Nghiên cứu thiết kế robot giám sát đường ống nước thải tại HCMUTE

LỜI CAM ĐOAN

LỜI CẢM ƠN

1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1. Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu

1.2. Tình hình nghiên cứu trong nước

1.3. Tình hình nghiên cứu ngoài nước

1.4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

1.5. Mục tiêu và nhiệm vụ của đề tài

1.5.1. Mục tiêu của đề tài

1.5.2. Nhiệm vụ của đề tài

1.5.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

1.5.4. Phương pháp nghiên cứu

1.5.5. Thời gian thực hiện đề tài

2. CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ KẾT CẤU CƠ KHÍ

2.1. Lý thuyết về quá trình thiết kế máy và chi tiết máy

2.2. Hiện trạng công tác giám sát hệ thống thoát nước đô thị

2.2.1. Tại các đô thị nước ngoài

2.2.2. Tại các đô thị trong nước

2.3. Phân tích và lựa chọn phương án thiết kế

2.4. Chế độ làm việc của robot

2.5. Nguyên lý hoạt động

2.6. Phương án đề xuất cho robot giám sát đường ống nước thải

2.6.1. Bộ phận thân – khung

2.6.2. Bộ phận di chuyển

2.6.2.1. Tính toán chọn công suất động cơ cho bộ phận di chuyển robot

2.6.3. Thiết kế bộ truyền động bánh răng

2.6.4. Thiết kế bộ truyền động xích

2.6.5. Thiết kế trục dẫn động

2.6.6. Bộ phận giám sát

2.6.6.1. Thiết kế hộp bảo vệ camera chống thấm

2.6.6.2. Thiết kế cơ cấu chỉnh hướng camera

3. CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG

3.1. Nhiệm vụ và phương pháp phân tích động lực học robot

3.2. Phương trình động lực học robot

3.3. Tính toán bộ truyền bánh răng

3.4. Tính toán bộ truyền xích

4. CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ ĐIỆN VÀ ĐIỀU KHIỂN

4.1. Thiết kế hộp điều khiển và panel điều khiển cho robot giám sát

4.2. Thiết kế giải thuật điều khiển robot

4.3. Điều khiển robot

4.3.1. Điều khiển chuyển động của Robot

4.3.2. Điều khiển hệ thống PAL-TILT camera

4.3.3. Điều khiển nâng – hạ camera

4.4. Phần thu thập tín hiệu từ Video

4.5. Sơ đồ nguyên lý các mạch điện

4.5.1. Mạch điện điều khiển Camera

4.5.2. Mạch điện điều khiển động cơ di chuyển

4.5.3. Mạch điện điều khiển tốc độ động cơ

5. CHƯƠNG 5: THỰC NGHIỆM

5.1. Mục đích thực nghiệm

5.2. Về kích thước

5.3. Về công suất động cơ

5.4. Về tốc độ robot

5.5. Về điều khiển robot

5.6. Kết quả thực nghiệm

6. CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN

6.1. Hướng phát triển

TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng quan

Nghiên cứu thiết kế robot giám sát đường ống nước thải tại HCMUTE tập trung vào việc phát triển một giải pháp công nghệ nhằm cải thiện hiệu quả giám sát và bảo trì hệ thống thoát nước. Hệ thống thoát nước hiện tại tại Việt Nam đang gặp nhiều vấn đề nghiêm trọng như tắc nghẽn, rò rỉ và hư hỏng, gây ra ngập úng và ô nhiễm môi trường. Việc sử dụng robot giám sát có thể thay thế sức lao động của con người trong những điều kiện làm việc khắc nghiệt, nơi mà con người không thể tiếp cận. Đặc biệt, robot có khả năng phát hiện các vết nứt và hư hỏng trong đường ống, từ đó giúp quản lý và bảo trì hệ thống thoát nước hiệu quả hơn.

1.1. Tình hình nghiên cứu trong nước

Tại Việt Nam, việc giám sát và bảo trì hệ thống thoát nước chủ yếu dựa vào sức lao động của con người. Một số robot đã được phát triển nhưng chủ yếu là nhập khẩu từ nước ngoài với chi phí cao. Các nghiên cứu gần đây cho thấy nhu cầu cấp thiết về việc phát triển robot giám sát trong nước để đáp ứng yêu cầu thực tiễn. Việc chế tạo robot trong nước không chỉ giúp tiết kiệm chi phí mà còn tạo ra các giải pháp phù hợp với điều kiện thực tế của hệ thống thoát nước tại Việt Nam.

