Tài liệu Nghiên cứu thiết kế và 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  VŨ VĂN LIÊM PHẠM VĂN TRƯỜNG ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC CHUYÊN NGÀNH CÔNG NGHỆ CƠ ĐIỆN TỬ NHA TRANG 06/2011 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA CƠ KHÍ  VŨ VĂN LIÊM PHẠM VĂN TRƯỜNG ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NỘI DUNG: NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO ROBOT LẶN PHỤC VỤ CÔNG NGHỆ NUÔI TÔM LỒNG TRÊN BIỂN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN Th. S VŨ THĂNG LONG Nha trang, 06/2011 2 NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN Họ và tên sinh viên: VŨ VĂN LIÊM PHẠM VĂN TRƯỜNG Lớp : 49CTU Chuyên ngành : Công nghệ cơ điện tử Đề tài: Thiết kế chế tạo robot lặn phục vụ công nghệ nuôi tôm lồng trên biển. Số trang ................ Số chương :04 Hiện vật: 01 quyển báo cáo, 01 robot lặn, 01 bộ điều khiển. NHẬN XÉT ............................................................................................................................... ............................................................................................................................... ............................................................................................................................... ............................................................................................................................... ............................................................................................................................... ............................................................................................................................... ............................................................................................................................... Kết luận ............................................................................................................. ............................................................................................................................... ............................................................................................................................... Nha Trang, ngày.......tháng......năm 2011 Cán bộ hướng dẫn ( ký và ghi rõ họ tên ) 3 PHIẾU ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG ĐỀ TÀI Họ và tên sinh : VŨ VĂN LIÊM PHẠM VĂN TRƯỜNG Lớp : 49CTU Chuyên ngành : Công nghệ cơ điện tử Đề tài: Thiết kế chế tạo robot lặn phục vụ công nghệ nuôi tôm lồng trên biển. Số trang ................ Số chương :04 Hiện vật: 01 quyển báo cáo, 01 robot lặn, 01 bộ điều khiển. NHẬN XÉTCỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN ............................................................................................................................... ............................................................................................................................... ............................................................................................................................... ............................................................................................................................... ............................................................................................................................... ............................................................................................................................... Kết luận ............................................................................................................. ............................................................................................................................... ............................................................................................................................... Nha Trang, ngày..... tháng .....năm 2011 Điểm phản biện Bằng số CÁN BỘ PHẢN BIỆN Bằng chữ ( Ký ghi rõ họ tên ) _________________________________________________________________ Nha Trang, ngày..... tháng ......năm 2011 Điểm chung Bằng số CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG Bằng chữ ( Ký ghi rõ họ tên ) 4 LỜI CẢM ƠN Cơ Điện Tử là một nghành học mới ở nước ta, nhưng nó ngày càng khẳng định được vai trò trong giai đoạn công nghiệp hóa hiện đại hóa ngày nay và sự phát triển của đất nước trong tương lai. Đây là nghành có sự hội tụ và đúc kết của ba chuyên nghành là cơ khí, tin học và điện tử mà sản phẩm cuối cùng của nó là một hệ thống tự động hóa góp phần giải phóng sức lao động của con người. Đối với sinh viên Cơ Điện Tử để làm quen được với các hệ thống máy móc, công nghệ bên ngoài thì quá trình học lý thuyết đi kèm với thực tế là hết sức cần thiết. Đề tài tốt nghiệp với nội dung “ Nghiên cứu thiết kế và chế tạo robot lặn phục vụ công nghệ nuôi tôm lồng trên biển”, đã cho chúng em những kiến thức, kinh nghiệm vô cùng bổ ích qua quá trình vận dụng kiến thức được học tập từ nhà trường vào thực tiễn. Sau một thời gian tập trung nghiên cứu thiết kế, chế tạo, được sự hướng dẫn tận tình của Thầy Vũ Thăng Long, và các Thầy trong bộ môn Cơ Điện Tử -Khoa Cơ Khí chúng em đã hoàn thành đề tài trong thời gian đặt ra. Chúng em xin chân thành cảm ơn quí thầy đã giúp đỡ, tạo điều kiện cho chúng em hoàn thành đề