NGHIÊN cứu THIẾT kế và CHẾ tạo ROBOT lặn PHỤC vụ CÔNG NGHỆ NUÔI tôm LỒNG TRÊN BIỂN

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
KHOA CƠ KHÍ
  

VŨ VĂN LIÊM
PHẠM VĂN TRƯỜNG



ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
CHUYÊN NGÀNH CÔNG NGHỆ CƠ ĐIỆN TỬ

NHA TRANG 06/2011


2



BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
KHOA CƠ KHÍ
  

Nha trang, 06/2011


CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
Th. S VŨ THĂNG LONG



ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
NỘI DUNG: NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO ROBOT LẶN
PHỤC VỤ CÔNG NGHỆ NUÔI TÔM LỒNG TRÊN BIỂN
VŨ VĂN LIÊM
PHẠM VĂN TRƯỜNG




3


NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
Họ và tên sinh viên: VŨ VĂN LIÊM
PHẠM VĂN TRƯỜNG
Lớp : 49CTU
Chuyên ngành : Công nghệ cơ điện tử
Đề tài: Thiết kế chế tạo robot lặn phục vụ công nghệ nuôi tôm lồng trên biển.
Số trang Số chương :04
Hiện vật: 01 quyển báo cáo, 01 robot lặn, 01 bộ điều khiển.

NHẬN XÉT







Kết luận



Nha Trang, ngày tháng năm 2011
Cán bộ hướng dẫn
( ký và ghi rõ họ tên )



4

PHIẾU ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG ĐỀ TÀI
Họ và tên sinh : VŨ VĂN LIÊM
PHẠM VĂN TRƯỜNG
Lớp : 49CTU
Chuyên ngành : Công nghệ cơ điện tử
Đề tài: Thiết kế chế tạo robot lặn phục vụ công nghệ nuôi tôm lồng trên biển.
Số trang Số chương :04
Hiện vật: 01 quyển báo cáo, 01 robot lặn, 01 bộ điều khiển.
NHẬN XÉTCỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN

Kết luận


Nha Trang, ngày tháng năm 2011
CÁN BỘ PHẢN BIỆN
( Ký ghi rõ họ tên )


_________________________________________________________________
Nha Trang, ngày tháng năm 2011
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG
( Ký ghi rõ họ tên )

Điểm phản biện
Bằng số Bằng chữ

Điểm chung
Bằng số Bằng chữ



5

LỜI CẢM ƠN

Cơ Điện Tử là một nghành học mới ở nước ta, nhưng nó ngày càng khẳng
định được vai trò trong giai đoạn công nghiệp hóa hiện đại hóa ngày nay và sự
phát triển của đất nước trong tương lai. Đây là nghành có sự hội tụ và đúc kết của
ba chuyên nghành là cơ khí, tin học và điện tử mà sản phẩm cuối cùng của nó là
một hệ thống tự động hóa góp phần giải phóng sức lao động của con người.
Đối với sinh viên Cơ Điện Tử để làm quen được với các hệ thống máy móc,
công nghệ bên ngoài thì quá trình học lý thuyết đi kèm với thực tế là hết sức cần
thiết. Đề tài tốt nghiệp với nội dung “ Nghiên cứu thiết kế và chế tạo robot lặn
phục vụ công nghệ nuôi tôm lồng trên biển”, đã cho chúng em những kiến thức,
kinh nghiệm vô cùng bổ ích qua quá trình vận dụng kiến thức được học tập từ nhà
trường vào thực tiễn.
Sau một thời gian tập trung nghiên cứu thiết kế, chế tạo, được sự hướng dẫn
tận tình của Thầy Vũ Thăng Long, và các Thầy trong bộ môn Cơ Điện Tử -Khoa
Cơ Khí chúng em đã hoàn thành đề tài trong thời gian đặt ra.
Chúng em xin chân thành cảm ơn quí thầy đã giúp đỡ, tạo điều kiện cho
chúng em hoàn thành đề tài tốt nghiệp này.
Vì kiến thức còn hạn chế nên trong đề tài còn một số nhược điểm, kính mong
quý Thầy tận tình giúp đỡ, bổ sung để đề tài chúng em được hoàn thiện hơn và
bước đầu có những ứng dụng vào hoạt động thực tiễn.



Nha Trang: 06/2011
Sinh Viên:

VŨ VĂN LIÊM
PHẠM VĂN TRƯỜNG


6

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN 5
MỤC LỤC 6
DANH MỤC HÌNH 8
Chương 1 11
MỞ ĐẦU 11
1.1. Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài 12
1.2. Tính cấp thiết 13
1.3. Mục tiêu 14
1.4. Cách tiếp cận 15
1.5. Phương pháp nghiên cứu 16
1.6. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 17
Chương 2 18
NỘI DUNG VÀ 18
KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 18
2.1. Khảo sát công nghệ nuôi tôm lồng 19
2.2. Yêu cầu kỹ thuật Robot lặn 22
2.3. Động lực học Robot lặn 23
2.3.1. Phương án 1 23
2.3.2. Phương án 2 24
2.3.3. Phương án 3 25
2.3.4. Phương án 4: 26
2.3.5. Lựa chọn phương án 27
2.3.6. Tính toán nguồn động lực 27
2.3.7. Lựa chọn động cơ 31
2.3.8. Chế tạo module kín nước cho động cơ 31
2.4. Thân Robot 40
2.4.1. Kết cấu thân 40
2.4.2. Tính toán bền 41

