Thiết kế chế tạo robot kiểm tra cọc bê tông ly tâm sau khi ép

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HCM

---------------------------

NGUYỄN HOÀNG TRUNG KIÊN

THIẾT KẾ CHẾ TẠO ROBOT
KIỂM TRA CỌC BÊ TÔNG LY TÂM
SAU KHI ÉP
LUẬN VĂN THẠC SĨ
Chuyên ngành : Kỹ Thuật Cơ Điện Tử
Mã số ngành: 60520114

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 5 năm 2017


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HCM

---------------------------

NGUYỄN HOÀNG TRUNG KIÊN

THIẾT KẾ CHẾ TẠO ROBOT
KIỂM TRA CỌC BÊ TÔNG LY TÂM
SAU KHI ÉP
LUẬN VĂN THẠC SĨ
Chuyên ngành : Kỹ Thuật Cơ Điện Tử
Mã số ngành: 60520114
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. Bùi Thanh Luân

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 5 năm 2017


CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HCM

Cán bộ hướng dẫn khoa học : TS. Bùi Thanh Luân

Luận văn Thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Công nghệ TP. HCM
ngày 14 tháng 5 năm 2017
Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn Thạc sĩ gồm:

TT
1
2
3
4
5

Họ và tên
TS. Nguyễn Thanh Phương
TS. Ngô Hà Quang Thịnh
TS. Nguyễn Hùng
TS. Ngô Mạnh Dũng
TS. Võ Tường Quân

Chức danh Hội đồng
Chủ tịch
Phản biện 1

Phản biện 2
Ủy viên
Thư ký

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận sau khi Luận văn đã được
sửa chữa (nếu có).

Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV

TS. Nguyễn Thanh Phương


TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHỆ TP. HCM
VIỆN ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

TP. HCM, ngày 20 tháng 5 năm 2017

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: Nguyễn Hoàng Trung Kiên

Giới tính: Nam

Ngày, tháng, năm sinh: 29/08/1990

Nơi sinh: Bến Tre

Chuyên ngành: Kỹ Thuật Cơ Điện Tử

MSHV: 1441840005

I- Tên đề tài:
THIẾT KẾ CHẾ TẠO ROBOT
KIỂM TRA CỌC BÊ TÔNG LY TÂM
SAU KHI ÉP
II- Nhiệm vụ và nội dung:
 Thiết kế robot chui vào cọc bê tông ly tâm sau khi ép.
 Mô phỏng lực tác dụng khi làm việc lên robot.
 Thiết kế hệ thống thu thập dữ liệu gồm: camera, cảm biến đo độ nghiêng
của cọc.
 Thực nghiệm robot kiểm tra vết nứt, đo độ nghiêng cọc bê tông ly tâm
sau khi đã ép ở công trình (250 Nguyễn Thái Sơn, Q.Gò Vấp, TP HCM)
III- Ngày giao nhiệm vụ: ..........................................................................................
IV- Ngày hoàn thành nhiệm vụ: .............................................................................
V- Cán bộ hướng dẫn: TS. Bùi Thanh Luân

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH

(Họ tên và chữ ký)

(Họ tên và chữ ký)

TS. Bùi Thanh Luân


i

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết
quả nêu trong Luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ
công trình nào khác.
Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện Luận văn này
đã được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong Luận văn đã được chỉ rõ nguồn
gốc.
Học viên thực hiện Luận văn
(Ký và ghi rõ họ tên)

Nguyễn Hoàng Trung Kiên


ii

LỜI CÁM ƠN
Trong quá trình thực hiện luận văn tác giả gặp rất nhiều khó khăn nhưng nhờ có
sự tận tâm hết lòng giúp đỡ của Thầy TS. Bùi Thanh Luân nên giúp tôi có thể hoàn
thành luận văn. Lời cảm ơn đầu tiên và chân thành nhất tôi xin được gửi đến Thầy
TS. Bùi Thanh Luân.
Xin cảm ơn toàn thể các Thầy, Cô của Trường Hutech đã truyền đạt kiến thức và
tạo điều kiện tốt nhất để tôi có thể hoàn thành luận văn một cách tốt đẹp.