1.2. Tình hình nghiên cứu ngoài nước

Nhiều quốc gia đã phát triển các loại robot giám sát đường ống với công nghệ tiên tiến. Các robot như KURT và KARO đã chứng minh khả năng hoạt động hiệu quả trong việc giám sát và làm sạch đường ống. Tuy nhiên, những robot này thường không phù hợp với điều kiện của hệ thống thoát nước tại Việt Nam, nơi có nhiều rác thải và đường ống không đồng nhất. Do đó, việc nghiên cứu và phát triển một loại robot phù hợp với điều kiện địa phương là rất cần thiết.

II. Thiết kế robot

Quá trình thiết kế robot giám sát đường ống nước thải bao gồm nhiều bước quan trọng. Đầu tiên, cần phân tích môi trường làm việc thực tế của robot trong các đường ống có đường kính từ 0,2 đến 0,8m. Thiết kế cơ khí của robot phải đảm bảo tính linh hoạt và khả năng di chuyển dễ dàng trong không gian hạn chế. Các bộ phận như khung, bánh xe và hệ thống truyền động cần được tối ưu hóa để robot có thể hoạt động hiệu quả. Hệ thống camera và cảm biến cũng cần được tích hợp để thu thập hình ảnh và dữ liệu chính xác về tình trạng của đường ống.

2.1. Nguyên lý hoạt động

Nguyên lý hoạt động của robot giám sát dựa trên việc sử dụng các cảm biến và camera để thu thập thông tin về tình trạng của đường ống. Robot sẽ di chuyển trong đường ống và ghi lại hình ảnh, từ đó phân tích và phát hiện các vấn đề như rò rỉ, nứt vỡ. Hệ thống điều khiển từ xa cho phép người vận hành theo dõi và điều chỉnh hoạt động của robot một cách linh hoạt. Điều này không chỉ giúp tiết kiệm thời gian mà còn giảm thiểu rủi ro cho người lao động.

2.2. Phương án di chuyển

Phương án di chuyển của robot giám sát được thiết kế để đảm bảo tính linh hoạt và khả năng vượt qua các chướng ngại vật trong đường ống. Robot sử dụng bánh xích hoặc bánh xe đặc biệt để có thể di chuyển trên bề mặt không bằng phẳng và trong môi trường ẩm ướt. Hệ thống điều khiển động cơ được lập trình để điều chỉnh tốc độ và hướng di chuyển của robot, giúp nó dễ dàng tiếp cận các khu vực khó khăn trong đường ống.

III. Thực nghiệm và đánh giá

Thực nghiệm là bước quan trọng để đánh giá hiệu quả của robot giám sát. Các thử nghiệm được thực hiện trong môi trường thực tế và trong phòng thí nghiệm để kiểm tra khả năng hoạt động của robot. Kết quả thực nghiệm cho thấy robot có thể di chuyển linh hoạt trong đường ống và thu thập hình ảnh rõ nét. Việc đánh giá hiệu quả hoạt động của robot không chỉ dựa trên khả năng di chuyển mà còn trên khả năng phát hiện và phân tích các vấn đề trong đường ống.

3.1. Kết quả thực nghiệm

Kết quả thực nghiệm cho thấy robot giám sát có khả năng phát hiện các vết nứt và hư hỏng trong đường ống một cách chính xác. Hệ thống camera cho phép ghi lại hình ảnh rõ nét, giúp người vận hành dễ dàng nhận diện các vấn đề. Thời gian thực hiện các nhiệm vụ giám sát cũng được rút ngắn đáng kể so với phương pháp truyền thống. Điều này chứng tỏ rằng robot có thể thay thế hiệu quả sức lao động của con người trong các công việc nguy hiểm và khó khăn.

3.2. Đánh giá hiệu quả

Đánh giá hiệu quả của robot giám sát không chỉ dựa trên kết quả thực nghiệm mà còn trên khả năng ứng dụng thực tế. Robot có thể được sử dụng để giám sát định kỳ hệ thống thoát nước, từ đó giúp phát hiện sớm các vấn đề và giảm thiểu chi phí sửa chữa. Việc áp dụng công nghệ robot trong giám sát đường ống nước thải không chỉ nâng cao hiệu quả công việc mà còn góp phần bảo vệ môi trường và sức khỏe cộng đồng.

Luận văn thạc sĩ HCMUTE: Thiết kế và chế tạo robot giám sát đường ống nước thải