Luận văn Nghiên cứu, chế tạo robot tự hành mang thiết bị phát hiện nguồn phóng xạ dùng trong hỗ trợ sự cố hạt nhân (Phần 1)

Nội dung text: Luận văn Nghiên cứu, chế tạo robot tự hành mang thiết bị phát hiện nguồn phóng xạ dùng trong hỗ trợ sự cố hạt nhân (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN QUANG THUẬN NGHIÊN CỨU, CHẾ TẠO ROBOT TỰ HÀNH MANG THIẾT BỊ PHÁT HIỆN NGUỒN PHÓNG XẠ DÙNG TRONG HỖ TRỢ SỰ CỐ HẠT NHÂN NGÀNH: KĨ THUẬT CƠ KHÍ 60520103 S K C0 0 5 1 7 5 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 04/2017
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN QUANG THUẬN NGHIÊN CỨU, CHẾ TẠO ROBOT TỰ HÀNH MANG THIẾT BỊ PHÁT HIỆN NGUỒN PHÓNG XẠ DÙNG TRONG HỖ TRỢ SỰ CỐ HẠT NHÂN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ - 60520103 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 04/2017
3. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN QUANG THUẬN NGHIÊN CỨU, CHẾ TẠO ROBOT TỰ HÀNH MANG THIẾT BỊ PHÁT HIỆN NGUỒN PHÓNG XẠ DÙNG TRONG HỖ TRỢ SỰ CỐ HẠT NHÂN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ - 60520103 Hƣớng dẫn khoa học: PGS.TS LÊ CHÍ CƢƠNG Tp. Hồ Chí Minh, tháng 04/2017
4. LÝ LỊCH KHOA HỌC I. LÝ LỊCH SƠ LƢỢC: Họ & tên: NGUYỄN QUANG THUẬN Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 03/03/1989 Nơi sinh: DAKLAK Quê quán: Thừa Thiên Huế Dân tộc: Kinh Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: 46/2E, Tân Lập 1, P.Hiệp Phú, Quận 9, HCM Điện thoại cơ quan: Điện thoại nhà riêng: 0169.6878.406 Fax: E-mail: quangthuanspkt@gmail.com II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: Đại học: Hệ đào tạo: Chính qui Thời gian đào tạo từ 09/2007 đến 03/ 2013 Nơi học: Trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh Ngành học: Kỹ Thuật Công Nghiệp Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án hoặc thi tốt nghiệp: 25/03/2013, TP.HCM III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm 2013-2015 Công ty cổ phần Vina G7 Nhân viên thiết kế 2015-2016 Công ty Meshin Việt Nam Nhân viên thiết kế 2016-2017 Tập đoàn Trấu Việt Nhân viên thiết kế Trƣờng ĐH Sƣ Phạm Kỹ Thuật 2017 - nay Học viên cao học TP.HCM ii
5. LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tôi xin cam đoan rằng các thông tin trích dẫn trong luận văn đã đƣợc chỉ rõ nguồn gốc. Tp. Hồ Chí Minh, ngày 27 tháng 03 năm 2017 Nguyễn Quang Thuận iii
6. LỜI CẢM ƠN Trƣớc tiên, tôi xin gởi lời cám ơn sâu sắc đến giáo viên hƣớng dẫn khoa học là PGS.TS Lê Chí Cƣơng, ngƣời đã định hƣớng giải quyết các vấn đề khoa học và tận tình hƣớng dẫn tôi trong quá trình thực hiện luận văn. Tôi xin cảm ơn tập thể các cá nhân công tác tại Trung Tâm Đào Tạo Thuộc Viện Nghiên cứu Hạt Nhân đã tạo điều kiện và giúp đỡ cho tôi thực hiện các thí nghiệm trong luận văn này. Tôi xin cảm ơn tất cả quý Thầy, Cô tham gia giảng dạy chƣơng trình đào tạo thạc sỹ kỹ thuật cơ khí đã trang bị cho tôi những kiến thức bổ ích trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu. Cuối cùng, tôi xin gởi lời cám ơn đến gia đình, bạn bè và ngƣời thân đã quan tâm, động viên và giúp đỡ cho tôi trong suốt thời gian học tập và nghiên cứu để hoàn thành bản luận văn. Tp. Hồ Chí Minh, ngày 27 tháng 03 năm 2017 Nguyễn Quang Thuận iv
