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