2.4.3. Tính toán lực đẩy acsimet: 43
2.4.4. Chế tạo phần đầu Robot 45
2.4.5. Chế tạo phần khung 50
2.5. Mạch Điều Khiển Robot 53
2.5.1. Kiến trúc Vi Điều Khiển 53
2.5.2. Giới thiệu về họ vi điều khiển Atmega32L 54
2.5.3. Khối nguồn 55
2.5.4. Khối điều khiển 57
2.5.5. Mạch nạp 59
2.5.6. Khối LCD hiển thị 60
2.5.7. Khối công suất 61
2.5.8. Khối cảm biến 63
2.5.9. Giao tiếp máy tính 64
2.5.10. GamePad 65
2.5.11. Qui trình chế tạo mạch điều khiển 67
2.6. Giải Thuật Đo Lường Và Điều Khiển 76
2.6.1. Giải thuật đọc Gamepad 76
2.6.2. Giải thuật điều khiển chuyển động của robot và truyền nhận dữ liệu 77
2.6.3. Điều khiển cân bằng và ổn định độ sâu 80


7

Chương 3 81
THỬ NGHIỆM 81
- HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG 81
3.1. Thông số kỹ thuật robot 82
3.2. Thử nghiệm 82
3.2.1. Kiểm tra robot trước khi sử dụng 82
3.2.2. Thử nghiệm tính năng động lực học của robot trên bờ 84

3.2.3. Kiểm tra tính năng động lực học của robot khi hoạt động dưới nước 84
3.2.4. Giao diện hiển thị 89
3.3. Nhận xét kết quả thử nghiệm 89
3.4. Giải pháp tăng khả năng hoạt động cho robot 90
Chương 4 91
KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ 91
4.1. Kết Quả Đạt Được 92
4.2. Kiến Nghị 92
TÀI LIỆU THAM KHẢO 93
PHỤ LỤC 94



8

DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1: Robot HROV 12
Hình 1.2: Robot ROV Kiel 6000 12
Hình 1.3: Robot trong nhà máy điện hạt nhân 13
Hình 1.4: Robot cá 13
Hình 1.5: Sơ đồ kết cấu robot 15
Hình 2.1: Lồng nuôi thủy sản 20
Hình 2.2: Lồng ương tôm hùm con 21
Hình 2.3: Lồng nuôi cố định 22
Hình 2.4: Sơ đồ nguyên lý phương án 1 23
Hình 2.5: Sơ đồ nguyên lý phương án 2 24
Hình 2.6: Sơ đồ nguyên lý phương án 3 25
Hình 2.7: Sơ đồ nguyên lý phương án 4 26
Hình 2.8: Góc tống 28
Hình 2.9: Các loại lực tác dụng phụ thuộc vào phương di chuyển 28

Hình 2.10: Đồ thị hệ số thủy lực 29
Hình 2.11: Hình dáng bên ngoài mô đun động cơ 32
Hình 2.12: Mặt cắt mô đun động cơ 33
Hình 2.13: Mô đun động cơ khi được làm kín nước 33
Hình 2.14: Trục, ổ bi, phe và phốt 34
Hình 2.15: Bản vẽ chế tạo trục gắn chân vịt 34
Hình 2.16: Trục sau khi chế tạo 35
Hình 2.17: Các chi tiết bên trong sau khi lắp ráp 35
Hình 2.18: Mô đun trục chân vịt sau khi hoàn thiện 35
Hình 2.19: Bản vẽ thiết kế ống nối trục 36
Hình 2.20: Sau khi chế tạo thành công 36
Hình 2.21: Sau khi nối với động cơ và khớp mềm 37
Hình 2.22: Phần thân được tiện ren ngoài 37
Hình 2.23: Bản vẽ thiết kế nắp đậy mô đun động cơ 38
Hình 2.24: Nắp đậy sau khi hoàn thiện 38
Hình 2.25: Thân bao và nắp đậy được ăn khớp với nhau 39
Hình 2.26: Chân vịt 39
Hình 2.27: Sau khi bọc ống mềm vào dây điện 40
Hình 2.28: Kết cấu khung robot 40
Hình 2.29: Ghép nối phần thân và đầu thông qua mặt bích 41
Hình 2.30: Sơ đồ mặt cắt thân robot 44
Hình 2.31: Khối xốp được cắt thành khuôn 46
Hình 2.32: Sau khi bọc 46


9

Hình 2.33: Các vật liệu thành phần của composite 47
Hình 2.34: Pha chất xúc tác vào nước nhựa 48
Hình 2.35: Dung dịch nền 48