7. TÓM TẮT Hiện nay, các nguồn phóng xạ và điện hạt nhân đƣợc sử dụng rộng rãi trên cả nƣớc và thế giới. Trong quá trình sử dụng đặt ra các vấn đề nhƣ : rò rĩ phóng xạ, thất lạc nguồn phóng xạ, tiếp cận các vị trí có phóng xạ mà con ngƣời không thể tới. Tuy nhiên ở Việt Nam chƣa có một nghiên cứu nào hỗ trợ giải quyết các vấn đề này, trên thế giới chỉ có một vài nƣớc nhƣ Mỹ, Nhật Bản có sử dụng robot hỗ trợ cho các sự cố hạt nhân. Trong nghiên cứu này, một robot tự hành đƣợc chế tạo nhằm mục đích mang thiết bị phát hiện nguồn phóng xạ dùng tìm kiếm các nguồn phóng xạ, phát hiện các rò rĩ phóng xạ, quay phim và thu thập dữ liệu. Robot đƣợc điều khiển và truyền nhận dữ liệu bằng sóng vô tuyến không dây với bán kính 500 m, vận tốc của robot là 0,5 m/s, có khả năng hoạt động bình thƣờng khi bị lật. Kết quả thử nghiệm cho thấy robot có khả năng thu thập dữ liệu về vị trí và nồng độ của nguồn phóng xạ đồng thời quay phim. Dựa vào số liệu ghi nhận đƣợc từ robot có thể phát hiện ra vị trí của nguồn phóng xạ, thu thập các số liệu cần thiết cho việc đảm bảo an toàn hạt nhân Từ khóa: phóng xạ, detector,robot tự hành, dò tìm phóng xạ Nowadays, radiation sources and nuclear power are used widely in our country and all around the world. During the processing timeframe, we have faced number of problems including radiation leakage, missing radiation source, individuals approaching the radiation locations without permission. While there have not been any researches conducted in an attempt to find solutions to these issues in Vietnam, countries like the USA and Japan have used robots to help them with handling those incidents. In this research, a mobile robot was created to bring for detection of radioactive sources to look for radiation sources, find out radiation leakage, make video and collect data. The robot which is operated remotely will transmit data through radio waves within 5000m radius and with the speed of 0.5m/s. More importantly, the robot is able to work even if it is overturned. Test result shows that robot is capable of collecting data about location and concentration of radiation courses and making film at once. Based on the recording of data from robot we may find out radiation source locations, collect necessary data to make ensure nuclear safety. Keywords : radiation, detector, mobile robot, detection of radioactive sources v
