Tài liệu Nghiên cứu và chế tạo robot thăm dò đường ống pdf

T Phn A: Khoa hc T  ng: 26 (2013): 17-23

17

NGHIÊN CỨU VÀ CHẾ TẠO ROBOT THĂM DÒ ĐƢỜNG ỐNG
Nguyn Kh
1
‎
1

1
B  i hc C
Thông tin chung:
 04/12/2012
19/06/2013

Title:
Research and implement pipeline
exploration robot
Từ khóa:



Keywords:
Piping exploration robot, piping
robot, wireless control, camera
monitoring
ABSTRACT
Recently, most of industrial and public infrastructures use piping
system for variety applications. The problem is that these systems
need to be not only periodically maintained and checked to ensure

the safety, stability and continuous operation but also quickly
repaired when incident happens. Along with the development of
society and economy, these issues have to be satisfactorily resolved.
Facing urgent needs, the authors propose to research and
implement a pipeline exploration robot that has ability to be remote
controlled by wireless signals, send field images to center by using
camera and handle some simple situations in the piping system with
necessary features and moderate price in comparison with existing
products. With initial results, in the near future, we will develop
specialized robots for narrower aspects with more rigorous
requirements.
TÓM TẮT

 
              





          
  




1 GIỚI THIỆU
   ng   m v
thay th  i di chuy   
thng  c

phc nh
tc. Vi to robot loi
   n sm vi   c
 t thc
b  hoc v 
ng u
 ng dng r      n,
phc v nhu cu kim tra, sa ch  t
T Phn A: Khoa hc T  ng: 26 (2013): 17-23

18
n  ng ca h thng ng d  t
kim thn c, 
i hc Irvine (Mn robot
 ng c
     a ch  i robot
 thnc,
cng ngng tri
y mn [4].
 Vit Nam, vi di
c bit
ng c
h th     n nhng
     ng
 c trin khai    H 
ng lo
c mua  
rng thng, sa cha
rt t n nay, vi u, thit
k ng dng thc t c

c ti mt s
 i h    
  i
h     H   
thit k  tt dng robot
ng ng) [5].
Vi nhu cu phc v 
b    th ng   c
ng hi   
thit k   tnh mt sn phm
robot m      n linh
hot tro  ng   
  ng
thm, chng nhiu tt, ho  c trong
u ki    ngp
c t      nh hin
  ng ng v   u
khin c bi
 u khi     nh t xa

2 PHƢƠNG PHÁP THỰC HIỆN
2.1 Yêu cầu kỹ thuật
Do robot hong hot
ng
ngi v
gh u ca robot phi chng thm
      
phc tp c ng     c
u ch ti
 c bao b 

b truy ng, m n t   n

ly v
c thit k   p
d liu khin t xa qua qua
chun TCP/IP ca m   nh
   c robot thu nhn t mt
     u ch  
u khin
   li    u khin
bng m
And Data Acquisition - CADA). Mch u
khin ca robot (Robot Controller- m
nhn nhim v giao tip vi CADA t xa
n TCP/IP, t 
hong cu khin di chuyn
t   i, thu thp d liu
v    t/m    

CADA giao tip vi robot t 
       
thp d linh t m
g     nh hi ng
n
ng ca ru khin
d      ng cho robot.
c lc
u khin hong cy
ti mng
nh mt tay game g 

USB ho
      
      
trng kt ni, t  di chuyng
  c (b  u t encoder); cho
  u khi   n trng
xung quanh robot b    
truyn v.

T Phn A: Khoa hc T  ng: 26 (2013): 17-23

19
`

Hình 1: Mô hình hệ thống robot thăm dò đƣờng ống
2.2 Thiết kế hệ thống điều khiển trên robot
M u khin rob   n rt
quan tr     ho  
giao tip vi CADA t    ng
 khi ca h th

Access Point
Robot Controller
IP Camera
RJ45
RJ45
Motor Driver
Motor R
Motor L
LED Driver

Encoder
Power
(lipo Battery)
11.1VDC
22.2VDC
9VDC

Hình 2: Sơ đồ khối hệ thống điều khiển robot
2.2.1 B phn thu thnh (IP
Camera)
Ch
truyn v CADA bng h thng truy
    dng mt IP Camera
speed dome c    thc hin
chc n    - 
 
       
MPEG4
  tr
zoom quang
 10X & zoom s 10X)
      (- n +
)
  (- n + 90)
Camera Vivotek PZ-6122 truyn nhn d
liu vt ni ethernet, tc
 10/100 Mbps. Protocols Ipv4, h tr c

     s dng giao thc
      

h        t,
 n c
      a
  n t  u khi c
       
 a ch Ipv4 c     
u khin camera b  c
T Phn A: Khoa hc T  ng: 26 (2013): 17-23

20
  a ch: http://IP/cgi-bin/admin/
getparam.cgi nu mu c d li 
http://IP/cgi-bin/admin/setparam.cgi nu mun
thit l cho camera.
2.2.2 Mu khin robot (Robot
Controller)
Mu khin
lu khin robot t i tr li
  u tr     
truy     n ethernet.
Robot di chuyn bc l
u khin bng 
d  u khi c t , chi 
ng di chuy  c trang b mt
        
m      t ni vi trung
u khi

 thng
ching L

hing  
 khi mu khin robot.
MCU
ATMega32
LCD 16x2
Ethernet
Module
Keys inputEncoder input
Power supply
PWM OUT
OUTPUTS
SPI
3.3V
5V
RJ45
11.1V
Output module
Input module

