GIỚI THIỆU
Tính cấp thiết của đề tài
Robot tự hành đang ngày càng được ứng dụng rộng rãi và phát triển mạnh mẽ trong nhiều lĩnh vực như quân sự, giám sát và trong các môi trường độc hại mà con người không thể hoạt động trực tiếp.
Theo báo cáo của Cơ quan Năng lƣợng nguyên tử quốc tế (IAEA) năm 2013, đã có
Từ năm 1993 đến 2012, trên toàn thế giới đã xảy ra 615 vụ mất nguồn phóng xạ, trung bình từ 20 đến 40 vụ mỗi năm Đặc biệt, trong năm 2013, Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Quốc tế (IAEA) đã ghi nhận 140 vụ mất nguồn phóng xạ.
Từ năm 2013 đến quý III năm 2014, toàn cầu đã ghi nhận 266 sự cố liên quan đến nguồn bức xạ Tại các quốc gia như Mỹ và Nhật Bản, robot tự hành đã được triển khai để thực hiện các nhiệm vụ tương tự, tuy nhiên, thiết bị cầm tay vẫn là lựa chọn chủ yếu Bên cạnh đó, nhiều sự cố mất nguồn phóng xạ cũng đã xảy ra ở các nước phát triển như Nam Phi, Pháp, Đức và Canada.
Theo thống kê của Cục An toàn bức xạ và hạt nhân (ATBXHN) thuộc Bộ Khoa học và Công nghệ Việt Nam năm 2014, cả nước có trên 6000 nguồn phóng xạ và hơn 1.000 cơ sở sử dụng thiết bị bức xạ Sự hiện diện này tiềm ẩn nhiều nguy cơ về an toàn phóng xạ, và trong 12 năm qua, Việt Nam đã ghi nhận 7 vụ mất nguồn phóng xạ.
Để đảm bảo an toàn phóng xạ tại các cơ sở sử dụng nguồn phóng xạ và bức xạ, việc trang bị thiết bị kiểm tra và dự báo là rất cần thiết Hiện nay, ở Việt Nam chưa có thiết bị hỗ trợ tìm kiếm nguồn phóng xạ thất lạc và ứng phó với sự cố phóng xạ Do đó, đề tài “Nghiên cứu, chế tạo thử nghiệm Robot tự hành mang thiết bị phát hiện nguồn phóng xạ dùng trong hỗ trợ sự cố hạt nhân” không chỉ có tính cấp thiết mà còn có khả năng ứng dụng cao trong việc nâng cao an toàn phóng xạ.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Hiện nay, số lượng các công trình xây dựng nhà máy điện hạt nhân và các công ty sử dụng nguồn phóng xạ công nghiệp tại Việt Nam ngày càng gia tăng Để đảm bảo an toàn cho con người và phát hiện rò rỉ phóng xạ trong quá trình hoạt động, việc kiểm tra thường xuyên bằng Robot tự hành trở nên rất quan trọng Robot tự hành đo nồng độ phóng xạ có nhiều ứng dụng thiết thực trong việc giám sát và bảo vệ môi trường.
- Đo và phát hiện các nguồn phóng xạ và rò rỉ phóng xạ
- Hỗ trợ cứu hộ trong trường hợp có sự cố phóng xạ
- Ứng dụng trong quân sự nhƣ giám sát, kiểm tra, theo dõi
Nghiên cứu và phát triển Robot tự hành để phát hiện nồng độ phóng xạ đóng vai trò quan trọng trong khoa học và thực tiễn Việc này không chỉ giúp đảm bảo an toàn cho con người mà còn hỗ trợ trong việc phát hiện các nguồn phóng xạ có thể gây ảnh hưởng đến sức khỏe.
Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
Chúng tôi đã chế tạo mô hình thiết bị Robot tự hành nhằm phát hiện nồng độ phóng xạ, hỗ trợ các sự cố trong các lĩnh vực như nhà máy điện hạt nhân, trung tâm nghiên cứu hạt nhân và các công ty sử dụng nguồn phóng xạ tại Việt Nam.
- Tìm hiểu các nghiên cứu về robot tự hành dùng phát hiện nồng độ phóng xạ trên thế giới và đang sử dụng tại Việt Nam
Để phát triển một thiết bị hiệu quả, cần xác định các tính năng cần thiết như đo nồng độ phóng xạ, khả năng quay phim, hỗ trợ cứu hộ trong địa hình phức tạp và khả năng phá bỏ một số chướng ngại vật.