Hình 2.36: Phủ lớp sợi thủy tinh lên trên 49
Hình 2.37: Sản phẩm hoàn thiện 49
Hình 2.38: Kích thước đệm cao su 50
Hình 2.39: Các thanh Inox hộp 51
Hình 2.40: Khung robot 51
Hình 2.41: Kết nối motor với khung robot thông qua ngàm nối 52
Hình 2.42: Ngàm giữ ống hút 52
Hình 2.43: Khi dùng ống hút 53
Hình 2.44: Khi không dùng ống hút 53
Hình 2.45: Sơ đồ chân ATEMEGA32L 54
Hình 2.46: Cách nối chân V
RF
55
Hình 2.47: Sơ đồ nguyên lý khối nguồn 55
Hình 2.48: Sơ đồ mạch in nguồn cho VDK 56
Hình 2.49: Sơ đồ nguyên lý khối VDK 57
Hình 2.50: Sơ đồ mạch in khối VDK 59
Hình 2.51: Mạch nạp Kanda system STK200/+300 59
Hình 2.52: Khối LCD hiển thị 60
Hình 2.53: Sơ đồ nguyên lý khối công suất 61
Hình 2.54: Sơ đồ mạch in khối công suất 62
Hình 2.55: Sơ đồ nguyên lý khối cảm biến 63
Hình 2.56: Cảm biến áp suất 64
Hình 2.57: Cảm biến nhiệt độ 64
Hình 2.58: Sơ đồ nguyên lý khối truyền thông 64
Hình 2.59: Sơ đồ mạch in khối truyền thông 65
Hình 2.60: Gamepad 65
Hình 2.61: Sơ đồ chân Gamepad 66
Hình 2.62: Sơ đồ truyền dữ liệu 67
Hình 2.63: Màn hình làm việc của ORCAD CAPTURE 67

Hình 2.64: Tạo một project mới 68
Hình 2.65: Định khổ giấy cho bản vẽ 69
Hình 2.66: Thêm thư viện 69
Hình 2.67: Lấy linh kiện ra cho bản vẽ 70
Hình 2.68: Linh kiện sau khi đã được lấy ra 71
Hình 2.69: Thay đổi tên linh kiện 72
Hình 2.70: Thao tác với BUS 72


10

Hình 2.71: Đặt tên cho các đường dây trong 73
Hình 2.72: Sơ đồ mạch in 74
Hình 2.73: Sau khi gỡ bỏ lớp giấy in 74
Hình 2.74: Mạch in sau khi rửa 75
Hình 2.75: Giải thuật đọc Gamepad 76
Hình 2.76: Giải thuật cho Master 77
Hình 2.77: Giải thuật cho Slave 78
Hình 2.78: Giải thuật truyền dữ liệu 79
Hình 2.79: Giải thuật nhận dữ liệu 79
Hình 2.80: Giải thuật khiển ổn định độ sâu cho robot 80
Hình 3.1: Kiểm tra điện áp nguồn cấp 82
Hình 3.2: Công tắc số 1 83
Hình 3.3: Công tắc số 2 83
Hình 3.4: Thiết bị điều khiển 83
Hình 3.5: Robot chìm khi trọng lượng robot quá nặng 85
Hình 3.6: Robot lơ lửng trên mặt nước (vị trí đạt yêu cầu) 86
Hình 3.7: Tác động lực làm nghiêng robot 86
Hình 3.8: Robot tự cân bằng khi không còn lực tác động 87
Hình 3.9: Chuyển động tiến của robot 87

Hình 3.10: Robot bắt đầu lặn xuống 88
Hình 3.11: Giao diện hiển thị 89











11






Chương 1

MỞ ĐẦU


12

1.1. Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài
Thám hiểm, dò tìm… trong điều kiện khắc nghiệt là công việc hết sức
khó khăn và nguy hiểm đối với con người. Robot ra đời giúp chúng ta có thể đi

đến lấy mẫu những nơi mà con người khó có thể đến được. Một số nước trên
thế giới đã và đang tạo ra những con robot lặn phục vụ việc nghiên cứu trong
các điều kiện khắc nghiệt đó. Có những con đang trong giai đoạn nghiên cứu
thử nghiệm và có những con đang được sử dụng. Chúng không được sản xuất
thương mại mà chủ yếu là sản xuất đơn lẻ, chuyên dụng nên giá thành của
chúng rất đắt. Dưới đây là một số loại robot lặn trên thế giới:
- Robot lặn HROV (viết tắt của
Hybrid Remotely Operated Vehicle):
Do các nhà khoa học ở Đại học Johns
Hopkins và Viện Hải dương học
Woods Hole đang nghiên cứu chế tạo
và sẽ hoàn thành vào năm 2012.
HROV được thiết kế theo hai kiểu,
kiểu thứ nhất được kết nối với một loại
vi cáp đặc biệt, dùng để cung cấp điện
và để liên lạc với trung tâm. Với kiểu
robot này, các nhà khoa học có thể
thám hiểm do họ trực tiếp điều khiển
mà không cần phải lặn xuống đáy biển.
Kiểu robot thứ hai là loại thiết bị lặn
hoạt động theo chương trình lập sẵn từ
trước, có khả năng tự động khảo sát và
thu thập dữ liệu trên một khu vực rộng lớn dưới đáy biển để chuyển về cho các
nhà khoa học nghiên cứu và phân tích. Tuy nhiên robot HROV có kích thước
lớn và chủ yếu dùng để tìm hiểu các vụ động đất và phun của núi lửa dưới lòng
đại dương.
- Robot lặn ROV Kiel 6000: Được
phát minh bởi các nhà nghiên cứu biển
Đức, có thể xuống đến độ sâu 6.000m để
chụp ảnh và lấy mẫu vật. ROV Kiel

