Luận văn Nghiên cứu thiết kế và chế tạo robot leo tường, trần nhà (Phần 1)

Nội dung text: Luận văn Nghiên cứu thiết kế và chế tạo robot leo tường, trần nhà (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 HỒ MINH PHƯƠNG NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO ROBOT LEO TƯỜNG, TRẦN NHÀ NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY – 605204 S K C0 0 3 6 0 9 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2012
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ HỒ MINH PHƯƠNG NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO ROBOT LEO TƯỜNG, TRẦN NHÀ NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY – 60 52 04 Hướng dẫn khoa học: TS. HUỲNH NGUYỄN HOÀNG TP. Hồ Chí Minh, tháng 10/2012
3. Nghiên cứu thiết kế và chế tạo robot leo tường, trần nhà LÝ LỊCH KHOA HỌC I. LÝ LỊCH SƠ LƯỢC: Họ & tên: HỒ MINH PHƯƠNG Giới tính: nam Ngày, tháng, năm sinh: 08/09/1983 Nơi sinh: AN GIANG Quê quán: Ấp Trung Châu, xã Mỹ Hiệp, Chợ Mới, An Giang. Dân tộc: kinh Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: 78 - ấp Trung Châu, Xã Mỹ Hiệp, CM, AG. Điện thoại : 0919 190 810 E-mail: phuongckm@gmail.com – phuongckm@yahoo.com II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: 1. Giáo viên dạy nghề: Hệ đào tạo: chính quy tập trung Thời gian đào tạo từ 10/2001 đến 03/2005 Nơi học : Trường sư phạm kỹ thuật Vĩnh Long. Ngành học: Cơ khí chế tạo máy. 2. Đại học: Hệ đào tạo: liên thông Thời gian đào tạo từ 10/ 2005 đến 11/ 2007 Nơi học (trường, thành phố): Đại học sư phạm kỹ thuật TP.HCM Ngành học: Cơ khí chế tạo máy. Tên đồ án, luận án hoặc môn thi tốt nghiệp: Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án hoặc thi tốt nghiệp: năm 2007 Người hướng dẫn: III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm Trung Tâm dạy nghề tư thục Hoàn Nhật Tiến Giảng dạy Tin học A,B, 2005 - 2007 Đ/C: Xã Phú Quới – Huyện Long Hồ – Tỉnh Autocad, Lắp ráp cài đặt Vĩnh Long máy tính. Trường CĐ nghề Đồng Tháp Giảng dạy khoa cơ khí 2007 - 2010 Đ/C: Số 2 – Trần Phú – Khóm 2 – Phường 1 Giảng dạy lái xe mô tô – Thị Xã Sa Đéc – Tỉnh Đồng Tháp. hạng A1. GVHD: TS. Huỳnh Nguyễn Hoàng i HVTH: Hồ Minh Phương
4. Nghiên cứu thiết kế và chế tạo robot leo tường, trần nhà 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 kỳ công trình nào khác. Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng 10 năm 2012 (Ký tên và ghi rõ họ tên) Hồ Minh Phương GVHD: TS. Huỳnh Nguyễn Hoàng ii HVTH: Hồ Minh Phương
5. Nghiên cứu thiết kế và chế tạo robot leo tường, trần nhà LỜI CẢM ƠN Xin chân thành gửi lời cảm ơn thầy TS. HUỲNH NGUYỄN HOÀNG đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ, tạo nhiều điều kiện thuận lợi trong suốt quá trình học viên nghiên cứu và hoàn thiện luận văn. Xin được gửi lời cảm ơn đến : + Quý Thầy Cô thuộc Khoa Cơ Khí – Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh đã hướng dẫn và truyền thụ kiến thức, kinh nghiệm trong thời gian học tập và thực hiện luận văn. + Quý Thầy Cô