Luận văn Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo robot giám sát đường ống nước thải (Phần 1)

Nội dung text: Luận văn Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo robot giám sát đường ống nước thải (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 TRẦN TUYẾT QUYÊN NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO ROBOT GIÁM SÁT ĐƯỜNG ỐNG NƯỚC THẢI NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ - 605204 S K C0 0 3 5 8 6 Tp. Hồ Chí Minh, năm 2012
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ TRẦN TUYẾT QUYÊN NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO ROBOT GIÁM SÁT ĐƯỜNG ỐNG NƯỚC THẢI NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ - 605204 Tp. Hồ Chí Minh, năm 2012
3. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ TRẦN TUYẾT QUYÊN NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO ROBOT GIÁM SÁT ĐƯỜNG ỐNG NƯỚC THẢI NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ - 605204 Hướng dẫn khoa học: TS. Nguyễn Trường Thịnh Tp. Hồ Chí Minh, năm 2012
4. LÝ LỊCH KHOA HỌC I. LÝ LỊCH SƠ LƢỢC Họ và Tên: TRẦN TUYẾT QUYÊN Giới tính: Nữ Ngày, tháng, năm sinh: 20 – 07 – 1982 Nơi sinh: Sóc Trăng Địa chỉ liên lạc: 36/2 đường kênh Cầu Xéo, k1, p5, Tp Sóc Trăng, tỉnh Sóc Trăng Điện thoại: 0988951068 Email: tuyetquyencdsp@gmail.com II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO 1. Đại học Hệ đào tạo: tại chức Thời gian đào tạo: năm 2000-2005 Nơi học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh Địa chỉ: 01 – Võ Văn Ngân, phường Linh Chiểu, quận Thủ Đức, thành phố Hồ Chí Minh Ngành học: Kỹ thuật công nghiệp 2. Cao học Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo: năm 2010-2012 Nơi học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh Địa chỉ: 01 – Võ Văn Ngân, phường Linh Chiểu, quận Thủ Đức, thành phố Hồ Chí Minh Ngành học: Công nghệ Chế tạo máy i
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 chưa từng được ai công bố trong bất cứ công trình nào khác. Tp. Hồ Chí Minh, ngày 10 tháng 10 năm 2012 Người viết Trần Tuyết Quyên ii
6. LỜI CẢM ƠN Trong suốt quá trình thực hiện đề tài và hoàn thành luận văn, tôi luôn nhận được sự quan tâm giúp đỡ tận tình của quí Thầy, Cô giáo trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh. Nhân dịp này tôi xin chân thành bày tỏ sự biết ơn sâu sắc tới Thầy TS Nguyễn Trường Thịnh – Bộ môn Cơ điện tử trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh, tuy luôn bận rộn với công việc và gia đình song vẫn dành cho tôi sự quan tâm trong quá trình tôi thực hiện đề tài. Tôi xin chân thành cảm ơn sự quan tâm của Ban giám hiệu trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh, tập thể Thầy, Cô giáo khoa Cơ khí máy, phòng Sau đại học trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh, tập thể các bạn học viên lớp Cao học Công nghệ Chế tạo máy khóa 2010 – 2012B đã nhiệt tình giúp đỡ tôi trong suốt thời gian học tập và nghiên cứu tại trường. Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến tập thể các thầy và các bạn sinh viên ở Open Lab – trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh đã luôn hỗ trợ tôi trong quá trình tôi thực hiện đề tài. Tôi xin gửi lời tri ân đến Ban giám hiệu trường Cao đẳng Sư phạm Sóc Trăng, quí Thầy, Cô giáo và các bạn đồng nghiệp đã luôn ủng hộ và tạo nhiều điều kiện thuận lợi giúp tôi hoàn thành khóa học này Những lời cảm ơn sau cùng tôi xin dành cho ba mẹ và người thân trong gia đình đã hết lòng quan tâm và tạo điều kiện tốt nhất để tôi hoàn thành được luận văn tốt nghiệp này. iii
7. TÓM TẮT Robot giám sát đường ống thoát nước, là một trong những khái niệm mới về robot dịch vụ, có nhiệm vụ phát hiện ra các vết nứt, các hư hỏng hay những chướng ngại vật của đường ống làm cho đường ống thoát nước bị rò rỉ, bị vỡ hay tràn ống. Đặc điểm của robot là có thể thay thế sức lao động của con người trong các điều kiện làm việc khắc nghiệt hoặc nguy hiểm, nơi mà con người không thể làm việc hoặc ảnh hưởng đến sức khỏe. Bên cạnh đó, hệ thống thoát nước của Việt Nam, đường ống thoát nước có đường kính từ 0,2 ÷ hơn 0,8m. Giải quyết nhu cầu đó, trong luận văn này giới thiệu phần thiết kế mô hình robot giám sát đường ống thoát nước. Để thực hiện tốt nhiệm vụ đề ra, người nghiên cứu phân tích môi trường thực tế, đề xuất phương án di chuyển của robot trong đường ống thoát nước và phương pháp giám sát để ghi nhận được những hình ảnh rõ nét bên trong đường ống. Ngoài ra, luận văn còn đề cập đến cách giao tiếp để điều khiển robot di chuyển trong đường ống thoát nước. Cuối cùng, người nghiên cứu đánh giá mục tiêu thông qua thực nghiệm nhiều lần trong phòng thí nghiệm và cả trong môi trường thực tế. iv
8. ABSTRACT Supervising-sawage-line robot is one of the new concept of professional service robots whose function is to find out the 'pit of death' caused by the leak(s) or break(s) of the sewage lines underground. It can take over the work of workers in the severe or dangerous working condition, where people can’t work or their health may be affected seriously. Besides, the diameters of the drainage pipes in our drainage system is too small (only ranged from 0.2 to 0.8 meter). To solve this problem, in this article, our main task is to introduce the design of the model of supervising-sawage-line robot. To accomplish the tasks, we have analysed the real environment and propose the way to move the robot in the sawage lines and how to record the images inside the pipe clearly. In addition, we also mention the way to operate the robot to move along the pipe. Finally, we will evaluate the result through both experimental and practical proccess. v
9. MỤC LỤC TRANG LÍ LỊCH KHOA HỌC i LỜI CAM ĐOAN ii LỜI CẢM ƠN ii TÓM TẮT iv ABSTRACT .v MỤC LỤC vi DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ ix DANH SÁCH CÁC BẢNG xi Chƣơng 1: TỒNG QUAN 1 1.1. Đặt vấn đề 1 1.2. Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu 2 1.2.1. Tình hình nghiên cứu trong nước .3 1.2.2. Tình hình nghiên cứu ngoài nước .5 1.2.3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 7 1.3. Mục tiêu và nhiệm vụ của đề tài 7 1.3.1. Mục tiêu của đề tài 7 1.3.2. Nhiệm vụ của đề tài 9 1.4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 9 1.5 Phương pháp nghiên cứu 10 1.6 Thời gian thực hiện đề tài 11 Chƣơng 2: THIẾT KẾ KẾT CẤU CƠ KHÍ 12 2.1. Lý thuyết về quá trình thiết kế máy và chi tiết máy 12 2.2. Hiện trạng công tác giám sát hệ thống thoát nước đô thị 13 2.2.1. Tại các đô thị nước ngoài. .13 2.2.2. Tại các đô thị trong nước 13 2.3. Phân tích và lựa chọn phương án thiết kế 15 2.3.1. Chế độ làm việc của robot .15 vi
