Theo yêu cầu c a nhà ng dụng, robot đ ợc thiết kế mạch điều khiển để cĩ thể đi thẳng khi giám sát, đi chậm lại khi gặp những dấu hiệu khơng bình th ng hay lùi lại khi khơng v ợt qua đ ợc ch ớng ngại vật. Ngồi ra, robot đ ợc thiết kế để quay phải hay quay trái theo yêu cầu. Tuy nhiên, động cơ c a robot t ơng đối nhỏ nên khi quay sẽ cĩ hiện t ợng tr ợt bánh. Mặt khác robot chỉ di chuyển thẳng trong đ ng ống thẳng giữa hai hố ga nên ng i nghiên c u khơng yêu cầu cao việc robot phải quay phải hay trái mà khơng bị tr ợt.
5.3. Kết quả thực nghiệm
Lần thử nghiệm đầu tiên vào ngày 03 tháng 04 năm 2012 tại x ng Open Lab – tr ng Đại học S phạm Kỹ thuật Tp.HCM với robot giám sát đ ng ống n ớc thải version 1 (hình 5.4a) và thu đ ợc hình ảnh nh hình 5.4b. Quan sát hình ảnh thu đ ợc, ta nhận thấy mối giao c a hai đ ng ống nh ng ta khơng thấy đ ợc những h hỏng (nếu cĩ) tồn tại trong đ ng ống.
(a) (b)
Hình 5.4: Hình ảnh ở lần thử nghiệm I.
62
Lần thử nghiệm th hai là lần thử nghiệm đầu tiên c a robot version 1 (hình
5.5a) trong đ ng cống thực tế tại Việt Nam. Lần thực nghiệm này đ ợc thực hiện vào ngày 04 tháng 04 năm 2012 tại khu Cơng nghiệp Trảng Bàng tỉnh Tây Ninh và hình ảnh thu đ ợc là hình 5.5b. Hình ảnh thu đ ợc rõ nét, nh ng ng i nghiên c u khơng thể quan sát cụ thể từng vị trí nếu cĩ nghi ng xảy ra khuyết tật.
(a) (b)
Hình 5.5: Hình ảnh ở lần thử nghiệm II.
(a)Hình robot version 1, (b) Hình ảnh thu được ở lần thử nghiệm II
Lần thử nghiệm th ba đ ợc thực hiện tại đ ng cống cạnh Căn tin tr ng Đại học S phạm Kỹ thuật Tp.HCM vào ngày 26 tháng 04 năm 2012. Hình ảnh robot khơng thay đổi so với lần thử nghiệm tr ớc và hình ảnhthu đ ợc từ camera (hình 5.6).
63
Lần thử nghiệm th t vào ngày 18 tháng 05 năm 2012 tại khu Cơng nghiệp Trảng Bàng thuộc tỉnh Tây Ninh với mơ hình robot version 2 (hình 5.7a) với hình ảnh thu đ ợc nh hình 5.7b.
Với lần thử nghiệm này, robot cĩ thể quan sát rõ mọi gĩc độ trong đ ng ống và ng i nghiên c u cũng cĩ thể thực hiện lệnh phĩng to hình ảnh để quan sát rõ vị trí cống nghi ng cĩ khuyết tật.
(a) (b)
Hình 5.7: Hình ảnh ở lần thử nghiệm IV
(a)Hình robot version 2, (b) Hình ảnh thu được ở lần thử nghiệm IV
Lần thử nghiệm tiếp theo tại Đ ng cộng hịa - Xí nghiệp Thốt n ớc Bắc Nhiêu Lộc – Thị Nghè thuộc Cơng ty Thốt n ớc đơ thị TP – TPHCM vào ngày 20
tháng 06 năm 2012 với mơ hình robot hồn chỉnh (hình 5.8a), hình ảnh thu đ ợc từ
camera sắcnét nh hình 5.8b.
(a) (b)
Hình 5.8: Hình ảnh ở lần thử nghiệm V.
64
Sau khi hồn tất các thiết kế, ta tiến hành chế tạo rồi thực nghiệm nhiều lần để hiệu chỉnh nhằm đạt đ ợc kết quả theo yêu cầu. Sau đĩ ta cho thực nghiệmnhiều lần nhiều mơi tr ng khác nhau: chỉ cĩ n ớc (n ớc ngập 1/3 bánh xe), cĩ n ớc và cát (hổn hợp cát và n ớc ngập ngập ½ bánh xe), cĩ n ớc và bùn ít (20% bùn), cĩ n ớc và nhiều bùn (50% bùn), … để kiểm tra tính ổn định c a robot khi di chuyển trong đ ng ống thốt n ớc.
