Tài liệu Nghiên cứu và chế tạo robot thăm dò đường ống pdf

T Phn A: Khoa hc T  ng: 26 (2013): 17-23 17 NGHIÊN CỨU VÀ CHẾ TẠO ROBOT THĂM DÒ ĐƢỜNG ỐNG Nguyn Kh 1 ‎ 1 1 B  i hc C Thông tin chung:  04/12/2012 19/06/2013 Title: Research and implement pipeline exploration robot Từ khóa:    Keywords: Piping exploration robot, piping robot, wireless control, camera monitoring ABSTRACT Recently, most of industrial and public infrastructures use piping system for variety applications. The problem is that these systems need to be not only periodically maintained and checked to ensure the safety, stability and continuous operation but also quickly repaired when incident happens. Along with the development of society and economy, these issues have to be satisfactorily resolved. Facing urgent needs, the authors propose to research and implement a pipeline exploration robot that has ability to be remote controlled by wireless signals, send field images to center by using camera and handle some simple situations in the piping system with necessary features and moderate price in comparison with existing products. With initial results, in the near future, we will develop specialized robots for narrower aspects with more rigorous requirements. TÓM TẮT                                         1 GIỚI THIỆU    ng   m v thay th  i di chuy    thng  c phc nh tc. Vi to robot loi    n sm vi   c  t thc b  hoc v  ng u  ng dng r      n, phc v nhu cu kim tra, sa ch  t T Phn A: Khoa hc T  ng: 26 (2013): 17-23 18 n  ng ca h thng ng d  t kim thn c,  i hc Irvine (Mn robot  ng c      a ch  i robot  thnc, cng ngng tri y mn [4].  Vit Nam, vi di c bit ng c h th     n nhng      ng  c trin khai    H  ng lo c mua   rng thng, sa cha rt t n nay, vi u, thit k ng dng thc t c c ti mt s  i h       i h     H    thit k  tt dng robot ng ng) [5]. Vi nhu cu phc v  b    th ng   c ng hi    thit k   tnh mt sn phm robot m      n linh hot tro  ng      ng thm, chng nhiu tt, ho  c trong u ki    ngp c t      nh hin   ng ng v   u khin c bi  u khi     nh t xa  2 PHƢƠNG PHÁP THỰC HIỆN 2.1 Yêu cầu kỹ thuật Do robot hong hot ng ngi v gh u ca robot phi chng thm        phc tp c ng     c u ch ti  c bao b  b truy ng, m n t   n  ly v c thit k   p d liu khin t xa qua qua chun TCP/IP ca m   nh    c robot thu nhn t mt      u ch   u khin    li    u khin bng m And Data Acquisition - CADA). Mch u khin ca robot (Robot Controller- m nhn nhim v giao tip vi CADA t xa n TCP/IP, t  hong cu khin di chuyn t   i, thu thp d liu v    t/m      CADA giao tip vi robot t          thp d linh t m g     nh hi ng n ng ca ru khin d      ng cho robot. c lc u khin hong cy ti mng nh mt tay game g  USB ho               trng kt ni, t  di chuyng   c (b  u t encoder); cho   u khi   n trng xung quanh robot b     truyn v. T Phn A: Khoa hc T  ng: 26 (2013): 17-23 19 ` Hình 1: Mô hình hệ thống robot thăm dò đƣờng ống 2.2 Thiết kế hệ thống điều khiển trên robot M u khin rob   n rt quan tr     ho   giao tip vi CADA t    ng  khi ca h th  Access Point Robot Controller IP Camera RJ45 RJ45 Motor Driver Motor R Motor L LED Driver Encoder Power (lipo Battery) 11.1VDC 22.2VDC 9VDC Hình 2: Sơ đồ khối hệ thống điều khiển robot 2.2.1 B phn thu thnh (IP Camera) Ch truyn v CADA bng h thng truy     dng mt IP Camera speed dome c    thc hin chc n    -            MPEG4   tr zoom quang  10X & zoom s 10X)       (- n + )   (- n + 90) Camera Vivotek PZ-6122 truyn nhn d liu vt ni ethernet, tc  10/100 Mbps. Protocols Ipv4, h tr c       s dng giao thc        h        t,  n c       a   n t  u khi c          a ch Ipv4 c      u khin camera b  c T Phn A: Khoa hc T  ng: 26 (2013): 17-23 20   a ch: http://IP/cgi-bin/admin/ getparam.cgi nu mu c d li  http://IP/cgi-bin/admin/setparam.cgi nu mun thit l cho camera. 