thiết kế chế tạo robot làm vệ sinh ống thông khí

BÁO CÁO NGHIỆM THU DỰ ÁN TÊN DỰ ÁN: 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 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 và Công nghệ TP. HCM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, 09/2012 A. THÔNG TIN CHUNG VỀ DỰ ÁN 1 I. Tên dự án Thiết kế chế tạo robot làm vệ sinh ống thông khí II. Thời gian thực hiện: 12tháng (Từ tháng 12/2009 ñến tháng 12/2010) III. Cấp quản lý: Thành phố Cơ sở IV. Thuộc Chương trình (ghi rõ tên chương trình) - Chương trình 04/Robot V. Tổng vốn thực hiện dự án: 570 triệu ñồng, trong ñó: Nguồn Kinh phí (triệu ñồng) - Từ Ngân sách sự nghiệp khoa học: 570 - ðơn vị chủ trì (tự có, huy ñộng, khác…): VI. Chủ nhiệm dự án Họ và 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 ñơn vị ñang công tác: Trường ðH Bách Khoa Tp.HCM ðịa chỉ ñơn vị: 268 Lý Thường Kiệt, Q.10 ðịa chỉ 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 và tên: TS. Nguyễn Duy Anh Năm sinh: 1980 Nam/Nữ: Nam Học hàm: Học vị: Tiến sĩ Chức danh khoa học: 1 Thuyết minh ñược trình bày và in ra trên khổ giấy A4. Dưới ñây dự án sản xuất thử nghiệm ñược gọi tắt là dự án Chức vụ: CBGD Bộ môn Cơ ñiện tử, Khoa Cơ khí ðiện thoại: ðơn vị: 38652442 Nhà riêng: Mobile: 0938083479 Fax: 38653823 E-mail: duyanhnguyen@hcmut.edu.vn Tên ñơn vị ñang công tác: Trường ðH Bách Khoa Tp.HCM ðịa chỉ ñơn vị: 268 Lý Thường Kiệt, Q.10 ðịa chỉ nhà riêng: 160/1/4 Phan Huy Ích, F12, Quận Gò vấp, Tp HCM VII. ðơn vị chủ trì thực hiện dự án Tên ñơn vị chủ trì dự án: Trường ðại học Bách Khoa Tp.HCM Họ và tên thủ trưởng ñơn 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 cơ quan quản lý dự án: Sở Khoa học và Công nghệ TP. HCM VIII. Các thành viên tham gia thực hiện dự án: Họ và tên ðơn vị công tác Nội dung công việc tham gia Thời gian làm việc cho dự án (Số tháng quy ñổi 2 ) 1. TS. Trương Quốc Thanh ðHBK Chủ nhiệm dự án 8 2. PGS.TS Nguyễn Tấn Tiến ðHBK Cố vấn kỹ thuật 8 3. TS. Nguyễn Duy Anh ðHBK Thư ký dự án 8 4. Khương Hữu Tâm ðHBK Thiết kế và chế tạo thử nghiệm hệ thống robot (phần cơ khí cho robot khảo sát) 6 5. Nguyễn Trung Nghiệp ðHBK Thiết kế chế tạo các thiết bị hỗ trợ thí nghiệm và bố trí thí nghiệm 6 6. Lê Quốc ðạt ðHBK Xử lý tín hiệu giao tiếp camera phục vụ giám sát 6 2 Một (01) tháng quy ñổi là tháng gồm 22 ngày làm việc x 8 tiếng 7. Nguyễn Thuần Hòa ðHBK Thiết kế và chế tạo thử nghiệm hệ thống ñiều khiển robot khảo sát 6 8. Võ Xuân Quốc ðHBK Test và hiệu chỉnh toàn bộ hệ thống robot tại Phòng thí nghiệm 12 IX. Tóm tắt Các nội dung theo ñăng ký ban ñầu của dự án: 1) Các nội dung ñăng ký ban ñầu theo Thuyết minh và hợp ñồng 1.1 Mô tả công nghệ, sơ ñồ hoặc quy trình công nghệ (là