thuộc Phòng Đào Tạo Sau Đại Học – Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh đã quan tâm và giúp đỡ trong quá trình học tập và thực hiện luận văn. + Quý Thầy Cô, Cán bộ Trung Tâm công nghệ cao thuộc Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM đã tạo điều kiện thuận lợi để tiến hành gia công, đo đạc và thực nghiệm phục vụ đề tài luận văn. + Thầy TS. PHAN ĐỨC HUYNH đã nhiệt tình hướng dẫn và giúp đỡ để học viên có thể nghiên cứu tốt phần khí động học, cơ học và mô phỏng ANSYS. + Các bạn lớp Cao Học CKCTM K2010B đã góp ý, giúp đỡ trong quá trình học tập. Do thời gian có hạn nên luận văn không tránh khỏi những thiếu sót, học viên mong nhận được sự góp ý quý giá của quý Thầy Cô để học viên có thể hoàn thiện trong quá trình nghiên cứu sau này. GVHD: TS. Huỳnh Nguyễn Hoàng iii HVTH: Hồ Minh Phương
6. Nghiên cứu thiết kế và chế tạo robot leo tường, trần nhà TÓM TẮT LUẬN VĂN Trong nghiên cứu thiết kế và chế tạo robot di động có khả năng leo bám trên tường, trần nhà thì những thách thức lớn nhất đặt ra là robot phải có thể bám được khi gặp tường có vết nứt hoặc khe hở nhỏ, không làm bẩn bề mặt tường, có thể bám được trên các loại bề mặt khác nhau. Với những thách thức đó thì những phương pháp thường hay sử dụng như: giác hút chân không, dùng keo hoặc các chất dính kết để bám, mô phỏng sinh học từ những loài động vật leo trèo, dùng kỹ thuật từ tính không thể đáp ứng được. Vì vậy mục tiêu chính của đề tài là nghiên cứu thiết kế và chế tạo robot leo tường sử dụng phương pháp hút không tiếp xúc. Nội dung chính của phương pháp này là lấy nguồn khí được cấp từ máy nén khí, qua cơ cấu hút được thiết kế để đẩy vận tốc dòng khí lên rất cao và từ đó sẽ tạo ra vùng áp suất thấp có khả năng hút tường. Phương pháp này có thể giải quyết được những khó khăn và thách thức đã nêu. GVHD: TS. Huỳnh Nguyễn Hoàng iv HVTH: Hồ Minh Phương
7. Nghiên cứu thiết kế và chế tạo robot leo tường, trần nhà ABSTRACT In design research and manufacture of mobile robot with capable walls climbing and ceilings is the biggest challenge is set robot must be able to cling with the wall for cracks or small gaps, not make dirty walls, can stick on multiple type of the different surfaces. With these challenges is the commonly used methods such as vacuum aspiration, using glue or other adhesive to stick, simulating biological from climbing animals, using techniques of magnet can not respond. So the main objective of the project is to research the design and manufacture of wall climbing robots using non-contact suction method. The main contents of this method using air source is supplied from the compressor, run through the suction mechanism is designed to speed up the air flow velocity is very high and thus will create low pressure areas can adhesion the wall. This method can solve the problems and challenges mentioned. GVHD: TS. Huỳnh Nguyễn Hoàng v HVTH: Hồ Minh Phương
8. Nghiên cứu thiết kế và chế tạo robot leo tường, trần nhà MỤC LỤC Trang tựa TRANG Quyết định giao đề tài Lý lịch cá nhân i Lời cam đoan ii Lời cảm ơn iii Tóm tắt iv Mục lục vi Danh sách các bảng ix Danh sách các hình x Danh sách các đồ thị xiii TÓM TẮT LUẬN VĂN iv Chương 1 1 TỔNG QUAN 1 1.1 TỔNG QUAN VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU, CÁC CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC ĐÃ CÔNG BỐ. 1 1.1.1 Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu 1 1.1.2 Các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước đã công bố 2 1.1.2.1 Kết quả nghiên cứu trong nước 2 1.1.2.2 Kết quả nghiên cứu ngoài nước. 3 1.2 MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI. 7 1.3 NHIỆM VỤ CỦA ĐỀ TÀI VÀ GIỚI HẠN ĐỀ TÀI. 7 1.3.1 Nhiệm vụ của đề tài. 7 1.3.2 Giới hạn của đề tài. 8 1.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU. 8 Chương 2 9 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 9 2.1 LÝ THUYẾT VÀ ỨNG DỤNG PHƯƠNG TRÌNH BERNOULLI. 9 2.1.1 Phương trình Bernoulli. 9 2.1.2 Thiết kế thử nghiệm ứng dụng phương trình Bernoulli 11 2.2 CƠ SỞ CHỌN PHẦN MỀM MÔ PHỎNG VÀ KẾT QUẢ MÔ PHỎNG CHO THIẾT KẾ THỬ NGHIỆM. 11 2.2.1 Giới thiệu phần mềm Ansys 12.0 11 2.2.2 Kết quả mô phỏng cho thiết kế thử nghiệm 12 Chương 3 14 GVHD: TS. Huỳnh Nguyễn Hoàng vi HVTH: Hồ Minh Phương
9. Nghiên cứu thiết kế và chế tạo robot leo tường, trần nhà THIẾT KẾ CƠ CẤU HÚT 14 3.1 CHỌN VẬT LIỆU 14 3.2 THIẾT KẾ CƠ CẤU HÚT. 14 3.3 MÔ PHỎNG THIẾT KẾ Ở MỤC 3.2 VỚI PHẦN MỀM ANSYS 16 3.3.1 Mô hình hóa và phân tích dữ kiện bài toán 16 3.3.2 Các bước tiến hành mô phỏng với phần mềm Ansys [5], [6] 17 3.4 CẢI TIẾN THIẾT KẾ CHO CƠ CẤU HÚT 21 3.4.1 Phân tích và cải tiến tính công nghệ. 21 3.4.2 Cải tiến về kết cấu, hình dáng cho cơ cấu hút. 25 3.4.2.1 Phương án 1: thay đổi vị trí đặt miệng vòi theo phương đứng ở 2 vị trí. 25 3.4.2.2 Phương án 2: thay đổi vị trí đặt miệng vòi theo phương ngang ở 3 vị trí 27 3.4.2.3 Phương án 3: thay đổi hình dáng miệng vòi. 29 3.4.2.4 Nhận xét, phân tích và kết luận 30 Chương 4 33 THIẾT KẾ ROBOT LEO TƯỜNG 33 4.1 CHỌN HỆ THỐNG BÁNH DẪN GIÚP ROBOT DI CHUYỂN. 33 4.1.1 Bánh xe tiêu chuẩn (Standard Wheels) 33 4.1.2 Bánh xe đa hướng (Omnidirectional Wheels) 34 4.1.3 Một số ký hiệu về các loại bánh xe 34 4.1.4 Những phương án bố trí hệ thống bánh dẫn và ứng dụng thực tế. 35 4.1.5 Phân tích và chọn hệ thống bánh dẫn cho robot leo tường 38 Vậy ta có thể chọn đai có ký hiệu100-S3M-363, với thông số sau: 40 4.2 CHỌN BỘ TRUYỀN ĐỘNG CHO TRỤC BÁNH XE. 40 4.3 PHƯƠNG ÁN LẮP ĐẶT CƠ CẤU HÚT VÀO THÂN ROBOT. 42 4.4 CHỌN ĐỘNG CƠ TRUYỀN ĐỘNG CHO TRỤC BÁNH XE. 43 4.4.1 Tính công suất động cơ : 43 4.4.2 Tính số vòng quay và mô men xoắn cho động cơ 46 4.5 THIẾT KẾ CƠ CẤU QUÉT TƯỜNG 47 4.5.1 Thiết kế hình dáng, kết cấu 47 4.5.2 Tính chọn động cơ dẫn động cơ cấu chổi quét. 48 Chương 5 50 PHÂN TÍCH ĐỘNG HỌC ROBOT 50 5.1 PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG HỌC CỦA ROBOT. 50 5.2 SỰ TRƯỢT CỦA BÁNH ĐAI (XÍCH) KHI ROBOT CHUYỂN HƯỚNG. 54 Chương 6 56 GVHD: TS. Huỳnh Nguyễn Hoàng vii HVTH: Hồ Minh Phương
