Thiết kế, 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 VÕ ĐĂNG KHOA NGUYỄN VĂN THẠCH THIẾT KẾ CHẾ TẠO ROBOT LẶN PHỤC VỤ CÔNG NGHỆ NUÔI TÔM LỒNG TRÊN BIỂN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH CƠ ĐIỆN TỬ CÁN BỘ HƯỚNG DẪN Th.S VŨ THĂNG LONG NHA TRANG - 2010 - 2 - NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN Họ, tên sinh viên: VÕ ĐĂNG KHOA Lớp: 48CTU Ngành: CƠ ĐIỆN TỬ MSSV:48132152 Tên đề tài tốt nghiệp: "Thiết kế, chế tạo robot lặn phục vụ công nghệ nuôi tôm lồng trên biển” Số trang: 49 Số chương: 5 Số tài liệu tham khảo: 21 Hiện vật: Robot lặn NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………… Kết luận: ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… Nha trang, ngày… tháng….năm 2010 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (ký, ghi rõ họ tên) - 3 - PHIẾU ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP Họ, tên sinh viên: VÕ ĐĂNG KHOA Lớp: 48CTU Ngành: CƠ ĐIỆN TỬ MSSV:48132152 Tên đề tài tốt nghiệp: "Thiết kế, chế tạo robot lặn phục vụ công nghệ nuôi tôm lồng trên biển” Số trang: 49 Số chương: 5 Số tài liệu tham khảo: 21 Hiện vật: Robot lặn. NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………… Điểm phản biện: Nha trang, ngày… tháng….năm 2010 CÁN BỘ PHẢN BIỆN (ký, ghi rõ họ tên) Nha trang, ngày….tháng năm 2010 CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG (ký, ghi rõ họ tên) ĐIỂM PHẢN BIỆN Bằng số Bằng chữ ĐIỂM CHUNG Bằng số Bằng chữ - 4 - MỤC LỤC Trang Trang bìa phụ Lời cam đoan Mục lục Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt Danh mục các bảng Danh mục các hình MỞ ĐẦU 6 Chương 1. GIỚI THIỆU CHUNG 1.1. Khảo sát tình trạng nuôi tôm lồng ở Khánh Hòa 8 1.2. Mục đích và yêu cầu 11 Chương 2. TỔNG HỢP NHỮNG NGHIÊN CỨU ROBOT LẶN 2.1. Robot HROV 15 2.2. Robot l ặn ROV Kiel 6000 16 2.3. Robot lặn trong nhà máy điện hạt nhân 17 2.4. Robot cá của Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật 17 Chương 3. PHƯƠNG PHÁP VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 3.1. Cách tiếp cận, phương pháp nghiên cứu 18 3.2. Nội dung nghiên cứu 25 3.3. Chế tạo phần vỏ 32 3.4. Chế tạo mạch 39 3.5. Lưu đồ giải thuật điều khiển 41 Chương 4. THỰC NGHIỆM - PHÂN TÍCH KẾT QUẢ 44 Chương 5. KẾT LUẬN – ĐỀ XUẤT 47 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC - 5 - DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1. Lồng nuôi thủy sản 11 Hình 1.2: Lồng ươn tôm hùm con 12 Hình 1.3: Lồng nuôi cố định 13 Hình 2.1: Robot HROV 16 Hình 2.2: Robot ROV Kiel 6000 17 Hình 2.3: Robot trong nhà máy điện hạt nhân 18 Hình 2.4: Robot cá 19 Hình 3.1: Sơ đồ tổng quan cấu trúc robot 21 Hình 3.2: Thiết kế sơ bộ về Robot 23 Hình 3.3: Sơ đồ mạch nguồn 28 Hình 3.4: Sơ đồ truyền thông 28 Hình 3.5: Sơ đồ kết nối các chân của khối điều khiển 29 Hình 3.6: Sơ đồ mạch in khối điều khiển 29 Hình 3.7: Sơ đồ nguyên lý của khối công suất fet và rơ le 30 Hình 3.8: Sơ đồ mạch in khối công suất 31 Hình 3.9: Gamepad Playstation 32 Hình 3.10: Giản đồ xung của Game pad 33 Hình 3.11: Khuôn dạng trả về của Gamepad 33 Hình 3.12: Ổ bi, Phốt và Phe 34 Hình 3.13: Bột chai 35 Hình 3.14: Phần thân của Robot 36 Hình 3.15: Các vật liệu thành phần của composite 38 Hình 3.16: Phần đầu bằng composite sau khi chế tạo 39 Hình 3.17: Modul động cơ 40 Hình 3.18: Nối