I. Giới thiệu về thiết kế robot cá tại HCMUTE
Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế và chế tạo robot cá ứng dụng vẽ biên dạng đáy hồ" tại Trường Đại học Công nghệ Thông tin - HCMUTE là một nghiên cứu đáng chú ý trong lĩnh vực công nghệ robot. Đề tài tập trung vào việc thiết kế và chế tạo một robot cá tự hành, ứng dụng công nghệ xử lý hình ảnh và kỹ thuật điều khiển để lập bản đồ đáy hồ. Ba sinh viên HCMUTE đã thực hiện đồ án này dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Nguyễn Ngọc Phương. Thiết kế robot cá này kết hợp các yếu tố robot tự hành, robot phỏng sinh học và hệ thống SLAM (Simultaneous Localization and Mapping). Nghiên cứu robot này mang tính ứng dụng cao trong khảo sát đáy hồ, góp phần vào ứng dụng công nghệ trong khảo sát. Kết quả nghiên cứu có thể được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau, như giám sát môi trường, khảo sát địa hình, và tìm kiếm cứu hộ dưới nước.
1.1 Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu
Mục tiêu chính của đồ án là thiết kế robot cá có khả năng di chuyển tự động trong môi trường nước, tránh vật cản, chụp ảnh đáy hồ và vẽ biên dạng đáy hồ. Robot cá được thiết kế mô phỏng hình dạng cá chép, đảm bảo tính cơ động và khả năng hoạt động lâu dài. Phạm vi nghiên cứu bao gồm thiết kế cơ khí, thiết kế hệ thống điều khiển, lập trình xử lý hình ảnh trên Matlab, và tích hợp các cảm biến. Thiết kế phần mềm robot là một phần quan trọng, bao gồm các thuật toán điều khiển chuyển động và xử lý hình ảnh. Đồ án tập trung vào việc phát triển một robot cá nhỏ gọn, chi phí hợp lý và dễ dàng vận hành. Việc sử dụng kỹ thuật điện tử và kỹ thuật điều khiển tự động là rất quan trọng trong quá trình thiết kế và chế tạo. Các thử nghiệm được tiến hành để đánh giá hiệu quả hoạt động của robot cá, bao gồm khả năng di chuyển, tránh vật cản và độ chính xác của bản đồ đáy hồ.
1.2 Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu kết hợp giữa lý thuyết và thực nghiệm. Đồ án dựa trên việc tham khảo các tài liệu, bài báo khoa học về robot cá, cơ khí chế tạo máy, và xử lý hình ảnh. Thiết kế robot cá được thực hiện trên phần mềm Solidworks. Việc môi phỏng robot trên Matlab giúp tối ưu hóa thiết kế và thuật toán điều khiển. Thiết kế mạch điện tử được thực hiện dựa trên board Arduino Uno R3. Kỹ thuật điều khiển sử dụng các cảm biến hồng ngoại để tránh vật cản và camera để chụp ảnh đáy hồ. Phát triển phần mềm bao gồm lập trình điều khiển robot và xử lý hình ảnh để tạo bản đồ đáy hồ. Công nghệ cảm biến đóng vai trò quan trọng trong việc thu thập dữ liệu. An toàn lao động dưới nước cũng được xem xét trong quá trình thiết kế và thực hiện thí nghiệm. Ứng dụng robot trong khảo sát được đánh giá dựa trên kết quả thực nghiệm.
II. Kết quả và phân tích
Đồ án đã thành công trong việc thiết kế và chế tạo robot cá. Robot cá có khả năng di chuyển linh hoạt dưới nước, tránh vật cản hiệu quả nhờ ba cảm biến hồng ngoại. Hệ thống camera trên robot ghi lại hình ảnh đáy hồ, được xử lý để tạo bản đồ biên dạng đáy hồ. Robot cá tự động hoạt động được trong khoảng 3 giờ với tốc độ 0.2m/s. Kết quả thực nghiệm chứng minh khả năng ứng dụng của robot trong thăm dò đáy biển. Giám sát môi trường và thủy văn là những ứng dụng tiềm năng của robot cá này. Các hạn chế của đồ án là độ phân giải hình ảnh và tốc độ xử lý. Phát triển robot trong tương lai nên tập trung vào việc cải thiện những yếu tố này.
