Trang chủ Nghiên cứu Khoa học Nghiên cứu Khoa học Phát triển một mẫu robot dưới nước phục vụ quốc phòng và nghiên cứu biển

Phát triển một mẫu robot dưới nước phục vụ quốc phòng và nghiên cứu biển

Tóm tắt

Báo cáo trình bày các kết quả nghiên cứu ban đầu về thiết kế, chế tạo robot thám hiểm dưới nước phục vụ quốc phòng và nghiên cứu biển. Đây là một robot dưới nước điều khiển từ xa, đã được thiết kế, chế tạo hoàn chỉnh bao gồm cả hệ thống phần cứng và phần mềm điều khiển. Robot được trang bị camera chuyên dùng dưới nước và các cảm biến gia tốc, áp suất,... để thực hiện chức năng thám hiểm dưới nước. Các thử nghiệm trong vùng nước tĩnh cho thấy robot đã vận động ổn định trong môi trường nước, có khả năng thu thập dữ liệu hình ảnh về môi trường dưới nước và truyền về trung tâm điều khiển với chất lượng tốt.

Chữ viết tắt

AUV autonomous underwater vehicle
ROV Remotely operated vehicle
CAD Computer-aided design
CAE Computer-aided engineering
ADC analog-to-digital converter
DAC digital-to-analog converter
PSoC programmable system-on-chip
VĐK Vi điều khiển
PTN Phòng thí nghiệm
Developing an underwater robot for defense and marine research
Abstract
The report presents the initial results of the design and manufacture underwater robot for defense and marine research. This is a remotely operated underwater robot, has been fully designing and manufacturing including hardware and software control. Robot is equipped with special underwater cameras and accelerometer, pressure sensors for performing the underwater exploring. Experiments in the static waters showed that the robot stable movements in the water, capable of collecting data on environmental image in the water and transmit to the control center with good quality.

1. Đặt vấn đề
Từ những năm 1970, robot dưới nước (underwater robot) đã được nghiên cứu phát triển để hỗ trợ và/hoặc thay thế con người làm việc ở những vùng nước sâu (dưới đáy đại dương), những vùng nước ô nhiễm hoặc khi làm việc trong thời gian dài dưới nước. Hiện nay, robot dưới nước được sử dụng nhiều trong quân sự, kỹ thuật và nghiên cứu biển. Trong ngành dầu khí, robot dưới nước được sử dụng để làm những công việc như kiểm tra các giàn khoan và đường ống dẫn khí, dẫn dầu. Trong ngành viễn thông, robot dưới nước được sử dụng để khảo sát đáy biển trước khi đặt cáp trong lòng biển, chôn cáp và kiểm tra hiện trạng cáp truyền. Trong quân sự, robot dưới nước được sử dụng để gài hoặc tìm kiếm và tháo gỡ thủy lôi, mìn hoặc phối hợp cùng con người trong việc tác chiến dưới nước. Robot dưới nước còn là các thiết bị quan trọng khi cứu hộ các tàu thuyền bị đắm dưới đáy biển. Trong thám hiểm và nghiên cứu biển, robot dưới nước được sử dụng để khảo sát địa hình dưới đáy biển, thu thập dữ liệu về độ phóng xạ, độ rò rỉ của các nguồn khí dưới đáy biển, theo dõi việc sinh sản của các đàn cá,... Trong ngành năng lượng nguyên tử các robot dưới nước cỡ nhỏ được dùng để kiểm tra các thiết bị trong nhà máy điện nguyên tử.
Việt Nam là một quốc gia ven biển, có đường bờ biển dài hơn 3000 km, vùng biển rộng lớn và hệ thống đảo khá nhiều. Nhu cầu làm chủ biển đảo cả về an ninh quốc phòng, kinh tế, môi trường,... rất cần đến các thiết bị, máy móc tiên tiến, trong đó có robot dưới nước. Do đó nhu cầu nghiên cứu, làm chủ công nghệ và tiến tới thiết kế, chế tạo các robot dưới nước phục vụ cho an ninh, quốc phòng và đời sống dân sinh là một đòi hỏi tất yếu và cấp thiết.