tài tốt nghiệp này. Vì kiến thức còn hạn chế nên trong đề tài còn một số nhược điểm, kính mong quý Thầy tận tình giúp đỡ, bổ sung để đề tài chúng em được hoàn thiện hơn và bước đầu có những ứng dụng vào hoạt động thực tiễn. Nha Trang: 06/2011 Sinh Viên: VŨ VĂN LIÊM PHẠM VĂN TRƯỜNG 5 MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN....................................................................................................................5 MỤC LỤC ........................................................................................................................6 DANH MỤC HÌNH..........................................................................................................8 Chương 1........................................................................................................................11 MỞ ĐẦU ........................................................................................................................11 1.1. Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài ......................................12 1.2. Tính cấp thiết.......................................................................................................13 1.3. Mục tiêu ...............................................................................................................14 1.4. Cách tiếp cận .......................................................................................................15 1.5. Phương pháp nghiên cứu ....................................................................................16 1.6. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu.......................................................................17 Chương 2........................................................................................................................18 NỘI DUNG VÀ ..............................................................................................................18 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU.............................................................................................18 2.1. Khảo sát công nghệ nuôi tôm lồng......................................................................19 2.2. Yêu cầu kỹ thuật Robot lặn.................................................................................22 2.3. Động lực học Robot lặn .......................................................................................23 2.3.1. Phương án 1 ..................................................................................................23 2.3.2. Phương án 2 ..................................................................................................24 2.3.3. Phương án 3 ..................................................................................................25 2.3.4. Phương án 4:.................................................................................................26 2.3.5. Lựa chọn phương án .....................................................................................27 2.3.6. Tính toán nguồn động lực .............................................................................27 2.3.7. Lựa chọn động cơ..........................................................................................31 2.3.8. Chế tạo module kín nước cho động cơ ..........................................................31 2.4. Thân Robot ..........................................................................................................40 2.4.1. Kết cấu thân...................................................................................................40 2.4.2. Tính toán bền.................................................................................................41 2.4.3. Tính toán lực đẩy acsimet:.............................................................................43 2.4.4. Chế tạo phần đầu Robot...............................................................................45 2.4.5. Chế tạo phần khung......................................................................................50 2.5. Mạch Điều Khiển Robot......................................................................................53 2.5.1. Kiến trúc Vi Điều Khiển ................................................................................53 2.5.2. Giới thiệu về họ vi điều khiển Atmega32L...................................................54 2.5.3. Khối nguồn....................................................................................................55 2.5.4. Khối điều khiển..............................................................................................57 2.5.5. Mạch nạp.......................................................................................................59 2.5.6. Khối LCD hiển thị .........................................................................................60 2.5.7. Khối công suất ...............................................................................................61 2.5.8. Khối cảm biến................................................................................................63 2.5.9. Giao tiếp máy tính..........................................................................................64 2.5.10. GamePad .....................................................................................................65 2.5.11. Qui trình chế tạo mạch điều khiển ..............................................................67 2.6. Giải Thuật Đo Lường Và Điều Khiển.................................................................76 2.6.1. Giải thuật đọc Gamepad...............................................................................76 2.6.2. Giải thuật điều khiển chuyển động của robot và truyền nhận dữ liệu...........77 2.6.3. Điều khiển cân bằng và ổn định độ sâu.........................................................80 6 Chương 3........................................................................................................................81 THỬ NGHIỆM ..............................................................................................................81 - HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG............................................................................................81 3.1. Thông số kỹ thuật robot ......................................................................................82 3.2. Thử nghiệm..........................................................................................................82 3.2.1. Kiểm tra robot trước khi sử dụng ..................................................................82 3.2.2. Thử nghiệm tính năng động lực học của robot trên bờ.................................84 3.2.3. Kiểm tra tính năng động lực học của robot khi hoạt động dưới nước...........84 3.2.4. Giao diện hiển thị ..........................................................................................89 3.3. Nhận xét kết quả thử nghiệm..............................................................................89 3.4. Giải pháp tăng khả năng hoạt động cho robot ...................................................90 Chương 4........................................................................................................................91 KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ ...........................................................................................91 4.1. Kết Quả Đạt Được...............................................................................................92 4.2. Kiến Nghị.............................................................................................................92 TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................93 PHỤ LỤC .......................................................................................................................94 7 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: Robot HROV .......................................................................................... 12 Hình 1.2: Robot ROV Kiel 6000............................................................................. 12 Hình 1.3: Robot trong nhà máy điện hạt nhân ......................................................... 13 Hình 1.4: Robot cá.................................................................................................. 13 Hình 1.5: Sơ đồ kết cấu robot ................................................................................. 15 Hình 2.1: Lồng nuôi thủy sản.................................................................................. 20 Hình 2.2: Lồng ương tôm hùm con ......................................................................... 21 Hình 2.3: Lồng nuôi cố định ................................................................................... 22 Hình 2.4: Sơ đồ nguyên lý phương án 1 .................................................................. 23 Hình 2.5: Sơ đồ nguyên lý phương án 2 .................................................................. 24 Hình 2.6: Sơ đồ nguyên lý phương án 3 .................................................................. 25 Hình 2.7: Sơ đồ nguyên lý phương án 4 .................................................................. 26 Hình 2.8: Góc tống ................................................................................................. 28 Hình 2.9: Các loại lực tác dụng phụ thuộc vào phương di chuyển ........................... 28 Hình 2.10: Đồ thị hệ số thủy lực ............................................................................ 29 Hình 2.11: Hình dáng bên ngoài mô đun động cơ ................................................... 32 Hình 2.12: Mặt cắt mô đun động cơ ........................................................................ 33 Hình 2.13: Mô đun động cơ khi được làm kín nước ................................................ 33 Hình 2.14: Trục, ổ bi, phe và phốt........................................................................... 34 Hình 2.15: Bản vẽ chế tạo trục gắn chân vịt ............................................................ 34 Hình 2.16: Trục sau khi chế tạo .............................................................................. 35 Hình 2.17: Các chi tiết bên trong sau khi lắp ráp..................................................... 35 Hình 2.18: Mô đun trục chân vịt sau khi hoàn thiện ............................................... 