bằng sóng siêu âm.  Thiết bị lặn hoạt động tự động thông qua chương trình điều khiển được lập sẵn.  Thiết bị lặn hoạt động thông qua việc vận hành trực tiếp của con người thiết bị lặn loại này sẽ có một đội ngũ thủy thủ và ngoài ra nó còn có thể có các nhà khoa học hoặc những người muốn tham quan môi trường nước. Loại thiết bị lặn này ngoài các thiết bị được trang bị như thiết bị lặn hoạt động tự động nó còn có khoang điều áp, khoang này có nhiệm vụ đảm bảo áp suất và cung cấp dự sống cho những người hoạt động trong nó. Các thiết bị lặn ngày nay được thiết kế và chế tạo theo dạng các modul do đó việc lắp ráp và thay đổi chức năng, nhiệm vụ của thiết bị lặn sẽ được dễ dàng hơn. 1.2.2 Ứng dụng của thiết bị lặn Trong những năm gần đây, việc ứng dụng các thiết bị lặn trở nên phổ biến hơn, chủng loại và mục đích sử dụng thiết bị lặn cũng trở nên đa dạng hơn. Với mỗi một nhiệm vụ các nhà khoa học sẽ sử dụng các loại thiết bị lặn khác nhau nhằm mục đích tối ưu hoá chức năng và giá thành thiết bị lặn. Trên thế giới các thiết bị lặn được sử dụng rất rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau như:  Nghiên cứu khoa học,  Giám sát và bảo dưỡng các công trình biển,  Điều tra khảo sát và khám phá đại dương,  Kiểm tra đánh giá môi trường nước,  Đặc biệt trong việc phân định và vẽ bản đồ đáy biển  Cứu hộ và đảm bảo an ninh quốc phòng.  Xây dựng và bảo dưỡng các đường ống dưới biển như: ống dẫn dầu, ống dây dẫn quang,…  Sử dụng trong các giàn khoa dầu khí ngoài biển Hiên nay giá thành thiết bị lặn còn rất cao nên việc sử dụng phục vụ nghiên cứu khoa học tại Việt Nam còn hạn chế. Ở Việt Nam đã ứng dụng thiết bị lặn dưới dạng một khoang chìm dưới nước dùng trong thăm quan môi trường biển. Chương 2. TÍNH NĂNG VÀ CẤU TẠO CỦA MỘT SỐ LOẠI THIẾT BỊ LẶN PHỔ BIẾN TRÊN THẾ GIỚI 2.1. Thiết bị lặn không có người vận hành [15] Một phát minh mới phục vụ việc nghiên cứu thế giới tự nhiên đó là các thiết bị lặn không có người vận hành UUV. Thiết bị lặn loại này bao gồm thiết bị lặn điều khiển từ xa AUV và thiết bị lặn vận hành tự động ROV điều khiển bằng dây dẫn nối với trung tâm điều khiển. Trong khoảng 25 năm trước đây, thiết bị lặn không có người vận hành UUV được phát triển từ những nguyên mẫu không được tin tưởng phục vụ cho nghiên cứu khoa học và là một công cụ phục vụ trong quân đội. Phạm vi ứng dụng của ROV từ những công việc đơn giản cho đến các công việc yêu cầu độ chính xác cao như khảo sát biển và các công việc hấp dẫn khác như bảo dưỡng các đường dây dẫn ngầm dưới biển và phụ vụ trong ngành dầu khí. Năm 1995 người Nhật đã chế tạo ra một thiết bị lặn có thể lặn sâu đến 36,000 feet (10.977m). Trước đấy đã có thiết bị lặn điều khiển từ xa AUV mang theo bom hydro cùng trang thiết bị lăn sâu 1600 feet (485m) dưới biển Atlantic. Đối với các ứng dụng trong thương mại, điều quan trọng nhất của nhóm các thiết bị lặn UUV là khả năng làm việc theo lớp của các thiết bị lặn điều khiển từ xa AUV. Ngày nay, các loại UUV đang được sử dụng rộng rãi tại các quốc gia như: USA, UK, Singapore, và Canada,… Các mẫu UUV được sản xuất ra đều do nhu cầu thực tế của các công ty, hoặc do đơn đặt hành của các hãng. Hiện nay, đã có một số cải tiến chính cho các thiết bị