xuất xứ của Dự án) ñể triển khai trong Dự án Quy trình công nghệ trong dự án dựa trên quy trình công nghệ làm vệ sinh ñường ống ñang triển khai tại các nước trên thế giới (http://www.biovacsystem.com/principes.html) với chú ý khảo sát thực trạng tại Việt nam. 1.2 Phân tích những vấn ñề mà Dự án cần giải quyết về công nghệ + Công nghệ sản xuất robot ở Việt nam ñang ở bước sơ khai. Bài toán này chủ yếu triển khai thiết kế, sản xuất một prototype hệ thống robot làm vệ sinh ñường ống theo công nghệ làm vệ sinh ñã có ở nước ngoài bằng trang thiết bị, vật tư và trình ñộ kỹ thuật trong nước. + Vấn ñề công nghệ lớn nhất cần giải quyết là khả năng áp dụng vào thực tế sản xuất trong nước, doanh nghiệp chấp nhận sản phẩn nghiên cứu của Dự án. + Ở bước ñầu dự án nhằm sản xuất một prototype ñể khẳng ñịnh khả năng thâm nhập thị trường sản xuất nội ñịa và sau ñó tham gia thị trường sản xuất nói chung. 1.3 Liệt kê và mô tả nội dung, các bước công việc cần thực hiện ñể giải quyết những vấn ñề ñặt ra, kể cả ñào tạo bồi dưỡng ñội ngũ cán bộ, công nhân kỹ thuật ñáp ứng cho việc thực hiện Dự án sản xuất thử nghiệm Bước 1: Kh ảo sát thực nghiệ + Khảo sát thực trạng ñư ờng ñộ bám vào thành ống + Thiết kế ph ương án và th ñề xuất + Từ kết quả khảo sát và th ự Bước 2: Thi ết kế chế tạo thử nghi + Chế tạo một hệ thống + Thực nghiệm lại và hi ệu ch + Bàn giao sản phẩm và th ự Bước 3: Sau khi k ết thúc dự án + Nghiên c ứu khả năng chuy phẩm ra thị trường 2) Nghiên c ứu khả năng thi Cleaning Robot System) S lư ợng, giá dự kiến theo sản phẩm v à so sánh v i. Thi ết bị: 01 bộ robot l ROBOT V Ệ SINH ỐNG VUÔNG + TR Tên Robot Hộp ñiều khiể n + Màn hình Signal cable / Video cable Chổi quét và ñầ u chuy (a) Ống tr Robot v c nghiệm (6 tháng) ờng ống: kích th ước ống, ñộ bẩn và thành ph ần bẩ ng án và th ực nghiệm ñánh giá khả năng làm sạch ñư ờng ố ực nghiệm, thiết kế lại hệ thống robot cho ph ù h o thử nghiệm prototype (6 tháng) ệu chỉnh lần cuối ực hiện các công việc kết thúc dự án ự án ng chuyển giao kỹ thuật hoặ c thành l ập doanh nghiệm s ng thiết kế robot tự ñộng l àm v ệ sinh ống (Autonomous Air Duct S ản phẩm dự án (ghi rõ các thông s ố kỹ thu n theo ñăng ký ban ñ ầu, có bảng ñánh giá kết qu à so sánh v ới một số sản phẩm khác ñã có). ộ robot l àm vệ sinh ñường ống bao gồm ỐNG VUÔNG + TR ÒN (CLEANING ROBOT) Tên Số lượ ng 1 bộ n + Màn hình 1 bộ ( Industrial PC based Control System Signal cable / Video cable 1 cuộn u chuy ển 1 bộ cho ống vuông; 1 bộ cho Ống tr òn (b) Ống vuông Robot v ệ sinh ống (Duct Cleaning Robot) ần bẩn trong ñ ường ống, ờng ống với ph ương án ù h ợp với thực tế p doanh nghiệm sản xuất ñ ưa sản ng (Autonomous Air Duct thuật, chỉ ti êu chất ánh