10. 2.3.2. Nguyên lý hoạt động 16 2.3.3. Phương án đề xuất cho robot giám sát đường ống nước thải 17 2.4. Bộ phận thân – khung 20 2.5. Bộ phận di chuyển 21 2.5.1. Tính toán chọn công suất động cơ cho bộ phận di chuyển robot 24 2.5.2. Thiết kế bộ truyền động bánh răng 28 2.5.3. Thiết kế bộ truyền động xích 28 2.5.4. Thiết kế trục dẫn động 29 2.6. Bộ phận giám sát 31 2.6.1. Thiết kế hộp bảo vệ camera chống thấm 32 2.6.2. Thiết kế cơ cấu chỉnh hướng camera 33 Chƣơng 3: TÍNH TOÁN HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG 35 3.1. Nhiệm vụ và phương pháp phân tích động lực học robot 35 3.2. Phương trình động lực học robot 35 3.3. Tính toán bộ truyền bánh răng 38 3.4. Tính toán bộ truyền xích 42 Chƣơng 4: THIẾT KẾ ĐIỆN VÀ ĐIỀU KHIỂN 47 4.1. Nguồn điện 47 4.2. Mạch điện 47 4.3. Thiết kế hộp điều khiển và panel điều khiển cho robot giám sát 48 4.4. Thiết kế giải thuật điều khiển robot 47 4.4.1. Điều khiển robot 49 4.4.2. Điều khiển chuyển động của Robot 49 4.4.3. Điều khiển hệ thống PAL-TILT camera 52 4.4.4. Điều khiển nâng – hạ camera 53 4.5. Phần thu thập tín hiệu từ Video 53 4.6. Sơ đồ nguyên lý các mạch điện 54 4.6.1. Mạch điện điều khiển Camera 55 4.6.2. Mạch điện điều khiển động cơ di chuyển 56 4.6.3. Mạch điện điều khiển tốc độ động cơ 54 vii
11. Chƣơng 5: THỰC NGHIỆM 57 5.1. Mục đích thực nghiệm 57 5.2. Thực nghiệm 58 5.2.1. Về kích thước 57 5.2.2. Về công suất động cơ. 59 5.2.3. Về tốc độ robot. 59 5.2.4. Về điều khiển robot 61 5.3. Kết quả thực nghiệm .61 Chƣơng 6: KẾT LUẬN 68 6.1. Kết luận .68 6.2. Hướng phát triển 69 TÀI LIỆU THAM KHẢO 71 viii
12. DANH SÁCH CÁC HÌNH Hình 1.1. Hình ảnh các con đường trong thành phố sau cơn mưa 1 Hình 1.2: Robot khảo sát của cty cấp thoát nước tp. Hồ Chí Minh 3 Hình 1.3: Cụm tời nạo vét cống ngầm 4 Hình 1.4: Mô hình thực tế của robot vệ sinh và giám sát đường ống nước thải 5 Hình 1.5: Robot tự động KURT 6 Hình 1.6: Robot đa cảm biến trong đường cống, KARO 6 Hình 1.7: Robot tự động trong đường ống, MAKRO 7 Hình 1.8: Thể hiện trình tự vệ sinh cống của một nhóm công nhân 8 Hình 2.1: Hình ảnh bao cát được móc lên từ lòng cống ở đường Tân Kỳ - Tân Quí 14 Hình 2.2: Kiểm tra đường ống thoát nước tại vị trí hố ga với đường kính ống 300mm 14 Hình 2.3: Bùn và đá bên trong đường ống nước thải 500mm 14 Hình 2.4: Bùn cao bằng mặt nước bên trong đường ống nước thải 600mm. 15 Hình 2.5: Hình ảnh các ống cống có đường kính khác nhau 16 Hình 2.6: Hệ thống truyền động của robot. 18 Hình 2.7: Mô hình lắp ghép hoàn chỉnh 3D của robot 19 Hình 2.8: Robot giám sát ở các góc nhìn khác nhau 20 Hình 2.9: Mô hình 3D phần thân của robot 20 Hình 2.10: Lắp các trục chuyển động, bánh xe vào robot. 