8. MỤC LỤC QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI i LÝ LỊCH KHOA HỌC ii LỜI CAM ĐOAN iii LỜI CẢM ƠN iv TÓM TẮT v MỤC LỤC vi DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ TỪ VIẾT TẮT x DANH SÁCH HÌNH VẼ xii DANH SÁCH BẢNG xiv CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU 1 1.1 Tính cấp thiết của đề tài 1 1.2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 2 1.3 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài 2 1.3.1 Mục tiêu tổng quát 2 1.3.2 Nội dung cụ thể 2 1.4 Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu 3 1.4.1 Đối tƣợng nghiên cứu 3 1.4.2 Phạm vi nghiên cứu 3 1.5 Phƣơng pháp nghiên cứu. 3 1.5.1 Phƣơng pháp kế thừa. 3 1.5.2 Phƣơng pháp chuyên gia 3 1.5.3 Phƣơng pháp tính toán mô phỏng 3 1.6 Kết cấu của luận văn 4 CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ ROBOT TỰ HÀNH VÀ DÒ TÌM PHÓNG XẠ 5 2.1 Tổng quan về robot tự hành 5 2.1.1 Giới thiệu chung 5 2.1.2 Sơ lƣợc lịch sữ phát triển của robot 6 vi
9. 2.1.3 Phân loại robot tự hành 8 2.2 Tổng quan về dò tìm phóng xạ 14 2.2.1 Các vấn đề xã hội đặt ra 14 2.2.2 Tác hại của tia phóng xạ đối với cơ thể 16 2.3 Các nghiên cứu và đánh giá các đề tài liên quan đến luận văn 17 2.3.1 Trong nƣớc 17 2.3.2 Ngoài nƣớc 19 2.4 Những vấn đề chung còn tồn tại và đề xuất yêu cầu thiết bị cho robot 21 2.4.1 Những vấn đề chung còn tồn tại 21 2.4.2 Đề xuất yêu cầu thiết bị cho robot trong luận văn 22 CHƢƠNG 3. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ ĐO HOẠT ĐỘ PHÓNG XẠ VÀ ROBOT TỰ HÀNH 23 3.1 Cơ sở lý thuyết về đo hoạt độ phóng xạ 23 3.1.1 Những đặc tính chung của các phƣơng pháp đo hoạt độ 23 3.1.1.1 Các phƣơng pháp đo tích phân và vi phân. 23 3.1.1.2 Các phép đo tuyệt đối và tƣơng đối 24 3.1.1.3 Phƣơng pháp góc khối nhỏ 24 3.1.1.4 Phƣơng pháp hình học -4π : 25 3.1.1.5 Phƣơng pháp trùng phùng. 26 3.1.1.6 Phƣơng pháp đo nhiệt lƣợng. 27 3.1.2 Hoạt độ phóng xạ và tốc độ đếm 27 3.1.3 Các loại detector 29 3.1.3.1 Các detector chứa khí 29 3.1.3.2 Buồng ion hoá 31 3.1.3.3 Các ống đếm tỷ lệ (Proportional Counter) 31 3.1.3.4 Ống đếm Geiger - Mueller 32 3.1.3.5 Các detector nhấp nháy (Scintillation Counter) 34 3.1.3.6 Các detector bán dẫn 36 vii
10. 3.1.3 Lựa chọn detector 37 3.2 Cơ sở lý thuyết về robot tự hành 40 3.2.1 Mô hình động học của robot 40 3.2.2 Phƣơng trình động lực học 40 3.2.3 Xác định số bậc tự do của robot 44 CHƢƠNG 4 : MÔ HÌNH THIẾT KẾ 45 4.1. Phân tích đối tƣợng thiết kế 45 4.1.1. Yêu cầu kỹ thuật của robot tự hành 45 4.1.2. Nguyên lí hoạt động của robot tự hành 45 4.2. Phƣơng án thiết kế 46 4.2.1. Phƣơng án thiết kế kết cấu cơ khí 46 4.2.1.1. Phƣơng án 1: Kết cấu cơ khí của robot dạng khung 46 4.2.1.2. Phƣơng án 2: Kết cấu cơ khí robot dạng tấm 46 4.2.1.3. So sánh các phƣơng án và lựa chọn kết cấu cơ khí 47 4.2.2. Phƣơng án di chuyển cho robot 47 4.2.2.1. Phƣơng án 1: di chuyển bằng bánh đai 47 4.2.2.2. Phƣơng án 2: Di chuyển bằng bánh xe 47 4.2.2.3. So sánh các phƣơng án và lựa chọn phƣơng án di chuyển 48 4.2.3. Phƣơng án truyền động cho Robot 48 4.2.3.1. Phƣơng án 1: Truyền động bằng bánh răng. 48 4.2.3.2. Phƣơng án 2: Truyền động bằng xích hoặc đai 49 4.2.3.3. So sánh và lựa chọn phƣơng án truyền động cho robot 49 4.2.4. Phƣơng án robot di chuyển bình thƣờng khi bị lật 49 CHƢƠNG 5 : TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CHI TIẾT. 50 5.1 Tính công suất và chọn động cơ 50 5.2 Tính chọn bộ truyền bánh răng 51 CHƢƠNG 6 : CHẾ TẠO KẾT CẤU CƠ KHÍ ROBOT 53 6.1 Một số chi tiết chính của robot 53 viii