- Đề xuất nguyên lý hệ thống cơ khí và hệ thống điều khiển
- Chế tạo thử nghiệm mô hình
- Vận hành thử nghiệm tính năng
Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
- Robot tự hành có khả năng đo nồng độ phóng xạ và hỗ trợ cứu hộ trong các sự cố
- Kéo đƣợc tải trọng : 40kg
- Vƣợt đƣợc một số địa hình phức tạp
- Thiết bị đo nồng độ có phạm vi :30m
- Robot điều khiển không dây trong phạm vi : bán kính 500m
- Diện tích tìm kiếm của robot : 145 m 2
Phương pháp nghiên cứu
Sử dụng phương pháp kế thừa từ các tài liệu và nghiên cứu về robot tự hành, cũng như các nghiên cứu liên quan đến đo nồng độ phóng xạ trong và ngoài nước, là cách tiếp cận hiệu quả để nâng cao hiểu biết và ứng dụng trong lĩnh vực này.
Tham khảo ý kiến từ các chuyên gia cơ khí và chuyên gia đo lường, phát hiện nguồn phóng xạ, cũng như các chuyên gia về phóng xạ công nghiệp trong các nhà máy là rất quan trọng Việc tiếp thu tài liệu từ những người có kinh nghiệm giúp nâng cao hiểu biết và áp dụng hiệu quả các công nghệ liên quan đến phóng xạ.
1.5.3 Phương pháp tính toán mô phỏng
Sử dụng phương pháp mô phỏng để xây dựng mô hình robot tự hành giúp kiểm tra các tính năng và độ bền của vật liệu chế tạo trước khi tiến hành gia công thực tế.
Ứng dụng phương pháp thực nghiệm để đo nồng độ phóng xạ từ nguồn phóng xạ, đồng thời tiến hành thử nghiệm các tính năng hỗ trợ khác của robot tự hành.
Kết cấu của luận văn
Kết cấu luận văn tốt nghiệp gồm 7 chương:
Chương 1: Giới thiệu đề tài
Chương 2 : Tổng quan về Robot tự hành và dò tìm phóng xạ
Chương 3 : Trình bày các cơ sở lý thuyết của đề tài
Chương 4 : Yêu cầu ,Thiết kế và chế tạo xe tự hành
Chương 5 : Thực nghiệm dùng xe tự hành phát hiện nồng độ phóng xạ
Chương 6 : Trình bày kết quả thực nghiệm thu được và đánh giá kết quả
Chương 7 : Trình bày về những đúc kết rút ra được trong quá trình làm luận văn và kiến nghị cần thiết để phát triển hướng nghiên cứu đề tài lên tầm cao hơn
TỔNG QUAN VỀ ROBOT TỰ HÀNH VÀ DÒ TÌM PHÓNG XẠ
Tổng quan về robot tự hành
Ngày nay, Robot học đã đạt được những thành tựu to lớn trong sản xuất công nghiệp, với cánh tay robot có khả năng làm việc nhanh chóng, chính xác và liên tục, từ đó nâng cao năng suất lao động Chúng có thể hoạt động trong các môi trường độc hại như hàn, phun sơn, nhà máy hạt nhân, và lắp ráp linh kiện điện tử cho điện thoại và máy tính Tuy nhiên, một hạn chế chung của các robot này là không gian làm việc bị giới hạn bởi số bậc tự do của tay máy và vị trí gắn Ngược lại, các Robot tự hành có khả năng hoạt động linh hoạt hơn trong nhiều môi trường khác nhau.
Robot tự hành là loại robot di động có khả năng hoạt động độc lập mà không cần sự can thiệp của con người, nhờ vào các cảm biến giúp nhận biết môi trường xung quanh Chúng ngày càng trở nên quan trọng trong nhiều lĩnh vực như công nghiệp, thương mại, y tế, và các ứng dụng khoa học, phục vụ cho cuộc sống con người Với sự tiến bộ trong ngành Robot học, robot tự hành hiện có khả năng hoạt động trong nhiều môi trường khác nhau, bao gồm các loại như robot sơn, robot hàn, robot cắt cỏ, robot thám hiểm đại dương và robot làm việc ngoài vũ trụ Sự phát triển này cũng đặt ra những thách thức mới cho các nhà nghiên cứu trong việc cải tiến và ứng dụng robot tự hành.
Robot tự hành gặp thách thức trong việc hoạt động, nhận biết môi trường và thực hiện nhiệm vụ Vấn đề di chuyển là yếu tố quan trọng, bao gồm cách thức di chuyển và lựa chọn cơ cấu di chuyển tối ưu Trong lĩnh vực nghiên cứu robot tự hành, có hai hướng nghiên cứu chính đang được phát triển.
Robot tự hành đang được nghiên cứu với khả năng điều hướng ở tốc độ cao, nhờ vào thông tin thu thập từ các cảm biến Loại robot này có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, mang lại hiệu quả cao trong việc di chuyển và xử lý thông tin.
Robot này hoạt động hiệu quả trong cả môi trường trong phòng và bên ngoài, yêu cầu khả năng tính toán mạnh mẽ Được trang bị cảm biến nhạy cao và dải đo rộng, robot có thể di chuyển với tốc độ cao trong những địa hình phức tạp.