22 Hình 2.11: Hình vẽ các loại gai của bánh xe 23 Hình 2.12: Kết cấu trục dẫn động 29 Hình 2.13: Hộp bảo vệ Camera 32 Hình 2.14: Hệ thống chỉnh hướng camera 33 Hình 4.1: Kết nối tủ điều khiển và Robot 48 Hình 4.2 : Panel điều khiển robot 300 49 Hình 4.3: Sơ đồ khối điều khiển Robot 49 Hình 4.4: Điều khiển tốc độ robot 50 Hình 4.5: Giải thuật điều khiển chuyển động của robot 51 Hình 4.7: Giải thuật điều khiển hệ thống PAL-TILT camera 52 ix
13. Hình 4.8 : Giải thuật điều khiển cơ cấu hình bình hành nâng – hạ camera 53 Hình 4.9: Mạch điều khiển Camera 54 Hình 4.10: Mạch điều khiển động cơ 55 Hình 4.11: Mạch điện điều khiển tốc độ động cơ 56 Hình 5.1: Mô hình thực tế robot giám sát đường ống nước thải 58 Hình 5.2: Robot di chuyển với độ dốc 300 59 Hình 5.3: Các môi trường thực nghiệm 60 Hình 5.4: Hình ảnh ở lần thử nghiệm I 61 Hình 5.5: Hình ảnh ở lần thử nghiệm II 62 Hình 5.6: Hình ảnh thu được từ camera trong lần thử nghiệm thứ III 62 Hình 5.7: Hình ảnh ở lần thử nghiệm IV 63 Hình 5.8: Hình ảnh ở lần thử nghiệm V 63 Hình 5.9: Biểu đồ thể hiện mối quan hệ giữa tổng lực cản với vận tốc và môi trường thực nghiệm 65 Hình 5.10: Máy đo cường độ ánh sáng 66 Hình 5.11: Biểu đồ thể hiện mối quan hệ giữa khoảng cách camera quan sát rõ nhất với cường độ ánh sáng và góc mở camera 66 Hình 5.12: Hình ảnh các vị trí khác nhau bên trong đường ống thu được từ camera 67 x
14. DANH SÁCH CÁC BẢNG Bảng 1: Phân công công việc cụ thể từng thành viên 10 Bảng 2: So sánh các loại hình truyền động 18 Bảng 3: Các góc quan sát của camera 32 Bảng 4. Đặc tính cơ khí của robot giám sát đường ống nước thải 34 Bảng 5: Chiều cao của robot phù hợp với kích thước đường ống 58 Bảng 6: Tổng lực cản của robot ứng với vận tốc trong từng môi trường 64 xi
15. Chương 1 TỔNG QUAN 1.1. Đặt vấn đề: Hiện nay, tình hình đô thị hóa đang diễn ra nhanh, kênh rạch và các vùng trũng bị san lấp dành cho xây dựng đô thị, việc quy hoạch về tiêu thoát nước không theo kịp với tốc độ phát triển của thành phố, nhiều tuyến đường trong thành phố luôn bị ngập lụt sau những cơn mưa do hệ thống thoát nước không thoát nước kịp với nhiều nguyên nhân: cũ, xuống cấp, nhiều rác thải, được minh họa trong hình 1.1 [1]. Hình 1.1. Hình ảnh các con đường trong thành phố sau cơn mưa. Ngoài ra còn một vấn đề về hệ thống tiêu thoát nước rất nghiêm trọng đang xảy ra là cứ thỉnh thoảng trên các tuyến đường tại thành phố Hồ Chí Minh lại có hiện tượng „hố tử thần‟ do các đường ống thoát nước gây ra. Vì vậy vấn đề hệ thống thoát nước đang là bài toán bức xúc và nan giải của thành phố. Hiện tại để giải quyết vấn đề ngập úng, ngoài các biện pháp vĩ mô lâu dài thì lúc nào thành phố cũng phải cho các đội vệ sinh đường ống đến các nơi bị ngập, để làm sạch đường ống bị tắc. Tuy nhiên, đối với loại ống có đường kính từ 0,2 đến 0,8m thì công nhân không thể chui lọt, do đó gây rất nhiều khó khăn cho việc làm sạch ống. Ngoài ra, môi trường cống rất ô nhiễm, độc hại, như Báo Tuổi Trẻ ngày 30/05/2012 đã đưa tin công nhân nạo vét cống trúng khí độc khi đang làm việc. Còn để tìm ra các vết nứt, các hư hỏng hay những chướng ngại vật của đường 1