10. Nghiên cứu thiết kế và chế tạo robot leo tường, trần nhà THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN 56 6.1 CHỌN PHƯƠNG ÁN ĐIỀU KHIỂN VÀ XÁC ĐỊNH CHỨC NĂNG CỦA BỘ ĐIỀU KHIỂN. 56 6.2 THIẾT KẾ MẠCH 60 6.2.1 IC SM6136 60 6.2.2 IC SM 6135 61 6.2.3 Cách kiểm tra IC Phát mã lệnh (SM6136) và IC chấp hành (SM6135). 62 6.2.4 Mạch phát sóng vô tuyến điều khiển năm chức năng 63 6.2.5 Mạch thu sóng vô tuyến điều khiển năm chức năng 64 6.2.6 Hoạt động của cầu khuếch đại dùng để cấp dòng cho các motor DC 66 6.3 LẮP MẠCH VÀ KIỂM TRA 68 Chương 7 69 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 69 7.1 KẾT LUẬN 69 7.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN 70 TÀI LIỆU THAM KHẢO 71 PHỤ LỤC 1 73 PHỤ LỤC 2 74 PHỤ LỤC 3 75 PHỤ LỤC 4 76 PHỤ LỤC 5 77 GVHD: TS. Huỳnh Nguyễn Hoàng viii HVTH: Hồ Minh Phương
11. Nghiên cứu thiết kế và chế tạo robot leo tường, trần nhà DANH SÁCH CÁC BẢNG BẢNG TRANG Bảng 1.1 Các thông số đặc trưng của robot City-Climber. 14 Bảng 2.1: Kết quả mô phỏng đĩa hút. 25 Bảng 3.1: Kết quả mô phỏng cơ cấu hút. 32 GVHD: TS. Huỳnh Nguyễn Hoàng ix HVTH: Hồ Minh Phương
12. Nghiên cứu thiết kế và chế tạo robot leo tường, trần nhà DANH SÁCH CÁC HÌNH HÌNH TRANG Hình 1.1. Người giúp việc đang lau cửa kính trong một tòa nhà. 1 Hình 1.2. Công nhân đang sơn tường cho một tòa nhà. 2 Hình 1.3. Robot lau kính nhà cao tầng. 2 Hình 1.4. Các kiểu kế của Robot City-Climber. 3 Hình 1.5. Robot stickybot 4 Hình 1.6. Robot Rise. 4 Hình 1.7. Robot ROCR. 5 Hình 1.8: Bốn kiểu robot do Amir Shapiro thiết kế 6 Hình 2.1: Không khí chuyển động trong ống dẫn. 9 Hình 2.2: Hình dáng, kích thước của đĩa hút 11 Hình 3.1: Cơ cấu hút được cấp khí vào từ mặt bên 16 Hình 3.2: Mô hình hóa thể hiện kết cấu bên trong cơ cấu hút. 17 Hình 3.3: Mô hình hóa lưu chất bên trong cơ cấu hút 18 Hình 3.4: Cửa sổ workbench cho phép chọn mô đun làm việc 18 Hình 3.5: Chia lưới cho khối lưu chất bên trong cơ cấu hút. 19 Hình 3.6: Cửa sổ khai báo thuộc tính của chất lưu. 19 Hình 3.7: Cửa sổ khai báo áp suất ngõ vào, cường độ rối và đường kính thủy lực. 20 Hình 3.8: Cửa sổ khai báo áp suất ngõ ra, cường độ rối và đường kính thủy lực. 20 Hình 3.9: Cửa sổ khai báo số bước lặp và giải bài toán 20 Hình 3.10: Trường phân bố áp suất trên mặt đối xứng. 21 Hình 3.11: Trường phân bố vận tốc trên mặt đối xứng 21 Hình 3.12: Sản phẩm cơ cấu hút sau khi được gia công. 22 Hình 3.13: Thử nghiệm cơ cấu hút 22 Hình 3.14: Cấu tạo của một cơ cấu hút. 23 Hình 3.15: Cấu tạo của một cơ cấu hút đã được cải tiến 24 GVHD: TS. Huỳnh Nguyễn Hoàng x HVTH: Hồ Minh Phương
