NGHIÊN cứu THIẾT kế và CHẾ tạo ROBOT lặn PHỤC vụ CÔNG NGHỆ NUÔI tôm LỒNG TRÊN BIỂN

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA CƠ KHÍ    VŨ VĂN LIÊM PHẠM VĂN TRƯỜNG ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC CHUYÊN NGÀNH CÔNG NGHỆ CƠ ĐIỆN TỬ NHA TRANG 06/2011 2 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA CƠ KHÍ    Nha trang, 06/2011 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN Th. S VŨ THĂNG LONG ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NỘI DUNG: NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO ROBOT LẶN PHỤC VỤ CÔNG NGHỆ NUÔI TÔM LỒNG TRÊN BIỂN VŨ VĂN LIÊM PHẠM VĂN TRƯỜNG 3 NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN Họ và tên sinh viên: VŨ VĂN LIÊM PHẠM VĂN TRƯỜNG Lớp : 49CTU Chuyên ngành : Công nghệ cơ điện tử Đề tài: Thiết kế chế tạo robot lặn phục vụ công nghệ nuôi tôm lồng trên biển. Số trang Số chương :04 Hiện vật: 01 quyển báo cáo, 01 robot lặn, 01 bộ điều khiển. NHẬN XÉT Kết luận Nha Trang, ngày tháng năm 2011 Cán bộ hướng dẫn ( ký và ghi rõ họ tên ) 4 PHIẾU ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG ĐỀ TÀI Họ và tên sinh : VŨ VĂN LIÊM PHẠM VĂN TRƯỜNG Lớp : 49CTU Chuyên ngành : Công nghệ cơ điện tử Đề tài: Thiết kế chế tạo robot lặn phục vụ công nghệ nuôi tôm lồng trên biển. Số trang Số chương :04 Hiện vật: 01 quyển báo cáo, 01 robot lặn, 01 bộ điều khiển. NHẬN XÉTCỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN Kết luận Nha Trang, ngày tháng năm 2011 CÁN BỘ PHẢN BIỆN ( Ký ghi rõ họ tên ) _________________________________________________________________ Nha Trang, ngày tháng năm 2011 CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG ( Ký ghi rõ họ tên ) Điểm phản biện Bằng số Bằng chữ Điểm chung Bằng số Bằng chữ 5 LỜI CẢM ƠN Cơ Điện Tử là một nghành học mới ở nước ta, nhưng nó ngày càng khẳng định được vai trò trong giai đoạn công nghiệp hóa hiện đại hóa ngày nay và sự phát triển của đất nước trong tương lai. Đây là nghành có sự hội tụ và đúc kết của ba chuyên nghành là cơ khí, tin học và điện tử mà sản phẩm cuối cùng của nó là một hệ thống tự động hóa góp phần giải phóng sức lao động của con người. Đối với sinh viên Cơ Điện Tử để làm quen được với các hệ thống máy móc, công nghệ bên ngoài thì quá trình học lý thuyết đi kèm với thực tế là hết sức cần thiết. Đề tài tốt nghiệp với nội dung “ Nghiên cứu thiết kế và chế tạo robot lặn phục vụ công nghệ nuôi tôm lồng trên biển”, đã cho chúng em những kiến thức, kinh nghiệm vô cùng bổ ích qua quá trình vận dụng kiến thức được học tập từ nhà trường vào thực tiễn. Sau một thời gian tập trung nghiên cứu thiết kế, chế tạo, được sự hướng dẫn tận tình của Thầy Vũ Thăng Long, và các Thầy trong bộ môn Cơ Điện Tử -Khoa Cơ Khí chúng em đã hoàn thành đề tài trong thời gian đặt