H. 1 Robot AUTOSUB6000 kiểu AUV của H. 2 Robot Seaeye Falcon kiểu ROV của Saab Underwater Systems AB [10]

2. Tổng quan về robot dưới nước
Có nhiều loại robot dưới nước khác nhau như robot dịch chuyển trên nền của đáy biển nhờ các bánh xe hay bánh xích. Loại này dùng để đào rãnh để chôn các loại cáp ngầm hay dùng để thu gom các vật quý hiếm nằm dưới đáy biển. Hai loại robot dưới nước được nghiên cứu và sử dụng rộng rãi nhất là robot dưới nước hoạt động độc lập (AUV) và robot dưới nước điều khiển từ xa (ROV).
Trung tâm Hải dương học quốc gia Southampton [9] AUV là robot dưới nước làm việc theo chế độ đã được lập trình trước. Năng lượng cung cấp cho robot là pin hoặc ắc quy được mang trên robot. Loại robot này bơi được tự do trong nước và không bị hạn chế về bán kính làm việc. Tuy nhiên thời gian làm việc của nó rất hạn chế, tuỳ thuộc vào năng lượng dự trữ lắp trên nó. Các robot loại này thường được trang bị các cảm biến, camera để thực hiện các nhiệm vụ thám hiểm, thu thập dữ liệu. Các AUV thường có kết cấu thân kín, hình trụ dài để giảm thiểu lực cản của nước. Hệ thống vận động thường dùng kiểu chân vịt với các cánh lái đặt ở phía đuôi hoặc hai bên sườn (hình 1).
ROV là robot dưới nước được điều khiển và cung cấp năng lượng từ trung tâm điều khiển (trên bờ, trên tàu mẹ) thông qua cáp dẫn. Dây cáp có nhiệm vụ cung cấp điện năng và các lệnh điều khiển cho robot và truyền tải dữ liệu thu nhận được từ các camera, cảm biến trên robot về trung tâm điều khiển. Đôi khi dây cáp còn có tác dụng phụ giúp trục vớt các vật thể nặng và có thể làm nhiệm vụ cứu hộ robot khi gặp sự cố. Bán kính làm việc của loại robot này bị giới hạn bởi chiều dài dây cáp dẫn.
Khác với robot dưới nước hoạt động độc lập, robot dưới nước điều khiển từ xa có thể làm việc trong khoảng thời gian lâu dài dưới nước mà không phải thoát lên khỏi mặt nước để nạp thêm năng lượng. Trên robot loại này ngoài các cảm biến, camera để thu thập dữ liệu còn được bố trí thêm các tay máy với các dụng cụ khác nhau tuỳ theo yêu cầu của từng công việc cụ thể. Tại trung tâm, bộ phận vận hành có thể điều khiển robot thực hiện được một số công việc như gắp, lắp ráp, hàn, cắt, lau chùi,… Kết cấu của ROV thường có dạng thân hở kiểu khung giàn để dễ dàng bố trí các thiết bị công tác (hình 2). Hệ thống vận động thường là các động cơ đẩy có gắn cánh quạt để tạo lực đẩy theo các phương khác nhau giúp robot thực hiện các chuyển động tiến, lùi, lặn, nổi một cách dễ dàng.
Các nghiên cứu cơ bản về mô hình hoá và điều khiển robot dưới nước được nhiều tác giả quan tâm [1]-[8].
Do khả năng làm việc và độ tin cậy vượt trội mà robot dưới nước kiểu ROV được quan tâm phát triển và ứng dụng phổ biến trên thế giới. Đã có nhiều kiểu loại ROV được phát triển và thương mại hoá như dòng robot SONIA của trường École de Technologie Supérieure (Canada), robot Micro REM của hãng REMTECHSTROY Group (Bulgaria), robot Nova Ray M3000 của hãng Nova+ (Đức), robot dòng Seaeye Falcon của Saab Seaeye Limited (Canada),... [11].

