Nghiên cứu robot leo ống xúc tác lò reformer trong kỹ thuật cơ điện tử

LỜI CẢM ƠN

LỜI CAM ĐOAN

1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1. GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI

1.2. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU

1.3. MỤC TIÊU CỦA NGHIÊN CỨU

1.4. ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI NGHIÊN CỨU

2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ TÍNH TOÁN VÀ LỰA CHỌN ĐỘNG CƠ CHO ROBOT

2.1. PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ

2.1.1. Đặc tính của các loại động cơ điện đối với ứng dụng điều khiển robot trong nghiên cứu

2.1.2. Động cơ điện một chiều và phương pháp điều khiển

2.1.3. Các giải thuật điều khiển tốc độ động cơ BLDC

2.2. GIẢI THUẬT ĐIỀU KHIỂN PID

2.2.1. Tổng quan về giải thuật PID và bộ điều khiển PID lý tưởng

2.2.2. Giải thuật bộ điều khiển PID số cho ứng dụng công nghiệp

2.3. CÁC HỆ THỐNG VISION

2.4. Bộ lọc Kalman rời rạc

2.4.1. Mô tả của bộ lọc Kalman

2.4.2. Các ý nghĩa tham số cho bộ lọc Kalman

3. CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ GIẢI THUẬT ĐIỀU KHIỂN ROBOT

3.1. PHÂN TÍCH MÔ HÌNH VÀ THIẾT KẾ PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ VÀ VỊ TRÍ CHO ROBOT

3.1.1. Phân tích bài toán động học cơ bản cho robot

3.1.2. Giải thuật điều khiển vị trí cho robot

3.2. THIẾT KẾ HỆ THỐNG THU THẬP DỮ LIỆU HÌNH ẢNH

3.3. THIẾT KẾ HỆ THỐNG MẠCH ĐIỆN CHO ROBOT

3.4. THIẾT KẾ GIẢI THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT AN TOÀN CHO ROBOT

3.4.1. Giao diện điều khiển ở chế độ Manual

3.4.2. Giải thuật điều khiển di chuyển tốc độ tự động

3.4.3. Giao diện cho chức năng điều khiển vị trí

3.4.4. Cơ chế an toàn cho robot

3.5. THIẾT KẾ GIẢI THUẬT TRUYỀN NHẬN CÁC DỮ LIỆU VỀ BỘ XỬ LÝ TRUNG TÂM DƯỚI MẶT ĐẤT

4. CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN – ĐIỆN TỬ TRÊN ROBOT

4.1. TÍNH TOÁN LỰA CHỌN CƠ CẤU DẪN ĐỘNG CHO ROBOT

4.1.1. Tiêu chí lựa chọn động cơ

4.1.2. Phương pháp lựa chọn động cơ

4.1.3. Phương án truyền động cho Robot

4.2. TÍNH TOÁN VÀ LỰA CHỌN NGUỒN ĐIỆN CUNG CẤP ĐÁP ỨNG CHUẨN AN TOÀN

4.3. TÍNH TOÁN VÀ LỰA CHỌN THIẾT BỊ LẬP TRÌNH CHO ROBOT

4.4. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ GIAO DIỆN NGƯỜI DÙNG

4.5. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ CÁC THIẾT BỊ CẢM BIẾN

5. CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ QUY TRÌNH VẬN HÀNH, THU THẬP DỮ LIỆU VÀ XỬ LÝ SỰ CỐ CHO ROBOT

5.1. Quy trình kết nối phần cứng dây điện

5.2. Quy trình kết nối điều khiển và thu thập hình ảnh trên giao diện

6. CHƯƠNG 6: THIẾT KẾ CHƯƠNG TRÌNH LẬP TRÌNH CHO ROBOT

6.1. GIẢI THUẬT CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN CHUYỂN ĐỘNG

6.1.1. Giải thuật nhúng cho vi điều khiển trung tâm robot

6.1.2. Giải thuật nhúng cho vi điều khiển giao tiếp với tay cầm (controller)

6.2. GIẢI THUẬT CHƯƠNG TRÌNH TẠO GIAO DIỆN NGƯỜI DÙNG

6.3. GIẢI THUẬT CHƯƠNG TRÌNH THU THẬP DỮ LIỆU HÌNH ẢNH

6.3.1. Giải thuật thu thập và xử lý dữ liệu hình ảnh

6.3.2. Giải thuật phân luồng

7. CHƯƠNG 7: THỰC NGHIỆM KIỂM CHỨNG

7.1. ĐÁNH GIÁ THỰC NGHIỆM ĐIỀU KHIỂN DI CHUYỂN ROBOT

7.1.1. Điều khiển Robot theo chế độ Manual

7.1.2. Kết quả điều khiển robot tự động

7.2. ĐÁNH GIÁ THỰC NGHIỆM ĐIỀU KHIỂN ROBOT BÁM VỊ TRÍ

7.3. ĐÁNH GIÁ THỰC NGHIỆM QUÁ TRÌNH THU THẬP HÌNH ẢNH ĐƯỜNG ỐNG TỪ CÁC CAMERA

7.4. ĐÁNH GIÁ THỰC NGHIỆM AN TOÀN

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO

BẢN VẼ SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ MẠCH ĐIỀU KHIỂN

CHƯƠNG TRÌNH NHÚNG CHO VI ĐIỀU KHIỂN ARDUINO

PHỤ LỤC 03. CHƯƠNG TRÌNH LẬP TRÌNH GIAO DIỆN GUI ĐIỀU KHIỂN ROBOT TRÊN MICROSOFT VISUAL STUDIO C#

LÝ LỊCH TRÍCH NGANG