2.1 Đánh giá thiết kế cơ khí
Thiết kế cơ khí của robot cá mô phỏng hình dạng cá chép, tối ưu hóa thủy động lực học. Vật liệu được lựa chọn phù hợp với môi trường nước. Thiết kế chống thấm nước hiệu quả bảo vệ các linh kiện điện tử. Gia công cơ khí chính xác đảm bảo khả năng hoạt động ổn định. Thiết kế khớp nối cho phép robot cá di chuyển linh hoạt. Robot cá có cấu trúc mô đun, thuận tiện cho việc bảo trì và nâng cấp. Cấu trúc robot đảm bảo tính bền vững trong môi trường nước. Khả năng vận hành tốt của robot là kết quả của thiết kế cẩn thận và gia công chính xác. Khả năng tự hành của robot được đảm bảo bằng thiết kế phần mềm và hệ thống điều khiển hiệu quả. Chất lượng thiết kế thể hiện qua độ bền, hiệu suất, và khả năng đáp ứng yêu cầu của nhiệm vụ.
2.2 Đánh giá hệ thống điều khiển và xử lý ảnh
Hệ thống điều khiển dựa trên Arduino Uno R3, tích hợp ba cảm biến hồng ngoại và camera. Thuật toán điều khiển hiệu quả giúp robot cá di chuyển chính xác và tránh vật cản. Xử lý hình ảnh trên Matlab tạo ra bản đồ biên dạng đáy hồ. Độ chính xác của bản đồ phụ thuộc vào chất lượng hình ảnh và thuật toán xử lý. Hệ thống điều khiển từ xa cho phép người dùng giám sát và điều khiển robot cá. Giao diện người dùng thân thiện, dễ sử dụng. Cảm biến hồng ngoại hoạt động ổn định trong môi trường nước. Phần mềm xử lý hình ảnh cần được tối ưu hóa để tăng tốc độ xử lý và độ chính xác. Hệ thống truyền dữ liệu không dây ổn định đảm bảo liên lạc giữa robot và máy tính. Phát triển thuật toán và tối ưu hóa hệ thống là những hướng nghiên cứu quan trọng trong tương lai.
III. Kết luận và hướng phát triển
Đồ án đã đạt được các mục tiêu đề ra. Robot cá được chế tạo thành công, thể hiện khả năng ứng dụng trong thăm dò đáy hồ. Tuy nhiên, vẫn còn một số hạn chế cần được cải thiện. Công nghệ robot liên tục phát triển, mở ra nhiều hướng nghiên cứu mới. Phát triển robot cá thông minh hơn, tích hợp nhiều chức năng sẽ là hướng nghiên cứu tiếp theo.
3.1 Ứng dụng thực tiễn
Ứng dụng robot cá trong khảo sát môi trường nước mang lại hiệu quả cao. Khảo sát đáy hồ trở nên dễ dàng và an toàn hơn. Giám sát chất lượng nước và sinh vật thủy sinh cũng là những ứng dụng tiềm năng. Ứng dụng công nghệ thông tin trong lĩnh vực khảo sát môi trường tạo ra bước đột phá. Robot cá có thể được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Việc ứng dụng robot vào thực tiễn đóng góp vào sự phát triển kinh tế - xã hội. Giảm thiểu rủi ro cho con người trong công việc khảo sát nguy hiểm dưới nước. Tăng cường hiệu quả công việc nhờ sự hỗ trợ của robot cá tiên tiến. Thu thập dữ liệu chính xác và nhanh chóng.
3.2 Hướng phát triển trong tương lai
Cải thiện độ phân giải camera và tốc độ xử lý hình ảnh. Tích hợp thêm các cảm biến để đo các thông số môi trường. Phát triển thuật toán điều khiển thông minh hơn. Thiết kế robot cá nhỏ gọn và bền hơn. Nghiên cứu robot cá có khả năng hoạt động lâu dài trong môi trường nước. Tích hợp hệ thống định vị chính xác hơn. Phát triển robot đa chức năng, thực hiện nhiều nhiệm vụ khác nhau. Nghiên cứu vật liệu mới để chế tạo robot cá có khả năng chịu được áp lực cao. Cải tiến thiết kế để tăng hiệu quả hoạt động và giảm chi phí sản xuất. Hợp tác nghiên cứu quốc tế để đẩy nhanh tiến độ phát triển.