13. Nghiên cứu thiết kế và chế tạo robot leo tường, trần nhà Hình 3.16: Phân bố áp suất trên mặt đối xứng. 25 Hình 3.17: Phân bố véc tơ vận tốc trên mặt đối xứng 26 Hình 3.18: Phương án thay đổi vị trí đặt chốt điều chỉnh theo phương đứng 28 Hình 3.19: Phương án thay đổi vị trí đặt miệng vòi theo phương ngang 29 Hình 3.20: Phương án thay đổi hình dáng miệng vòi 31 Hình 3.21: Cơ cấu hút được sử dụng cho robot leo tường. 33 Hình 4.1: các kiểu bánh xe tiêu chuẩn 35 Hình 4.2: biểu diễn các kiểu bánh xe đa hướng. 36 Hình 4.3: giả định hệ thống bánh dẫn cho robot. 37 Hình 4.4: Phân tích lực khi robot đang leo tường. 40 Hình 4.5: Phân tích lực khi robot đang leo tường. 42 Hình 4.6: Minh họa bộ truyền trục vít – bánh vít 43 Hình 4.7: Hình dáng thân Robot 43 Hình 4.8: Mặt dưới thân Robot. 43 Hình 4.9: Cơ cấu hút tường. 44 Hình 4.10: Thanh kẹp cơ cấu 45 Hình 4.11: Thân robot được lắp cơ cấu hút 45 Hình 4.12: Sơ đồ hệ dẫn động cho robot 45 Hình 4.13: Sơ đồ phân tích lực khi robot đang leo tường. 46 Hình 4.14: Cơ cấu quét tường được lắp vào thân robot. 50 Hình 4.15: Sơ đồ hệ dẫn động cho cơ cấu quét tường. 50 Hình 5.1: Phân tích động học trên Robot. 54 Hình 5.2: Vận tốc bên trái và bên phải 55 Hình 5.3: Phương chiều vận tốc trượt đai (xích) 58 Hình 6.1: Remote điều khiển từ xa bằng tia hồng ngoại 60 Hình 6.2: Điều khiển từ xa bằng sóng RF tắt/mở 12 thiết bị. 62 Hình 6.3: Sơ đồ khối chức năng IC SM6136 mã hóa 5 chức năng 63 Hình 6.4: Sơ đồ khối chức năng IC SM6135 giải mã 5 chức năng 64 Hình 6.5: Cách kiểm tra IC thu và phát 5 chức năng. 65 Hình 6.6: Mạch phát sóng vô tuyến điều khiển 5 chức năng. 66 Hình 6.7: Mạch thu sóng vô tuyến điều khiển 5 chức năng 68 GVHD: TS. Huỳnh Nguyễn Hoàng xi HVTH: Hồ Minh Phương
14. Nghiên cứu thiết kế và chế tạo robot leo tường, trần nhà Hình 6.8: Mạch khuyếch đại cấp dòng điều khiển motor quay qua trái. 70 Hình 6.9: Mạch khuyếch đại cấp dòng điều khiển motor quay qua phải 71 Hình 6.10: Hình dáng và kết cấu Robot leo tường 72 Hình 6.11: Robot leo tường ở lần chạy thử 72 Hình 6.12: Robot chạy dưới mặt bàn ở lần chạy thử 72 Hình PL5.1: Biểu diễn quá trình máy nén khí bơm lên đạt áp suất 7 kgf/ cm3 82 Hình PL5.2: Biểu diễn quá trình xả khí qua cơ cấu hút để áp suất tuột xuống 4kg/ cm3 82 GVHD: TS. Huỳnh Nguyễn Hoàng xii HVTH: Hồ Minh Phương
15. Nghiên cứu thiết kế và chế tạo robot leo tường, trần nhà DANH SÁCH CÁC ĐỒ THỊ ĐỒ THỊ TRANG Đồ thị 2.1: Phân bố áp suất trên bề mặt đĩa 13 Đồ thị 3.1: Lưu lượng và lực hút sinh của cơ cấu hút với thiết kế ban đầu và sau khi cải tiến về tính công nghệ trong kết cấu. 27 Đồ thị 3.2: Lưu lượng và lực hút sinh ra của cơ cấu hút với phương án thay đổi vị trí đặt chốt điều chỉnh theo phương đứng. 28 Đồ thị 3.3: Kết quả mô phỏng lực hút của 3 kiểu đặt vòi theo phương ngang 30 Đồ thị 3.4: Kết quả mô phỏng lưu lượng của 3 kiểu đặt vòi theo phương ngang.30 Đồ thị 3.5: Lưu lượng và lực hút sinh ra của cơ cấu hút với phương án thay đổi hình dáng miệng vòi 32 Đồ thị 3.6: Giá trị lực hút tại những khoảng hở tường khác nhau 33 Đồ thị 3.7: Giá trị lực hút tại những khoảng hở tường khác nhau 34 GVHD: TS. Huỳnh Nguyễn Hoàng xiii HVTH: Hồ Minh Phương