11. 6.2 Một số chi tiết phụ của robot 54 6.3 Mô hình hoàn thành thực tế của robot 55 CHƢƠNG 7 : THIẾT BỊ ĐIỆN TỬ VÀ ĐIỀU KHIỂN CHO ROBOT 56 7.1 Sơ đồ mạch và thông số kỹ thuật các thiết bị điện tử 56 7.1.1 Sơ đồ mạch điện điều khiển trung tâm. 56 7.1.2 Thông số kỹ thuật mạch điều khiển trung tâm : 57 7.1.3 Thông số kỹ thuật mạch điều khiển động cơ : 59 7.1.4 Thông số kỹ thuật bộ thu tín hiệu : 59 7.1.5 Thông số kỹ thuật bộ phát tín hiệu : 60 7.1.6 Mạch ổn áp. 61 7.1.7 Mạch truyền dữ liệu : 62 7.1.8 Mạch điều khiển động cơ 63 7.1.9 Thông số camera. 64 7.2 Phần mềm lập bản đồ và ghi nhận kết quả 65 CHƢƠNG 8 : THỬ NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ 66 8.1 Thiết bị sử dụng thử nghiệm 66 8.1.1 Liều kế cá nhân bỏ túi điện tử cho tia X và gamma Mini Instrument 6100 66 8.1.2 Nguồn phóng xạ 67 8.2 Sơ đồ không gian thử nghiệm và sơ đồ đƣờng đi của robot 67 8.3 Trình tự tiến hành thử nghiệm 68 8.4 Kết quả thử nghiệm 69 8.5 Đánh giá kết quả thử nghiệm 77 CHƢƠNG 9 : KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 78 KẾT LUẬN 78 KIẾN NGHỊ 78 TÀI LIỆU THAM KHẢO 79 ix
12. DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ TỪ VIẾT TẮT A Hoạt độ của nguồn phóng xạ ε Hiệu suất ghi của thiết bị đo α Tia α β Tia β γ Tia γ ∆Ω Góc khối G Xác suất hạt rơi vào detector d Khoảng cách giữa detector D Đƣờng kính khẩu độ Q Năng lƣợng phân rã fk Phần năng lƣợng bị hấp thụ trong nhiệt lƣợng kế q Lƣợng nhiệt tỏa ra trong nhiệt lƣợng kế η Hệ số đếm toàn phần I0 Tốc độ đếm phông t Thời gian X , Y Vị trí của Robot θ Hƣớng của robot COM Trung tâm khối lƣợng Li Lithium COG Tâm hình học ICR Vị trí trên trục giao cắt COG Iw Quán tính của bánh xe Ww Vector vận tốc góc của bánh xe τw Vector mô ment xoắn của bánh xe F Lực r Bán kính bánh xe m Khối lƣợng của xe I Quán tính của robot về trục z fx , fy Lực ma sát lăn và ma sát trƣợc Mr Moment cản trục z R Vector lực ma sát và moment xoắn x
13. Fd Vector sự nhiễu loạn B Ma trận đầu vào P Trọng lƣợng của robot g Gia tốc trọng trƣờng FN Áp lực lên nền Fms Lực ma sát f Hệ số ma sát n Số bánh xe sử dụng Fk Lực kéo của động cơ Fw Lực cản do trọng lƣợng robot n1 Số vòng quay của bánh răng nhỏ n2 Số vòng quay của bánh răng lớn Z1 Số răng của đĩa xích dẫn Z2 Số răng đĩa xích lớn xi