6000” có hai cánh tay thủy lực có khả
năng đo đạc, thu gom mẫu nước, mẫu
trầm tích và đất đá ở đáy biển. Thông
qua máy quay phim các nhà khoa học có

Hình 1.1: Robot HROV

Hình 1.2: Robot ROV Kiel 6000



13

thể ghi hình những loài sinh vật bí ẩn sống ở đáy biển sâu. Các dữ liệu và hình
ảnh được truyền tức thời qua cáp quang tới người điều khiển rôbốt cũng như các
nhà nghiên cứu trong khoang kiểm soát ở trên tàu nghiên cứu. Tuy nhiên Rôbốt
lặn này rất nặng (khoảng 30 tấn) và rất đắt tiền (trị giá 3,2 triệu euro) và chỉ
phù hợp cho nhà nghiên cứu muốn tìm hiểu cặn kẽ, chính xác đáy biển hy vọng
phát hiện được những loài sinh vật bí ẩn và đặc biệt là phát hiện được “vàng
trắng” Methanhydrat có giá trị kinh tế cao.
- Robot lặn trong nhà máy điện hạt nhân:
Robot do các nhà khoa học của Trung Quốc
chế tạo, có chiều dài 42cm, rộng 19,8 cm, cao
13,8 cm và cân nặng 13,8 kg. Đây là robot đầu
tiên thuộc loại này được sử dụng trong các lò
phản ứng hạt nhân của Trung Quốc. Robot có
thể lặn vào bể nước sâu 22m của lò phản ứng
với điều kiện nước có tính axít yếu và độ phóng
xạ hạt nhân thấp. Do di chuyển trên 6 bánh xe
nên robot này chỉ thích hợp chạy trên các bề

mặt đường tương đối bằng phẳng.
- Robot cá của Trường Đại học Sư phạm Kỹ
thuật: Robot do nhóm sinh viên trường ĐH
Sư phạm kỹ thuật TP.HCM chế tạo. Robot
này đã thể hiện khá nhiều những chức năng
của cá thật, như: bơi lên lặn xuống rất uyển
chuyển, có thể bơi ở những vị trí khác nhau,
có cảm biến tránh cản, rẽ phải, rẽ trái. Với
trọng lượng 600gr, dài 350mm, robot cá có
thể được điều khiển để lặn sâu 2m, có thể điều
khiển xa nhất khoảng 200m, quay tròn trong
bán kính 0,5m. Trong tương lai, robot này sẽ
được cải tiến, trang bị thêm các cảm biến phát
hiện vật cản để trở thành robot có khả năng bơi lội linh hoạt và có kích thước lớn
hơn để có thể mang camera quan sát nhằm thu thập số liệu và gởi về trung tâm quan
sát trên bờ.
1.2. Tính cấp thiết
Nghề nuôi trồng thủy sản trong lồng trên biển ngày càng phát triển mạnh ở
nước ta. Trong quá trình nuôi việc kiểm tra giám sát chất lượng đối tượng nuôi

Hình 1.3: Robot trong nhà máy
điện hạt nhân

Hình 1.4: Robot cá


14

(thức ăn, tăng trưởng và bệnh tật của vật nuôi) và thu gom chất thải… đóng vai trò
hết sức quan trọng. Với những lồng nuôi chìm dưới mặt nước, con người phải

thường xuyên lặn xuống để quan sát và thực hiện các thao tác kỹ thuật nuôi rất nguy
hiểm. Việc nghiên cứu và chế tạo robot lặn giúp các chuyên gia có thể quan sát trực
tiếp tình hình lồng nuôi tôm và thực hiện các thao tác kỹ thuật nuôi (thu gom chất
thải,…) mà không cần trực tiếp lặn xuống, để từ đó có kết luận chính xác và an toàn
đã và đang là nhu cầu cấp thiết góp phần làm giảm cường độ lao động nặng nhọc và
nguy hiểm cho người nuôi.
Ngoài ra robot lặn có thể giúp chuyên gia trong các lĩnh vực khác như thăm
dò và khảo sát dưới mặt nước mà không cần trực tiếp lặn xuống.
1.3. Mục tiêu
Thiết kế và chế tạo thành công robot lặn phục vụ công nghệ nuôi tôm trong
lồng trên biển, có khả năng mang camera quan sát và ống mềm hút chất thải, giúp
ngư dân trên bờ quan sát hình ảnh tôm trong lồng nuôi, đồng thời robot có thể đưa
ống mềm hút chất thải đến các vị trí cần thiết để hút thức ăn thừa và các chất cặn bã
lên bờ.