H. 3 Kết cấu chung của ROV_01

3. Thiết kế chế tạo mẫu ROV_01
3.1. Kết cấu chung
Từ mục tiêu chế tạo robot thám hiểm dưới nước phục vụ quốc phòng và nghiên cứu biển, dạng robot được chọn là loại điều khiển từ xa (ROV). Kết cấu được lựa chọn là kiểu khung giàn, trên đó lắp khoang thiết bị, các động cơ đẩy và có thể lắp các cơ cấu công tác khác khi cần. Robot được kết nối với trung tâm điều khiển đặt trên mặt nước (trên bờ, trên tàu mẹ) thông qua dây cáp. Dây cáp cung cấp điện năng, cho phép robot có thể làm việc lâu dài dưới nước mà không cần quan tâm đến nguồn năng lượng sử dụng. Ngoài ra cáp nối còn truyền các lệnh điều khiển tới robot, truyền dữ liệu thám hiểm về trung tâm điều khiển và làm chức năng cứu hộ khi cần thiết.
Kết cấu chung của ROV_01 như trên hình 3. Robot có kết cấu khung giàn bằng thép (1), khoang thiết bị (2) đặt trong lòng robot chứa hệ thống bảng mạch và các cảm biến (áp suất, gia tốc). Từ khoang thiết bị có một dây dẫn nối lên trung tâm điều khiển đặt trên bờ hoặc trên tàu mẹ. Robot được gắn 2 khoang khí (9) phía trên hai bên khoang thiết bị để tạo cân bằng cho robot trong nước và luôn hướng mặt robot có nắp thùng lên trên. Phía trước robot gắn đèn chiếu sáng với công suất cao (8) và camera chuyên dụng dưới nước (7) để quan sát môi trường nước phục vụ cho mục đích nghiên cứu, thám hiểm. Các động cơ có gắn cánh quạt (3, 4, 5, 6) cho phép robot lặn, nổi, tiến, lùi, quay vòng trong môi trường nước.
* Kết cấu khung và khoang thiết b
Để robot di chuyển được linh hoạt trong nước, giảm lực cản thì phía đầu robot phải nhỏ, gọn, khung robot có hình dáng thuôn, dài về phía sau. Khung được cấu tạo từ các thanh thép mảnh để giảm lực cản nước nhưng có độ cứng cao để đảm bảo độ cứng vững cho khung. Khoang thiết bị, các khoang khí, các động cơ đẩy, các thiết bị thám hiểm, thiết bị công tác sẽ được gá lắp trên khung này.
Khoang thiết bị đặt bên trong khung là bộ phận cản nước chủ yếu khi chuyển động do đó được thiết kế đồng dạng với khung robot và cần có kích thước hạn chế. Tuy nhiên khoang thiết bị cũng phải có không gian đủ lớn để chứa các mạch điều khiển, các thiết bị ngoại vi cho hoạt động của robot. Ngoài ra kích thước khoang thiết bị cũng được tính toán sao cho lực đẩy Archimedes do thể tích chiếm chỗ của nó trong môi trường nước cân bằng với trọng lực của robot. Như vậy, khi không có tác động nào từ bên ngoài thì robot sẽ lơ lửng trong môi trường nước và do đó có khả năng tự duy trì được độ sâu. Ngoài ra còn có 2 khoang khí bố trí hai bên cạnh khoang thiết bị để có thể tăng được lực đẩy Archimedes mà không phải tăng kích thước khoang thiết bị lên quá lớn. Các khoang khí được bố trí phía trên cũng giúp cho robot không bị lật trong quá trình vận động.
Việc tính toán kích thước khung, khoang thiết bị, khoang khí để thoả mãn các điều kiện nêu trên được thực hiện bằng cách sử dụng các công cụ mô hình hoá và phân tích kỹ thuật của các phần mềm CAD/CAE thông dụng (Autodesk Inventor, MSC.Nastran).

