Thiết kế chế tạo robot làm vệ sinh ống thông khí

ðẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ðẠI HỌC BÁCH KHOA ỦY BAN NHÂN DÂN THÀNH PHỐ SỞ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ BÁO CÁO NGHIỆM THU DỰ ÁN TÊN DỰ ÁN: THIẾT KẾ CHẾ TẠO ROBOT LÀM VỆ SINH ỐNG THƠNG KHÍ Chủ nhiệm dự án: TS Trương Quốc Thanh ðơn vị Chủ trì: Trường ðH Bách Khoa Tp.HCM ðơn vị Quản lý: Sở Khoa học Công nghệ TP HCM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, 09/2012 A THƠNG TIN CHUNG VỀ DỰ ÁN1 I II Tên dự án Thiết kế chế tạo robot làm vệ sinh ống thơng khí Thời gian thực hiện: 12tháng (Từ tháng 12/2009 ñến tháng 12/2010) III Cấp quản lý: Thành phố IV Thuộc Chương trình (ghi rõ tên chương trình) - Chương trình 04/Robot Tổng vốn thực dự án: 570 triệu ñồng, ñó: V Cơ sở Nguồn - Từ Ngân sách nghiệp khoa học: Kinh phí (triệu đồng) 570 - ðơn vị chủ trì (tự có, huy động, khác…): VI Chủ nhiệm dự án Họ tên: TS Trương Quốc Thanh Năm sinh: Nam/Nữ: Nam Học hàm: Học vị: Tiến sĩ Chức danh khoa học: Chức vụ: CBGD Bộ môn Chế tạo máy, Khoa Cơ khí ðiện thoại: ðơn vị: 84-8-386.53.896 Mobile: 01699905375 Fax: E-mail: Tên đơn vị cơng tác: Trường ðH Bách Khoa Tp.HCM ðịa ñơn vị: 268 Lý Thường Kiệt, Q.10 ðịa nhà riêng: 45/59 /6 Tân Chánh Hiệp 25 Khu phố 3, P Tân Chánh Hiệp, Q.12 Tp Hồ Chí Minh 6.1 Thư ký dự án Họ tên: TS Nguyễn Duy Anh Năm sinh: 1980 Nam/Nữ: Nam Học hàm: Học vị: Tiến sĩ Chức danh khoa học: Thuyết minh trình bày in khổ giấy A4 Dưới ñây dự án sản xuất thử nghiệm ñược gọi tắt dự án Chức vụ: CBGD Bộ mơn Cơ điện tử, Khoa Cơ khí ðiện thoại: ðơn vị: 38652442 Nhà riêng: Mobile: 0938083479 Fax: 38653823 E-mail: duyanhnguyen@hcmut.edu.vn Tên đơn vị cơng tác: Trường ðH Bách Khoa Tp.HCM ðịa ñơn vị: 268 Lý Thường Kiệt, Q.10 ðịa nhà riêng: 160/1/4 Phan Huy Ích, F12, Quận Gị vấp, Tp HCM ðơn vị chủ trì thực dự án VII Tên đơn vị chủ trì dự án: Trường ðại học Bách Khoa Tp.HCM Họ tên thủ trưởng đơn vị: PGS.TS Vũ ðình Thành ðiện thoại: 38652442 Fax: 38653823 E-mail: khcn@hcmut.edu.vn Website: www.hcmut.edu.vn ðịa chỉ: 268 Lý Thường Kiệt, Q.10, Tp.HCM Số tài khoản: 932 90 10 00024 Tại Kho bạc Nhà nước : Quận 10 Mã Quan hệ ngân sách : 1056923 Tên quan quản lý dự án: Sở Khoa học Công nghệ TP HCM VIII Các thành viên tham gia thực dự án: Họ tên ðơn vị công tác Nội dung công việc tham gia TS Trương Quốc Thanh PGS.TS Nguyễn Tấn Tiến TS Nguyễn Duy Anh Khương Hữu Tâm ðHBK ðHBK ðHBK ðHBK Chủ nhiệm dự án Cố vấn kỹ thuật Thư ký dự án Thiết kế chế tạo thử nghiệm hệ thống robot (phần khí cho robot khảo sát) Thiết kế chế tạo thiết bị hỗ trợ thí nghiệm bố trí thí nghiệm Xử lý tín hiệu giao tiếp camera phục vụ giám sát Nguyễn Trung Nghiệp ðHBK Lê Quốc ðạt ðHBK Một (01) tháng quy ñổi tháng gồm 22 ngày làm việc x tiếng Thời gian làm việc cho dự án (Số tháng quy ñổi2) 8 6 IX Nguyễn Thuần Hòa ðHBK Võ Xuân Quốc ðHBK Thiết kế chế tạo thử nghiệm hệ thống ñiều khiển robot khảo sát Test hiệu chỉnh toàn hệ thống robot Phịng thí nghiệm 12 Tóm tắt Các nội