giá kết quả thử nghiệm ng Industrial PC based Control System ) cho ống tròn ng vuông ðặc tính ROBOT KHẢO SÁT (INSPECTION ROBOT) Tên Số lượng Robot 1 bộ Hộp ñiều khiển + Màn hình 1 bộ Signal cable / Video cable 1 cuộn (a) Hệ thống (b) Robot khảo sát Robot khảo sát (Inspection Robot System) ðặc tính ðặc tính Mô tả Dẫn ñộng 04 bánh / 06 bánh Khoảng cách làm việc 30m Chiều cao ñiều chỉnh ~ 350mm Công suất chổi quét 0,2HP (speed control/reverse driving control) ðiều khiển robot Chuyển ñộng tới, lui, quay trái, quay phải bằng Joystick Tốc ñộ robot 0-10m/min, ñiều khiển vô cấp CCD camera ðiều khiển không dây, ghi tín hiệu về PC qua cable nối ðèn chiếu sáng LED cường ñộ sáng cao Màn hình LCD Touch Screen – PPC 125T, Advantech Kích thước robot 300(W) × 200(H) × 350(L) Trọng lượng robot 12~14Kg Nguồn Bộ ñiều khiển: AC 220V / Robot: DC 12V & 24V ðặc tính Mô tả Dẫn ñộng 04 bánh Khoảng làm việc 15m (có thể tăng hơn) ðiều khiển robot Chuyển ñộng tới, lui, quay trái, quay phải bằng Joystick Tốc ñộ 0-10m/min, ñiều khiển vô cấp CCD camera ðiều khiển không dây, ghi tín hiệu về PC qua cable nối ðèn chiếu sáng LED cường ñộ sáng cao Màn hình LCD Touch Screen – PPC 125T, Advantech Kích thước 150(W) × 190(L) × 85(H)mm Trọng lượng ~ 2Kg Nguồn Bộ ñiều khiển: AC 220V / Robot: DC 12V & 24V ii. Sản phẩm DAsẽ ñăng ký bảo hộ quyền sở hữu công nghiệp iii. ðào tạo cán bộ: 02 Kỹ sư ngành Cơ ñiện tử, 01 Thạc sỹ ngành Cơ ñiện tử tại Khoa Cơ khí Trường ðại học Bách khoa X. Nội dung và tiến ñộ thực hiện Nội dung 1: Khảo sát thực tế Kích cỡ ống Khảo sát thực tế hệ thống ống trên giàn khoan ðại Hùng 01, phân loại ñường ống theo tiêu chuẩn và ngoài tiêu chuẩn. Bảng thông số mẫu một số kích thước dành cho ống vuông và ống tròn tiêu chuẩn theo khảo sát có ngoài giàn khoan. Bảng thông số ống vuông Rộng (mm) Cao(mm) 50 60 300 400 400  500  600   800    Hình 1. Hệ thống ống vuông Bảng thông số ống tròn ðường kính (mm) 400 500 600 Hình 2. Hệ thống ống tròn Co nối: có các góc 90 0 , 45 0 , 30 0 Hình 3. Co nối góc các ống thông khí trên giàn khoan Nội dung 2: Thiết kế cơ khí Các phương án ñược lựa chọn  Phương án di chuyển: Robot di chuyển trên 4 bánh. Cả 4 bánh ñều ñược truyền ñộng và không bánh nào ñược lái  Phương án quan sát: Robot quan sát bằng camera, camera này giao tiếp với hệ thống qua mạng LAN  Phương án chổi, nâng chổi:  Nâng chổi dùng hệ thống vít me ñai ốc ñể chuyển chuyển ñộng quay của ñộng cơ thành chuyển ñộng tịnh tiến nâng chổi.  