lặn, phần lớn sự thay đổi đó là kết quả của sự phát triển và ứng dụng của việc cải tiến trong công nghệ máy tính và công nghệ điện tử. Cùng với sự phát triển đó, việc quan tâm đến vấn đề độ sâu và những vùng sâu nhất trong nghiên cứu biển, như các giàn khoan dầu khí ngoài biển đã tạo ra một nhu cầu sử dụng các thiết bị chuyên dụng có giá thành hợp lý, có độ tin cậy cao trong quá trình vận hành, và có khả năng bảo dưỡng các thiết bị ngoài biển. 2.1.1 Thiết bị lặn có dây dẫn nối với tầu mẹ ROV Trong những thập niên trước đây, ROV đã chứng minh được tính hiệu quả và nhiều tác dụng. Thiết bị lặn loại này chứa nhiều bộ phận phức tạp, mặc dù vậy, nó vẫn rất cần một số lượng lớn các động cơ điện mà đến ngày nay gần như không thay đổi gì, việc điều khiển thiết bị lặn theo thời gian thực đòi hỏi người vận hành phải được đào tạo ở một trình độ cao. Những thiết bị lặn loại này dùng trong giám sát, bảo dưỡng và sửa chữa công trình dưới nước. Trong suốt thập niên 90 của thế kỷ 20, đã có nhiều những thiết kế về cấu trúc, hình dáng của thiết bị lặn đến nay các thiết bị lặn được thiết kế đơn giản hơn, linh hoạt hơn, tốc độ vận hành cao hơn, thời gian làm việc trong môi trường nước cao hơn. Đặc biệt hơn các thiết bị lặn ngày nay có khả năng lặn sâu và hoạt động độc lập không cần người vận hành trực tiếp, ứng với mỗi nhiệm vụ cụ thể các nhà thiết kế chế tạo ra một loại thiết bị lặn phù hợp với mục đích của người sử dụng. Thiết bị lặn loại ROV có thể hoạt động trong môi trường nước và được liên kết với trung tâm điều khiển bằng dây dẫn, dây dẫn này truyền các tín hiệu điều khiển và cung cấp năng lượng cho tầu hoạt động. Dây dẫn này bao gồm dây dẫn thông tin và dây dẫn dùng đề liên kết giữa tầu mẹ và thiết bị lặn. ROV có thể thu thập không hạn chế các thông tin môi trường nước và các hình ảnh chân thực có độ phân giải cao và truyền số liệu một cách rất tốt. Thiết bị lặn loại này có thể liên lạc trực tiếp đến trung tâm điều khiển đặt trên bờ, trên tầu mẹ hoặc với trung tâm điều khiển phụ được thả xuống nước nhằm hạn chế các tác động cơ học ngược lại của thiết bị lặn lên trung tâm điều khiển chính. ROV có thể phục vụ trong các lĩnh vực phục vụ, quân sự, và trong thương mại. Năng lượng và thông số điều khiển được truyền đến thiết bị lặn và các đoạn phim quay được hoặc các số liệu của cảm biến sẽ được thu về bằng sợi dây dẫn được nối với tầu mẹ. Quá trình điều khiển thiết bị lặn (ROV) này đơn giản và chính xác nhờ các thiết bị điều khiển ở trên tầu mẹ. Sự khác biệt chính giữa những hệ thống rôbốt dưới nước chính là phương thức điều khiển quá trình hoạt động của nó. Thiết bị lặn điều khiển từ xa ROV được liên kết trực tiếp đến tầu mẹ thông qua dây dẫn. Nguồn năng lượng được cung cấp trực tiếp đến thiết bị lặn từ trên bờ thông qua các lệnh điều khiển. Các cảm biến trên bờ sẽ gửi các thông số điều khiển trực tiếp đến các cơ cấu chấp hành trên thiết bị lặn. Cũng theo cách như vậy để điều khiển quá trình hoạt động của thiết bị lặn. Ngày nay, ngoài thiết bị lặn loại ROV các nhà khoa học cho ra đời thiết bị lặn loại HUV, thiết bị lặn HUV có thể nói nó như là một ngôi nhà di động trên mặt biển hoặc đáy biển. Nó cho phép hoạt động tương tự như các thiết bị lặn loại