ra. Chúng em xin chân thành cảm ơn quí thầy đã giúp đỡ, tạo điều kiện cho chúng em hoàn thành đề tài tốt nghiệp này. Vì kiến thức còn hạn chế nên trong đề tài còn một số nhược điểm, kính mong quý Thầy tận tình giúp đỡ, bổ sung để đề tài chúng em được hoàn thiện hơn và bước đầu có những ứng dụng vào hoạt động thực tiễn. Nha Trang: 06/2011 Sinh Viên: VŨ VĂN LIÊM PHẠM VĂN TRƯỜNG 6 MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN 5 MỤC LỤC 6 DANH MỤC HÌNH 8 Chương 1 11 MỞ ĐẦU 11 1.1. Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài 12 1.2. Tính cấp thiết 13 1.3. Mục tiêu 14 1.4. Cách tiếp cận 15 1.5. Phương pháp nghiên cứu 16 1.6. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 17 Chương 2 18 NỘI DUNG VÀ 18 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 18 2.1. Khảo sát công nghệ nuôi tôm lồng 19 2.2. Yêu cầu kỹ thuật Robot lặn 22 2.3. Động lực học Robot lặn 23 2.3.1. Phương án 1 23 2.3.2. Phương án 2 24 2.3.3. Phương án 3 25 2.3.4. Phương án 4: 26 2.3.5. Lựa chọn phương án 27 2.3.6. Tính toán nguồn động lực 27 2.3.7. Lựa chọn động cơ 31 2.3.8. Chế tạo module kín nước cho động cơ 31 2.4. Thân Robot 40 2.4.1. Kết cấu thân 40 2.4.2. Tính toán bền 41 2.4.3. Tính toán lực đẩy acsimet: 43 2.4.4. Chế tạo phần đầu Robot 45 2.4.5. Chế tạo phần khung 50 2.5. Mạch Điều Khiển Robot 53 2.5.1. Kiến trúc Vi Điều Khiển 53 2.5.2. Giới thiệu về họ vi điều khiển Atmega32L 54 2.5.3. Khối nguồn 55 2.5.4. Khối điều khiển 57 2.5.5. Mạch nạp 59 2.5.6. Khối LCD hiển thị 60 2.5.7. Khối công suất 61 2.5.8. Khối cảm biến 63 2.5.9. Giao tiếp máy tính 64 2.5.10. GamePad 65 2.5.11. Qui trình chế tạo mạch điều khiển 67 2.6. Giải Thuật Đo Lường Và Điều Khiển 76 2.6.1. Giải thuật đọc Gamepad 76 2.6.2. Giải thuật điều khiển chuyển động của robot và truyền nhận dữ liệu 77 2.6.3. Điều khiển cân bằng và ổn định độ sâu 80 7 Chương 3 81 THỬ NGHIỆM 81 - HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG 81 3.1. Thông số kỹ thuật robot 82 3.2. Thử nghiệm 82 3.2.1. Kiểm tra robot trước khi sử dụng 82 3.2.2. Thử nghiệm tính năng động lực học của robot trên bờ 84 3.2.3. Kiểm tra tính năng động lực học của robot khi hoạt động dưới nước 84 3.2.4. Giao diện hiển thị 89 3.3. Nhận xét kết quả thử nghiệm 89 3.4. Giải pháp tăng khả năng hoạt động cho robot 90 Chương 4 91 KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ 91 4.1. Kết Quả Đạt Được 92 4.2. Kiến Nghị 92 TÀI LIỆU THAM KHẢO 93 PHỤ LỤC 94 8 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: Robot HROV 12 Hình 1.2: Robot ROV Kiel 6000 12 Hình 1.3: Robot trong nhà máy điện hạt nhân 13 Hình 1.4: Robot cá 13 Hình 1.5: Sơ đồ kết cấu robot 15 Hình 2.1: Lồng nuôi thủy sản 20 Hình 2.2: Lồng ương tôm hùm con 21 Hình 2.3: Lồng nuôi cố định 22 Hình 2.4: Sơ đồ nguyên lý phương án 1 23 