trục động cơ 40 Hình 3.19: Phần đuôi Robot 41 Hình 3.20: Mạch điều khiển 41 Hình 3.21: Mạch công su ất 42 Hình 3.22: Giải thuật đọc Gamepad 43 Hình 3.23: Lưu đồ giải thuật điều khiển robot 45 - 6 - LỜI NÓI ĐẦU Sự phát triển nhanh chóng của xã hội đó chính là sự đòi hỏi và nhu cầu của con người ngày càng nâng cao hơn, nhiều hơn và khắt khe hơn. Thước đo để đánh giá sự phát triển đó chính là sự tiến bộ của khoa học và kĩ thuật. Trong thập niên đầu của thế kỉ mới cùng với sự bùng nổ của thông tin khoa học kĩ thuật cũng phát triển nở rộ. Vớ i nhiều ngành mới với những ứng dụng mới tiên tiến và hoàn hảo hơn ứng dụng thiết thực hơn trong cuộc sống. Sức lao động của con người được giải phóng nhiều hơn nhờ các máy móc thiết bị hiện đại. Một trong những ngành có đóng góp hết sức quan trọng vào sự tiến bộ trên là ngành Cở Điện Tử. Tuy ra đời sau các ngành khác như Cơ Khí, Điệ n Tử … nhưng nó có vị trí thiết yếu không thể thiếu trong sản xuất cũng như trong đời sống hiện nay. Cơ Điện Tử theo tiếng Anh là MECHATRONIC được tổng giám đốc Tesuro Mori của công ty “Seibu Electric and Machinery” định nghĩa năm 1969. Được ghép bởi hai từ MECHANISM và ELECTRONICS và được trích dẫn phát triển bởi Harashima, Tomizuka và Fukada vào năm 1996. Trong đó cơ điện tử được định nghĩa là sự tích hợp của cơ khí, Điện tử và điều khiển máy tính thông minh trong một thiết kế, chế tạo các sản phẩm và quy trình công nghiệp. Hệ thống Cơ Điện Tử là một hệ thống mà phần cơ khí trực tiếp công tác,phần điều khiển được đảm nhiệm bởi phần điện tử kết hợp với sức mạnh của tin học. Xử lí những phép tính toán ph ức tạp nhanh và chính xác. Giảm bớt sự can thiệp tính toán của con người, giúp đơn giản hóa trong việc điều khiển. Tạo ra những sản phẩm hoàn hảo hơn nhiều so với sản phẩm sản xuất chỉ bằng cơ khí. Xuất phát từ thực tế phát triển của ngành Cơ Điện Tử trong nước và thế giới ngành Cơ Điện Tử trường Đại H ọc Nha Trang đang tích cực đóng góp vào sự phát triển chung của ngành. Qua quá trình 4 năm học tập và nghiêng cứu tại trường Đại Học Nha Trang, chúng em đã được thầy, cô truyền đạt những kiến thức cả lí thuyết và thực hành, kĩ năng và tác phong công nghiệp, để chúng em có thể áp dụng vào thực tế và làm quen với công việc của người kĩ sư tương lai thông qua công việc cụ thể. - 7 - Đó là lí do chúng em được nhận đề tài tốt nghiệp có ứng dụng rất thiết thực trong thực tế khảo sát được đó là đề tài: THIẾT KẾ CHẾ TẠO ROBOT LẶN PHỤC VỤ LỒNG NUÔI TÔM. Trong quá trình thực hiện đồ án chúng em được sự chỉ dẫn tận tình của các thầy trong khoa cơ khí, bộ môn cơ điện tử, đặc biệt là thầy giáo Th.s Vũ Thăng Long, trưởng bộ môn cơ điện tử. Tuy vậy trong quá trình thực hiện sẽ có nhiều sai sót do chưa có kinh ngiệm thực tế, chúng em mong được sự nhận xét góp ý của các thầy, cô để hoàn thành đồ án và nhiệm vụ học tập ở trường. Em xin chân thành cảm ơn. - 8 - CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG - 9 - 1.1. Khảo sát tình trạng nuôi tôm lồng ở Khánh Hòa Trên thế giới, tôm hùm phân bố chủ yếu ở các vùng biển nhiệt đới đến bán nhiệt đới như Úc, Đài Loan, Trung Quốc, Nhật Bản, Indonesia,… Ở Việt Nam, tôm hùm phân bố chủ yếu ở các tỉnh miền trung từ Quảng Bình đến Bình Thuận, đặc biệt tập trung ở các tỉnh Khánh Hoà, Ninh Thuận, Bình Thuận. Tuỳ theo giai đoạn phát triển mà tôm hùm phân bố ở những độ sâu khác nhau. Giai đoạn trưởng thành, chúng sống ở độ sâu 20m trở lên, giai đoạn ấu trùng và con non chủ yếu tập trung ở các bãi đá, san hô độ sâu từ 2 - 10m. Tôm hùm thường sống ở các rạn san hô ngầm xa bờ, xen kẽ đá san hô, nơi có nhiều hang hốc, khe rãnh ven biển, độ sâu từ 5 - 35m, độ mặn khoảng 30 - 34 o / oo , nhiệt độ từ 22 – 32 o C và độ trong suốt cao. Chúng có tập tính sống quần tụ chủ yếu ở tầng đáy với chất đáy sạch, không bùn. Tôm hùm gai, Panulirus spp là loài thuỷ sản có giá trị kinh tế cao thuộc họ Palinuridae. Ở Việt Nam, giống Panulirus có 7 loài: tôm hùm bông P. onatus, tôm hùm đá P.homarus, tôm hùm sỏi P.stimpsoni, tôm hùm đỏ P.longipes, tôm hùm ma P.penicilatus, tôm hùm sen P.versicolor, tôm hùm bùn P.polyphagus. Trong đó, tôm hùm bông là loài có kích thước lớn nhất, tăng trưởng nhanh nhất và có giá trị kinh tế cao nhất, là đối tượng được ưu tiên trong nuôi lồng. Tôm hùm lớn lên nhờ quá trình lột xác. Tôm càng nh ỏ, quá trình lột xác càng ngắn và tôm lớn càng nhanh. Tôm hùm có chu kỳ lột xác dài hơn so với các loài giáp xác khác, do đó, tốc độ tăng trưởng của chúng cũng chậm hơn. Tôm hùm là loài ăn tạp, trong tự nhiên thức ăn chủ yếu là cá, tôm, cua ghẹ nhỏ, cầu gai,…ngoài ra, chúng còn ăn các loại rong rêu. Tôm hùm bắt mồi tích cực về đêm và gần sáng. Ở giai đoạn tiền lột xác 2 - 4 ngày, chúng ăn rất khoẻ. Trong giai đoạn lột xác, sức ăn gi ảm xuống rõ rệt. Tôm hùm sinh sản rải rác quanh năm nhưng mùa vụ sinh sản của giống Palinurus chủ yếu từ tháng 4 - 5 và tháng 9 hàng năm. Đến mùa sinh sản, tôm thành thục kết đàn di cư ra các vùng biển sâu 10- 35 m và có độ mặn 30 - 34 o / oo để đẻ. Tôm thụ tinh ngoài, con đực gửi khối túi tinh trên mảnh ức của con cái. Túi tinh được làm rách nhiều giờ trước khi con - 10 - cái đẻ để thụ tinh với trứng ở phần bụng và chân bơi. Tôm giữ trứng ở các đôi chân bụng cho đến khi trứng nở. Ấu trùng Phyllosoma qua 12 lần lột xác và biến thái thành ấu trùng Puerulus. Ấu trùng Puerulus qua 4 lần lột xác thành tôm hùm con. Tôm con sống đáy, thường tập trung ở những vùng rạn trong các kẽ đá hoặc bám chác vào những lỗ nhỏ của đá ghềnh thành từng nhóm vài con hoặc vài trăm con trong 1 vùng rạn hẹ p. Hiện nay, Khánh Hòa có gần 30 ngàn lồng nuôi tôm hùm, tập trung chủ yếu ở các huyện: Ninh Hòa, Vạn Ninh, thị xã Cam Ranh và TP. Nha Trang. Hàng năm, sản lượng thu hoạch tôm hùm lồng đạt hơn 1.000 tấn, thu nhập hàng trăm tỷ đồng. Các lồng được đặt ở vùng vịnh eo biển nơi nước ít bị ảnh hưởng bởi lũ lụt, sóng gió lớn, nhiệt độ nước ổn định, có nguồn nước sạch, không bị ô nhiễ m bởi các chất thải công nghiệp, sinh hoạt, các yếu tố thuỷ lý hoá phù hợp với đặc điểm sống của tôm hùm,thường đặt chỗ nướ có độ sâu khoảng 15m. Độ sâu 3 - 5 m đối với lồng cố định, 6 - 8 m đối với lồng nổi. Hình 1.1: Lồng nuôi thủy sản Lồng ương tôm hùm con là lồng chìm. Kích thước 0,7 x 0,8 x 1m; 1,5 x 1,5 x 1,2m hoặc 2 x 2 x 1,2m. Khung lồng làm bằng sắt có đường kính 2 mm, được hàn lại với nhau. Khung được sơn bằng d ầu hắc để chống rỉ, bên ngoài quấn thêm 1 lớp bao [...]... 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 3.2 Nội dung 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 3.2.1 Thiết kế phần cơ khí (vỏ tàu và thiết. .. 