14. DANH SÁCH HÌNH VẼ Hình 2.1. Một số loại robot di chuyển bằng chân 9 Hình 2.2 Robot Sojourner đƣợc sử dụng thám hiểm sao hỏa năm 1997. 12 Hình 2.3 Robot air duct dùng để thu hình ảnh 13 Hình 2.4 Robot Mbari’s Altex AUV(autonomuos underware vehicle) đƣợc sử dụng để hoạt động dƣới đáy biển sau ở Bắc Cực 13 Hình 2.5 Robot dẫn đƣờng (Autonomuos Guided Vehicle) AGU đƣợc sử dụng trong các bệnh viện 14 Hình 3.1. Bố trí nguồn (И) và detector (Д) khi đo với các góc khối nhỏ 25 Hình 3.2. Ảnh hƣởng của cách bố trí không gian của hệ đo (chỉ số G đƣợc cho bằng góc khối Q/47T). Hình 3.3 sơ đồ nguyên tắc của thiết bị đo phóng xạ detector ion hoá chứa khí. 30 Hình 3.4. Sự phụ thuộc chiều cao xung vào cƣờng độ điện trƣờng 30 Hình 3.5. Sơ đồ hoạt động của ống đếm dòng. 32 Hình 3.6. Sơ đồ mặt cắt của các ống đếm 2n và 4n. 32 Hình 3.7. Một số dạng ống đếm Geiger - Mueller. 33 Hình 3.8. Sơ đồ cấu tạo của một detector nhấp nháy. 34 Hình 3.9 Trình bày dạng phổ γ điển hình ghi đuợc với detector bán dẫn Ge. 37 Hình 3.10 Mô hình động học của robot 4 bánh 41 Hình 3.11 Động lực học của tự hành robot 4 bánh 42 Hình 4.1 Kết cấu khung robot minh họa. 46 Hình 4.2 : Robot xe tăng có kết cấu cơ khí dạng tấm 47 Hình 4.3. Hình minh họa phƣơng án 1.robot Talon của nhật. 47 Hình 5.1. Sơ đồ phân tích lực khi robot lên dốc nghiêng α = 300 50 Hình 6.1 Khung Robot 53 Hình 6.2 Động cơ planet của Robot 53 Hình 6.3 Bánh xe và bình ắc quy cho robot 54 Hình 6.4 các chi tiết phụ 54 Hình 6.5 mô hình hoàn thành thực tế của robot 55 Hình 7.1 sơ đồ khối mạch điều khiển 56 Hình 7.2 Mạch điều khiển sau khi hoàn thành 56 xii
15. Hình 7.3 Mạch Arduino UNO R3 57 Hình 7.4 Vi điều khiển ATmega328 58 Hình 7.5 Mạch điều khiển động cơ Arduino IBT-2 59 Hình 7.6 Nguyên lý kết nối Bộ thu tín hiệu RC 8325.8G Wireless 60 Hình 7.7 Bộ phát tín hiệu TS 5823 5.8G 61 Hình 7.8 Mạch ổn áp DC LM 2596 62 Hình 7.9 Mạch truyền dữ liệu nRF24L01 63 Hình 7.10 Thiết kế mạch điều khiển động cơ 63 Hình 7.11 Mạch điều khiển động cơ 63 Hình 7.12 camera HD Color 700TVL. 64 Hình 7.13 hình phần mềm lập bản đồ và ghi nhận kết quả 65 Hình 8.1 Máy Mini Instruments 6100 Series Dosimeter. 66 Hình 8.2 Nguồn phóng xạ Co – 60 67 Hình 8.3 sơ đồ mô phỏng không gian thí nghiệm 67 Hình 8.4 sơ đồ mô phỏng đƣờng đi của robot 68 Hình 8.5 Sơ đồ vị trí của nguồn phóng xạ 68 Hình 8.6 Hình vị trí và giá trị đo tƣơng ứng với vị trí 1 72 Hình 8.7 Biểu đồ kết quả đo suất liều ở vị trí 1 72 Hình 8.8 Hình vị trí và giá trị đo tƣơng ứng với vị trí 2 73 Hình 8.9 Biểu đồ kết quả đo suất liều ở vị trí 2 73 Hình 8.10 Hình vị trí và giá trị đo tƣơng ứng với vị trí 3 74 Hình 8.11 Biểu đồ kết quả đo suất liều ở vị trí 3 74 Hình 8.12 Hình vị trí và giá trị đo tƣơng ứng với vị trí 4 76 Hình 8.13 Biểu đồ kết quả đo suất liều ở vị trí 4 76 xiii