dung theo đăng ký ban đầu dự án: 1) Các nội dung ñăng ký ban ñầu theo Thuyết minh hợp ñồng 1.1 Mô tả cơng nghệ, sơ đồ quy trình cơng nghệ (là xuất xứ Dự án) ñể triển khai Dự án Quy trình cơng nghệ dự án dựa quy trình cơng nghệ làm vệ sinh đường ống triển khai nước giới (http://www.biovacsystem.com/principes.html) với ý khảo sát thực trạng Việt nam 1.2 Phân tích vấn đề mà Dự án cần giải công nghệ + Công nghệ sản xuất robot Việt nam bước sơ khai Bài tốn chủ yếu triển khai thiết kế, sản xuất prototype hệ thống robot làm vệ sinh ñường ống theo cơng nghệ làm vệ sinh có nước ngồi trang thiết bị, vật tư trình độ kỹ thuật nước + Vấn đề cơng nghệ lớn cần giải khả áp dụng vào thực tế sản xuất nước, doanh nghiệp chấp nhận sản phẩn nghiên cứu Dự án + Ở bước ñầu dự án nhằm sản xuất prototype ñể khẳng ñịnh khả thâm nhập thị trường sản xuất nội ñịa sau tham gia thị trường sản xuất nói chung 1.3 Liệt kê mô tả nội dung, bước cơng việc cần thực để giải vấn ñề ñặt ra, kể ñào tạo bồi dưỡng ñội ngũ cán bộ, công nhân kỹ thuật ñáp ứng cho việc thực Dự án sản xuất thử nghiệm Bước 1: Khảo sát thựcc nghiệ nghiệm (6 tháng) + Khảo sát thực trạng đường ờng ống: kích thước ống, ñộ bẩn thành phần ần bẩn bẩ ñường ống, ñộ bám vào thành ống + Thiết kế phương ng án th thực nghiệm ñánh giá khả làm ñường ờng ống ố với phương án ñề xuất + Từ kết khảo sát thự ực nghiệm, thiết kế lại hệ thống robot cho phù ù hợp h với thực tế Bước 2: Thiết kế chế tạoo thử nghi nghiệm prototype (6 tháng) + Chế tạo hệ thống + Thực nghiệm lại hiệu ệu ch chỉnh lần cuối + Bàn giao sản phẩm thự ực công việc kết thúc dự án Bước 3: Sau kết thúc dự ự án + Nghiên cứu khả ng chuy chuyển giao kỹ thuật thành lập p doanh nghiệm sản s xuất ñưa sản phẩm thị trường 2) Nghiên cứu khả ng thi thiết kế robot tự ñộng làm vệ sinh ống ng (Autonomous Air Duct Cleaning Robot System)S Sản phẩm dự án (ghi rõ thông số kỹ thuật, thu tiêu chất lượng, giá dự kiếnn theo ñăng ký ban đầu, có bảng đánh ánh giá kết qu thử nghiệm sản phẩm vàà so sánh vvới số sản phẩm khác có) i Thiết bị: 01 bộộ robot llàm vệ sinh đường ống bao gồm TRỊN (CLEANING ROBOT) ROBOT VỆ SINH ỐNG VUÔNG + TR Tên Số lượng ng Robot Hộp ñiều khiểnn + Màn hình (Industrial Industrial PC based Control System) System Signal cable / Video cable cuộn Chổi quét ñầuu chuy chuyển cho ống vuông; cho ống tròn (a) Ống tr tròn (b) Ống ng vng Robot vvệ sinh ống (Duct Cleaning Robot) ðặc tính ðặc tính Dẫn động Khoảng cách làm việc Chiều cao ñiều chỉnh Công suất chổi quét ðiều khiển robot Tốc độ robot CCD camera ðèn chiếu sáng Màn hình Kích thước robot Trọng lượng robot Nguồn Mô tả 04 bánh / 06 bánh 30m ~ 350mm 0,2HP (speed control/reverse driving control) Chuyển ñộng tới, lui, quay trái, quay phải Joystick 0-10m/min, điều khiển vơ cấp ðiều khiển khơng dây, ghi tín hiệu PC qua cable nối LED cường ñộ sáng cao LCD Touch Screen – PPC 125T, Advantech 300(W) × 200(H) × 350(L) 12~14Kg Bộ điều khiển: AC 220V / Robot: DC 12V & 24V ROBOT KHẢO SÁT (INSPECTION