2.2.2 Mu khin robot (Robot Controller) Mu khin lu khin robot t i tr li   u tr      truy     n ethernet. Robot di chuyn bc l u khin bng  d  u khi c t , chi  ng di chuy  c trang b mt          m      t ni vi trung u khi   thng ching L hing    khi mu khin robot. MCU ATMega32 LCD 16x2 Ethernet Module Keys inputEncoder input Power supply PWM OUT OUTPUTS SPI 3.3V 5V RJ45 11.1V Output module Input module Hình 3: Sơ đồ khối mạch điều khiển robot 2.3 Thiết kế phần mềm 2.3.1 Thit k phn m Phn m     m v nh       u khin t       c vit b l ch   u khi   n  cn gii quyt khi thit k phn m m:  Thit k p  truy  u tr       encoder, trng, v  hiu kt n     v  ng thi phn m    u khin t    n t     phi, tt/m   Thit k    c thi lu khin hong ca robot gu khin t   u quay ca hai motor truyu khin tt m t s ng m ru u khi  c tham chiu t module giao tip ethernet.          thit ln th   a ch IP c   encoder, tr         hong cn lnh t u khin hin th  mt LCD g 2.3.2 Thit k phn mu khin t  Phn m      thp d li  nh t    u khin mi ho ng c    T Phn A: Khoa hc T  ng: 26 (2013): 17-23 21 chu       t c ca ph  Nh n th c truyn v t mt IP Camera g i u khin bit hin trng ca c       u khi  hi t  nh. Tt c  u khin trc tip b  c bng tay game (gamepad) nh u qu cho robot.  u khin hong ca robot gm ti, lui, nhanh, chi, tt/m  chi  n m   nh  u u khi     t hoc         dng d li  c thng nht vi phn m        c g     n ethernet bng mng WiFi.  Thu nhu v tra      n th t ,      ng kt ni vi robot, m  ng c    u khin nc v  hong ca robot.  H tr thit lt ni v thit b h tr u khin (gamepad). Vic h tr ghi l        i s dng d i khi cn thit. 3 KẾT QUẢ VÀ ĐÁNH GIÁ 3.1 Phần cứng mạch điện điều khiển V     t ra khi thit k phn cng m     u kin thc t  c hi u khi u khi giao tip ethernet c   ENC28J60. H thng m    hai module nh:  c hin ch ti      t tiny       u t       u u khi  u khin LED chi    hi     ng; x   n th   u khin motor: nhu t n cho ng. Hình 4: Hình ảnh mạch điều khiển trung tâm 3.2 Phần cứng cơ khí Vi nh      t ra c thit k   t qua nhng vt cu cao t50 mm ng n 50 mm  dc trong ng t   o      u khi c lp. Thit k chng th   th ho  c trong thi gian khong 1 gi u kin robot b ngc 20 cm.   k thut ca robot th   B Bảng 1: Thông số kỹ thuật đạt đƣợc của robot thực Mô tả Thông số  568 mm  368 mm  280 mm  28 000 g  0.5 m/s  <= 30 o    150 mm Hình 5: Robot thực tế T Phn A: Khoa hc T  ng: 26 (2013): 17-23 22 3.3 Phần mềm điều khiển robot Vt  u khit k i giao dim 3 phn  n: phn hin th  nh, ph u khi Bắt đầu Init System - Khởi động Port vào/ra, Timer - Khởi động LCD - Khởi động PWM - Khởi động chip Ethernet ENC28J60 - Khởi động Tiny Web Server Tiny Server Process - Xử lý các gói tin ARP, ICMP, HTTP Output Control - Điều biên xung PWM cho motor - Điều khiển đèn chiếu sáng Input Process - Quét và xử lý tín hiệu Encoder - Kiểm tra tình trạng kết nối - Kiểm tra dung lượng Pin - Kiểm tra và xử lý phím ấn Hình 6: Lƣu đồ chƣơng trình chính  Phn hin th nh: nh  ci dng phim (lu nh) trc tip truyn v t    phn m th hin lung u truyn nhn gi  Phu khin: Tp trung hu ht  ch  u khin cho robot. Ph   u khi    t hoc   Ph   th hin mt s    n cn thi     ng cn mu khin. Th hin t       a  hia ch kt nn  Hình 7: Giao diện điều khiển Hình 8: Giao diện hiển thị Hình 9: Giao diện thông tin T Phn A: Khoa hc T  ng: 26 (2013): 17-23 23 4 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT       to mt robot   ng        robot m     n linh hot  ng ng, chng thm t  t h thu khi  ng vi kh  giao ti c v   ng chun ethernet, nhu khip i v  thng vi kh       u khi c ti kt qu th nghiu,    ng thm tt, di chuyn c  mt s    gh  ng u khin t  ng tt ra. a h tht kim chi  t  thu u khi    n t chun truyc  cao, ng nht hin nay. Kt qu c      c ng d i robot   ng ng, ng dng thc t cho kh     ng     n ti  ng ng phc t sa cha, khc ph   c (nght, nt   i g th c. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. EMBEDDED ROBOTICS. Springer, 454page. 2. Owen Bishop, 2007. The Robot Builder's Cookbook, Elsevier Ltd, 373page http://www.avrportal.com/?page=avrnet http://www.baomoi.com/Robot-sua-chua- trong-duong-ong/53/4020375.epi 3.  Thit k  tng ng, B n t - i hKhoa  H  .  ng: 26 (2013): 17-23 17 NGHIÊN CỨU VÀ CHẾ TẠO ROBOT THĂM DÒ ĐƢỜNG ỐNG Nguyn Kh 1 ‎ 1 1 B. (2013): 17-23 19 ` Hình 1: Mô hình hệ thống robot thăm dò đƣờng ống 2.2 Thiết kế hệ thống điều khiển trên robot M u khin rob  