16. DANH SÁCH BẢNG Bảng 2.1 .Bảng thống kê các giai đoạn phát triển của robot 7 Bảng 2.2.Sơ đồ bánh xe của robot tự hành. 10 Bảng 2.3.Kí hiệu các loại bánh xe: 12 Bảng 2.4 : Các liều nhiễm xạ. 16 Bảng 3.1.tính chất của một số chất nhấp nháy rắn và lỏng. 36 Bảng 3.2. Sự phù hợp các loại detector khi đo những tia phóng xạ khác nhau. 39 Bảng 7.1 Thông số kỹ thuật mạch Arduino UNO R3 57 Bảng 7.2 Thông số kỹ thuật mạch điều khiển động cơ Arduino IBT-2. 59 Bảng 7.3 Thông số kỹ thuật bộ thu tín hiệu RC 8325.8G Wireless 59 Bảng 7.4 Thông số kỹ thuật bộ phát tín hiệu TS 5823 5.8G 60 Bảng 7.5 Thông số kỹ thuật mạch ổn áp DC LM 2596 61 Bảng 7.6 Thông số kỹ thuật mạch truyền dữ liệu nRF24L01 62 Bảng 7.7 Thông số kỹ thuật camera HD Color 700TVL. 64 xiv
17. CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU 1.1 Tính cấp thiết của đề tài Ngày nay, Robot tự hành càng đƣợc ứng dụng rộng rãi, đƣợc đầu tƣ và phát triển mạnh mẽ sử dụng trong nhiều lĩnh vực nhƣ quân sự ,giám sát ,trong môi trƣờng độc hại mà con ngƣời không thể trực tiếp hoạt động. Theo báo cáo của Cơ quan Năng lƣợng nguyên tử quốc tế (IAEA) năm 2013, đã có 615 vụ mất nguồn phóng xạ từ năm 1993 đến năm 2012, tức là trung bình mỗi năm có từ 20 đến 40 vụ vật liệu phóng xạ bị thất lạc hoặc bị đánh cắp trên thế giới. Riêng năm 2013, IAEA nhận đƣợc báo cáo về 140 vụ mất nguồn phóng xạ. Từ quý I năm 2013 đến quý III năm 2014, trên thế giới đã xảy ra 266 sự cố về nguồn bức xạ. Ở các nƣớc nhƣ Mỹ ,Nhật, .thì cũng đã có các Robot tự hành thực hiện các công việc tƣơng tự nhƣng chủ yếu vẫn sữ dụng các thiết bị cầm tay. Ngoài ra các nƣớc nhƣ Nam Phi, Pháp, Đức, Canada và một số nƣớc phát triển cũng xảy ra nhiều sự cố mất nguồn phóng xạ. Thống kê của Cục An toàn bức xạ và hạt nhân (ATBXHN) thuộc Bộ Khoa học và Công nghệ Việt Nam năm 2014. Cả nƣớc có trên 6000 nguồn phóng xạ, với hơn 1.000 cơ sở sử dụng thiết bị bức xạ. Điều này tiềm ẩn nhiều nguy cơ về an toàn phóng xạ. Trong 12 năm qua, nƣớc ta xảy ra 7 vụ mất nguồn phóng xạ Các vấn đề trên đặt ra các yêu cầu cần thiết là có thiết bị cần thiết để kiểm tra, dự báo, đảm bảo an toàn về phóng xạ ở các cơ sở sử dụng nguồn phóng xạ và bức xạ. Để đáp ứng đƣợc nhu cầu trên thì việc kiểm tra đảm bảo an toàn phóng xạ từ các nguồn công nghiệp và tự nhiên là rất quan trọng. Nhƣng hiện nay ở nƣớc ta chƣa có một thiết bị nào hỗ trợ cho việc tìm kiếm các nguồn phóng xạ thất lạc, hỗ trợ khi có sự cố liên quan về phóng xạ. Vì thế mà đề tài “Nghiên cứu, chế tạo thử nghiệm Robot tự hành mang thiết bị phát hiện nguồn phóng xạ dùng trong hỗ trợ sự cố hạt nhân’’ do học viên lựa chọn có tính cấp thiết và khả năng ứng dụng cao tại Việt Nam. 1
18. 1.2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài Hiện nay ở nƣớc ta, các công trình xây dựng nhà máy điện hạt nhân, các công ty về có sữ dụng nguồn phóng xạ công nghiệp, số lƣợng các dự án đầu tƣ ngày càng tăng. Để đảm bảo an toàn cho con ngƣời và phát hiện các rò rỉ phóng xạ trong quá trình hoạt động thì việc kiểm tra thƣờng xuyên bằng Robot tự hành rất quan trọng. Việc chế tạo Robot tự hành đo nồng độ phóng xạ có rất nhiều ứng dụng nhƣ: - Đo và phát hiện các nguồn phóng xạ và rò rỉ phóng xạ - Hỗ trợ cứu hộ trong trƣờng hợp có sự cố phóng xạ - Ứng dụng trong quân sự nhƣ giám sát, kiểm tra, theo dõi Vì vậy nghiên cứu chế tạo thử nghiệm Robot tự hành dùng phát hiện nồng độ phóng xạ có ý nghĩa khoa học và thực tiển hết sức quan trọng và cần thiết để đảm bảo an toàn và phát hiện các nguồn phóng xạ ảnh hƣởng đến con ngƣời. 