TP.HCM, ngày 14 tháng 5 năm 2017
(Họ và tên của Tác giả Luận văn)

Nguyễn Hoàng Trung Kiên

iii

TÓM TẮT LUẬN VĂN
Trong luận văn này đã nghiên cứu thiết kế và chế tạo robot kiểm tra cọc bê
tông ly tâm. Các vấn đề thiết kế chế tạo robot gồm phần cơ khí và phần thu thập xử
lý tín hiệu trả về từ các cảm biến và camera
Phần cơ khí thì toàn robot được thiết kế 3D và mô phỏng các tác dụng lực lên
tất cả các cơ cấu của robot, các mô phỏng lực, ứng suất và các biến dạng nhằm đánh
giá khả năng chịu lực của robot trước khi tiến hành thiết kế mô hình.
Phần xử lý tín hiệu tôi đã nghiên cứu tổng quát các mạch xử lý tín hiệu như
mạch Arduino, mạch cảm biến gia tốc, con quay hồi chuyển. Còn về phần lọc nhiễu
tín hiệu từ cảm biến tôi còn nghiên cứu về thuật toán lọc nhiễu kalman, bộ lọc này
sẽ giúp giảm các sai số trả về từ cảm biến, phần camera đưa hình ảnh quan sát được
gửi về máy tính.
Luận văn gồm 6 phần: Chương 1 giới thiệu tổng quan, chương 2 thiết kế cơ
khí, chương 3 mô phỏng lực tác dụng, chương 4 thiết kế hệ thống đo độ nghiêng,
chương 5 mô hình và kết quả thực nghiệm.


iv

ABSTRACT
In this thesis has studied the design and manufacture robotic inspection
centrifugal concrete piles. These issues include robotics design mechanical parts
and components collected signal processing returns from the sensors and camera.
Mechanical parts, all designed 3D robot simulation and its effects on all the
structure of the robot, the power simulation, stress and deformation to evaluate the
bearing capacity of the robot before proceeding design model.
Signal processing section I studied general signal processing circuits such as
Arduino circuit, circuit accelerometer sensor, gyroscope. As for noise filtering

signals from the sensor I studies of filtering algorithms Kalman noise filter will help
reduce the errors returned from the sensor, The camera portion of the observation
image is sent to the computer.
The thesis consists of 6 parts: chapter 1 presents an overview, chapter 2 of
mechanical design, chapter 3 simutates the force, chapter 4 designs tilt
measurement, chapter 5 models and experimental results.


v

MỤC LỤC
Tên đề mục

Trang

Lời cam đoan

i

Lời cảm ơn

ii

Tóm tắt luận văn

iii

Abstract

iv

Mục lục

v

Danh mục các bảng

vii

Danh mục các từ viết tắt

viii

Danh mục các hình

ix

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1

1.1. Mở đầu

1

1.1.2 Đặt vấn đề

1

1.1.3 Tính cấp thiết của đề tài, ý nghĩa thực tiễn

1

1.1.4 Mục tiêu và phương pháp nghiên cứu

1

1.1.5 Giới hạn đề tài

2

1.2. Tổng quan

2

1.3. Các công trình nghiên cứu liên quan

5

1.3.1. Các công trình nghiên cứu trong nước
1.3 Nhận xét chung
CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ CƠ KHÍ

5
32
36

2.1 Các yêu cầu thiết kế

36

2.2 Sơ đồ nguyên lý

36

2.2 Thiết kế

37

2.2.1 Thiết kế 3D
CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG LỰC TÁC DỤNG

37
41

3.1 Mô phỏng các chi tiết của robot

41

3.2 Tấm cố định cơ cấu bung

43

3.3 Thanh bung bánh xe

44


vi

3.4 Thanh đẩy cơ cấu bung

46

3.5 Thanh sườn đứng cơ cấu bung

48

3.6 Mặt bích dưới của robot

49

3.7 Mô phỏng lực tác dụng lên toàn khung robot

51

CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐO ĐỘ NGHIÊNG
4.1 Thiết kế kiểm tra độ nghiêng