I. Giới thiệu về robot leo ống xúc tác lò reformer

Nghiên cứu này tập trung vào việc phát triển robot leo để kiểm tra và bảo trì ống xúc tác trong lò reformer. Lò reformer là một phần quan trọng trong quy trình sản xuất khí tự nhiên, và việc duy trì chất lượng của ống xúc tác là rất cần thiết để đảm bảo hiệu suất hoạt động của lò. Đề tài này nhằm mục đích thiết lập một hệ thống điều khiển cho robot, cho phép nó di chuyển một cách linh hoạt trên bề mặt ống, đồng thời thu thập dữ liệu hình ảnh để đánh giá tình trạng của ống. Việc sử dụng robot trong công nghiệp đã trở thành một xu hướng quan trọng, giúp giảm thiểu rủi ro cho con người và nâng cao hiệu quả công việc.

1.1 Tình hình nghiên cứu về robot leo

Trong lĩnh vực nghiên cứu về robot leo, đã có nhiều công trình nghiên cứu tập trung vào việc phát triển các loại robot có khả năng di chuyển trên các bề mặt không bằng phẳng, như ống hoặc tường. Các nghiên cứu này cho thấy rằng việc ứng dụng công nghệ robot trong công nghiệp không chỉ giúp cải thiện hiệu suất làm việc mà còn giảm thiểu chi phí bảo trì. Robot leo có thể được trang bị các cảm biến và camera để thực hiện việc kiểm tra và thu thập dữ liệu một cách tự động. Điều này không chỉ tiết kiệm thời gian mà còn nâng cao độ chính xác trong việc phát hiện các vấn đề tiềm ẩn trên bề mặt ống.

II. Thiết kế hệ thống điều khiển cho robot

Hệ thống điều khiển cho robot leo được thiết kế với mục tiêu đảm bảo tính linh hoạt và hiệu suất cao trong quá trình di chuyển trên ống xúc tác. Hệ thống này bao gồm các thành phần như động cơ, cảm biến và giao diện điều khiển. Động cơ được lựa chọn phải đáp ứng được yêu cầu về công suất và mô-men xoắn để robot có thể di chuyển một cách trơn tru. Hệ thống cảm biến sẽ giúp robot nhận diện vị trí và tình trạng của ống, từ đó điều chỉnh hành trình di chuyển một cách hợp lý. Giao diện điều khiển được thiết kế thân thiện, cho phép người dùng dễ dàng tương tác và điều khiển robot trong các tình huống khác nhau.

2.1 Lựa chọn động cơ và cảm biến

Việc lựa chọn động cơ cho robot là một trong những yếu tố quan trọng nhất trong thiết kế. Động cơ phải có khả năng cung cấp đủ mô-men xoắn để robot có thể leo lên và xuống ống một cách hiệu quả. Các loại động cơ điện một chiều (DC) và động cơ không chổi than (BLDC) thường được xem xét. Bên cạnh đó, hệ thống cảm biến cũng cần được lựa chọn kỹ lưỡng để đảm bảo robot có thể thu thập dữ liệu chính xác về bề mặt ống. Các cảm biến như cảm biến khoảng cách, cảm biến hình ảnh và cảm biến gia tốc có thể được tích hợp vào robot để hỗ trợ trong quá trình kiểm tra và bảo trì.

III. Ứng dụng thực tiễn của robot trong công nghiệp

Việc ứng dụng robot leo trong công nghiệp, đặc biệt là trong lĩnh vực bảo trì các ống xúc tác của lò reformer, mang lại nhiều lợi ích thiết thực. Robot có khả năng hoạt động trong môi trường khắc nghiệt, nơi mà con người có thể gặp nguy hiểm. Thông qua việc thu thập dữ liệu hình ảnh và cảm biến, các chuyên gia có thể dễ dàng đánh giá tình trạng của ống và đưa ra các quyết định kịp thời về bảo trì. Điều này không chỉ giúp tiết kiệm thời gian mà còn giảm thiểu chi phí phát sinh do các sự cố không mong muốn.

3.1 Lợi ích của việc sử dụng robot trong bảo trì

Sử dụng robot trong công nghiệp giúp giảm thiểu rủi ro cho nhân viên, đồng thời nâng cao hiệu suất công việc. Robot có thể hoạt động liên tục mà không cần nghỉ ngơi, điều này cho phép tăng cường hiệu suất sản xuất. Hơn nữa, việc thu thập dữ liệu tự động giúp cải thiện độ chính xác trong việc phát hiện các vấn đề tiềm ẩn, từ đó giúp các kỹ sư đưa ra các quyết định chính xác hơn về bảo trì và sửa chữa.

Luận văn thạc sĩ về robot leo bên ngoài ống xúc tác lò reformer trong kỹ thuật cơ điện tử