16. Nghiên cứu thiết kế và chế tạo robot leo tường, trần nhà Chương 1 TỔNG QUAN 1.1 TỔNG QUAN VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU, CÁC CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC ĐÃ CÔNG BỐ. 1.1.1 Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu. Ngày nay, Robot được nghiên cứu rất nhiều để phần nào có thể thay thế sức lao động của con người. Tuy nhiên có một vấn đề được đặt ra và đang là thách thức đối với người làm Robot, đó là phải thiết kế một con Robot leo tường, leo trần nhà để quét dọn và lau chùi (thường là vào những dịp lễ, tết cổ truyền nhà nhà phải quét ván nhện, lau la phông, lau trần nhà). Công việc này từ trước đến nay thì con người vẫn phải thực hiện bằng tay và công việc cũng khá vất vả, bởi vì khi chúng ta Hình 1.1. Người giúp việc đang đứng dưới sàn nhà mà ngước mặt nhìn lên để lau cửa kính trong một tòa nhà. quét dọn trong thời gian dài thì rất mõi cổ, mõi mắt và dễ bị chóng mặt. Trước yêu cầu và thách thức như vậy thì người ta đang cố tìm ra giải pháp để thiết kế Robot có thể thay thế con người thực hiện công việc này. Về lĩnh vực làm robot thì cũng được nghiên cứu rất nhiều bởi các nhà nghiên cứu cũng như các trường cao đẳng, đại học. Tuy nhiên, về lĩnh vực robot leo tường và trần nhà thì đang vấp phải một số khó khăn nhất định mà trở ngại lớn nhất là cơ cấu bám tường, bên cạnh đó trọng lượng robot và phương thức điều khiển cũng rất được quan tâm. Trọng lượng robot thì phải thiết kế làm sao càng gọn nhẹ càng tốt, GVHD: TS. Huỳnh Nguyễn Hoàng 1 HVTH: Hồ Minh Phương
17. Nghiên cứu thiết kế và chế tạo robot leo tường, trần nhà còn phương thức điều khiển di chuyển robot thì đòi hỏi phải có những chiến lược đường đi tốt và có khả năng tránh vật cản như quạt, đèn Nhìn chung lĩnh vực nghiên cứu robot leo tường, bám trần nhà cũng còn tương đối mới mẽ và có nhiều khó khăn thách thức. Nếu được nghiên cứu thành công thì kết quả nghiên cứu sẽ được ứng dụng vào cuộc sống một cách thiết thực chẳng hạn như: robot thay con người để sơn tường, để lau cửa kính nhà cao tầng, để quét dọn trần nhà, để leo lên cao quan sát Hình 1.2. Công nhân đang sơn tường cho một tòa nhà. 1.1.2 Các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước đã công bố. 1.1.2.1 Kết quả nghiên cứu trong nước. ROBOT Lau kính nhà cao tầng: Sở Khoa học - công nghệ vừa tổ chức nghiệm thu đề tài nghiên cứu chế tạo robot lau kính nhà cao tầng. Đề tài này do nhóm giảng viên Trường đại học dân lập Lạc Hồng thực hiện với kinh phí 120 triệu đồng. Bắt đầu triển khai từ cuối năm 2004, sau gần hai năm thiết kế và chế tạo, phần trình diễn của nhóm tác giả tại buổi nghiệm thu đã được Hội đồng khoa học của tỉnh đánh giá thành công. Hình 1.3. Robot lau kính nhà cao tầng. Robot lau kính do nhóm giảng viên Trường ĐHDL Lạc Hồng nghiên cứu chế tạo. GVHD: TS. Huỳnh Nguyễn Hoàng 2 HVTH: Hồ Minh Phương