57
57

4.1.1 Nguyên lý

57

4.1.2 Phần cứng

59

4.1.3 Phần mềm

62

4.2 Giao diện hiển thị

66

4.2.1 Giới thiệu phần mềm Processing

66

4.2.2 Lập trình giao diện

67

4.3 Bộ phận quan sát của robot
CHƯƠNG 5: MÔ HÌNH VÀ KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM
5.1 Mô hình

68
70
70

5.1.1 Cụm điều chỉnh theo đường kính cọc bê tông

70

5.1.2 Cụm camera

71

5.1.3 Phần thân robot

72

5.1.4 Nhận tín hiệu

73

5.2 Thực nghiệm và kết quả

73

5.2.1 Một số hình ảnh thực nghiệm công trình Hutech (khu công nghệ cao)74
5.2.2 Một số hình ảnh thực nghiệm công trình (250 Cao Thái Sơn, GV)

77

5.1.2 Tiến hành thực nghiệm

79

CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN

87

6.1 Kết quả thực hiện

87

6.2 Hạn chế

87

TÀI LIỆU THAM KHẢO

88


vii

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 3.1 Thông số hằng số vật liệu

41

Bảng 3.2 Thông số độ bền kéo

41

Bảng 3.3 Thông số độ bền nén

41

Bảng 3.4 Thông số ứng suất

42

Bảng 3.5 Kết quả mô phỏng tấm cố định

44

Bảng 3.6 Kết quả mô phỏng thanh bung bánh xe

46

Bảng 3.7 Kết quả mô phỏng thanh đẩy

47

Bảng 3.8 Kết quả mô phỏng thanh sườn đứng

49

Bảng 3.9 Kết quả mô phỏng mặt bích dưới

51

Bảng 3.10 Thông số lực tác dụng

51

Bảng 3.11 Thông số các chi tiết mô phỏng

52

Bảng 3.12 Kết quả mô phỏng khung robot

56

viii

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
 Accel (Accelerometer) : Cảm biến gia tốc.
 Gyro (Gyroscope) : Cảm biến con quay hồi chuyển.
 Offset : Bù trừ giá trị nào đó để thông số chính xác so với thực tế.
 Môđun (Module) : Một khối, bộ phận có chức năng xử lý 1 công việc nào đó.


ix

DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1 Một số loại robot chuyên dụng ................................................................ 2
Hình 1.2 Robot kiểm tra đường ống....................................................................... 3
Hình 1.3 Robot vệ sinh đường ống Dewalop ......................................................... 4
Hình 1.4 Nhữang nghiên cứu Robot đường ống kích thước nhỏ............................. 4
Hình 1.5 Robot thông đường ống........................................................................... 5
Hình 1.6 Mô hình thực nghiệm .............................................................................. 6
Hình 1.7 Bảng điều khiển cho robot ...................................................................... 6
Hình 1.8 Ảnh trả về từ camera ............................................................................... 7
Hình 1.9 Mô hình 3D............................................................................................. 8
Hình 1.10 Mô hình robot thực tế............................................................................ 8
Hình 1.11 Bánh xích của robot .............................................................................. 8
Hình 1.12 Ảnh thu về từ camera ip ........................................................................ 9
Hình 1.13 Cơ cấu robot đường ống ........................................................................ 9
Hình 1.14 Cơ cấu bám thành ống........................................................................... 10
Hình 1.15 Sơ đồ các khối của Kursk Robot ........................................................... 11
Hình 1.16 Mô hình của robot ................................................................................. 11

Hình 1.17 Mô hình robot đường ống ..................................................................... 12
Hình 1.18 Cơ cấu của Robot .................................................................................. 13
Hình 1.19 Các bộ phận một cơ cấu bung của robot ................................................ 13
Hình 1.20 Cấu tạo bánh xích ................................................................................. 14
Hình 1.21 Cơ cấu bung của Robot khi gặp vật cản................................................. 14
Hình 1.22 Sơ đồ phần cứng robot ống. .................................................................. 15
Hình 1.23 Robot cho các đường ống khác nhau ..................................................... 16
Hình 1.24 Mô hình robot ....................................................................................... 17
Hình 1.25 Thiết kế cho ống 70mm......................................................................... 17
Hình 1.26 Mẫu 1.................................................................................................... 18
Hình 1.27 Mẫu 2.................................................................................................... 19
Hình 1.28 Robot Moritz......................................................................................... 20