H. 4 Sơ đồ vận động của robot

* Hệ thống vận động
Hệ thống vận động của ROV_01 gồm 4 động cơ có vỏ chống nước riêng, gắn cánh quạt ở trục để tạo lực đẩy. Các động cơ này được gá lắp trên khung của robot. Cặp động cơ đặt phía trước và sau (3, 4) tạo chuyển động lặn nổi theo phương xiên hoặc có thể theo phương thẳng đứng. Cặp động cơ hai bên sườn (5, 6) tạo các chuyển động tiến, lùi và quay vòng.
Để robot di chuyển thẳng (tiến hoặc lùi), các động cơ hai bên sườn sẽ quay đồng tốc và cùng chiều. Nếu hai động cơ này quay cùng chiều nhưng với tốc độ khác nhau, robot sẽ di chuyển quay vòng với bán kính xác định. Khi hai động cơ này quay đồng tốc nhưng ngược chiều, robot sẽ quay quanh tâm của nó theo chiều sang phải hoặc trái tuỳ thuộc vào chiều quay của động cơ (hình 4).
Cặp động cơ trước - sau nếu quay cùng chiều và đồng tốc sẽ tạo chuyển động lặn / nổi theo phương thẳng đứng cho robot. Nếu các động cơ này có tốc độ quay khác nhau sẽ tạo cho robot một góc tà nhất định, rất có ích khi thực hiện việc quay phim, chụp ảnh hay các thao tác khác. Khi kết hợp cả các động cơ hai bên sườn và động cơ trước - sau có thể tạo chuyển động lặn nổi theo phương xiên cho robot.
Các động cơ được lựa chọn dựa trên công suất cần thiết để đáp ứng khả năng di chuyển thẳng với vận tốc lớn nhất là 1m/s. Lựa chọn cánh quạt đẩy là loại có bước tiến không đổi bằng 60mm, đường kính 120mm thì công suất cần thiết cho mỗi động cơ là 30w.
*  Các thiết bị
Các thiết bị công tác và thiết bị ngoại vi được lựa chọn theo các nhiệm vụ của robot. Với mẫu ROV_01 có các thiết bị sau:
Cảm biến áp suất: làm nhiệm vụ đo áp suất dưới nước tại vị trí hiện thời cuả robot để xác định độ sâu của robot. Cảm biến được chọn là loại MPX5700 có thể đo được áp suất trong khoảng 15÷700kPa, độ chính xác 2,5%, độ nhạy 6,4 mV/kPa, thời gian đáp ứng 1ms.
Cảm biến gia tốc: làm nhiệm vụ đo gia tốc chuyển động của robot theo 2 phương x và y để từ đó xác định vị trí tương đối của robot theo mặt phẳng nằm ngang. Cảm biến được chọn là ADXL230 có giới hạn đo ±1,7g, độ nhạy 1000mV/g.
Camera: làm nhiệm vụ thu nhận hình ảnh dưới nước để thực hiện chức năng thám hiểm. Camera được chọn là JK-212 [10] sử dụng cảm biến ảnh 1/4 inch CCD Sony, độ phân giải ngang 420 TVL, khoảng cách chiếu sáng hồng ngoại đến 15m.
Cần điều khiển: làm nhiệm vụ điều khiển robot vận động trong môi trường nước. Thiết bị được lựa chọn là Joystick Gravis Extreme Dual, có 9 nút và 2 cần gạt, có thể lập trình tới 49 lệnh, di chuyển 3600.
3.2. Hệ thống điều khiển
Với kết cấu đã lựa chọn, hệ thống điều khiển của ROV_01 phải đảm nhiệm điều khiển 4 động cơ, thu và xử lý tín hiệu từ cảm biến gia tốc 2 trục, cảm biến áp suất, 2 bộ đếm xung (encoder) và giao tiếp với máy tính (hình 5). Do đó, điều khiển trung tâm phải có ít nhất các khối sau: 3 khối ADC nhận tín hiệu từ các cảm biến, 2 khối đếm nhận tín hiệu từ các encoder, 1 khối UART giao tiếp máy tính, 4 bộ PWM điều khiển tốc độ và chiều quay các động cơ. Để đáp ứng các yêu cầu nói trên, vi điều khiển được lựa chọn là dòng PSoC CY829466 của Cypress [12]. Trong vi điều khiển này đã tích hợp sẵn những khối tài nguyên như khối chuyển đổi tương tự - số (ADC) 12 hoặc 14 bit, khối khuếch đại tương tự, khối chuyển đổi số - tương tự (DAC), khối điều chế độ rộng xung (PWM) 8, 16 hoặc 24 bit, khối giao tiếp UART, bộ đếm (counter) 8, 16 hoặc 24 bit, bộ định thời (timer) 8, 16 hoặc 24 bit,…
Đối với robot ROV_01, các khối được sử dụng bao gồm (hình 6): 3 khối chuyển đổi ADC 12 bit, 3 khối khuếch đại tương tự PGA (dùng cho cảm biến gia tốc, áp suất), 4 khối PWM 8 bit (dùng cho 4 động cơ), 2 bộ đếm (dùng cho 2 encoder), 1 khối UART (để giao tiếp máy tính), khối điều khiển LCD,....

