Thiết kế, chế tạo robot đường ống cỡ nhỏ quan sát bề mặt trong đường ống, giao tiếp không dây

Nội dung chính của bài báo là giới thiệu một loại Robot đường ống có nhiều ứng dụng khác nhau. Robot này bao gồm một phần di chuyển theo dọc chiều dài ống với nhiệm vụ quan sát bên trong đường ống qua hệ thống camera, có khả năng dẫn hướng và tạo ra lực bám trên thành ống 150 - 230mm bằng chuyển động của các bánh xe.

28 Journal of Transportation Science and Technology, Vol 19, May 2016 THIẾT KẾ, CHẾ TẠO ROBOT ĐƯỜNG ỐNG CỠ NHỎ QUAN SÁT BỀ MẶT TRONG ĐƯỜNG ỐNG, GIAO TIẾP KHÔNG DÂY DESIGN MODEL OF SMALL PIPE ROBOT SURFACE OBSERVATIONS IN PIPES, WIRELESS COMMUNICATION Võ Công Phương, Nguyễn Thanh Sơn Khoa Điện – Điện tử viễn thơng Tóm tắt: Nội dung báo giới thiệu loại Robot đường ống có nhiều ứng dụng khác Robot bao gồm phần di chuyển theo dọc chiều dài ống với nhiệm vụ quan sát bên đường ống qua hệ thống camera, có khả dẫn hướng tạo lực bám thành ống 150 230mm chuyển động bánh xe Hầu hết sản phẩm robot dành cho ống cống ngầm thiết kế với phương thức truyền tải thông tin lượng dây Trong dự án này, nhóm nghiên cứu tập trung vào giải pháp thiết kế Robot cho loại đường ống nổi, truyền tải thơng tin khơng dây tính toán lượng pin sử dụng cách hợp lý Từ khóa: Robot chui đường ống, điều khiển Robot Abstract: The main content of the article is to introduce a Pipe - Robot in many different applications The Robot includes a moving part along the length of the pipes is responsible for observing inside the pipe by the camera system, guiding control and creating traction on the tube 150 -230mm by the motion of the wheels Most robots designed for underground sewer pipes, the method of transmitting information and energy by wires In this project, the researchers’ team focused on designing solutions for this type of Upper-ground pipe Robots, wireless information transmission and suitable battery power Keywords: Pipe - Robots, control Robot Nhiều hãng công nghệ giới phát triển loại Robot Inuktun, honeybeeRobotic… Hầu hết sản phẩm robot cho ống cống ngầm thiết kế với phương thức truyền tải thông tin lượng dây Trong dự án này, nhóm nghiên cứu tập trung vào giải pháp thiết kế Robot cho loại đường ống nổi, truyền tải thông tin không dây tiết kiệm lượng pin Mô hình vật lý Robot chui đường ống Khi phân tích trạng thái làm việc Robot chui đường ống phân tích lực di chuyển Robot bám vào đường ống, từ ta đưa phương án bố trí mơ tơ truyền động cho Robot (từ hình đến hình 5) Giới thiệu: Ngày nay, đường ống cấp thoát nước, dầu nhiên liệu, khí đốt, hóa chất … sử dụng rộng rãi, phổ biến công nghiệp đời sống Chúng chế tạo từ nhiều loại vật liệu khác tùy thuộc vào yêu cầu sử dụng, nhựa, thép, xi măng… Tuy nhiên, qua thời gian sử dụng đường ống thường xuống cấp tác động từ bên bên đường ống Ví dụ, bề mặt đường ống bị ăn mòn hóa chất sau thời gian dài, bên ngồi chịu tác động mưa gió, mơi trường chơn lấp chí động đất Còn nhiều nguyên nhân tác động đến chất lượng đường ống Gần đây, với phát triển ngành cơng nghiệp Robot, nhà khoa học có giải pháp khác, nhanh hơn, giá thành thấp Đó việc thiết kế Robot chui vào bên đường ống, trang bị camera cảm biến siêu âm, áp suất… Trạm kiểm tra thu nhận liệu này, trực quan cụ thể nhiều so với liệu siêu âm phương pháp cổ điển Hình Mơ hình kết cấu động học Robot đường ống 28 TẠP CHÍ KHOA HỌC CƠNG NGHỆ GIAO THƠNG VẬN TẢI, SỐ 19 - 05/2016 Hình Mơ hình Robot di chuyển ống ngang 29 m = 40 (mm) l = 78 (mm) T = 27 (mm) (kích thước cấu truyền động đai) Δ = 150 - 230 (mm) Tính chọn động điện: Xét trạng thái Robot di chuyển ống ngang (hình 2): F  Fmsl  F  N.k msl (3) Xét trạng thái Robot bám ống thẳng đứng (hình 3): F  Fms  P  N.k ms Hình Mơ hình Robot bám đứng ống thẳng (4) Xét trạng thái Robot di chuyển xuống ống thẳng đứng (hình 4): F  Fmsl - P (5) Xét trạng thái Robot di chuyển lên ống thẳng đứng (hình 5): F  Fmsl  P  F  N.K msl  P Hình Mơ hình Robot di chuyển xuống ống thẳng (6) Trong đó: N: Áp lực bánh Robot tác động lên thành ống; K ms : Hệ số ma sát nghỉ bánh đai Hình Mơ hình Robot chuyển động lên ống thẳng Mơ hình tốn Robot đường ống tính tốn thiết kế truyền động động Robot thiết kế đối xứng ba cụm cấu trượt cần lắc lệch tâm để thay đổi kích thước Robot Ta chuyển đổi thành cấu hình 1, xét cụm cấu, đường kính làm việc Robot:   2( a  m sin   T ) (1) Ta cần tìm hàm x = f (Δ) để tính hành trình vít me bi Ta đưa hệ dạng chuẩn: x  m.cos   l  [ a  2am sin   m (sin  ) ] 2 2 (2) Trong thơng số chọn để tính: a = 46 (mm) ống (PVC khô); K msl : Hệ số ma sát lăn Robot chuyển động; P: Trọng lượng Robot; F: Lực kéo Robot Ta nhận thấy: Lực kéo Robot (6) lớn nhất, nên chọn động theo (6) K ms  K msl nên thay (4) vào (6) Nếu F = 2P thỏa mãn (4) Khối lượng Robot thiết kế khoảng 1kg nên lực kéo Robot phải lớn 2kg Vậy lực kéo cụm bánh đai nhỏ ~ 0.7kg (3 cụm) Mô men bánh đai để sinh lực kéo: M  F* D  0.7 * 3.2  2.24( kg ) (7) Tỉ số truyền i = 11/18 truyền động đai nên mô men trục motor: M motor  M i  2.24 * 11  1.37( kg ) 18 (8) Hiệu suất truyền động 80% nên: M motorreal  1.37 * 100  1.71( kg ) 80 (9) 30 Journal of Transportation Science and Technology, Vol 19, May 2016 Chọn motor có mơ men 0.25 N.m, tốc độ trục 100 vòng/ phút Tốc độ di chuyển Robot:  100 V  D.  32.3.14  6.132(m/ p) (10) i quan sát đường ống thực nghiệm: 18 /11 Xấp xỉ 370 (m/h), hình Hình 10 Robot chạy quan sát đường ống thực nghiệm Hình 11 kết hồn thiện sản phẩm Robot chạy quan sát đường ống 150 - 230 mm: Hình Mơ hình kết cấu đai truyền động Thiết kế khí Robot đường ống Robot thiết kế với cấu chuyển động bánh đai để bám vào bề mặt hình trụ ống Robot thay đổi kích thước phù hợp với đường ống khác (150-230mm) Hình Kết cấu Robot ống 230 mm Hình Kết cấu Robot ống 150 mm Kết cấu cụm thay đổi kích thước Robot Cơ cấu trượt sử dụng vít me bi có hành trình 5cm thay đổi đường kính bám Robot từ 150 mm đến 230 mm, hình Hình Cơ cấu cần lắc trượt thay đổi kích thước Robot Kết thực mơ hình Hình 10 cho kết Robot chạy Hình 11 Robot chui đường ống hoàn thiện Kết luận Thiết kế chế tạo thành công Robot bám, di chuyển bề mặt đường ống (150230mm) Robot có kết cấu nhỏ gọn, trọng lượng 1kg; trang bị camera truyền hình ảnh quan sát bề mặt đường ống với chất lượng tương đối tốt điều kiện đường ống Robot di chuyển với tốc độ 370 (m/h) với thời lượng hoạt động 30 phút Khoảng cách điều khiển thu hình ảnh tốt < 500m làm chủ công nghệ bước đầu với giá thành rẻ, tỉ lệ nội địa hóa 40%  Tài liệu tham khảo [1] Đinh Gia Tường, Tạ Khanh Lam, “Nguyên lý máy”, Nhà xuất giáo dục Việt Nam [2] Atul Gargade1 , Dhanraj Tambuskar2 , Gajanan Thokal3, “Modelling and Analysis of Pipe Inspection Robot” International Journal of Emerging Technology and Advanced Engineering Website: www.ijetae.com (ISSN 2250-2459, ISO 9001:2008 Certified Journal, Volume 3, Issue 5, May 2013) [3] Kentarou Nishijima, Yixiang Sun, Rupesh Kumar Srivastava, Harutoshi Ogai and Bishakh Bhattacharya, “Advanced pipe inspection Robot using rotating probe” , The Fifteenth International Symposium on Artificial Life and Robotics 2010 (AROB 15th ’10), B-Con Plaza, Beppu,Oita, Japan, February 4-6, 2010 Ngày nhận bài: 15/04/2016 Ngày hoàn thành sửa bài: 30/04/2016 Ngày chấp nhận đăng: 09/05/2016 ... phẩm Robot chạy quan sát đường ống 150 - 230 mm: Hình Mơ hình kết cấu đai truyền động Thiết kế khí Robot đường ống Robot thiết kế với cấu chuyển động bánh đai để bám vào bề mặt hình trụ ống Robot. .. công Robot bám, di chuyển bề mặt đường ống (150230mm) Robot có kết cấu nhỏ gọn, trọng lượng 1kg; trang bị camera truyền hình ảnh quan sát bề mặt đường ống với chất lượng tương đối tốt điều kiện đường. .. thẳng (6) Trong đó: N: Áp lực bánh Robot tác động lên thành ống; K ms : Hệ số ma sát nghỉ bánh đai Hình Mơ hình Robot chuyển động lên ống thẳng Mơ hình tốn Robot đường ống tính tốn thiết kế truyền