35 Hình 2.19: Bản vẽ thiết kế ống nối trục................................................................... 36 Hình 2.20: Sau khi chế tạo thành công .................................................................... 36 Hình 2.21: Sau khi nối với động cơ và khớp mềm................................................... 37 Hình 2.22: Phần thân được tiện ren ngoài ............................................................... 37 Hình 2.23: Bản vẽ thiết kế nắp đậy mô đun động cơ ............................................... 38 Hình 2.24: Nắp đậy sau khi hoàn thiện.................................................................... 38 Hình 2.25: Thân bao và nắp đậy được ăn khớp với nhau......................................... 39 Hình 2.26: Chân vịt................................................................................................. 39 Hình 2.27: Sau khi bọc ống mềm vào dây điện ....................................................... 40 Hình 2.28: Kết cấu khung robot .............................................................................. 40 Hình 2.29: Ghép nối phần thân và đầu thông qua mặt bích ..................................... 41 Hình 2.30: Sơ đồ mặt cắt thân robot........................................................................ 44 Hình 2.31: Khối xốp được cắt thành khuôn............................................................. 46 Hình 2.32: Sau khi bọc ........................................................................................... 46 8 Hình 2.33: Các vật liệu thành phần của composite .................................................. 47 Hình 2.34: Pha chất xúc tác vào nước nhựa............................................................. 48 Hình 2.35: Dung dịch nền ....................................................................................... 48 Hình 2.36: Phủ lớp sợi thủy tinh lên trên................................................................. 49 Hình 2.37: Sản phẩm hoàn thiện ............................................................................. 49 Hình 2.38: Kích thước đệm cao su .......................................................................... 50 Hình 2.39: Các thanh Inox hộp ............................................................................... 51 Hình 2.40: Khung robot .......................................................................................... 51 Hình 2.41: Kết nối motor với khung robot thông qua ngàm nối .............................. 52 Hình 2.42: Ngàm giữ ống hút.................................................................................. 52 Hình 2.43: Khi dùng ống hút................................................................................... 53 Hình 2.44: Khi không dùng ống hút ........................................................................ 53 Hình 2.45: Sơ đồ chân ATEMEGA32L .................................................................. 54 Hình 2.46: Cách nối chân VRF ................................................................................. 55 Hình 2.47: Sơ đồ nguyên lý khối nguồn .................................................................. 55 Hình 2.48: Sơ đồ mạch in nguồn cho VDK............................................................. 56 Hình 2.49: Sơ đồ nguyên lý khối VDK ................................................................... 57 Hình 2.50: Sơ đồ mạch in khối VDK ...................................................................... 59 Hình 2.51: Mạch nạp Kanda system STK200/+300 ................................................ 59 Hình 2.52: Khối LCD hiển thị................................................................................. 60 Hình 2.53: Sơ đồ nguyên lý khối công suất............................................................. 61 Hình 2.54: Sơ đồ mạch in khối công suất................................................................ 62 Hình 2.55: Sơ đồ nguyên lý khối cảm biến ............................................................. 63 Hình 2.56: Cảm biến áp suất ................................................................................... 64 Hình 2.57: Cảm biến nhiệt độ ................................................................................. 64 Hình 2.58: Sơ đồ nguyên lý khối truyền thông........................................................ 64 Hình 2.59: Sơ đồ mạch in khối truyền thông........................................................... 65 Hình 2.60: Gamepad ............................................................................................... 65 Hình 2.61: Sơ đồ chân Gamepad............................................................................. 66 Hình 2.62: Sơ đồ truyền dữ liệu .............................................................................. 67 Hình 2.63: Màn hình làm việc của ORCAD CAPTURE ......................................... 67 Hình 2.64: Tạo một project mới .............................................................................. 68 Hình 2.65: Định khổ giấy cho bản vẽ ...................................................................... 69 Hình 2.66: Thêm thư viện ...................................................................................... 69 Hình 2.67: Lấy linh kiện ra cho bản vẽ ................................................................... 