18. Nghiên cứu thiết kế và chế tạo robot leo tường, trần nhà 1.1.2.2 Kết quả nghiên cứu ngoài nước. Robot City-Climber được Jizhong Xiao and Ali Sadegh thuộc trường đại học City của Hoa Kỳ dựa trên nguyên lý nền tảng là khí động lực học đã chế tạo thành công robot leo tường có hình dáng như Hình 1.4. Hình 1.4. Các kiểu kế của Robot City-Climber. Bảng 1.1 Các thông số đặc trưng của robot City-Climber [4]. Speed Payload capacity Step Endurance (9,5v NiCd) Height 10 [m/min] 4,2 [kg] 0,01 [m] 30 [min] 0,15 [m] Việc phát triển cơ cấu bám dính, đánh dấu bước phát triển đột phá của việc bắt chước động vật leo trèo. Nghiên cứu bàn chân tắc kè là nguồn cảm hứng cho việc phát triển các robot leo bao gồm phiên bản đầu Mecho-gecko được phát triển từ GVHD: TS. Huỳnh Nguyễn Hoàng 3 HVTH: Hồ Minh Phương
19. Nghiên cứu thiết kế và chế tạo robot leo tường, trần nhà Irobot kết hợp với UC berkely của phòng thí nhiệm PEDA, Wallbot đã được phát triển ở đại học Carnegie và gần đây hơn là Stickybot ở đại học Stanford Những robot này lấy bàn chân tắc kè làm cảm hứng và đã có những thành công nhất định trong ứng dụng leo trèo. Hình 1.5. Robot stickybot. Hình 1.6. Robot Rise. Robot Rise lấy cảm hứng từ con dán với các móc ngón chân sắc nhọn di chuyển trên tường lỗi lõm, các loại bề mặt nhẵn thì robot này không di chuyển được, mặt khác nó di chuyển chậm do robot phải đảm bảo các chân phải bám chặt vào các gờ trên tường. GVHD: TS. Huỳnh Nguyễn Hoàng 4 HVTH: Hồ Minh Phương
20. Nghiên cứu thiết kế và chế tạo robot leo tường, trần nhà Một robot có thể leo tường khéo léo với nhiều ứng dụng tiềm tàng đang được chế tạo ở Mỹ. ROCR là công trình sáng tạo của các chuyên gia thuộc Đại học Utah. Robot này sử dụng hai mấu, một động cơ và một cái đuôi đong đưa như quả lắc đồng hồ để leo lên bức tường phủ thảm cao 2,4 mét trong 15 giây, như một vận động viên leo núi chuyên nghiệp hoặc một con khỉ đánh đu từ cành cây này sang cành khác. Hình 1.7. Robot ROCR. Một nhà khoa học có tên Amir Shapiro, anh đang làm việc tại trường Đại học Ben-Gurion, Israel. 4 loại robot mới do anh thiết kế đều có thể leo những bức tường thẳng đứng, thậm chí di chuyển qua các góc tường rất ấn tượng và không hề bị rơi. Con robot thứ nhất (Hình 1.8a), Shapiro lấy cảm hứng từ những chú ốc sên (khi di chuyển tạo ra các vệt nhầy), nó sử dụng keo dính lỏng để giúp bám lên mặt tường nhà. Với chú robot thứ hai (Hình 1.8b), nó có phương thức leo trèo giống như mèo hay động vật có móng vuốt, 4 "chân" gồm các móng vuốt sắc nhọn, giúp bám chặt vào tường hay cây cối. Trong khi đó chú robot thứ 3 (Hình 1.8c), gần giống con robot thứ nhất, cũng dùng GVHD: TS. Huỳnh Nguyễn Hoàng 5 HVTH: Hồ Minh Phương
21. Nghiên cứu thiết kế và chế tạo robot leo tường, trần nhà chất dính để giúp bám vào tường (chỉ áp dụng ở nơi có bề mặt nhẵn). Con robot cuối cùng (Hình 1.8d) trong bộ sưu tập robot leo tường của Shapiro có bánh là nam châm, có thể leo những bề mặt có từ tính dễ dàng. Với 4 chú robot này, Shapiro cho biết nó là ý tưởng, nguồn cảm hứng thiết kế cho các robot trinh thám hay robot làm những nhiệm vụ đặc biệt trong tương lai. (a) (b) (d) (c) Hình 1.8: Bốn kiểu robot do Amir Shapiro thiết kế. GVHD: TS. Huỳnh Nguyễn Hoàng 6 HVTH: Hồ Minh Phương
22. S K L 0 0 2 1 5 4