H. 5 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển
H. 6 Cấu trúc vi điều khiển CY829466

3.3. Phần mềm điều khiển, thu thập dữ liệu và hiển thị hình ảnh thám hiểm
Phần mềm điều khiển cho robot ROV_01 được thiết kế gồm 2 nhóm chương trình: các chương trình trên máy tính và các chương trình trên vi điều khiển. Các chương trình trên vi điều khiển làm nhiệm vụ điều khiển các thiết bị ngoại vi và thu thập dữ liệu từ các cảm biến gắn trên robot. Các chương trình trên máy tính có nhiệm vụ điều khiển và hiển thị hình ảnh gửi về từ camera; tính toán, vẽ đồ thị và hiển thị thông số về vị trí của robot; thực hiện chức năng điều khiển chuyển động của robot. Ngoài ra còn có các module chương trình kết nối để truyền thông giữa máy tính và vi điều khiển. Cấu trúc của phần mềm điều khiển robot như trên hình 7.

H. 7 Sơ đồ khối chức năng phần mềm điều khiển


*  Thuật toán nhận và xử lý tín hiệu từ encoder:
Bộ đếm Counter 1 nhận tín hiệu từ encoder của động cơ được kích hoạt khi gọi lệnh Start và thực hiện phép đếm ngược từ 255 trong thời gian 5ms, sau đó gán cho biến ep.
Khi đó xác định được vận tốc tức thời của động cơ là:

Với a = 400 là số xung trong 1 vòng quay của encoder.

H. 8 Thuật toán đọc và xử lý tín hiệu từ encoder H. 9 Thuật toán xác định độ sâu tức thời

*  Thuật toán nhận và xử lý tín hiệu từ áp suất kế:
Tín hiệu analog từ cảm biến áp suất được nhận và đổi thành tín hiệu số qua bộ chuyển đổi ADC. Khi gọi lệnh apsuat_Start (apsuat_MEDPOWER), bộ chuyển đổi ADC bắt đầu làm việc ở mức tín hiệu trung bình (MEDPOWER=Medium Power).
Lệnh apsuat = apsuat_iGetData() + 2048 gán giá trị điện áp tức thời của ADC apsuat vào biến apsuat.
Khi đó xác định được độ sâu của robot là:
ph1 = (apsuat – Voff/(V/P) = (apsuat – 200)/6,4
Với Voff = 200mV là điện áp đầu ra của cảm biến áp suất tại độ sâu bằng 0, V/P = 6,4mV/kPa là độ nhạy của cảm biến.
Nhiễu tự nhiên được lọc bằng cách lấy 10 giá trị với thời gian cách đều 20ms và chia trung bình, khi đó:

*  Thuật toán nhận và xử lý tín hiệu từ gia tốc kế:
Tín hiệu từ cảm biến gia tốc được nhận qua 2 bộ chuyển đổi ADC tương ứng cho tín hiệu gia tốc theo trục x và trục y.
Khi gọi lệnh ax_Start(ax_MEDPOWER), bộ chuyển đổi ADC bắt đầu làm việc ở mức tín hiệu trung bình.
Lệnh ax = ax_iGetData() + 2048 là lệnh gán giá trị điện áp tức thời của ADC ax vào biến ax. Khi đó xác định được gia tốc tức thời theo trục x của robot:

Với 2500 là điện áp đầu ra của cảm biến khi gia tốc trục x bằng 0 và độ nhạy của cảm biến là 1000mV/g = 1mV/(cm/s2).

Nhiễu tự nhiên được lọc bằng cách lấy 10 giá trị với thời gian cách đều 20ms và chia trung bình, khi đó:
Gia tốc theo trục y xác định tương tự.