1.2: Lồng ươn 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 chìm... dụng để hút các mẩu thủy tinh vỡ và cặn lắng Robot này có giá thành chỉ bằng 1/8 robot nhập ngoại và có khả năng mang vác nặng Tổng trọng lượng của các vật thể mà robot có thể thu nhặt tối đa là 1kg Việc chế tạo thành công robot này đặt nền tảng vững chắc cho việc chế tạo các robot dưới nước khác ở Trung Quốc 2.4 Robot cá của Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Robot cá đầu tiên ở Việt Nam đã được nghiệm... 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 khiển Sau khi tính toán xong, phiên bản đầu tiên robot sẽ được chế. .. giống thả nuôi Phía trên có nắp đậy bằng lưới để cho ăn và kiểm tra tôm, tránh thất thoát tôm do bắt trộm Phía dưới đáy lồng có lót thêm một tấm bạt ở phân nửa đáy là nơi cho ăn và tôm lên nghỉ sau khi ăn Nửa đáy bên kia để trống để dọn phân và thức ăn thừa của tôm Đáy lồng nên cách đáy biển 1 - 2m Thường làm lồng cao hơn mực nước cao nhất khoảng 1m Bên cạnh việc dựng lồng (rọ) thì mỗi hộ nuôi phải... 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 cơ khí và điều... cước, kích thước mắt lưới 3 - 4cm Lồng cố định (bè nuôi) loại lồng này được ráp ngay tại bãi nuôi Ưu điểm là người nuôi có thể ở tại chỗ để chăm sóc, quản lý, số lượng tôm nuôi cũng nhiều hơn so với lồng chìm Tuy nhiên, lồng này bị ảnh hưởng nhiều của sóng gió, khi gặp điều kiện thời tiết bất lợi không thể di chuyển đi nơi khác, chi phí làm lồng cao hơn - 12 Kích thước lồng có thể là 4 x 4 x 5m; 3 x... hai người đứng trên thuyền dùng sức lắc mạnh và đóng xuống Hình 1.3: Lồng nuôi cố định đáy sâu ít nhất 1 - 1,5m Đóng xong 4 cọc chính, chuyển sang đóng các thanh đà ngang và nẹp để cố định lồng Sau khi tạo khung lồng xong, người ta cho lồng lưới xuống và cột các góc lồng vào các trụ để cố định lồng Nên cột lưới lồng cách xa các cột để tránh sóng gió xô đẩy, lưới cạ vào cọc sẽ mau hư, rách Lồng thường... quyết kịp thời Ðịnh kỳ 10 - 15 ngày vệ sinh lồng nuôi một lần đảm bảo môi trường sạch sẽ thông thoáng - 13 Trong khi, các lồng được đặt khá sâu nên người nuôi sẽ rất khó khăn trong việc phải thường xuyên kiểm tra, và có thể gặp nguy hiểm Vì những nguyên nhân ấy mà chúng em đã quyết định nghiên cứu thiết kế robot lặn để phục cho công việc theo dõi, chăm sóc tôm, cũng như giảm nguy hiểm cho người chăm... điểm của lồng, bè nuôi tôm như vậy, có những yêu cầu đặt ra cho robot như sau: - Robot phải có kích thước 40 x 40cm trở lại, không được vượt quá nếu không sẽ không xuống được lồng - Nó phải chịu được áp lực nước ở độ sâu thả lồng (tối thiểu là 10m nước) - Nó không được phép có những góc cạnh sắc nhọn nhô ra để không mắc vào lưới của lồng - Robot phải mang được camera và ống mềm để quan sát tôm, thức . đề tài tốt nghiệp: " ;Thiết kế, chế tạo robot lặn phục vụ công nghệ nuôi tôm lồng trên biển Số trang: 49 Số chương: 5 Số tài liệu tham khảo: 21 Hiện vật: Robot lặn NHẬN XÉT CỦA CÁN. đề tài tốt nghiệp: " ;Thiết kế, chế tạo robot lặn phục vụ công nghệ nuôi tôm lồng trên biển Số trang: 49 Số chương: 5 Số tài liệu tham khảo: 21 Hiện vật: Robot lặn. NHẬN XÉT CỦA CÁN. DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA CƠ KHÍ VÕ ĐĂNG KHOA NGUYỄN VĂN THẠCH THIẾT KẾ CHẾ TẠO ROBOT LẶN PHỤC VỤ CÔNG NGHỆ NUÔI TÔM LỒNG TRÊN BIỂN