Ng i nghiên c u sử dụng đồng hồ đo để tính vận tốc c a xe, đo lực khi xe di chuyển bằng lực kế. Ng i nghiên c u cĩ biểu đồ thể hiện mối quan hệ giữa vận tốc và tổng lực cản qua nhiều lần thử nghiệm (hình 5.9)
Dựa vào ph ơng trình:
F ms
R R F (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Bảng 6: Tổng lực cản c a robot ng với vận tốc trong từng mơi tr ng: Vận tốc n ớc (µ = 10)Mơi tr ng Mơi tr ng n ớc và cát (µ = 15) Mơi tr ng n ớc và bùn ít (µ = 20) Mơi tr ng n ớc và bùn nhiều (µ = 30) 0 0 0 0 0 2 385 570 760 1130 4 500 720 950 1380 6 650 960 1260 1800 8 900 1300 1700 2300 10 1220 1740 2200 3100
65
Hình 5.9: Biểu đồ thể hiện mối quan hệ giữa tổng lực cản với vận tốc và mơi trường thực nghiệm
Qua biểu đồ ta thấy, khi mơi tr ng chỉ cĩ n ớc t c là hệ số nhớt lúc này chỉ bằng 10 (µ = 10) hay mơi tr ng cĩ n ớc và cát, khi đĩ µ = 15 thì robot cĩ thể di
chuyển dễ dàng vì lực cản lúc này nhỏ hơn lực phát động c a động cơ. Cịn đối với mơi tr ng cĩ n ớc và bùn ít thì robot cĩ thể di chuyển đ ợc nh ng lúc này khĩ khăn, robot phải di chuyển chậm tuy nhiên khi robot di chuyển t c là robot đư đẩy một ít l ợng bùn về phía tr ớc nên th ng robot chỉ di chuyển đ ợc một đoạn đ ng ngắn khi mơi tr ng này. Mơi tr ng n ớc và bùn nhiều thì robot khơng di chuyển đ ợc vì lúc này lực cản robot quá lớn, lớn hơn nhiều lực phát động c a động cơ.
Hình ảnh thu đ ợc từ camera giám sát phụ thuộc vào c ng độ ánh sáng từng tr nghợp thực nghiệmvà gĩc m c a camera . Để đo đ ợc giá trị c a c ng độ ánh
sáng, ta sử dụng thiết bị đo c ng độ ánh sáng lux (hình 5.10). Thiết bị này cĩ ch c năng là chốt dữ liệu, xem giá trị lớn nhất và nhỏ nhất, tính giá trị trung bình nhiều điểm đo, tính giá trị trung bình theo th i gian. Gĩc quan sát cũng ảnh h ng khơng nhỏ đến chất l ợng hình ảnh camera thu đ ợc vì vậy ta cần điều chỉnh gĩc độ camera
để thu đ ợc hình ảnh rõ nét thơng qua các lần thực nghiệm. Ta khơng chọn gĩc quan sát c a camera lớn vìnĩ cĩ cơ cấu quay ngang, quay dọc và chế độ phĩng to (thu nhỏ).
Ta tiến hành thực nghệm với từng gĩc độ c a camera mơi tr ng chỉ cĩ n ớc, thay đổi c ng độ ánh sáng các đèn led, ghi lại hình ảnh và ta đo đ ợc khoảng cách
66
Hình 5.10: M á y đ o cư ờ n g đ ộ á n h s á ng Wa l k l a b L u x
Hình 5.11: Biểu đồ thể hiện mối quan hệ giữa khoảng cách camera quan sát rõ nhất với cường độ ánh sáng và gĩc mở camera
Biểu đồ (hình 5.11) cho thấy với cùng một c ng độ ánh sáng, ta thay đổi gĩc m camera thì khoảng cách camera thấy rõ sẽ thay đổi. Gĩc m càng nhỏ thì khoảng cách càng xa tuy nhiên lúc này phạm vi camera thấy khơng lớn. Mặt khác, nếu ta giữ nguyên gĩc m camera, chỉ thay đổi c ng độ ánh sáng sẽ cĩ kết quả là c ng độ ánh sáng càng lớn thì khoảng cách camera thấy rõ càng xa. Qua kết quả trên ta chọn ph ơng án gồm c ng độ ánh sáng lớn và gĩc m nhỏ để ta biết đ ợc đoạn đ ng phía tr ớc c a robot cĩ những ch ớng ngại gì đề ta lựa chọn cách di chuyển, cịn về
67
gĩc m nhỏ chỉ thấy đ ợc phạm vị hẹp nh ng camera cĩ chế độ quay ngang, quay dọc và phĩng to (thu nhỏ) nên việc giám sát khơng gặp tr ngại.