16. ống làm cho đường ống thoát nước bị rò rỉ, bị vỡ hay tràn ống, ta phải dùng những con robot được nhập về từ nước ngoài để giám sát đường ống, kiểm tra xem những lỗi ở vị trí nào trong đường ống để tiến hành sửa chữa đường ống. Đây là động lực cơ bản để người nghiên cứu chọn hướng nghiên cứu, thiết kế một robot có thể di chuyển dưới hệ thống cống rãnh, có khả năng giám sát và truyền hình ảnh về trung tâm điều khiển. Một số khái niệm liên quan đến đề tài : - Robot là một hệ thống thiết bị tự động thực hiện nhiệm vụ bằng sự điều khiển của máy tính hoặc các vi mạch điện tử được lập trình, bao gồm robot công nghiệp và robot dịch vụ. Robot công nghiệp là một hệ thống tự động kiểm soát, lập trình, đa chức năng, điều khiển lập trình trong ba hoặc nhiều trục, có thể được đặt cố dịnh hay di động để sử dụng trong các ứng dụng tự động hóa công nghiệp. Robot dịch vụ là robot hoạt động bán tự động hoặc hoàn toàn tự động để thực hiện dịch vụ hữu ích cho phúc lợi của con người và thiết bị, không bao gồm hoạt động sản xuất [2]. Robot giám sát đường ống nước thải là loại robot dịch vụ. - Giám sát được định nghĩa là một chức năng được thực hiện một cách liên tục giúp ta theo dõi những thành quả (hình ảnh) thông qua việc thường xuyên thu thập thông tin để kịp thời hỗ trợ việc ra quyết định. - Hệ thống thoát nước của nước ta được phân biệt như sau: hệ thống thoát nước chung là hệ thống mà tất cả các loại nước thải (sinh hoạt, sản xuất, nước mưa) được xả chung vào một mạng lưới và dẫn đến công trình làm sạch và hệ thống thoát nước riêng là hệ thống có hai hay nhiều hệ thống cống riêng biệt như là một dùng để vận chuyển nước bẩn nhiều (nước sinh hoạt, sản xuất), một là vận chuyển nước ít bẩn hơn (nước mưa)[3]. 1.2. Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu: Hệ thống đường ống thoát nước cũ kỹ sẽ gây ra nhiều hiện tượng như lượng bùn, rác lắng đọng nhiều sẽ gây ngập khi có mưa nhiều, đường ống có vết nứt, có hư hỏng gây ra vỡ đường ống, là những vấn đề cực kỳ nan giải đối với bất cứ thành phố nào trên thế giới. Dù nhận thức được tính chất nghiêm trọng của vụ việc, 2
17. nhiều chính quyền thành phố vẫn không khắc phục được kịp thời hệ thống ống nước do rất khó tiếp cận những đường ống bị bể hoặc rò rỉ. Hiện nay, cách thức được áp dụng là đào đường ở những khu vực bị nghi ngờ hư hỏng, dù phương pháp này rất bị động và hao tiền tốn của. Đó là chưa kể có những khu vực không thể đào hầm được vì nhiều lý do. Đứng trước vấn đề cấp thiết trên, các nhà nghiên cứu tìm cách chế tạo robot có khả năng di chuyển bên trong đường ống và khắc phục sự cố (sewer robot). 