Hình 2.5: Sơ đồ nguyên lý phương án 2 24 Hình 2.6: Sơ đồ nguyên lý phương án 3 25 Hình 2.7: Sơ đồ nguyên lý phương án 4 26 Hình 2.8: Góc tống 28 Hình 2.9: Các loại lực tác dụng phụ thuộc vào phương di chuyển 28 Hình 2.10: Đồ thị hệ số thủy lực 29 Hình 2.11: Hình dáng bên ngoài mô đun động cơ 32 Hình 2.12: Mặt cắt mô đun động cơ 33 Hình 2.13: Mô đun động cơ khi được làm kín nước 33 Hình 2.14: Trục, ổ bi, phe và phốt 34 Hình 2.15: Bản vẽ chế tạo trục gắn chân vịt 34 Hình 2.16: Trục sau khi chế tạo 35 Hình 2.17: Các chi tiết bên trong sau khi lắp ráp 35 Hình 2.18: Mô đun trục chân vịt sau khi hoàn thiện 35 Hình 2.19: Bản vẽ thiết kế ống nối trục 36 Hình 2.20: Sau khi chế tạo thành công 36 Hình 2.21: Sau khi nối với động cơ và khớp mềm 37 Hình 2.22: Phần thân được tiện ren ngoài 37 Hình 2.23: Bản vẽ thiết kế nắp đậy mô đun động cơ 38 Hình 2.24: Nắp đậy sau khi hoàn thiện 38 Hình 2.25: Thân bao và nắp đậy được ăn khớp với nhau 39 Hình 2.26: Chân vịt 39 Hình 2.27: Sau khi bọc ống mềm vào dây điện 40 Hình 2.28: Kết cấu khung robot 40 Hình 2.29: Ghép nối phần thân và đầu thông qua mặt bích 41 Hình 2.30: Sơ đồ mặt cắt thân robot 44 Hình 2.31: Khối xốp được cắt thành khuôn 46 Hình 2.32: Sau khi bọc 46 9 Hình 2.33: Các vật liệu thành phần của composite 47 Hình 2.34: Pha chất xúc tác vào nước nhựa 48 Hình 2.35: Dung dịch nền 48 Hình 2.36: Phủ lớp sợi thủy tinh lên trên 49 Hình 2.37: Sản phẩm hoàn thiện 49 Hình 2.38: Kích thước đệm cao su 50 Hình 2.39: Các thanh Inox hộp 51 Hình 2.40: Khung robot 51 Hình 2.41: Kết nối motor với khung robot thông qua ngàm nối 52 Hình 2.42: Ngàm giữ ống hút 52 Hình 2.43: Khi dùng ống hút 53 Hình 2.44: Khi không dùng ống hút 53 Hình 2.45: Sơ đồ chân ATEMEGA32L 54 Hình 2.46: Cách nối chân V RF 55 Hình 2.47: Sơ đồ nguyên lý khối nguồn 55 Hình 2.48: Sơ đồ mạch in nguồn cho VDK 56 Hình 2.49: Sơ đồ nguyên lý khối VDK 57 Hình 2.50: Sơ đồ mạch in khối VDK 59 Hình 2.51: Mạch nạp Kanda system STK200/+300 59 Hình 2.52: Khối LCD hiển thị 60 Hình 2.53: Sơ đồ nguyên lý khối công suất 61 Hình 2.54: Sơ đồ mạch in khối công suất 62 Hình 2.55: Sơ đồ nguyên lý khối cảm biến 63 Hình 2.56: Cảm biến áp suất 64 Hình 2.57: Cảm biến nhiệt độ 64 Hình 2.58: Sơ đồ nguyên lý khối truyền thông 64 Hình 2.59: Sơ đồ mạch in khối truyền thông 65 Hình 2.60: Gamepad 65 Hình 2.61: Sơ đồ chân Gamepad 66 Hình 2.62: Sơ đồ truyền dữ liệu 67 Hình 2.63: Màn hình làm việc của ORCAD CAPTURE 67 Hình 2.64: Tạo một project mới 68 Hình 2.65: Định khổ giấy cho bản vẽ 69 Hình 2.66: Thêm thư viện 69 Hình 2.67: Lấy linh kiện ra cho bản vẽ 70 Hình 2.68: Linh kiện sau khi đã được lấy ra 71 Hình 2.69: Thay đổi tên linh kiện 72 Hình 2.70: Thao tác với BUS 72 10 Hình 2.71: Đặt tên cho các đường dây trong 73 Hình 2.72: Sơ đồ mạch in 74 Hình 2.73: Sau khi gỡ bỏ lớp giấy in 74 Hình 2.74: Mạch in sau khi rửa 75 Hình 2.75: Giải thuật đọc Gamepad 76 Hình 2.76: Giải thuật cho Master 77 Hình 2.77: Giải thuật cho Slave 78 Hình 2.78: Giải thuật truyền dữ liệu 79 Hình 2.79: Giải thuật nhận dữ liệu 79 Hình 2.80: Giải thuật khiển ổn định độ sâu cho robot 80 Hình 3.1: Kiểm tra điện áp nguồn cấp 82 Hình 3.2: Công tắc số 1 83 Hình 3.3: Công tắc số 2 83 Hình 3.4: Thiết bị điều khiển 83 Hình 3.5: Robot chìm khi trọng lượng robot quá nặng 85 Hình 3.6: Robot lơ lửng trên mặt nước (vị trí đạt yêu cầu) 86 Hình 3.7: Tác động lực làm nghiêng robot 86 Hình 3.8: Robot tự cân bằng khi không còn lực tác động 87 Hình 3.9: Chuyển động tiến của robot 87 Hình 3.10: Robot bắt đầu lặn xuống 88 Hình 3.11: Giao diện hiển thị 89 [...]... thành công, robot sẽ được đưa đến các lồng nuôi trên biển để thử nghiệm các chức năng cần thiết của công việc nuôi tôm lồng Số liệu thực nghiệm sẽ được ghi chép cụ thể để làm cơ sở đánh giá kết quả nghiên cứu 1.6 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Robot lặn có khả năng mang camera quan sát và ống mềm hút chất thải trong quá trình nuôi phù hợp với công nghệ nuôi tôm lồng trên biển 17 Chương 2 NỘI DUNG VÀ KẾT... trên biển 17 Chương 2 NỘI DUNG VÀ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 18 2.1 Khảo sát công nghệ nuôi tôm lồng Do robot thiết kế và chế tạo được sử dụng để phục vụ công việc quan sát và chăm sóc tôm hàng ngày nên robot thiết kế cần có các tính năng phù hợp với yêu cầu của người sử dụng Để thỏa mãn yêu cầu này thì cần có sự khảo sát quá trình chăm sóc và công nghệ nuôi tôm lồng trên biển hiện nay ở Việt Nam Qua việc khảo... cấp thiết góp phần làm giảm cường độ lao động nặng nhọc và nguy hiểm cho người nuôi Ngoài ra robot lặn có thể giúp chuyên gia trong các lĩnh vực khác như thăm dò và khảo sát dưới mặt nước mà không cần trực tiếp lặn xuống 1.3 Mục tiêu Thiết kế và chế tạo thành công robot lặn phục vụ công nghệ nuôi tôm trong lồng trên biển, có khả năng mang camera quan sát và ống mềm hút chất thải, giúp ngư dân trên. .. Với những lồng nuôi chìm dưới mặt nước, con người phải thường xuyên lặn xuống để quan sát và thực hiện các thao tác kỹ thuật nuôi rất nguy hiểm Việc nghiên cứu và chế tạo robot lặn giúp các chuyên gia có thể quan sát trực tiếp tình hình lồng nuôi tôm và thực hiện các thao tác kỹ thuật nuôi (thu gom chất thải,…) mà không cần trực tiếp lặn xuống, để từ đó có kết luận chính xác và an toàn đã và đang là... 2.2: Lồng ương tôm hùm con Mặt trên lồng có cửa (nắp) để kiểm tra và làm vệ sinh lồng Dùng 1 ống nhựa có đưòng kính 10 - 12mm buộc giữa lồng để đưa thức ăn vào lồng, ống được đặt dài đến sát đáy lồng, đầu còn lại nổi trên mặt nước để có thể cho ăn từ trên thuyền Lắp lồng cách đáy biển sao cho khi thuỷ triều cạn nhất lồng