Hình 5.12: Hình ảnh các vị trí khác nhau bên trong đường ống thu được từ camera
68
Chư ng 6 KẾT LUẬN 6.1. K t lu n :
Sau khi trải qua nhiều lần thực nghiệm và cải tiến robot, robot giám sát đ ng
ống n ớc thải đư hồn thiện cơ bản về các kết cấu cơ khí, nguyên lý làm việc, hoạt
động và ph ơng th c điều khiển phù hợp với mơi tr ng làm việc trong đ ng ống
thốt n ớc. Cĩ thể tĩm tắt những gì đư làm đ ợc trong đề tài này nh sau:
- Một robot đ ợc thiết kế để sử dụng giám sát các đ ng ống thốt n ớc c a mạng l ới n ớc thải thành phố Hồ Chí Minh. Robot này cũng cĩ thể đ ợc sử dụng vào các đ ng ống khác nhau với đ ng kính khác nhau.
- Một hệ thống giám sát đ ợc thiết kếđể giám sát các đ ng ống n ớc thải cĩ
đ ng kính từ 0.3 – 0.5m.
- Một hệ thống điều khiển đơn giản đ ợc thiết kếđể điều khiển robot.
- Kết quả thử nghiệm cho thấy các bộđiều khiển cĩ hiệu quả cải thiện kiểm sốt chất l ợng. Điều này cĩ nghĩa rằng ph ơng pháp này cĩ thểđ ợc thực hiện và đáp ng nhu cầu hiện tại.
Sau khi chế tạo thành cơng robot giám sát đ ng ống n ớc thải, bản thân rút ra kết luận:
Tính mới và sáng t o: thiết kế robot giám sát đ ng ống n ớc thải với các trang thiết bị cĩ sẵn trong n ớc phù hợp với yêu cầu kỹ thuật, trình độlao động và kích cỡ c a đ ng cống tại Việt Nam. Robot cĩ bốn bánh xe cĩ hệ số gai phù hợp di chuyển trong mơi tr ng cĩ n ớc và bùn. Hình ảnh camera ghi đ ợc đ ợc truyền về màn hình điều khiển thơng qua cáp tín hiệu.
Tính khoa học và th c ti n: robot giám sát đ ng ống n ớc thải thực hiện cơng việc giám sát các đ ng cống thay cho con ng i vì đĩ là mơi tr ng độc hại, vì cĩ kích th ớc mà con ng i khơng thể chui lọt và quan trọng hơn là sớm phát hiện “hố tử thần” giúp giảm thiểu các thiệt hại do nĩ gây ra. Vì vậy nếu đ ợc quan tâm (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
69
Tính hi u qu kinh t : áp dụng robot giám sát đ ng ống n ớc thải vào cuộc sống sẽ đem lại lợi ích kinh tế khá lớn b i vì nĩ thay thế đ ợc nguồn nhân cơng khan hiếm hiện nay. Mặt khác, các trang thiết bị và vật t để chế tạo robot đều dễ tìm và cĩ bán tại các cửa hàng tại thành phố Hồ Chí Minh nên giá thành khơng cao vì vậy cĩ thể triển khai và áp dụng đểđem lại hiệu quả kinh tế.
Hiện tại, những khả năng robot đư làm đ ợc sau nhiều lần kiểm tra là :
+ Di chuyển dễ dàng bên trong đ ng ống và tự cân bằng, khơng bị ngư đổ, tốc độ di chuyển cĩ thể dễ dàng thay đổi, cĩ thể tiến hoặc lùi.
+ Camera gắn trên robot cĩ thể quan sát tốt tình trạng bên trong ống, hệ thống chiếu sáng làm việc hiệu quả, đem lại hình ảnh rõ nét trên màn hình điều khiển.Ch c năng phĩng to (thu nhỏ) c a bộ phận giám sát đ ợc thực hiện rất tốt giúp ta quan sát rõ mọi ngĩc ngách bên trong đ ng ống.