1.3 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài 1.3.1 Mục tiêu tổng quát Chế tạo thử nghiệm mô hình thiết bị Robot tự hành để phát hiện nồng độ phóng xạ và nhằm hỗ trợ các sự cố cho các lĩnh vực nhƣ nhà máy điện hạt nhân, trung tâm nghiên cứu hạt nhân, các công ty có sử dụng nguồn phóng xạ tại Việt Nam. 1.3.2 Nội dung cụ thể - Tìm hiểu các nghiên cứu về robot tự hành dùng phát hiện nồng độ phóng xạ trên thế giới và đang sử dụng tại Việt Nam - Xác định các tính năng cần thiết : xác định nồng độ phóng xạ, quay phim, hỗ trợ cứu hộ trên địa hình phức tạp, phá một số chƣớng ngại vật - Đề xuất nguyên lý hệ thống cơ khí và hệ thống điều khiển - Chế tạo thử nghiệm mô hình - Vận hành thử nghiệm tính năng 2
19. 1.4 Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu 1.4.1 Đối tƣợng nghiên cứu - Robot tự hành có khả năng đo nồng độ phóng xạ và hỗ trợ cứu hộ trong các sự cố. 1.4.2 Phạm vi nghiên cứu - Vận tốc của Robot : 0,5 m/s - Kéo đƣợc tải trọng : 40kg - Vƣợt đƣợc một số địa hình phức tạp - Thiết bị đo nồng độ có phạm vi :30m - Loại nguồn phóng xạ : C-60 - Robot điều khiển không dây trong phạm vi : bán kính 500m - Diện tích tìm kiếm của robot : 145 m2 1.5 Phƣơng pháp nghiên cứu 1.5.1 Phƣơng pháp kế thừa Sử dụng phƣơng pháp kế thừa các tài liệu, đề tài, các nghiên cứu trong và ngoài nƣớc về robot tự hành. Cũng nhƣ các nghiên cứu trong lĩnh vực đo nồng độ phóng xạ. 1.5.2 Phƣơng pháp chuyên gia Tham khảo ý kiến và tiếp thu các tài liệu của các chuyên gia trong lĩnh vực cơ khí, chuyên gia về lĩnh vực đo và phát hiện nguồn phóng xạ, một số các chuyên gia về phóng xạ công nghiệp dùng trong các nhà máy. 1.5.3 Phƣơng pháp tính toán mô phỏng Dùng phƣơng pháp mô phỏng để mô hình hóa robot tự hành trƣớc khi gia công thực tế và kiểm tra các tính năng, độ bền của vật liệu chế tạo robot. 1.5.4 Phƣơng pháp thực nghiệm 3
20. Ứng dụng phƣơng pháp thực nghiệm để đo nồng độ phóng xạ của nguồn phóng xạ. Đồng thời thử nghiệm các tính năng hỗ trợ khác của robot tự hành. 1.6 Kết cấu của luận văn Kết cấu luận văn tốt nghiệp gồm 7 chương: Chƣơng 1: Giới thiệu đề tài Chƣơng 2 : Tổng quan về Robot tự hành và dò tìm phóng xạ Chƣơng 3 : Trình bày các cơ sở lý thuyết của đề tài. Chƣơng 4 : Yêu cầu ,Thiết kế và chế tạo xe tự hành Chƣơng 5 : Thực nghiệm dùng xe tự hành phát hiện nồng độ phóng xạ Chƣơng 6 : Trình bày kết quả thực nghiệm thu đƣợc và đánh giá kết quả. Chƣơng 7 : Trình bày về những đúc kết rút ra đƣợc trong quá trình làm luận văn và kiến nghị cần thiết để phát triển hƣớng nghiên cứu đề tài lên tầm cao hơn. 4
21. S K L 0 0 2 1 5 4