Chổi ñược làm từ sợi nhựa PE. Chổi ñược quay với vận tốc khoảng 600 vòng / phút, ñược truyền ñộng bởi ñộng cơ, qua hộp giảm tốc trục vít bánh vít. Công suất chổi là 0.2 Hp Robot chùi bụi Hình 4. Robot chùi bụi thiết kế Một số cụm chi tiết 1. Cụm truyền ñộng Vì lý do nhỏ gọn, Robot ñược dẫn ñộng bằng 4 ñộng cơ riêng biệt cho 4 bánh xe. Việc ñiều khiển các bánh xe ñược tiến hành ñồng bộ cho từng cặp bánh xe trái và phải. Bánh xe robot ñược d ùng là lo cứng phù hợp cho việc bám tr ên thành Bảng thông số bánh xe robot Thông số ðường kính bánh xe Công suất 1 ñộng cơ Khoảng cách giữa trục trước v à sau Kích thư ớc bao chiều rộng 2 bánh xe Robot nhìn dưới l ên Hình 5. C ùng là lo ại bánh xe ñặc dụng cho robot mô h ình, có tính bám t ên thành ống thông khí (ñã kiểm nghiệm) Giá trị 65 mm 2,5 W à sau 192 mm ng 2 bánh xe 245 mm ên Bánh xe Bố trí truyền ñộng Hình 5. C ụm bánh xe chùi bụi thiết kế ình, có tính bám t ốt và ñộ [...]... robot 201(W) × 307(H) × 333(L) Tr ng lư ng robot 8~10Kg Ngu n B ñi u khi n: AC 220V / Robot: DC 12V, 24V, 48V Robot kh o sát Hình 12 Mô hình 3D robot quan sát Hình 13 Mô hình th c t robot quan sát B ng thông s ñ c tính c a robot chùi b i ð c tính Mô t D n ñ ng 04 bánh Kho ng làm vi c 15m (có th tăng hơn) ði u khi n robot Chuy n ñ ng t i, lui, quay trái, quay ph i b ng Joystick T cñ 0-10m/min, ñi u khi... quét ng tròn th c t So sánh robot thi t k qua các versions Version th 1 Version th 2 Version th 3 Hình 10 Mô hình 3D robot chùi b i Version th 1 Version th 2 Version th 3 Hình 11 Mô hình th c t robot chùi b i B ng thông s ñ c tính c a robot chùi b i ð c tính Mô t D n ñ ng 04 bánh Kho ng cách làm vi c 30m Chi u cao ñi u ch nh ~ 350mm Công su t ch i quét 0,2HP ði u ki n ng làm vi c Có b chuy n ñ i ch... i robot chùi b i Kích thư c 208(W) × 238(L) × 234 (H)mm Tr ng lư ng ~ 4Kg Ngu n B ñi u khi n: AC 220V / Robot: DC 12V & 24V N i dung 3: M ch ñi n và gi i thu t ñi u khi n M ch ñi n H th ng ñi n ñi u khi n robot ñư c thi t k theo phương án ñi u khi n, giao ti p cho ph n trên Theo ñó, h th ng bao g m 3 ph n chính: Robot body: ðây là ph n g n li n v i robot ñ ñi u khi n các cơ c u tác ñ ng g n trên robot. .. và thuy t minh ban ñ u: 1 V s lư ng: Hoàn thành nh ng s n ph m sau Tên s n ph m Robot chùi b i ñánh ng tròn, ng vuông v i b chuy n ñ i ñ u ch i cho ng tròn, ng vuông Cu n dây tín hi u, ngu n cho robot chùi b i (30m) Robot kh o sát Cu n dây tín hi u, ngu n cho robot kh o sát (15m) Box ñi u khi n chung cho robot chùi b i và robot kh o sát S lư ng 01 01 01 01 01 2 V ch t lư ng: S n ph m ñ t yêu c u ch t... robot ñ ñi u khi n các cơ c u tác ñ ng g n trên robot Robot body ho t ñ ng d a hoàn toàn vào l nh ñi u khi n t control panel Trong robot body còn có m ch ñi u khi n camera (camera g n trên thân robot) M ch ñi n c a robot body ñư c cho trong b n v ñính kèm Control panel: ðây là ph n g n v i bàn ñi u khi n ñ nh n các l nh ñi u khi n t ngư i ñi u khi n robot