H. 10 Thuật toán xác định gia tốc tức thời H. 11 Thuật toán nhận và xử lý tín hiệu điều khiển
các động cơ từ máy tính


* Thuật toán nhận và xử lý tín hiệu từ máy tính:
Tín hiệu truyền từ máy tính tới vi điều khiển là một chuỗi gồm 21 kí tự có dạng: “OKabcdefghijklmnpq_END”. Trong đó a, e, i, m mang giá trị là 1 hoặc 0 điều khiển chiều quay của động cơ hai bên và trước sau là thuận hay ngược. Ba kí tự tiếp theo của mỗi giá trị trên là độ rộng xung của các động cơ tương ứng. Chương trình dùng vòng lặp for để lấy từng chuỗi gồm 4 giá trị abcd, efgh, ijkl, mnpq. Sau đó chuyển đổi từ dạng chuỗi thành số thực; tách giá trị a, f, i, m bằng phép toán lấy phần nguyên của ds/1000; lấy số thực bcd, fgh, ikl, npq bằng phép toán lấy phần dư của ds%1000 với ds lần lượt bằng số nguyên abcd, efgh, ijkl, mnpq. Từ đó giá trị điều khiển 4 động cơ được gán cho p, pa, t, ta, l, le, x, xo; nhờ đó điều khiển tốc độ và chiều quay động cơ theo tín hiệu từ cần điều khiển.
*  Thuật toán nhận tín hiệu từ VĐK
Trong chiều nhận, OnCOMm cung cấp thuộc tính Rtheshold để phát hiện khi nào dữ liệu được nhận tại cổng. Thuộc tính Rtheshold của MSCOMm quyết định số kí tự ít nhất được nhận để gây ra sự kiện OnCOMm. Thiết lập thuộc tính RThreshold = 0 thì sẽ vô hiệu hoá sự kiện COMEvReceive tức không dùng ngắt, và sẽ không có sự kiện nhận xảy ra. Nếu thiết lập thuộc tính RThreshold > 1 thì những byte đến cuối cùng hoặc có rất nhiều byte vẫn không đọc được . Do đó thiết lập RThreshold = 1 để nếu nhận được bất kỳ tín hiệu nào là chương trình sẽ biết ngay.
Khi đã thiết lập RThreshold = 1 thì bất cứ khi nào bộ đệm nhận được tín hiệu vào (một ký tự hoặc hơn), chương trình sẽ xảy ra sự kiện MSCOMm.
COMmEvent, cụ thể ở đây là COMEvReceive. Ngay lập tức, sẽ thu được tín hiệu đầu vào cho vào bộ đệm. Cách thu tín hiệu này rất hiệu quả, đảm bảo không bị mất tín hiệu. Sau khi đã thu được tín hiệu cách đơn giản nhất là cho hiển thị lên textbox trong chương trình. Điều này giúp giải phóng bộ đệm đồng thời có thể xử lý chuỗi tín hiệu đã thu được một cách dễ dàng hơn.

H. 12 Thuật toán nhận tín hiệu từ VĐK H. 13 Thuật toán thu nhận tín hiệu cảm biến từ VĐK

*  Thuật toán thu nhận tín hiệu cảm biến từ VĐK:
Tín hiệu cảm biến thu được từ vi điều khiển là một chuỗi 37 byte có dạng: “OKax12345ay12345ph
12345ep12345et12345”. Trong đó “OK” là 2 byte để xác định vị trí bắt đầu của chuỗi. 5 byte số sau mỗi 2 byte chữ lần lượt là giá trị thu được của cảm biến gia tốc theo trục x, trục y, độ sâu, tốc độ động cơ phải, động cơ trái.
Thu toàn bộ tín hiệu vào khi có bất kỳ byte nào được gửi đến cổng COM. Sau đó tìm đến 2 byte đánh dấu bắt đầu chuỗi là “OK”. Nếu không thấy, quay lại đợi đến khi có tín hiệu gửi vào. Khi thấy chuỗi “OK” chương trình sẽ biết đây là chuỗi tín hiệu gửi lên từ robot và cắt lấy chuỗi 37 byte tiếp theo. Đây sẽ một chuỗi tín hiệu đầy đủ thông số cần thu về. Dùng hàm Mid sẽ cắt được lần lượt các thông số cần thiết trong chuỗi.
3.4. Sản phẩm
* Mẫu robot ROV_01
Từ các tính toán, thiết kế nêu trên, phiên bản đầu tiên của ROV_01 đã được chế tạo hoàn chỉnh tại PTN Cơ điện tử - Học viện Kỹ thuật Quân sự  (hình 14).
Các thông số kỹ thuật chính: Kích thước tổng thể: 800 x 350 x 350 mm; Khối lượng: 26 kg;  Số động cơ: 4; Nguồn cung cấp: 24VDC/15A; Vận tốc lớn nhất: 1m/s; Camera: 420 TVL, chiếu sáng hồng ngoại 15m; Điều khiển từ cần điều khiển hoặc máy tính.
*Phần mềm điều khiển ROV Program
Phần mềm điều khiển ROV Program (hình 16) bao gồm các khối chức năng điều khiển và hiển thị. Các chức năng điều khiển bao gồm: điều khiển kết nối với robot (Connect), điều khiển robot di chuyển thông qua cần điều khiển ảo (Joystick Position), điều khiển camera (Capture Picture, Capture Video). Các chức năng hiển thị bao gồm hiển thị hình ảnh truyền về từ camera, vẽ đồ thị vị trí của robot (XY Position, ROV's Depth) và hiển thị các thông số trạng thái khác của robot (ROV Index).