15

1.4. Cách tiếp cận
Nhằm thực hiện chức năng trợ giúp nuôi lồng thủy sản, robot được thiết kế có sơ
đồ cấu tạo và mối tương quan các bộ phận như sau:


1. DISPLAY: Bộ hiển thị dữ liệu, dữ liệu từ camera quan sát sẽ được truyền về
trạm điều khiển trung tâm trên bờ và hiển thị lên trên màn hình máy vi tính hoặc
màn hình bất kỳ phụ thuộc vào camera sử dụng.
2. MASTER: Mạch vi điều khiển dùng để nhận tín hiệu điều khiển và truyền tín
hiệu xuống Robot.
3. SLAVE: Mạch vi điều khiển dùng để điều khiển tốc độ các motor điện, giúp
robot chuyển động theo các phương bất kỳ theo người sử dụng điều khiển.

Hình 1.5: Sơ đồ kết cấu robot


16

4. FB_MOTOR: Bao gồm 2 motor bố trí hai bên hông robot, tạo nguồn động lực
giúp robot chuyển động tiến và lùi.
5. UD_MOTOR: Bao gồm 3 motor bố trí thẳng đứng và vuông góc với trục thân
robot, tạo nguồn động lực giúp robot chuyển động thẳng lên xuống.
6. SCREW-PROPELLER: Chân vịt, được gắn vào trục motor.
7. SENSORS: Hệ thống các cảm biến dùng để xác định độ sâu hiện tại robot, góc
nghiêng của nó theo phương ngang và phương dọc, dựa vào góc nghiêng này mà Bộ
điều khiển sẽ điều khiển lực đẩy của các motor nhằm đảm bảo tính ổn định robot.
8. FRAME: Bộ khung của robot, là nơi gá đặt động cơ, bộ cảm biến cân bằng…
9. CAMERA: Sử dụng camera quay dưới nước, được điều khiển quay theo hai trục
nên có thể xoay theo phương bất kỳ, giúp hiển thị hình ảnh của vật nuôi.
10. CONTROL: Gamepad điều khiển.
1.5. Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu chế tạo robot dựa trên tính toán lý thuyết kết hợp với
thực nghiệm, trong đó chủ yếu vào phép “Trial and error”. Đây là phương pháp sử
dụng rất nhiều trong những trường hợp hệ thống điều khiển chịu tác động bởi nhiều
yếu tố. Cụ thể:
- Dựa vào kết quả khảo sát tình hình nuôi tôm lồng sẽ xác định được các tính năng
động lực học robot lặn của robot.
- Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến sự chuyển động của robot dưới nước, các yếu
tố bao gồm lực cản chuyển động, độ sâu, vận tốc, gia tốc, tính ổn định…để từ đó
xác định hình dáng robot và vị trí đặt nguồn động lực thích hợp.
- Xây dựng phương án và tiến hành thiết kế chế tạo hệ thống cơ khí và điều khiển:
Nhằm lựa chọn được kết cấu tốt nhất, phù hợp công nghệ nuôi lồng, một số phương

án thiết kế sẽ được xây dựng. Mỗi phương án sẽ được phân tích kỹ lưỡng để chọn
phương án thích hợp. Sau khi lựa chọn phương án thiết kế, nhóm tác giả sẽ tiến
hành thiết kế kỹ thuật, công việc này bao gồm tính chọn động cơ, tính toán các
thông số hình học, lựa chọn loại cảm biến…và thiết kế mạch điều khiển. Sau khi
tính toán xong, phiên bản đầu tiên robot sẽ được chế tạo để tiến hành thử nghiệm.
- Thử nghiệm, kiểm tra và hoàn chỉnh robot: Việc thử nghiệm của robot sẽ được
tiến hành trong bể thử để kiểm tra tính năng động lực học của robot như khả năng


17

chuyển động đến các vị trí mong muốn, tính ổn định của robot, khả năng mang
camera và ống mềm để hút chất thải. Quá trình này được tiến hành nhiều lần để phát
hiện và sửa chữa các nhược điểm. Sau khi thử nghiệm trong bể thử thành công,
robot sẽ được đưa đến các lồng nuôi trên biển để thử nghiệm các chức năng cần
thiết của công việc nuôi tôm lồng. Số liệu thực nghiệm sẽ được ghi chép cụ thể để
làm cơ sở đánh giá kết quả nghiên cứu.
1.6. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Robot lặn có khả năng mang camera quan sát và ống mềm hút chất thải trong
quá trình nuôi phù hợp với công nghệ nuôi tôm lồng trên biển.