x

Hình 1.29 Mô hình khi di chuyển .......................................................................... 20
Hình 1.30 Mô hình của robot ................................................................................. 21
Hình 1.31 Kích thước của robot............................................................................. 22
Hình 1.32 Các bộ phận trên robot .......................................................................... 22
Hình 1.33 Khả năng thích nghi với các đường ống của robot ................................. 23
Hình 1.34 Hoạt động trong đường ống đứng.......................................................... 23
Hình 1.35 Mô hình thực tế robot rắn ...................................................................... 24
Hình 1.36 Thực nghiệm chui vào đường ống ......................................................... 24
Hình 1.37 Mô hình robot Explore .......................................................................... 25
Hình 1.38 Phần đầu của robot ................................................................................ 25
Hình 1.39 Mô hình Dewalop robot ........................................................................ 26
Hình 1.40 Các bộ phận trên robot .......................................................................... 26
Hình 1.41 Mô tả hoạt động cánh tay của robot....................................................... 27
Hình 1.42 Mô hình robot Piko ............................................................................... 28

Hình 1.43 Các bánh xe trên 1 phần của robot......................................................... 28
Hình 1.44 Thí nghiệm với đường ống đứng ........................................................... 28
Hình 1.45 Mô hình Mininature mobile robot ......................................................... 29
Hình 1.46 Nghiên cứu phương pháp di chuyển ...................................................... 30
Hình 1.47 Mô hình robot đường ống Gas............................................................... 31
Hình 1.48 Nghiên cứu phương pháp di chuyển ...................................................... 31
Hình 1.49 Cấu tạo của robot .................................................................................. 32
Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý robot ............................................................................. 36
Hình 2.2 Khung robot ............................................................................................ 37
Hình 2.3 Cụm động cơ........................................................................................... 38
Hình 2.4 Cụm cơ cấu bung bánh xe của robot........................................................ 38
Hình 2.5 Cụm cảm biến, camera ............................................................................ 39
Hình 2.6 Cơ cấu bung bánh xe của robot ............................................................... 39
Hình 2.7 Bánh xe của robot ................................................................................... 40
Hình 3.1 Vị trí tấm cố định cơ cấu bung ................................................................ 43


xi

Hình 3.2 Nhập các thông số cho chi tiết................................................................. 43
Hình 3.3 Mô phỏng biến dạng tấm cố định cơ cấu bung ........................................ 43
Hình 3.4 Mô phỏng ứng suất tấm cố định cơ cấu bung .......................................... 44
Hình 3.5 Vị trí thanh bung bánh xe ........................................................................ 44
Hình 3.6 Nhập các thông số của chi tiết vào Ansys ................................................ 45
Hình 3.7 Chuyển vị của thanh bung bánh xe .......................................................... 45
Hình 3.8 Mô phỏng ứng suất của thanh bung bánh xe............................................ 45
Hình 3.9 Vị trí thanh đẩy cơ cấu bung ................................................................... 46
Hình 3.10 Nhập các thông số của chi tiết ............................................................... 46
Hình 3.11 Mô phỏng chuyển vị của thanh đẩy cơ cấu bung ................................... 47
Hình 3.12 Mô phỏng ứng suất thanh đẩy cơ cấu bung ........................................... 47

Hình 3.13 Vị trí của thanh sườn đứng cơ cấu bung ................................................ 48
Hình 3.14 Đặt thông số thanh sườn đứng ............................................................... 48
Hình 3.15 Mô phỏng chuyển vị trên thanh sườn đứng ........................................... 48
Hình 3.16 Mô phỏng ứng suất sinh ra trên thanh sườn đứng .................................. 49
Hình 3.17 Vị trí mặt bích trên robot ....................................................................... 49
Hình 3.18 Đặt các thông số cho mặt bích ............................................................... 50
Hình 3.19 Mô phỏng chuyển vị của mặt bích ......................................................... 50
Hình 3.20 Mô phỏng ứng suất khi lực tác dụng vào mặt bích................................. 50
Hình 3.21 Đặt các thông số mô phỏng trên robot ................................................... 51
Hình 3.22 Thông số lực tác dụng lên bánh xe robot ............................................... 52
Hình 3.23 Mô phỏng chuyển vị của robot khi lực tác dụng .................................... 55
Hình 3.24 Mô phỏng ứng suất sinh ra khi tác dụng lực .......................................... 55
Hình 4.1 Mô tả cảm biến gia tốc 3 trục (Accel) ..................................................... 57
Hình 4.2 Cảm biến la bàn điện tử 3 trục tọa độ ...................................................... 58
Hình 4.3 Con quay hồi chuyển (Gyro) ................................................................... 58
Hình 4.4 Mô đun GY-86........................................................................................ 59
Hình 4.5 Cảm biến MPU-6050 .............................................................................. 59
Hình 4.6 Cảm biến la bàn số HCM5883L .............................................................. 60