H. 14 Robot thám hiểm dưới nước ROV_01 H. 15 Robot ROV_01 và các thiết bị phụ trợ

*  Thử nghiệm
Các thử nghiệm đã được tiến hành trong các môi trường nước tĩnh như bể bơi, hồ nước đều cho kết quả rất tốt. Robot được điều khiển từ xa dùng cần điều khiển hoặc phím bấm trên máy tính, đã thực hiện tốt các chức năng vận động (tiến, lùi, quay vòng, lặn, nổi) theo đúng ý đồ của người điều khiển. Ở trạng thái tĩnh, robot duy trì được độ sâu và trạng thái cân bằng ổn định.
Các thiết bị đều hoạt động ổn định trong môi trường nước. Truyền thông giữa trung tâm điều khiển và robot đảm bảo liên tục và có chất lượng tốt. Tín hiệu từ các cảm biến gia tốc, áp suất đảm bảo xác định vị trí hiện thời của robot. Hình ảnh rõ nét truyền về từ camera hồng ngoại cho phép thực hiện chức năng thám hiểm trong các điều kiện môi trường nước khác nhau (hình 17).

H. 16 Phần mềm điều khiển ROV Program
H. 17 Một số hình ảnh thám hiểm dưới nước do ROV_01 truyền về

4. Kết luận
Sản phẩm robot ROV_01 đã được thiết kế, chế tạo và thử nghiệm hoạt động ổn định trong các vùng nước tĩnh cho phép ứng dụng ngay vào các hoạt động thám hiểm, kiểm tra môi trường ao, hồ, các bể chứa. Trong giai đoạn tiếp theo, ROV_01 sẽ được tiếp tục nghiên cứu để "vươn ra biển" với các khả năng hoạt động trong các vùng nước động, bổ sung các module công tác cần thiết khác để có thể ứng dụng trong các hoạt động nghiên cứu, khai thác và bảo vệ biển đảo của Tổ quốc.
Tài liệu tham khảo
[1] Caccia M.; Indiveri G; Veruggio G.: Modelling and identification of open-frame variable configuration underwater vehicles. IEEE Journal of Ocean Engineering (25), 2000.
[2] Carreras M.; Ridao P.; Garcia R; Nicosevici T.: Vision-based localization of an underwater robot in a structured environment. IEEE International conference on robotics and automation, ICRA’03, Taiwan 2003.
[3] Miskovic N.; Vukic Z; Barisic M.: Identification of coupled mathematical models for underwater vehicles. Proceedings of the OCEANS’07 Conference, Scotland 2007.
[4] Miskovic N.; Vukic Z.; Barisic M.: Autotuning autopilots for micro-ROVs. Proceedings of the 14th Mediterranean Conference on Control and Applications, Italy 2006.
[5] Ridao P.; Tiano A.; El-Fakdi A.; Carreras M.; Zirilli A.: On the identification of nonlinear models of unmanned underwater vehicles. Control Engineering Practice (12), 2004.
[6] Yuh, J.: Modeling and control of underwater robotic vehicles. IEEE Trans. Systems, Man and Cyber. 20(6) 1990.
[7] Yuh, J: Aneural net controller for underwater robotic vehicles. IEEE Journal of Ocean Engineering 15(3), 1990.
[8] Yuh, J: Learning control for underwater robotic vehicles. IEEE Control System Magazine 14(2), 1994.
[9] http://www.novaray.com
[10] http://www.seaeye.com/falcon.html
[11] http://www.rovexchange.com/mc_rov_reviews
[12] http://www.cypress.com

Tăng Quốc Nam, Lê Tuấn Anh, Vũ Quang Chiến, Vũ Thế Hoàng
Học viện Kỹ thuật Quân sự
e-Mail: Địa chỉ email này đã được bảo vệ từ spam bots, bạn cần kích hoạt Javascript để xem nó.
Phản biện 1: PGS. TS. Phạm Anh Tuấn
Viện Công nghệ vũ trụ - Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam
Phản biện 2: TS. Phạm Minh Tuấn
Viện Công nghệ thông tin - Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam

Số 127 (6/2011)♦Tạp chí tự động hóa ngày nay


Newer news items:
Older news items:

 

 

logost new




 


 



Nhà tài trợ


Sửa biến tần

Mới cập nhật

Quảng cáo&Liên kết