1.2.1. Tình hình nghiên cứu trong nước: Hiện nay, việc giám sát để sửa chữa, bảo dưỡng và vệ sinh các đường ống thoát nước ở nước ta vẫn chủ yếu dùng sức lao động của con người. Cũng có một vài robot chuyên dụng nhưng chủ yếu để thăm dò và đều được nhập từ nước ngoài, giá thành cao, - Robot gần đây nhất có mặt tại Việt Nam vào năm 2003 là robot khảo sát đường ống của công ty TNHH một thành viên thoát nước đô thị tp. Hồ Chí Minh trong hình 1.2 [1]. Hình 1.2: Robot khảo sát của cty cấp thoát nước tp. Hồ Chí Minh. Đây là robot nhập khẩu từ hãng CUES của Mỹ bao gồm: một xe chuyên dụng và hai robot giám sát. Robot được trang bị hai camera riêng biệt dùng để quay ngang, nghiêng và phóng đại. Hệ thống ghi hình và trình diễn dữ liệu hình ảnh thu được từ đường ống thông qua màn hình TV 14”, độ phân giải 450 dòng, tiêu chuẩn màu PAL và NTSC, loa gắn trong. Sau khi kết thúc công việc khảo sát sẽ xuất kết quả ra file video. Chiều dài khảo sát tối đa bằng chiều dài dây cáp là 300m. 3
18. - Từ tháng 8/2003 đến tháng 3/2004, Công ty thoát nước & phát triển đô thị tỉnh Bà Rịa – tp Vũng Tàu đã nghiên cứu, chế tạo thành công cụm tời máy nạo vét cống ngầm theo hình 1.3 [1]. Công trình khoa học này do KS. Hoàng Đức Thảo, Tổng giám đốc Công ty chủ trì với các cộng sự là một số kỹ sư và công nhân của công ty thực hiện. Cụm tời này gồm hai hệ thống hoàn chỉnh ở hai đầu để điều khiển một thiết bị nạo vét di chuyển dọc theo trục giữa hai tời, thông qua sợi dây cáp nối vào hai đầu thiết bị nạo vét. Mỗi cụm tời gồm: một động cơ điện 6-7.5 HP, máng trượt, tời máy, puly truyền cáp, ống PVC 15x21, dây cáp đường kính 6mm, gàu chứa bùn, quả cầu cho cống Ø600, quả cầu cho cống Ø600-800, quả cầu cho cống Ø800-1200, gàu múc bùn, . Qui mô kính thước: dài x rộng x cao là 1140x800x360mm. Trọng lượng trung bình: 50-60kg; Công suất làm việc 500-600 kW. Hình 1.3: Cụm tời nạo vét cống ngầm. Tháng 11/2011, nhóm sinh viên thuộc khoa Chất lượng cao trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp Hồ Chí Minh thực hiện đồ án tốt nghiệp với tên đề tài là “Thiết kế và chế tạo Robot vệ sinh và giám sát đường ống nước thải” (hình 1.4) dưới sự hướng dẫn của TS. Nguyễn Trường Thịnh [4]. Robot này có các đặc điểm sau: robot làm nhiệm vụ vệ sinh và giám sát đường ống nước thải, robot làm việc ở đường cống có đường kính 300mm, hình thức di chuyển của robot là bánh xích đặc biệt, kết cấu cơ khí thì phức tạp, camera hồng ngoại cố định. Robot này được mọi người biết đến thông qua các phương tiện truyền thông, tuy nhiên chưa được đưa vào sử dụng rộng rãi vì nó còn một số nhược điểm cần cải thiện như lààmo 4
19. robot di chuyển bằng xích nên thường xuyên gặp trở ngại khi môi trường cống ở Việt Nam có nhiều than vụn và đá nhỏ và cụm vệ sinh (phần lưỡi cắt) làm việc chưa hiệu quả do môi trường cống rất độc hại, kim loại dễ bị oxi hóa. Hình 1.4: Mô hình thực tế của robot vệ sinh và giám sát đường ống nước thải. Trong khoảng 10 năm nay, có nhiều nhóm nghiên cứu của các tỉnh, thành phố trong cả nước tham gia nghiên cứu vào lĩnh vực thoát nước tạo ra những robot có khả năng giám sát và vệ sinh đường ống nước thải. Tuy nhiên, những robot này vẫn chưa được biết đến một cách rộng rãi. 1.2.2. Tình hình nghiên cứu ngoài nước: - Năm 1995, đánh dấu bước phát triển của robot KURT (Kanal- Untersuchungs-Roboter-Testplattform ) tại học viện AIS (Kirchner & Hertzberg, 1997), hình 1.5 [5]. Đặc tính của robot KURT là một robot tự động có sáu bánh, kích