18

Chương 2

NỘI DUNG VÀ
KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU


19

2.1. Khảo sát công nghệ nuôi tôm lồng
Do robot thiết kế và chế tạo được sử dụng để phục vụ công việc quan sát và
chăm sóc tôm hàng ngày nên robot thiết kế cần có các tính năng phù hợp với yêu
cầu của người sử dụng. Để thỏa mãn yêu cầu này thì cần có sự khảo sát quá trình
chăm sóc và công nghệ nuôi tôm lồng trên biển hiện nay ở Việt Nam. Qua việc
khảo sát thực tế này mà yêu cầu kỹ thuật của robot được xác định.
Trên thế giới, tôm hùm phân bố chủ yếu ở các vùng biển nhiệt đới đến bán
nhiệt đới như Úc, Đài Loan, Trung Quốc, Nhật Bản, Indonesia,…
Ở Việt Nam, tôm hùm phân bố chủ yếu ở các tỉnh miền trung từ Quảng Bình
đến Bình Thuận, đặc biệt tập trung ở các tỉnh Khánh Hoà, Ninh Thuận, Bình Thuận.
Tuỳ theo giai đoạn phát triển mà tôm hùm phân bố ở những độ sâu khác nhau.
Giai đoạn trưởng thành, chúng sống ở độ sâu 20m trở lên, giai đoạn ấu trùng và con
non chủ yếu tập trung ở các bãi đá, san hô độ sâu từ 2 - 10m.
Tôm hùm thường sống ở các rạn san hô ngầm xa bờ, xen kẽ đá san hô, nơi có
nhiều hang hốc, khe rãnh ven biển, độ sâu từ 5 - 35m, độ mặn khoảng 30 - 34
o
/
oo

,
nhiệt độ từ 22 – 32
o
C và độ trong suốt cao. Chúng có tập tính sống quần tụ chủ yếu
ở tầng đáy với chất đáy sạch, không bùn.
Tôm hùm gai, Panulirus là loài thuỷ sản có giá trị kinh tế cao thuộc họ
Palinuridae. Ở Việt Nam, giống Panulirus có 7 loài: tôm hùm bông P. onatus, tôm
hùm đá P.homarus, tôm hùm sỏi P.stimpsoni, tôm hùm đỏ P.longipes, tôm hùm ma
P.penicilatus, tôm hùm sen P.versicolor, tôm hùm bùn P.polyphagus. Trong đó, tôm
hùm bông là loài có kích thước lớn nhất, tăng trưởng nhanh nhất và có giá trị kinh
tế cao nhất, là đối tượng được ưu tiên trong nuôi lồng.
Tôm hùm lớn lên nhờ quá trình lột xác. Tôm càng nhỏ, quá trình lột xác càng
ngắn và tôm lớn càng nhanh. Tôm hùm có chu kỳ lột xác dài hơn so với các loài
giáp xác khác, do đó, tốc độ tăng trưởng của chúng cũng chậm hơn.
Tôm hùm là loài ăn tạp, trong tự nhiên thức ăn chủ yếu là cá, tôm, cua ghẹ
nhỏ, cầu gai,…ngoài ra, chúng còn ăn các loại rong rêu. Tôm hùm bắt mồi tích cực
về đêm và gần sáng. Ở giai đoạn tiền lột xác 2 - 4 ngày, chúng ăn rất khoẻ. Trong
giai đoạn lột xác, sức ăn giảm xuống rõ rệt.
Tôm hùm sinh sản rải rác quanh năm nhưng mùa vụ sinh sản của giống
Palinurus chủ yếu từ tháng 4 - 5 và tháng 9 hàng năm.


20

Đến mùa sinh sản, tôm thành thục kết đàn di cư ra các vùng biển sâu 10-35 m
và có độ mặn 30 - 34
o
/
oo
để đẻ. Tôm thụ tinh ngoài, con đực gửi khối túi tinh trên

mảnh ức của con cái. Túi tinh được làm rách nhiều giờ trước khi con cái đẻ để thụ
tinh với trứng ở phần bụng và chân bơi. Tôm giữ trứng ở các đôi chân bụng cho đến
khi trứng nở.
Ấu trùng Phyllosoma qua 12 lần lột xác và biến thái thành ấu trùng Puerulus.
Ấu trùng Puerulus qua 4 lần lột xác thành tôm hùm con. Tôm con sống đáy, thường
tập trung ở những vùng rạn trong các kẽ đá hoặc bám chác vào những lỗ nhỏ của đá
ghềnh thành từng nhóm vài con hoặc vài trăm con trong 1 vùng rạn hẹp.
Hiện nay, Khánh Hòa có gần 30 ngàn lồng nuôi tôm hùm, tập trung chủ yếu ở
các huyện: Ninh Hòa, Vạn Ninh, thị xã Cam Ranh và TP. Nha Trang. Hàng năm,
sản lượng thu hoạch tôm hùm lồng đạt hơn 1.000 tấn, thu nhập hàng trăm tỷ đồng.
Các lồng được đặt ở vùng vịnh eo biển nơi nước ít bị ảnh hưởng bởi lũ lụt,
sóng gió lớn, nhiệt độ nước ổn định, có nguồn nước sạch, không bị ô nhiễm bởi các
chất thải công nghiệp, sinh hoạt, các yếu tố thuỷ lý hoá phù hợp với đặc điểm sống
của tôm hùm, thường đặt chỗ nước có độ sâu khoảng 15m.
Độ sâu 3 - 5 m đối với lồng cố định, 6 - 8 m đối với lồng nổi.

Lồng ương tôm hùm con là lồng chìm. Kích thước 0,7 x 0,8 x 1m; 1,5 x 1,5 x
1,2m hoặc 2 x 2 x 1,2m.