và truy n Sơ ñ m ch ñi n ñư c cho trong b n v... các yêu c u c a ngư i ñi u khi n, t ñó chuy n thành mã l nh g i xu ng cho robot H th ng ho t ñ ng d a hoàn toàn vào l nh ñi u khi n c a ngư i v n hành Sơ ñ chuy n ñ i tr ng thái c a Robot Robot ho t ñ ng hoàn toàn theo s ñi u khi n c a tr m bên ngoài qua cáp tín hi u tr ng thái cơ b n, robot s ñ c v các c m bi n g n trên thân robot ñ t ki m soát ho t ñ ng c a mình, tuân th theo l nh ñi u khi n g n nh... ði u khi n robot Chuy n ñ ng t i, lui, quay trái, quay ph i b ng Joystick T c ñ robot 0-10m/min, ñi u khi n vô c p CCD camera ði u khi n qua giao di n ñi u khi n trên máy tính, ghi tín hi u v PC qua cable n i ðèn chi u sáng LED cư ng ñ sáng cao, LED h ng ngo i Màn hình LCD Touch Screen – S d ng chung h p ñi u khi n v i robot chùi b i Kích thư c robot 201(W) × 307(H) × 333(L) Tr ng lư ng robot 8~10Kg... di n ñi u khi n trên máy tính V i giao di n này chương trình cho phép l a ch n d dàng các option c a Robot kh o sát và robot chùi b i, cho phép ngư i s d ng có th ñi u khi n camera quan sát theo các góc ñ mong mu n cũng như phóng to, thu nh hình nh tín hi u t camera Mô hình th c t c a Robot chùi b i, Robot kh o sát, box ñi u khi n, các cu n dây tín hi u và công su t XI T nh n xét và ñánh giá k t qu... tích ph n trên, gi i thu t ñi u khi n h th ng robot lau ñư ng ng cũng ñư c ph n thành 3 ph n riêng bi t: Chương trình ñi u khi n cho robot, chương trình ñi u khi n cho control panel và chương trình ñi u khi n trên máy tính Dư i ñây là sơ ñ phân tích h th ng và lưu ñ gi i thu t c a 3 ph n trên Sơ ñ phân tích DCD c a Control Panel Sơ ñ phân tích DCD c a robot Sơ ñ phân tích DCD c a chương trình ñi u... Computer: ñây là b x lý trung tâm c a h th ng Nh n l nh ñi u khi n t ngư i dùng trong ch ñ ñi u khi n b ng máy tính và nh n tín hi u hình nh t camera trên thân robot Camera ch có th ñư c ñi u khi n t máy tính thông qua chu n giao ti p TCP/IP Control panel và robot body giao ti p v i nhau qua chu n RS485 ð chuy n ch ñ ñi u khi n t b ng control panel hay ñi u khi n b ng máy tính c n thi t ph i có m t b chuy n . 8 4. Khương Hữu Tâm ðHBK Thiết kế và chế tạo thử nghiệm hệ thống robot (phần cơ khí cho robot khảo sát) 6 5. Nguyễn Trung Nghiệp ðHBK Thiết kế chế tạo các thiết bị hỗ trợ thí nghiệm. nghệ TP. HCM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, 09/2012 A. THÔNG TIN CHUNG VỀ DỰ ÁN 1 I. Tên dự án Thiết kế chế tạo robot làm vệ sinh ống thông khí II. Thời gian thực hiện: 12tháng (Từ tháng 12/2009. nghệ sản xuất robot ở Việt nam ñang ở bước sơ khai. Bài toán này chủ yếu triển khai thiết kế, sản xuất một prototype hệ thống robot làm vệ sinh ñường ống theo công nghệ làm vệ sinh ñã có ở nước