ROV truyền thống. Hình 2.1: Thiết bị lặn có dây dẫn nối với tầu mẹ ROV Trung t©m ®iÒu khiÓn HÖ thèng ®iÒu khiÓn thiÕt bÞ lÆn §iÒu khiÓn thêi gian thùc D©y dÉn (®©y c¸p truyÒn tÝn hiÖu vµ cung cÊp n¨ng l-îng cho thiÕt bÞ lÆn ho¹t ®éng) M¸y quay camera Bé phËn ph¸t hiÖn thiÕt bÞ lÆn kh¸c Tay m¸y, Robot §éng c¬ ®Èy, ch©n vÞ N¨ng l-îng ThiÕt bÞ lÆn lo¹i ROVs Hình 2.2 : Sơ đồ hoạt động của ROV 2.1.2 Thiết bị lặn vận hành tự động AUV AUV là thiết bị lặn có kích thước nhỏ, hoạt động tự do, một thiết bị lặn không có người lái, có khả năng hoạt động độc lập trong môi trường làm việc của mình. Thời gian làm việc phụ thuộc vào nguồn năng lượng trên tầu, AUV có thể hoạt động trong nhiều tuần và thời gian làm việc dài ngày. AUV có thể được trang bị vô số những thiết bị có kích thước khác nhau, đặc biệt là hệ thống lưu lại các thông tin trong suốt quá trình hoạt động. AUV là thiết bị lặn vận hành độc lập có thể tự hoạt động, tự lái, có khả năng sử lý được các tình huống bất ngờ, và hoàn thành được các nhiệm vụ đã được lập kế hoạch từ trước, mà không có sự can thiệp của con người. AUV có thể di chuyển cách hoàn toàn độc lập, nó có thể chuyển động với tốc độ cao và linh hoạt điều đó không thể thực hiện được đối thiết bị lặn có dây dẫn. Hơn thế nữa, AUV có thể hoạt động một cách tự động, không cần bất kỳ một thiết bị phụ trợ nào bên cạnh. Bởi vì đó, AUV rất phù hợp ứng dụng trong quân sự. Hình 2.3: Thiết bị lặn tự hành AUV Sự khác biệt chính của một AUV đối với một ROV đó chính là AUV không liên lạc trực tiếp với trung tâm điều khiển trên mặt nước bằng các dây dẫn mà được liên lạc bằng cách truyền sóng siêu âm trong môi trường nước. Trong thực tế việc liên lạc bằng cách này cũng có nhiều thuận lợi và khó khăn ví dụ như: việc truyền âm bị phụ thuộc nhiều vào điều kiện thời tiết và điều kiện về môi trường. Những thuận lợi chính của phương pháp truyền bằng âm thanh này là: có khả năng can thiệp trong khi thiết bị lặn đang hoạt động, giảm giá thành của sản phẩm. Trong trường hợp các thông số vật lý phục vụ điều khiển giữa thiết bị lặn và trung tâm điều khiển ở trên bờ không liên lạc được với nhau thì nguồn năng lượng sẽ được cung cấp thông qua thiết bị dự trữ năng lượng ở trên thiết bị lặn. Việc chậm trễ trong việc truyền thông tin giữa thiết bị lặn và thiết bị đẩy có thể làm cho quá trình hoạt động của thiết bị lặn bị dừng lại. Người điều khiển có thể can thiệp vào quá trình điều khiển tự động của thiết bị lặn trong trường hợp có sự cố xảy ra hoặc có cảnh báo từ trung tâm điều khiển hoặc có thể khẩn cấp dừng quá trình hoạt động của thiết bị nếu cần. Nhưng đối với hệ thống thông minh được lắp trên thiết bị lặn thì quá trình điều khiển sẽ tuân thủ theo các lệnh điều khiển chung của quá trình vận hành và nhiệm vụ được lập trình trước. Mặt khác, AUV bị hạn chế bởi nguồn năng lượng được mang theo và trong thực tế để điều khiển được AUV theo thời gian thực từ mặt biển đến thiết bị lặn là rất khó, do hạn chế về khả năng truyền âm trong môi trường nước biển. Mặc dù có những hạn chế đó, nó vẫn được ứng dụng cho các thiết bị lặn AUV đặc biệt ứng dụng trong nghiên cứu đáy biển, nơi mà thiết bị lặn có thể tìm kiếm, thu thập các thông số trên một diện tích rộng lớn.