Hình 3: Sơ đồ khối mạch điều khiển robot
2.3 Thiết kế phần mềm
2.3.1 Thit k phn m
Phn m     m v
nh       u khin t
     
c vit b l
ch   u khi   n
 cn gii quyt khi thit k phn m
m:
 Thit k p

 truy
 u tr      
encoder, trng, v 
hiu kt n     v
 ng thi phn m   
u khin t
   n t    
phi, tt/m 
 Thit k    c thi
lu khin hong ca robot gu
khin t   u quay ca hai motor
truyu khin tt m t s
ng m ru
u khi  c tham chiu t module
giao tip ethernet.
       
 thit ln th 
 a ch IP c   encoder,
tr        
hong cn lnh t
u khin hin th 
mt LCD g
2.3.2 Thit k phn mu khin t

Phn m     
thp d li  nh t    u
khin mi ho ng c   
T Phn A: Khoa hc T  ng: 26 (2013): 17-23

21

chu       t
c ca ph
 Nh n th c truyn
v t mt IP Camera g i
u khin bit hin trng ca c
      u
khi  hi t
 nh. Tt c 
u khin trc tip b 
c bng tay game (gamepad) nh
u qu cho robot.
 u khin hong ca robot gm ti,
lui, nhanh, chi, tt/m 
chi  n m   nh  u
u khi     t hoc
       
dng d li  c thng nht vi phn
m        c
g     n ethernet bng
mng WiFi.
 Thu nhu v tra
     n th t , 
    ng kt ni vi robot,
m  ng c   
u khin nc v 
hong ca robot.
 H tr thit lt ni v
thit b h tr u khin (gamepad). Vic h
tr ghi l       
i s dng d i khi

cn thit.
3 KẾT QUẢ VÀ ĐÁNH GIÁ
3.1 Phần cứng mạch điện điều khiển
V     t ra khi thit k
phn cng m     u kin
thc t  c hi
u khi
u khi
giao tip ethernet c  
ENC28J60. H thng m   
hai module nh:
 c hin ch
ti      t tiny
    
 u t       u
u khi
 u khin LED chi   
hi     ng; x  
n th 
 u khin motor: nhu
t n cho
ng.

Hình 4: Hình ảnh mạch điều khiển trung tâm
3.2 Phần cứng cơ khí
Vi nh      t ra
c thit k 
 t qua nhng
vt cu cao t50 mm ng
n 50 mm  dc trong ng

t  
o
     u khi c
lp. Thit k chng th  
th ho  c trong thi gian khong 1
gi u kin robot b ngc 20 cm.
  k thut ca robot th  
B
Bảng 1: Thông số kỹ thuật đạt đƣợc của robot
thực
Mô tả
Thông số


568 mm

368 mm

280 mm

28 000 g

0.5 m/s

<= 30
o



150 mm

Hình 5: Robot thực tế
T Phn A: Khoa hc T  ng: 26 (2013): 17-23

22
3.3 Phần mềm điều khiển robot
Vt 
u khit k
i giao dim 3 phn
 n: phn hin th  nh, ph u
khi
Bắt đầu
Init System
- Khởi động Port vào/ra, Timer
- Khởi động LCD
- Khởi động PWM
- Khởi động chip Ethernet ENC28J60
- Khởi động Tiny Web Server
Tiny Server Process
- Xử lý các gói tin ARP, ICMP, HTTP
Output Control
- Điều biên xung PWM cho motor
- Điều khiển đèn chiếu sáng
Input Process
- Quét và xử lý tín hiệu Encoder
- Kiểm tra tình trạng kết nối
- Kiểm tra dung lượng Pin
- Kiểm tra và xử lý phím ấn

Hình 6: Lƣu đồ chƣơng trình chính

 Phn hin th nh: nh
 ci dng phim (lu
nh) trc tip truyn v t   
phn m th hin lung
u truyn nhn gi
 Phu khin: Tp trung hu ht 
ch  u khin cho robot. Ph 
 u khi    t hoc

 Ph   th hin mt s 
  n cn thi     ng
cn mu khin. Th
hin t       a
 hia ch kt nn



Hình 7: Giao diện điều khiển
Hình 8: Giao diện hiển thị


Hình 9: Giao diện thông tin
T Phn A: Khoa hc T  ng: 26 (2013): 17-23

23
4 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT
      to mt robot
  ng       
robot m     n linh hot
 ng ng, chng thm t  t h

thu khi
 ng vi kh 
giao ti c v   ng chun
ethernet, nhu khip
i v 
thng vi kh
      u khi c
ti kt qu th nghiu,
   ng thm tt, di chuyn
c  mt s    gh  ng
u khin t 
ng tt ra.
a h tht kim chi
 t 
thu u khi    n
t chun truyc
 cao, ng nht hin nay.
Kt qu c      c ng
d i robot
  ng ng, ng dng thc t cho
kh     ng  

 n ti 
ng ng phc t sa cha, khc
ph   c (nght, nt   i
g th c.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. EMBEDDED
ROBOTICS. Springer, 454page.
2. Owen Bishop, 2007. The Robot Builder's

Cookbook, Elsevier Ltd, 373page

/>trong-duong-ong/53/4020375.epi
3. 
Thit k  tng ng,
B n t - i
hKhoa  H 