Hình 2.1: Lồng nuôi thủy sản


21

Khung lồng làm bằng sắt có đường kính 2 mm, được hàn lại với nhau. Khung
được sơn bằng dầu hắc để chống rỉ, bên ngoài quấn thêm 1 lớp bao nylon. Lưới bọc
khung được kéo căng ở cả 6 mặt, có thể là lưới sắt hoặc lưới nylon, cước; nên làm
2 lớp lưới (lớp bên ngoài có đường kính mắt lưới 2 - 3 cm) để tránh các loài cá dữ
cắn phá lưới.
















Mặt trên lồng có cửa (nắp) để kiểm tra và làm vệ sinh lồng. Dùng 1 ống nhựa

có đưòng kính 10 - 12mm buộc giữa lồng để đưa thức ăn vào lồng, ống được đặt dài
đến sát đáy lồng, đầu còn lại nổi trên mặt nước để có thể cho ăn từ trên thuyền. Lắp
lồng cách đáy biển sao cho khi thuỷ triều cạn nhất lồng cũng không ảnh hưởng bởi
lớp bùn đáy.
Lồng nuôi tôm thương phẩm thường là lồng chìm. Ưu điểm của loại lồng này
là không bị ảnh hưởng bởi sóng gió, có thể di chuyển nếu gặp điều kiện không
thuận lợi. Kích thước lồng 3 x 3 x 1,5m; 2 x 3 x 1,5m; 3 x 2,5 x 1,2m.
Sắt làm khung có đường kính 12 - 14mm, được hàn lại với nhau theo kích
thước lồng nuôi. Khung được sơn bằng dầu hắc để chống rỉ, bên ngoài quấn thêm 1
lớp bao nylon. Lưới bọc khung được kéo căng ở cả 6 mặt, có thể là lưới sắt hoặc
lưới nylon, cước, kích thước mắt lưới 3 - 4cm.
Lồng cố định (bè nuôi) loại lồng này được ráp ngay tại bãi nuôi. Ưu điểm là
người nuôi có thể ở tại chỗ để chăm sóc, quản lý, số lượng tôm nuôi cũng nhiều hơn

Hình 2.2: Lồng ương tôm hùm con


22

so với lồng chìm. Tuy nhiên, lồng này
bị ảnh hưởng nhiều của sóng gió, khi
gặp điều kiện thời tiết bất lợi không
thể di chuyển đi nơi khác, chi phí làm
lồng cao hơn.
Kích thước lồng có thể là 4 x 4 x
5m; 3 x 4 x 5m; 5 x 5 x 6m; 6 x 6 x
5m. Cọc đóng đáy có đường kính 15 -
20cm, dài 8 - 9m, đà ngang bằng gỗ có
đường kính 6 - 10cm, dài 4 - 5m.
Cọc đóng đáy được vát nhọn 1

đầu, hai người đứng trên thuyền dùng sức lắc mạnh và đóng xuống đáy sâu ít nhất 1
- 1,5m. Đóng xong 4 cọc chính, chuyển sang đóng các thanh đà ngang và nẹp để cố
định lồng.
Sau khi tạo khung lồng xong, người ta cho lồng lưới xuống và cột các góc
lồng vào các trụ để cố định lồng. Nên cột lưới lồng cách xa các cột để tránh sóng
gió xô đẩy, lưới cạ vào cọc sẽ mau hư, rách. Lồng thường sử dụng lưới nhựa, cước.
Kích thước mắt lưới 2a = 20 - 30mm tuỳ theo cỡ giống thả nuôi. Phía trên có nắp
đậy bằng lưới để cho ăn và kiểm tra tôm, tránh thất thoát tôm do bắt trộm. Phía dưới
đáy lồng có lót thêm một tấm bạt ở phân nửa đáy là nơi cho ăn và tôm lên nghỉ sau
khi ăn. Nửa đáy bên kia để trống để dọn phân và thức ăn thừa của tôm. Đáy lồng
nên cách đáy biển 1 - 2m. Thường làm lồng cao hơn mực nước cao nhất khoảng 1m.
Bên cạnh việc dựng lồng (rọ) thì mỗi hộ nuôi phải dựng thêm một trại gác để ở và
chăm sóc, bảo vệ tôm.
2.2. Yêu cầu kỹ thuật Robot lặn
Tôm hùm là loại tạp ăn, thức ăn chủ yếu là cá tạp, cua, ghẹ, cầu gai, và các
loại nhuyễn thể. Cho ăn chủ yếu là cho ăn tươi, tuỳ vào kích cỡ tôm, cỡ mồi mà ta
có thể băm nhỏ thức ăn hay không. Có thể cho tôm hùm ăn 2 lần/ngày nhưng phải
đặc biệt chú ý cho ăn nhiều vào các buổi sáng sớm và chiều tối. Lượng cho ăn hằng
ngày từ 15 - 20% trọng lượng đàn tôm. Trong những ngày trước lúc lột xác 4 - 5
ngày tôm ăn rất mạnh và đang trong thời kì lột xác nhiều tôm giảm ăn chính vì vậy
ta cần chú ý vào các thời điểm này mà điều chỉnh lượng thức ăn cho phù hợp. Quá
trình lột xác của tôm phụ thuộc vào chu kì con nước, thường thì tôm sẽ lột xác
nhiều vào cuối kì con nước lớn.