70 Hình 2.68: Linh kiện sau khi đã được lấy ra............................................................ 71 Hình 2.69: Thay đổi tên linh kiện............................................................................ 72 Hình 2.70: Thao tác với BUS.................................................................................. 72 9 Hình 2.71: Đặt tên cho các đường dây trong ........................................................... 73 Hình 2.72: Sơ đồ mạch in ....................................................................................... 74 Hình 2.73: Sau khi gỡ bỏ lớp giấy in....................................................................... 74 Hình 2.74: Mạch in sau khi rửa............................................................................... 75 Hình 2.75: Giải thuật đọc Gamepad ........................................................................ 76 Hình 2.76: Giải thuật cho Master .......................................................................... 77 Hình 2.77: Giải thuật cho Slave ............................................................................ 78 Hình 2.78: Giải thuật truyền dữ liệu ..................................................................... 79 Hình 2.79: Giải thuật nhận dữ liệu ....................................................................... 79 Hình 2.80: Giải thuật khiển ổn định độ sâu cho robot ............................................ 80 Hình 3.1: Kiểm tra điện áp nguồn cấp..................................................................... 82 Hình 3.2: Công tắc số 1........................................................................................... 83 Hình 3.3: Công tắc số 2........................................................................................... 83 Hình 3.4: Thiết bị điều khiển .................................................................................. 83 Hình 3.5: Robot chìm khi trọng lượng robot quá nặng ............................................ 85 Hình 3.6: Robot lơ lửng trên mặt nước (vị trí đạt yêu cầu) ...................................... 86 Hình 3.7: Tác động lực làm nghiêng robot .............................................................. 86 Hình 3.8: Robot tự cân bằng khi không còn lực tác động ........................................ 87 Hình 3.9: Chuyển động tiến của robot..................................................................... 87 Hình 3.10: Robot bắt đầu lặn xuống........................................................................ 88 Hình 3.11: Giao diện hiển thị.................................................................................. 89 10 Chương 1 MỞ ĐẦU 11 1.1. Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài 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 lặn trên thế giới: - Robot lặn HROV (viết tắt của Hybrid Remotely Operated Vehicle): Do các nhà khoa học ở Đại học Johns 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 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 Hình 1.1: Robot HROV 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 dưới đáy biển để chuyển về cho các nhà khoa học nghiên cứu và phân tích. Tuy nhiên robot HROV có kích thước lớn và chủ yếu dùng để tìm hiểu các vụ động đất và phun của núi lửa dưới lòng đại dương. - Robot lặn ROV Kiel 6000: Được phát minh bởi các nhà nghiên cứu biển Đức, có thể xuống đến độ sâu 6.000m để chụp ảnh và lấy mẫu vật. 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 các nhà khoa học có 12 Hình 1.2: Robot ROV Kiel 6000 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 rôbốt cũng như các nhà nghiên cứu trong khoang kiểm soát ở trên tàu nghiên cứu. Tuy nhiên Rôbốt lặn này rất nặng (khoảng 30 tấn) và rất đắt tiền (trị giá 3,2 triệu euro) và chỉ phù hợp cho nhà nghiên cứu muốn tìm hiểu cặn kẽ, chính xác đáy biển hy vọng phát hiện được những loài sinh vật bí ẩn và đặc biệt là phát hiện được “vàng trắng” Methanhydrat có giá trị kinh tế cao. - Robot lặn trong nhà máy điện hạt nhân: Robot do các nhà khoa học của Trung Quốc chế tạo, có chiều dài 42cm, rộng 19,8 cm, cao 13,8 cm và cân nặng 13,8 kg. Đây là robot đầu tiên thuộc loại này được sử dụng trong các lò phản ứng hạt nhân của Trung Quốc. Robot có thể lặn vào bể nước sâu 22m của lò phản ứng với điều kiện nước có tính axít yếu và độ phóng xạ hạt nhân thấp. Do di chuyển trên 6 bánh xe nên robot này chỉ thích hợp chạy trên các bề mặt đường tương đối bằng phẳng. Hình 1.3: Robot trong nhà máy điện hạt nhân - Robot cá của Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật: Robot do nhóm sinh viên trường ĐH Sư phạm kỹ thuật TP.HCM chế tạo. Robot này đã thể hiện khá nhiều những chức năng của cá thật, như: bơi lên lặn xuống rất uyển chuyển, có thể bơi ở những vị trí khác nhau, có cảm biến tránh cản, rẽ phải, rẽ trái. Với trọng lượng 600gr, dài 350mm, robot cá có thể được điều khiển để lặn sâu 2m, có thể điều khiển xa nhất khoảng 200m, quay tròn trong Hình 1.4: Robot cá bán kính 0,5m. Trong tương lai, robot này sẽ được cải tiến, trang bị thêm các cảm biến phát hiện vật cản để trở thành robot có khả năng bơi lội linh hoạt và có kích thước lớn hơn để có thể mang camera quan sát nhằm thu thập số liệu và gởi về trung tâm quan sát trên bờ. 1.2. Tính cấp thiết Nghề nuôi trồng thủy sản trong lồng trên biển ngày càng