Loại robot tự hành thứ hai được thiết kế để hoạt động trong môi trường trong phòng, với kết cấu đơn giản hơn so với loại đầu tiên Những robot này thực hiện các nhiệm vụ cơ bản và hiệu quả, phù hợp với nhu cầu sử dụng trong không gian kín.
Thiết kế, chế tạo và thử nghiệm robot tự hành là một nhiệm vụ phức tạp, yêu cầu xác định cơ cấu truyền động, phương thức di chuyển, kết cấu cơ khí, cùng với việc điều hướng và điều khiển robot một cách chính xác.
2.1.2 Sơ lƣợc lịch sử phát triển của robot
Năm 1921, trên sân khấu kịch nói Tiệp Khắc, tác phẩm "R.U.R" hay "Rosuum’s Universal Robot’s" của Karel Capek giới thiệu nhân vật "Robotnik", nghĩa là công nhân, được mô tả là những khối cơ khí giống hình dáng con người Những cỗ máy này sau đó đã được sử dụng trong chiến tranh và cuối cùng quay lại chống lại chính loài người đã tạo ra chúng.
Các thành tựu trong khoa học công nghệ đã giúp giảm dần chi phí lao động khi sử dụng robot, trong khi chi phí lao động của con người lại không ngừng gia tăng Điều này đã thúc đẩy việc áp dụng robot một cách rộng rãi trong sản xuất và các lĩnh vực khác.
Sự pháp triển của các loại máy móc tự động đã dẫn đến sự ra đời và phát triển của các robot công nghiệp:
Bảng 2.1 Bảng thống kê các giai đoạn phát triển của robot
Năm 1801, Joseph Jacquard phát minh ra máy dệt điều khiển bằng thẻ đục lỗ, đánh dấu bước tiến quan trọng trong công nghệ Trước đó, vào thế kỷ 18, những "búp bê" tự động đã thể hiện khả năng biểu diễn âm nhạc, vẽ tranh và viết chữ Một trong những sản phẩm nổi bật là "búp bê" thổi sáo của nhà cơ học Pháp Jacques Vocanson, có khả năng tạo ra 11 giọng khác nhau nhờ vào các ngón tay bấm Augustus Huber cũng đã chế tạo nhiều thiết bị tương tự, góp phần vào sự phát triển của tự động hóa trong nghệ thuật và công nghệ.
Vào năm 1830, Christopher Spencer, một người Mỹ, đã thiết kế máy tiện và áp dụng vào kỹ thuật cam Đến năm 1892, Seward Babbitt tại Mỹ đã phát minh ra một cần trục cơ giới hóa với kẹp để di chuyển các thỏi kim loại ra khỏi lò luyện Năm 1921, khái niệm robot lần đầu tiên xuất hiện trong trò chơi điện tử tại Luân Đôn, được thiết kế bởi Karel Čapek, người đã giới thiệu thuật ngữ "robot".
Năm 1948, Norbert Wiener, một giáo sư tại M.I.T, đã xuất bản cuốn sách "Cybernetics", trong đó ông mô tả khái niệm giao tiếp và điều khiển trong các hệ thống điện tử, máy móc và sinh học.
Năm 1954 Robot có thể lập trình đầu tiên đƣợc thiết kế bởi Goerge
Devoil introduced the term "Universal Automation," which is abbreviated as "Unimation," the name of the first robotics company.
Năm 1962, General Motors đã lắp đặt Robot công nghiệp đầu tiên, Unimate, vào dây chuyền sản xuất ô tô Đến năm 1968, SRI phát triển và thử nghiệm Robot di động có khả năng nhìn, mang tên Shakey Năm 1973, thị trường chứng kiến sự ra đời của Robot thương mại đầu tiên được điều khiển bằng máy tính mini.
Richard Hohn thiết kế cho tập đoàn Cincinnati Milacron
Năm 1980, ngành công nghiệp robot chứng kiến sự phát triển nhanh chóng với hàng loạt robot mới và các công ty robot ra đời mỗi tháng Nhật Bản dẫn đầu thế giới về chế tạo robot, với khoảng 8000 robot hoạt động tại các nhà máy và khu công nghiệp Mỹ và Liên Xô (cũ) đứng thứ hai, mỗi nước sở hữu khoảng 6000 robot.