ROBOT) Tên Robot Hộp ñiều khiển + Màn hình Signal cable / Video cable cuộn Số lượng (a) Hệ thống (b) Robot khảo sát Robot khảo sát (Inspection Robot System) ðặc tính ðặc tính Dẫn ñộng Khoảng làm việc ðiều khiển robot Tốc ñộ CCD camera ðèn chiếu sáng Màn hình Kích thước Trọng lượng Nguồn Mơ tả 04 bánh 15m (có thể tăng hơn) Chuyển ñộng tới, lui, quay trái, quay phải Joystick 0-10m/min, điều khiển vơ cấp ðiều khiển khơng dây, ghi tín hiệu PC qua cable nối LED cường ñộ sáng cao LCD Touch Screen – PPC 125T, Advantech 150(W) × 190(L) × 85(H)mm ~ 2Kg Bộ điều khiển: AC 220V / Robot: DC 12V & 24V ii Sản phẩm DAsẽ đăng ký bảo hộ quyền sở hữu cơng nghiệp iii X ðào tạo cán bộ: 02 Kỹ sư ngành Cơ ñiện tử, 01 Thạc sỹ ngành Cơ ñiện tử Khoa Cơ khí Trường ðại học Bách khoa Nội dung tiến ñộ thực Nội dung 1: Khảo sát thực tế Kích cỡ ống Khảo sát thực tế hệ thống ống giàn khoan ðại Hùng 01, phân loại đường ống theo tiêu chuẩn ngồi tiêu chuẩn Bảng thơng số mẫu số kích thước dành cho ống vng ống trịn tiêu chuẩn theo khảo sát có ngồi giàn khoan Bảng thơng số ống vng Cao(mm) Rộng (mm) 50 60 300 400
400
500 600
800



Hình Hệ thống ống vng Bảng thơng số ống trịn ðường kính (mm) 400 500 600 Hình Hệ thống ống trịn Co nối: có góc 90 , 45 , 300 Hình Co nối góc ống thơng khí giàn khoan Nội dung 2: Thiết kế khí Các phương án lựa chọn
Phương án di chuyển: Robot di chuyển bánh Cả bánh truyền động khơng bánh ñược lái
Phương án quan sát: Robot quan sát camera, camera giao tiếp với hệ thống qua mạng LAN
Phương án chổi, nâng chổi:  Nâng chổi dùng hệ thống vít me đai ốc để chuyển chuyển ñộng quay ñộng thành chuyển ñộng tịnh tiến nâng chổi  Chổi ñược làm từ sợi nhựa PE Chổi quay với vận tốc khoảng 600 vịng / phút, ñược truyền ñộng ñộng cơ, qua hộp giảm tốc trục vít bánh vít Cơng suất chổi 0.2 Hp Robot chùi bụi Hình Robot chùi bụi thiết kế Một số cụm chi tiết Cụm truyền ñộng Vì lý nhỏ gọn, Robot ñược dẫn ñộng ñộng riêng biệt cho bánh xe Việc ñiều khiển bánh xe ñược tiến hành ñồng cho cặp bánh xe trái phải Bánh xe robot ñược dùng ùng lo loại bánh xe đặc dụng cho robot mơ hình, ình, có tính bám tốt t ñộ cứng phù hợp cho việc bám ên thành ống thơng khí (đã kiểm nghiệm) Bảng thông số bánh xe robot Thông số Giá trị ðường kính bánh xe 65 mm Cơng suất động 2,5 W Khoảng cách trục trước vàà sau 192 mm Kích thước bao chiều rộng ng bánh xe 245 mm Robot nhìn lên ên Bánh xe Bố trí truyền động Hình C Cụm bánh xe chùi bụi thiết kế Cụm camera Hình Cụm camera Bộ dẫn hướng chổi Hình Bộ dẫn hướng chổi Cụm chổi quét Hình Cụm chổi quét ống vng Hình Cụm chổi qt ống trịn Hình 10 C Cụm chổi quét ống tròn thực tế So sánh robot thiết kế qua versions Version thứ Version thứ Version thứ Hình 10 Mơ hình 3D robot chùi bụi Version thứ Version thứ Version thứ Hình 11 Mơ hình thực tế robot chùi bụi Bảng thơng số đặc tính robot chùi bụi ðặc tính Mơ tả Dẫn động 04 bánh Khoảng cách làm việc 30m Chiều cao ñiều chỉnh ~ 350mm Công suất chổi quét 0,2HP ðiều kiện ống làm việc Có chuyển