phát triển mạnh ở nước ta. Trong quá trình nuôi việc kiểm tra giám sát chất lượng đối tượng nuôi 13 (thức ăn, tăng trưởng và bệnh tật của vật nuôi) và thu gom chất thải… đóng vai trò hết sức quan trọng. Với những lồng nuôi chìm dưới mặt nước, con người phải thường xuyên lặn xuống để quan sát và thực hiện các thao tác kỹ thuật nuôi rất nguy hiểm. Việc nghiên cứu và chế tạo robot lặn giúp các chuyên gia có thể quan sát trực tiếp tình hình lồng nuôi tôm và thực hiện các thao tác kỹ thuật nuôi (thu gom chất thải,…) mà không cần trực tiếp lặn xuống, để từ đó có kết luận chính xác và an toàn đã và đang là nhu cầu cấp thiết góp phần làm giảm cường độ lao động nặng nhọc và nguy hiểm cho người nuôi. Ngoài ra robot lặn có thể giúp chuyên gia trong các lĩnh vực khác như thăm dò và khảo sát dưới mặt nước mà không cần trực tiếp lặn xuống. 1.3. Mục tiêu Thiết kế và chế tạo thành công robot lặn phục vụ công nghệ nuôi tôm trong lồng trên biển, có khả năng mang camera quan sát và ống mềm hút chất thải, giúp ngư dân trên bờ quan sát hình ảnh tôm trong lồng nuôi, đồng thời robot có thể đưa ống mềm hút chất thải đến các vị trí cần thiết để hút thức ăn thừa và các chất cặn bã lên bờ. 14 1.4. Cách tiếp cận Nhằm thực hiện chức năng trợ giúp nuôi lồng thủy sản, robot được thiết kế có sơ đồ cấu tạo và mối tương quan các bộ phận như sau: Hình 1.5: Sơ đồ kết cấu 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 sử dụng. 2. MASTER: Mạch vi điều khiển dùng để nhận tín hiệu điều khiển và truyền tín hiệu xuống Robot. 3. SLAVE: 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. 15 4. FB_MOTOR: Bao gồm 2 motor bố trí hai bên hông robot, tạo nguồn động lực giúp robot chuyển động tiến và lùi. 5. UD_MOTOR: Bao gồm 3 motor bố trí thẳng đứng và vuông góc với trục thân robot, tạo nguồn động lực giúp robot chuyển động thẳng lên xuống. 6. SCREW-PROPELLER: Chân vịt, được gắn vào trục motor. 7. SENSORS: Hệ thống các cảm biến dùng để xác định độ sâu hiện tại robot, góc nghiêng của nó 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. 8. FRAME: Bộ khung của robot, là nơi gá đặt động cơ, bộ cảm biến cân bằng… 9. CAMERA: Sử dụng camera quay dưới nước, được điều khiển quay theo hai trục nên có thể xoay theo phương bất kỳ, giúp hiển thị hình ảnh của vật nuôi. 10. CONTROL: Gamepad điều khiển. 1.5. Phương pháp nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu chế tạo robot dựa trên tính toán lý thuyết kết hợp với thực nghiệm, trong đó chủ yếu vào phép “Trial and error”. Đây là phương pháp sử dụng rất nhiều trong những trường hợp hệ thống điều khiển chịu tác động bởi nhiều yếu tố. Cụ thể: - Dựa vào kết quả khảo sát tình hình nuôi tôm lồng sẽ xác định được các tính năng động lực học robot lặn của robot. - Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến sự chuyển động của robot dưới nước, các yếu tố bao gồm lực cản chuyển động, độ sâu, vận tốc, gia tốc, tính ổn định…để từ đó xác định hình dáng robot và vị trí đặt nguồn động lực thích hợp. - Xây dựng phương án và tiến hành thiết kế chế tạo hệ thống cơ khí và điều khiển: Nhằm lựa chọn được kết cấu tốt nhất, phù hợp công nghệ nuôi lồng, một số phương án thiết kế sẽ được xây dựng. Mỗi phương án sẽ được phân tích kỹ lưỡng để chọn phương án thích hợp. Sau khi lựa chọn phương án thiết kế, nhóm tác giả sẽ tiến hành thiết kế kỹ thuật, công việc này bao gồm tính chọn động cơ, tính toán các thông số hình học, lựa chọn loại cảm biến…và thiết kế mạch điều khiển. Sau khi tính toán xong, phiên bản đầu tiên robot sẽ được chế tạo để tiến hành thử nghiệm. - Thử nghiệm, kiểm tra và hoàn chỉnh robot: Việc thử nghiệm của robot sẽ được tiến hành trong bể thử để kiểm tra tính năng động lực học của robot như khả năng 16 chuyển động đến các vị trí mong muốn, tính ổn định của robot, khả năng mang camera và ống mềm để hút chất thải. Quá trình này được tiến hành nhiều lần để phát hiện và sửa chữa các nhược điểm. Sau khi thử nghiệm trong bể thử thành công, robot sẽ được đưa đến các lồng nuôi trên biển để thử nghiệm các chức năng cần thiết của công việc nuôi tôm lồng. Số liệu thực nghiệm sẽ được ghi chép cụ thể để làm cơ sở đánh giá kết quả nghiên cứu. 1.6. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Robot lặn có khả năng mang camera quan sát và ống mềm hút chất thải trong quá trình nuôi phù hợp với công nghệ nuôi tôm lồng trên biển. 17 Chương 2 NỘI DUNG VÀ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 18 2.1. Khảo sát công nghệ nuôi tôm lồng Do robot thiết kế và chế tạo được sử dụng để phục vụ công việc quan sát và chăm sóc tôm hàng ngày nên robot thiết kế cần có các tính năng phù hợp với yêu cầu của người sử dụng. Để thỏa mãn yêu cầu này thì cần có sự khảo sát quá trình chăm sóc và công nghệ nuôi tôm lồng trên biển hiện nay ở Việt Nam. Qua việc khảo sát thực tế này mà yêu cầu kỹ thuật của robot được xác định. 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 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. 19 Đến mùa sinh sản, tôm thành thục kết đàn di cư ra các vùng biển sâu 10-35 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 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 nước có độ sâu khoảng 15m. Độ sâu 3 - 5 m đối với lồng cố định, 6 - 8 m đối với lồng nổi. Hình 2.1: 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. 20