Hình 2.3: Lồng nuôi cố định


23

Từ kết quả khảo sát, yêu cầu kỹ thuật robot lặn như sau:

- Tốc độ di chuyển từ (0 - 0,5) m/s và có thể đứng yên ở một vị trí để quan sát
- Kích thước chiều Rộng x Cao x Dài tối đa là 55 x 55 x 70cm
- Chịu được áp lực nước ở độ sâu thả lồng (tối thiểu là 10m nước)
- Có khả năng mang được camera và ống mềm để quan sát tôm và hút thức ăn thừa
cũng như lượng chất bẩn dưới đáy lồng
- Có khả năng xoay vòng tại chỗ
- Có khả năng trồi lên và lặn xuống theo chiều thẳng đứng và phương nghiêng
- Có khả năng tự cân bằng tĩnh và động
- Không được phép có những góc cạnh sắc nhọn nhô ra để không mắc vào lưới của
lồng
- Chịu được nước biển, độ bền cao
2.3. Động lực học Robot lặn
2.3.1. Phương án 1

Hình 2.4: Sơ đồ nguyên lý
1,2: Động cơ tiến lùi; 3,4: Động cơ lên xuống
1
2
4
3


24

Nguyên lý:
Sử dụng 4 động cơ điện một chiều, trong đó 2 động cơ được đặt bên trái và
bên phải robot có nhiệm vụ giúp robot chạy tới, lùi lại nhịp nhàng theo ý của người
điều khiển. Khi cần robot chạy tới, 2 động cơ trái và phải cùng quay thuận, khi
muốn robot lùi lại 2 động cơ này được đảo chiều, khi rẽ trái động cơ phải được
điều khiển quay theo chiều thuận và động cơ trái đảo chiều quay của mình, tương tự
khi muốn robot rẽ phải ta cho động cơ bên trái quay theo chiều thuận, động cơ phải
đảo chiều quay của mình.
Hai động cơ điện một chiều còn lại được bố trí ở phía trước và phía sau của
robot có nhiệm vụ giúp robot lặn xuống và nổi lên. Khi muốn robot lặn xuống theo
phương thẳng đứng, 2 động cơ trước và sau được điều khiển cùng quay theo chiều
thuận. Khi muốn robot vừa di chuyển vừa lặn xuống ta điều khiển động cơ trái,
động cơ phải, động cơ phía trước và động cơ phía sau cùng quay theo chiều thuận
nhưng tốc độ động cơ phía sau phải nhỏ hơn tốc độ của động cơ phía trước.

Ưu điểm:
- Do sử dụng chỉ có 4 động cơ DC nên robot sẽ tương đối đơn giản, hạn chế
hỏng hóc.
- Điều khiển đơn giản, khối lượng của robot nhỏ.
- Tiết kiệm về kinh tế.
Nhược điểm:
- Khó điều khiển robot lặn xuống do chỉ sử dụng 2 động cơ làm nhiệm vụ này.
- Robot khó giữ được thăng bằng trong quá trình di chuyển.
2.3.2. Phương án 2


Hình 2.5: Sơ đồ nguyên lý
1,2: Động cơ tiến lùi; 3,4,5,6: Động cơ lên xuống



25

Nguyên lý:
Sử dụng 6 động cơ điện một chiều. Trong đó động cơ 1 và 2 được đặt phía sau
bên trái và bên phải robot có nhiệm vụ giúp robot di chuyển tới và lùi lại nhịp nhàng
theo ý của người điều khiển. Khi robot tiến lên ta điều khiển 2 động cơ trái và phải
cùng quay thuận, khi robot lùi lại ta điều khiển 2 động cơ này đảo chiều, khi rẽ trái
ta điều khiển động cơ phải quay theo chiều thuận và động cơ trái đảo chiều quay
của mình, tương tự khi ta muốn rẽ phải ta cho động cơ bên trái quay theo chiều
thuận, động cơ phải đảo chiều quay của mình.
Bốn động cơ còn lại có nhiệm vụ giúp robot lặn xuống và nổi lên. Khi robot
lặn xuống theo phương thẳng đứng ta điều khiển 4 động cơ 3, 4, 5, 6 cùng quay theo
chiều thuận. Khi muốn robot vừa tiến vừa lặn xuống ta điều khiển cùng 6 động cơ
quay theo chiều thuận, nhưng tốc độ động cơ 3 luôn luôn thấp hơn so với động cơ 4.

Ưu điểm:
- Lặn xuống và nổi lên tương đối dễ dàng do sử dụng 4 động cơ.
- Giữ được thăng bằng tốt trong quá trình điều khiển robot lặn ổn định.
Nhược điểm:
- Do sử dụng tới 6 động cơ điện một chiều nên robot sẽ cồng kềnh, khối lượng
lớn.
- Giá thành robot cao.
2.3.3. Phương án 3










Hình 2.6: Sơ đồ nguyên lý
1,2,3: Động cơ lên xuống; 4,5: Động cơ tiến lùi