cũng không ảnh hưởng bởi lớp bùn đáy Lồng nuôi tôm thương phẩm thường là lồng. .. hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài Thám hiểm, dò tìm… trong điều kiện khắc nghiệt là công việc hết sức khó khăn và nguy hiểm đối với con người Robot ra đời giúp chúng ta có thể đi đến lấy mẫu những nơi mà con người khó có thể đến được Một số nước trên thế giới đã và đang tạo ra những con robot lặn phục vụ việc nghiên cứu trong các điều kiện khắc nghiệt đó Có những con đang trong giai đoạn nghiên cứu. .. thể: - Dựa vào kết quả khảo sát tình hình nuôi tôm lồng sẽ xác định được các tính năng động lực học robot lặn của robot - Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến sự chuyển động của robot dưới nước, các yếu tố bao gồm lực cản chuyển động, độ sâu, vận tốc, gia tốc, tính ổn định…để từ đó xác định hình dáng robot và vị trí đặt nguồn động lực thích hợp - Xây dựng phương án và tiến hành thiết kế chế tạo hệ thống... thống cơ khí và điều khiển: Nhằm lựa chọn được kết cấu tốt nhất, phù hợp công nghệ nuôi lồng, một số phương án thiết kế sẽ được xây dựng Mỗi phương án sẽ được phân tích kỹ lưỡng để chọn phương án thích hợp Sau khi lựa chọn phương án thiết kế, nhóm tác giả sẽ tiến hành thiết kế kỹ thuật, công việc này bao gồm tính chọn động cơ, tính toán các thông số hình học, lựa chọn loại cảm biến và thiết kế mạch điều... thải, giúp ngư dân trên bờ quan sát hình ảnh tôm trong lồng nuôi, đồng thời robot có thể đưa ống mềm hút chất thải đến các vị trí cần thiết để hút thức ăn thừa và các chất cặn bã lên bờ 14 1.4 Cách tiếp cận Nhằm thực hiện chức năng trợ giúp nuôi lồng thủy sản, robot được thiết kế có sơ đồ cấu tạo và mối tương quan các bộ phận như sau: Hình 1.5: Sơ đồ kết cấu robot 1 DISPLAY: Bộ hiển thị dữ liệu, dữ liệu... động khảo sát và thu thập dữ liệu trên một khu vực rộng lớn dưới đáy biển để chuyển về cho các nhà khoa học nghiên cứu và phân tích Tuy nhiên robot HROV có kích thước lớn và chủ yếu dùng để tìm hiểu các vụ động đất và phun của núi lửa dưới lòng đại dương - Robot lặn ROV Kiel 6000: Được phát minh bởi các nhà nghiên cứu biển Đức, có thể xuống đến độ sâu 6.000m để chụp ảnh và lấy mẫu vật ROV Kiel 6000” có . DUNG VÀ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 19 2.1. Khảo sát công nghệ nuôi tôm lồng Do robot thiết kế và chế tạo được sử dụng để phục vụ công việc quan sát và chăm sóc tôm hàng ngày nên robot thiết kế. Chuyên ngành : Công nghệ cơ điện tử Đề tài: Thiết kế chế tạo robot lặn phục vụ công nghệ nuôi tôm lồng trên biển. Số trang Số chương :04 Hiện vật: 01 quyển báo cáo, 01 robot lặn, 01 bộ điều. Chuyên ngành : Công nghệ cơ điện tử Đề tài: Thiết kế chế tạo robot lặn phục vụ công nghệ nuôi tôm lồng trên biển. Số trang Số chương :04 Hiện vật: 01 quyển báo cáo, 01 robot lặn, 01 bộ điều