xii

Hình 4.7 Mô đun Arduino R3 ............................................................................... 61
Hình 4.8 Sơ đồ hệ thống kiểm tra độ nghiêng, camera ........................................... 62
Hình 4.9 Sơ đồ khối hệ thống đo độ nghiêng ......................................................... 62
Hình 4.10 Giao diện Processing ............................................................................. 66
Hình 4.11 Giao diện phần mềm nguồn mở Multiwii .............................................. 67
Hình 4.12 Giao diện quan sát của robot kiểm tra cọc bê tông................................. 68
Hình 4.13 Hình dạng camera gắn trên robot........................................................... 68
Hình 4.14 Giao diện quan sát và điều khiển của camera ........................................ 69

Hình 5.1 Mô hình robot kiểm tra cọc bê tông......................................................... 70
Hình 5.2 Cụm motor điều chỉnh vít me .................................................................. 70
Hình 5.3 Cụm camera của robot ............................................................................ 71
Hình 5.4 Hình ảnh vết nứt lấy được về từ camera .................................................. 71
Hình 5.5 Ảnh khe nứt chụp từ camera ................................................................... 72
Hình 5.6 Các bộ phận trên thân robot .................................................................... 72
Hình 5.7 Máy tính nhận tín hiệu độ nghiêng từ robot............................................. 73
Hình 5.8 Tọa độ của robot để xác định góc nghiêng .............................................. 73
Hình 5.9 Vết nứt trong cọc 141.............................................................................. 74
Hình 5.10 Vết nứt bên trong cọc 122 ..................................................................... 74
Hình 5.11 Các vết nứt trong cọc 135...................................................................... 75
Hình 5.12 Đo vết nứt trong cọc 135 ....................................................................... 75
Hình 5.13 Vết nứt trong cọc 140............................................................................ 75
Hình 5.14 vết nứt trong cọc 252 ............................................................................ 76
Hình 5.15 Đáy của cọc 203 .................................................................................... 76
Hình 5.16 Rạn nứt thành trong cọc ........................................................................ 76
Hình 5.17 Cọc bê tông ly tâm D500....................................................................... 77
Hình 5.18 Bên trong của cọc bê tông ly tâm. ......................................................... 77
Hình 5.19 Thử tải tĩnh với lực ép 120 tấn lên cọc sau khi đóng.............................. 78
Hình 5.20 Bơm dầu cho xy lanh thủy lực thử tĩnh.................................................. 78
Hình 5.21 Thực nghiệm cọc số 1 ........................................................................... 79


xiii

Hình 5.22 Hình ảnh quan sát từ camera ................................................................. 79
Hình 5.23 Độ nghiêng theo phương X ................................................................... 80
Hình 5.24 Độ nghiêng cọc 1 theo phương Y .......................................................... 81
Hình 5.26 Hình ảnh quan sát từ camera ................................................................. 82
Hình 5.27 Độ nghiêng theo phương X ................................................................... 82

Hình 5.28 Độ nghiêng theo phương Y ................................................................... 83
Hình 5.29 Cọc thực nghiệm số 3............................................................................ 84
Hình 5.30 Hình ảnh quan sát từ camera ................................................................. 84
Hình 5.31 Độ nghiêng theo trục X ......................................................................... 85
Hình 5.32 Độ nghiêng theo phương Y ................................................................... 85