+ Robot cĩ khả năng làm việc trong mơi tr ng ngập n ớc <50% tiết diện ống, cách điện và chống thấm tốt.
Tuy nhiên, robot vẫn cịn nhiều hạn chế nh sau :
+ Robot chỉ cĩ thể chạy thẳng, khi rẽ trái hay phảicịn cĩ hiện t ợng tr ợt,
+ Robot khơng di chuyển đ ợc khi mơi tr ng cĩ nhiều bùn (bùn ngập hơn1/2 bánh xe)
+ Ch a quan sát đ ợc bề mặt đáy c a đ ng ống để biết tr ớc đ ợc vật cản
cách bánh xe 1÷2 mét.
=> Sau khi phân tích u nh ợc điểm c a robot hiện tại, ng i nghiên c u nhận thấy việc ng dụng robot vào thực tế đ i sống là hồn tồn cĩ thể nếu đ ợc tiếp tục đầu t nghiên c u và áp dụng thêm các cơng nghệ hiện đại vào robot.
6.2. Hướng phát tri n :
Phụ thuộc nhiều yếu tố khách quan lẫn ch quan, trình độ cĩ hạn, cơng việc chính quá nhiều nh ng th i gian thì hạn chế nên cịn một số vấn đề c a đề tài ch a thực hiện đ ợc, cần tiếp tục nghiên c u phát triển để hồn thiện robot giám sát đ ng ống n ớc thải.
70
Vì vậy h ớng phát triển tiếp theo c a đề tài cần tập trung vào những vấn đề sau để hồn thiện robot giám sát đ ng ống n ớc thải và đ a vào ng dụng thực tế :
- Hồn thiện cụm bánh xe để di chuyển đ ợc trong mơi tr ng cĩ nhiều bùn.
- Thiết kế bộ đếm trong camera để đo đ ợc vị trí robot di chyển trên màn
hình.
- Thiết kế bộ phận vệ sinh cụm camera.
- Hồn thiện mẫu mư robot để khách hàng a chuộng.
- Nghiên c u, thiết kế bộ phận vệ sinh đ ng ống n ớc thải để robot thực hiện cả cơng việc giám sát vừa vệ sinh đ ng ống thốt nhằm giải quyết rốt ráo tình
trạng ngập lụt khi cĩ m a tại thành phố Hồ Chí Minh.
TÀI LIỆU THAM KH O
[1] http://vnexpress.net/tag/6772/ngap-lut/ [2] Definition : Industrial Robot [ISO 8373]
71
[3] http://tailieu.vn/xem-tai-lieu/he-thong-thoat-nuoc-thai.143681.html
[4] http://automation.net.vn/Tin-tuc-Su-kien/Hoi-nghi-toan-quoc-ve-dieu-khien-va-tu- dong-hoa-VCCA-2011.html
[5] K.-U. Scholl, V. Kepplin, K. Berns, R. Dillmann, “An Articulated Service Robot for Autonomous Sewer Inspection Tasks,” IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems, pp. 1075-1080. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
[6] Frank kirchner, Joachim Hertzerg, “A Prototype Study of an Autonomous Robot Plaform for Sewage System Maintenance,” Autonomous Robots, Kluwer Academic Publishers, pp. 1-12, 2000.
[7] Erich Rome, Joachim Hertzberg, Frank Kirchner, Ulrich Licht, Thomas Christaller,
“Towards autonomous sewer robots: the MAKRO project,” Urban Water, pp. 57-70, 1999.
[8] Máy điện –Vũ Gia Hanh (ch biên) –NXB Khoa học và kỹ thuật
[9] Lý thuyết tàu (tập 2) – Trần Cơng Nghị - NXB Đại học Quốc gia Tp HCM [10] http://en.wikipedia.org/wiki/Drag_coefficient
[11] Cơ lý thuyết - tr ng ĐH S Phạm Kĩ Thuật TP HCM.
[12] Cơ s thiết kế máy –Nguyễn Hữu Lộc –NXB ĐHQG Tp. HCM, 2008
[13] http://www.rongvanggroup.vn/blog/kien-thuc/cac-thong-so-ky-thuat-cua-camera- ban-can-biet/
[14] Dung sai và lắp ghép –Ninh Đ c Tốn –NXB Giáo dục
[15] Vẽ kỹ thuật –Trần Hữu Quế - NXB Đại học S phạm