đổi chổi cho ống trịn, ống vng riêng biệt ðiều khiển robot Chuyển ñộng tới, lui, quay trái, quay phải Joystick Tốc ñộ robot 0-10m/min, ñiều khiển vô cấp CCD camera ðiều khiển qua giao diện ñiều khiển máy tính, ghi tín hiệu PC qua cable nối ðèn chiếu sáng LED cường ñộ sáng cao, LED hồng ngoại Màn hình LCD Touch Screen – Sử dụng chung hộp ñiều khiển với robot chùi bụi Kích thước robot 201(W) × 307(H) × 333(L) Trọng lượng robot 8~10Kg Nguồn Bộ ñiều khiển: AC 220V / Robot: DC 12V, 24V, 48V Robot khảo sát Hình 12 Mơ hình 3D robot quan sát Hình 13 Mơ hình thực tế robot quan sát Bảng thơng số đặc tính robot chùi bụi ðặc tính Mơ tả Dẫn động 04 bánh Khoảng làm việc 15m (có thể tăng hơn) ðiều khiển robot Chuyển ñộng tới, lui, quay trái, quay phải Joystick Tốc độ 0-10m/min, điều khiển vơ cấp CCD camera ðiều khiển qua giao diện ñiều khiển máy tính, ghi tín hiệu PC qua cable nối, ðèn chiếu sáng LED cường độ sáng cao Màn hình Sử dụng chung hộp điều khiển với robot chùi bụi Kích thước 208(W) × 238(L) × 234 (H)mm Trọng lượng ~ 4Kg Nguồn Bộ ñiều khiển: AC 220V / Robot: DC 12V & 24V Nội dung 3: Mạch ñiện giải thuật ñiều khiển Mạch ñiện Hệ thống ñiện ñiều khiển robot ñược thiết kế theo phương án ñiều khiển, giao tiếp cho phần Theo đó, hệ thống bao gồm phần chính:
Robot body: ðây phần gắn liền với robot ñể ñiều khiển cấu tác ñộng gắn robot Robot body hoạt ñộng dựa hồn tồn vào lệnh điều khiển từ control panel Trong robot body cịn có mạch điều khiển camera (camera gắn thân robot) Mạch ñiện robot body ñược cho vẽ đính kèm
Control panel: ðây phần gắn với bàn ñiều khiển ñể nhận lệnh ñiều khiển từ người ñiều khiển robot truyền Sơ ñồ mạch ñiện ñược cho vẽ ñính kèm
Computer: ñây xử lý trung tâm hệ thống Nhận lệnh ñiều khiển từ người dùng chế độ điều khiển máy tính nhận tín hiệu hình ảnh từ camera thân robot Camera điều khiển từ máy tính thơng qua chuẩn giao tiếp TCP/IP Control panel robot body giao tiếp với qua chuẩn RS485 ðể chuyển chế ñộ ñiều khiển từ control panel hay ñiều khiển máy tính cần thiết phải có chuyển đổi SW Bộ chuyển ñổi phần mạch ñiện cho control panel Giải thuật ñiều khiển Theo sơ đồ phân tích phần trên, giải thuật điều khiển hệ thống robot lau ñường ống ñược phần thành phần riêng biệt: Chương trình điều khiển cho robot, chương trình điều khiển cho control panel chương trình điều khiển máy tính Dưới sơ ñồ phân tích hệ thống lưu ñồ giải thuật phần Sơ đồ phân tích DCD Control Panel Sơ đồ phân tích DCD robot Sơ đồ phân tích DCD chương trình điều khiển máy tính Sơ đồ chuyển đổi trạng thái Control Panel Bộ ñiều khiển Control Panel hoạt ñộng trạng thái nối tiếp Bộ vi xử lý lần lược ñiều khiển thiết bị ngoại vi ñể ñọc vào yêu cầu người ñiều khiển, từ chuyển thành mã lệnh gửi xuống cho robot Hệ thống hoạt động dựa hồn tồn vào lệnh điều khiển người vận hành Sơ ñồ chuyển ñổi trạng thái Robot Robot hoạt động hồn tồn theo điều khiển trạm bên ngồi qua cáp tín hiệu Ở trạng thái bản, robot ñọc cảm biến gắn thân robot để tự kiểm sốt