1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. Mở đầu
1.1.2 Đặt vấn đề
Ngày nay với sự phát triển vượt bậc của ngành xây dựng nên các công trình
xây dựng lớn không ngừng tăng lên về số lượng và cả chất lượng. Để xây dựng
những công trình như thế đồi hỏi phải có một nền móng vững chắc. Hiện nay các
nền móng của các công trình xây dựng lớn thường dùng cọc bê tông ly tâm ứng lực
cường độ cao. Các cọc này được robot ép xuống nền đất và các cọc được liên kết
với nhau bằng các mối nối. Một vấn đề đặt ra là ta cần kiểm tra chất lượng của từng
lổ ép sao cho cọc có độ nghiêng phù hợp, các mối nối liên kết tốt, thân cọc không bị
rạn nứt.
1.1.3 Tính cấp thiết của đề tài, ý nghĩa thực tiễn.
Xuất phát từ những vấn đề kiểm tra chất lượng của cọc ép bê tông ly tâm ứng
lực cường độ cao. Nên việc nghiên cứu thiết kế, chế tạo một thiết bị robot để kiểm
tra trở nên cần thiết.
Việc nghiên cứu thiết kế chế tạo robot kiểm tra cọc bê tông ly tâm sau khi ép
sẽ đảm bảo từng lổ cọc được kiểm tra theo các tiêu chuẩn. Điều đó có ý nghĩa rất
quan trọng đối với chất lượng, độ an toàn khi xây dựng các công trình xây dựng lớn.
1.1.4 Mục tiêu và phương pháp nghiên cứu
 Mục tiêu
 Thiết kế robot chui vào cọc bê tông ly tâm sau khi ép

 Mô phỏng lực tác dụng khi làm việc lên robot.
 Thiết kế hệ thống thu thập dữ liệu gồm: camera, cảm biến đo độ
nghiêng của cọc.
 Thực nghiệm robot kiểm tra vết nứt, đo độ nghiêng cọc bê tông ly tâm
sau khi đã ép.
 Phương pháp nghiên cứu
 Sách, báo, Internet.
 Xây dựng mô hình thực nghiệm.


2

1.1.5 Giới hạn đề tài
 Đề tài chỉ dừng lại theo những yêu cầu thực tế ngoài công trình xây dựng:
 Thu thập hình ảnh khe nứt, gãy.
 Quay phim khe nứt và mối nối giữa 2 đoạn cọc.
 Đo góc nghiêng của cọc sau khi ép.
 Trong quá trình đo độ nghiêng để cảm biến hoạt động và thu thập số
liệu ổn định tác giả có dùng giải thuật lọc nhiễu cơ bản.
1.2. Tổng quan
Ngày nay với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, lĩnh vực Robotics cũng có
nhiều bước tiến vượt bậc. Robot đã dần thay thế sức lao động con người. Các ứng
dụng từ robot là rất nhiều và chúng có thể làm việc trong các môi trường độc hại.
Một số ứng dụng như hàn, sơn, các nhà máy điện hạt nhân, các dây chuyền lắp ráp
linh kiện điện tử, máy tính... Và tuỳ theo các lĩnh vực ứng dụng mà sẽ có các loại
robot với kết cấu chuyên biệt.

Hình 1.1 Một số loại robot chuyên dụng

3

Ở Việt Nam cũng như trên thế giới đã có rất nhiều công trình sử dụng các
đường ống để để thoát chất thải hay vận chuyển nguyên liệu như nước, gas....
Nhưng vấn đề đặt ra là các đường ống này qua thời gian sử dụng rất lâu. Nguy cơ
đường ống bị hư hỏng dẫn đến các hư hỏng và gây tai nạn là rất lớn. Nhưng các
đường ống này thường rất khó để kiểm tra. Vì vậy đã có những robot chuyên dùng
để đi vào bên trong và tiến hành vệ sinh sửa chữa.

Hình 1.2 Robot kiểm tra đường ống
Trong việc kiểm tra các đường ống có ảnh hưởng rất lớn đến an ninh và năng
suất trong các khu công nghiệp. Việc kiểm tra, bảo dưỡng, vệ sinh các đường ống
này rất khó thậm chí không thể thao tác và rất đắc tiền. Do đó việc áp dụng các
robots là một giải pháp tốt nhất. Các đường ống chủ yếu là dùng để vận chuyển các
nguyên liệu như nước, dầu, khí đốt, nước thải…Và các nguyên liệu này là tác nhân
trực tiếp gây hư hại các đường ống. Rất nhiều rắc rối do mạng lưới đường ống bị hư
hại, lão hoá, nứt và những hư hỏng cơ khí.


4

Hình 1.3 Robot vệ sinh đường ống Dewalop
Ngoài các đường ống lớn thì còn có những đường ống có kích thước rất nhỏ
chỉ vài milimet, thậm chí nhỏ hơn như các mạch máu trong cơ thể người.