thước 30×45×30cm, ba bánh hai bên được kết nối bằng đai truyền, mỗi bên được điều khiển bằng một động cơ DC, động cơ được điều khiển bằng mạch điều khiển riêng biệt. Về hệ thống máy quay: robot được trang bị một camera CCD - camera có thể quay 180o và cho phép ghi lại mọi vật trước robot, tín hiệu của camera được truyền thông qua khe cắm ISA – bus với máy tính. Và hệ thống cảm biến gồm hai máy đo độ nghiêng đặt dưới gầm xe và năm đầu dò siêu âm cho phép phát hiện vật cản trước và sau robot với khoảng cách tối đa là 100cm và tối thiểu là 1cm. 5
20. Hình 1.5: Robot tự động KURT. - Vào năm 1998, robot thăm dò đường ống KARO (hình 1.6 [6]) cũng được nghiên cứu và thử nghiệm tại Đức. Dự án được tài trợ bởi The German Ministry for Research and Education (BMBF). Sự đổi mới của KARO chính là sử dụng một dải nhiều các cảm biến, cụ thể là: cảm biến vi sóng, cảm biến quang học, camera và cảm biến siêu âm. KARO có thể được sử dụng giám sát trong các đường ống biến dạng, trong các ống dẫn lớn bị nứt. Hình 1.6: Robot đa cảm biến trong đường cống, KARO. - Vào năm 1997 – 2001, robot MAKRO (hình 1.7 [7]) được chế tạo và phát triển bởi một nhóm kĩ sư người Đức. Đặc tính của robot MAKRO gồm sáu đoạn được nối liền với nhau bởi năm motor điều khiển cho phép robot có thể leo từng bước và quay trở lại. MAKRO là robot tự động hoàn toàn, có thể vệ sinh làm sạch những đường cống có kích thước trong khoảng 300 đến 600mm trong điều kiện khô ráo. Được duy trì năng lượng bằng pin NiCd, cho phép robot hoạt động liên tục trong hai giờ. 6
21. Hình 1.7: Robot tự động trong đường ống, MAKRO. 1.2.3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn : Hiện nay, trên thế giới đã có rất nhiều các loại robot được chế tạo để phục vụ cho nhiều mục đích làm việc dưới đường ống ngầm. Trong đó, hầu hết là các dạng robot di chuyển và kiểm tra đường ống, chỉ một số nhỏ robot có khả năng làm sạch đường ống tuy nhiên họ chỉ mô tả các công trình làm sạch đơn giản, có xu hướng chuyên ngành. Hệ thống thoát nước ở Việt Nam có đặc điểm là nhiều rác thải, các đường ống không đồng nhất trên một tuyến đường do đó những robot trên khó có thể áp dụng vào hệ thống cống ở nước ta. Vì vậy để đáp ứng được nhu cầu cấp thiết về giám sát hệ thống đường ống nước thải ở Việt Nam, đề tài này nghiên cứu về việc tích hợp các năng lực khác nhau trên robot để có thể di chuyển và kiểm tra hoàn thiện như một robot chuyên nghiệp hoạt động khả thi nhất. 1.3. Mục tiêu và nhiệm vụ của đề tài : 1.3.1. Mục tiêu của đề tài : Công việc giám sát hệ thống thoát nước là một công việc nguy hiểm, độc hại, ảnh hưởng đến sức khỏe người lao động như hình 1.8. Bên cạnh đó, để kiểm tra những đường ống có kích thước nhỏ, công nhân không thể chui lọt nên không thể thực hiện được công việc giám sát, ta chỉ có thể dùng đèn pin quan sát đoạn đường ống gần hai đầu hố ga mà không thể thấy sâu vào bên trong đường ống, không thể thấy được những vết nứt, những nguy cơ có thể gây ra „hố tử thần‟ hay là những việc con người cố tình tạo ra như là tự ý thải nước sản xuất chưa được xử lý, 7
22. S K L 0 0 2 1 5 4