hoạt động mình, tn thủ theo lệnh điều khiển gần chờ lệnh Nội dung 4: Giao diện điều khiển máy tính Với giao diện chương trình cho phép lựa chọn dễ dàng option Robot khảo sát robot chùi bụi, cho phép người sử dụng điều khiển camera quan sát theo góc độ mong muốn phóng to, thu nhỏ hình ảnh tín hiệu từ camera Mơ hình thực tế Robot chùi bụi, Robot khảo sát, box điều khiển, cuộn dây tín hiệu cơng suất XI Tự nhận xét đánh giá kết ñạt ñược kỳ ñến báo cáo so với với hợp ñồng thuyết minh ban ñầu: Về số lượng: Hoàn thành sản phẩm sau Tên sản phẩm Robot chùi bụi đánh ống trịn, ống vng với chuyển đổi đầu chổi cho ống trịn, ống vng Cuộn dây tín hiệu, nguồn cho robot chùi bụi (30m) Robot khảo sát Cuộn dây tín hiệu, nguồn cho robot khảo sát (15m) Box ñiều khiển chung cho robot chùi bụi robot khảo sát Số lượng 01 01 01 01 01 Về chất lượng: Sản phẩm ñạt yêu cầu chất lượng phía Cơng ty TNHH TM&DV Kỹ thuật Song Anh ñặt Các thiết bị dễ dàng vệ sinh, bảo trì bảo quản sau thử nghiệm thực tế khách sạn Duxton Về tiến ñộ & kinh phí sử dụng: ðề tài xin gia hạn 03 lần, trễ hạn so với hợp ñồng 02 năm (dự kiến kết thúc hợp ñồng tháng 12/2010) nhiều nguyên nhân khách quan khác Tháng 08/2012 nhóm nghiên cứu kết hợp với Công Ty TNHH TM&DV Kỹ thuật Song Anh tiến hành thử nghiệm khách sạn Duxton Sài Gịn, kết khả quan nhận nhiều nhận xét đóng góp từ ban kỹ thuật khách sạn Duxton cơng ty Song Anh Kinh phí tốn đề tài: 500 triệu đồng, hồn tất tốn kinh phí Các vấn đề khác: Sau chuyển giao sản phẩm cho Công ty TNHH TM&DV Kỹ thuật Song Anh, nhóm nghiên cứu tiếp tục kết hợp với cơng ty Song Anh để chuyển giao quy trình vận hành, sử dụng bảo dưỡng khai thác, tiến tới sản xuất phục vụ nhu cầu công ty Dần dần hình thành sổ tay sử dụng, bảo trì chế tạo cho sản phẩm XII Tình hình sử dụng kinh phí tính đến ngày báo cáo Kinh phí ngân sách: a Tổng kinh phí ñược duyệt 570 triệu ñồng − Tổng kinh phí ñã cấp: 500 triệu đồng − Kinh phí sử dụng: 500 triệu đồng − Kinh phí chưa sử dụng: 70 triệu đồng ( tốn nghiệm thu kết thúc đề tài ) b Kinh phí tốn từ đầu đến kỳ báo cáo (đạt 100% tổng kinh phí cấp): 500 triệu đồng Kinh phí chi từ nguồnkhác triệu đồng XIII Kết luận kiến nghị: Kết luận Sản phẩm sau trải qua trình thử nghiệm chỉnh sửa ñã ñược Công ty TNHH TM&DV Kỹ thuật Song Anh tiến hành chạy thử nghiệm khách sạn Duxton Sài Gịn cho kết tốt Cơng ty TNHH TM&DV Kỹ thuật Song Anh ñã ñồng ý tiếp nhận sản phẩm mong muốn hợp tác với nhóm nghiên cứu sau kết thúc ñề tài ñể phát triển sản phẩm Kiến nghị: ðề nghị ñược báo cáo nghiệm thu đề tài ðơn vị Chủ trì Cơ quan Quản lý (Họ tên, chữ ký, đóng dấu) (Họ tên, chữ ký, đóng dấu) Chủ nhiệm Dự án Chủ tịch Hội ñồng (Họ tên, chữ ký) (Họ tên, chữ ký) TS Trương Quốc Thanh PHỤ LỤC Hợp ñồng ký kết ñơn vị Chủ trì Sở KH-CN thành phố Biên xét duyệt/giám ñịnh (ñã báo cáo) ðơn gia hạn/phụ lục hợp ñồng Các vẽ thiết kế Các hợp ñồng kinh kế với ñơn vị ứng dụng sản phẩm Các biên bàn giao, nghiệm thu thiết bị với ñơn vị sử dụng Bảng tốn kinh phí