Hình 1.4 Những nghiên cứu Robot đường ống kích thước nhỏ
Ngày nay với sự phát triển của khoa học các robot đường ống đã có thể đi vào
bên trong cơ thể người. Các robot này sẽ tìm ra bệnh và tiến hành điều trị mà không
cần phải phẩu thuật.

5

1.3. Các công trình nghiên cứu liên quan
1.3.1. Các công trình nghiên cứu trong nước
a) Robot thông đường ống
Đây là nghiên cứu của tác giả TS. Nguyễn Tấn Tiến [7] giới thiệu về một
robot thông ống khối các loại tàu biển. Robot này được điều khiển điện tử với thiết
kế nhỏ gọn, có thể đi vào những đường ống có kích thước tối thiểu về chiều cao là
24cm, chiều ngang 30cm. Robot có thể chui vào đường ống, chạy tới chạy lui dùng
chổi để làm sạch bụi bẩn, chất bám dính trong các đường ống của tàu. Người điều
khiển robot có thể dùng camera trên thiết bị điều khiển để biết được mức độ bụi
trong các đường ống và “chỉ đạo” robot các điểm cần lưu ý làm sạch với quãng
đường thông đến 15m.

Hình 1.5 Robot thông đường ống
Trước đây, việc thông đường ống các loại tàu biển tại VN đều do công nhân phải
thực hiện định kỳ với cách làm thủ công là tháo rời các bộ phận của đường ống.
b) Robot thăm dò đường ống
Tác giả Nguyễn Khắc Nguyên [8] nghiên cứu và chế tạo robot kiểm tra hệ
thống đường ống. Robot được điều khiển từ xa, thu tín hiệu từ camera đưa về.
Robot di chuyển bằng bánh đai, đảm nhiệm được một số yêu cầu cần thiết. Bài báo
còn giới thiệu các phương pháp giao tiếp, điều khiển cho robot. Cuối cùng là phần
thực nghiệm để kiểm chứng lại cac yêu cầu đặt ra.


6

Hình 1.6 Mô hình thực nghiệm
Robot được thiết kế chế tạo có tính năng thu thập dữ liệu, hình ảnh từ xa thông

qua chuẩn TCP/IP của mạng wireless. Hình ảnh từ camera thu lại có thể điều chỉnh
được góc nhìn, phóng to và thu nhỏ. Các điều khiển cho robot bằng chương trình
trên máy tính.

Hình 1.7 Bảng điều khiển cho robot


7

Hình 1.8 Ảnh trả về từ camera
Đề tài đã đưa ra được mô hình thực nghiệm mẫu robot thăm dò đường ống.
Robot có khả năng di chuyển linh hoạt, chống thắm và có hệ thống camera quan sát.
Mạch điều khiển nhúng trên robot bước đầu đã thành công với khả năng giao tiếp
bằng chuẩn ethernet. Với kết quả thực nghiệm robot đã di chuyển tốt trên một số địa
hình gồ ghề dưới đường ống, chương trình điều khiển từ trạm đáp ứng tốt các yêu
cầu đặt ra.
Robot có cấu tạo đơn giản với một số ưu điểm như điều khiển không dây, có
camera ip để quan sát thực địa. Nhưng vẫn còn hạn chế trong di chuyển, hiện tại
robot chỉ di chuyển trong các đường ống ngang. Vì vậy việc áp dụng vào thực tế chỉ
dừng lại ở kiểm tra khảo sát đường ống ngang.
c) Robot kiểm tra vệ sinh đường ống
Tác giả Trần Phương Nam [9] đã nghiên cứu về robot kiểm tra và vệ sinh
đường ống nước. Đây là là một trong các ứng dụng cần thiết, có một số đường ống
rất khó di chuyển thậm chí không thể vào được. Trong bài nghiên cứu này mô tả
robot kiểm tra và vệ sinh các đường ống. Ngoài ra bài báo còn nghiên cứu và đề
xuất các phương án thiết kế, phát triển robot đi vào sửa chữa. Một phương pháp
khắc phục sự cố đường ống cũng được đưa ra, phần giữa bài báo nói về cách thức
giao tiếp, điều khiển robot. Cuối cùng là kiểm tra và vệ sinh ống qua thực nghiệm.

8

Hình 1.9 Mô hình 3D

Hình 1.10 Mô hình robot thực tế

Hình 1.11 Bánh xích của robot