Năm 1987 Richard Greenhill sáng lập tập đoàn Shadow, chuyên về sản xuất robot Năm 1989 Quân đội Mĩ đã xây dựng thành công robot Manny mô phỏng tốt
8 nhất hình dáng con người Năm 1994 Trường Đại học Carnegie chế tạo thành công robot đi bộ tám chân -
Dante ll Năm 2000 Honda ra mắt ASIMO, thế hệ tiếp theo của robot hình người
Năm 2005 Đại học Cornell đã thiết lập đƣợc robot tự tái tạo đầu tiên
Năm 2011 Honda tiếp tục thu hút đƣợc sự chú ý của toàn thế giới– Asimo
2.1.3 Phân loại robot tự hành
Tổng quan về dò tìm phóng xạ
2.2.1 Các vấn đề xã hội đặt ra
Vấn đề mất mát và rò rỉ nguồn phóng xạ đang diễn ra ngày càng thường xuyên, gây ra những cảnh báo nghiêm trọng về nguy cơ ảnh hưởng đến sức khỏe con người Tình trạng này không chỉ xảy ra ở nước ngoài mà còn là mối lo ngại trong nước.
Một số các vụ liên quan đến nguồn phóng xạ nước ngoài như :
- Cơ quan Năng lƣợng Nguyên tử Quốc tế (IAEA) cho biết: Tính đến năm
Năm 2014, hơn 120 quốc gia đã báo cáo gần 2.500 vụ mất vật liệu phóng xạ, trong đó riêng năm 2013 ghi nhận 140 vụ được gửi đến tổ chức IAEA Thống kê cho thấy hàng năm, thế giới có từ 20 đến 40 vụ mất hoặc bị đánh cắp vật liệu phóng xạ, bao gồm cả những vụ với số lượng lớn.
- Ở Nga chỉ trong 2 năm 2010 đến 2011 đã xảy ra con số khổng lồ với trên
200 vụ thất lạc nguồn phóng xạ
Nam Phi, mặc dù không phải là một cường quốc về năng lượng hạt nhân, đã gây chú ý với con số 200 vụ mất phóng xạ xảy ra trong năm 2010.
Vào năm 2010, một trường đại học ở Ấn Độ đã gây ra một trong những vụ rò rỉ phóng xạ nghiêm trọng nhất khi bán đấu giá thiết bị chứa chất phóng xạ Co-60 cho một tiệm phế liệu, dẫn đến cái chết của một người và làm 7 người khác phải nhập viện.
Thảm hoạ nguyên tử Chernobyl xảy ra vào ngày 26 tháng 4 năm 1986 tại nhà máy điện nguyên tử Chernobyl ở Pripyat, Ukraina, được coi là vụ tai nạn hạt nhân nghiêm trọng nhất trong lịch sử Không có tường chắn, đám mây bụi phóng xạ từ nhà máy đã lan rộng ra nhiều khu vực ở Liên bang Xô viết, Đông và Tây Âu, Scandinavia, Anh quốc, và đông Hoa Kỳ, khiến nhiều vùng ở Ukraina, Belarus và Nga bị ô nhiễm nghiêm trọng Hơn 336.000 người đã phải sơ tán và tái định cư, trong đó khoảng 60% lượng phóng xạ rơi xuống Belarus Theo báo cáo năm 2006 của TORCH, một nửa lượng phóng xạ đã rơi ra ngoài lãnh thổ ba nước cộng hoà Xô viết, với mức phóng xạ phát ra gấp bốn trăm lần so với quả bom nguyên tử ném xuống Hiroshima.
Thảm họa động đất và sóng thần tháng 3/2011 tại Nhật Bản đã gây thiệt hại nghiêm trọng cho ba lò phản ứng hạt nhân, dẫn đến việc thải ra một lượng phóng xạ lớn Sự kiện này buộc nhà chức trách Nhật Bản phải tiến hành sơ tán dân cư và đóng cửa toàn bộ các nhà máy điện hạt nhân trên toàn quốc.
Một số các vụ liên quan đến nguồn phóng xạ trong nước như :
- Ngày 23/12/2003 nguồn phóng xạ Cs-137 của công ty cổ phần xi măng Việt Trung(Hà Nam) bị mất đến nay vẫn chƣa tìm thấy
Vào ngày 26 tháng 5 năm 2004, Viện Công nghệ Xạ hiếm tại Hà Nội đã bị mất 54,8mg chất phóng xạ Người lấy cắp đã bán hộp phóng xạ này cho các cơ sở phế liệu và đến nay vẫn chưa tìm được chất phóng xạ bị mất.
- Ngày 28/12/2007 Công ty TNHH Anpha Vũng tàu mất nguồn phóng xạ khi có 500 công nhân đang thi công giàn khoan
- Ngày 8/8/2006 Công ty Cổ phần xi măng Sông Đà (Hòa Bình) mất nguồn phóng xạ Cs-137
Gần đây, nguồn phóng xạ Co-60 tại nhà máy Pomina 3 (Bà Rịa - Vũng Tàu) đã bị mất, và các cơ quan chức năng đang tiến hành tìm kiếm tại TP HCM, Bình Dương và Đồng Nai, nhưng vẫn chưa phát hiện ra vị trí của nó.
2.2.2 Tác hại của tia phóng xạ đối với cơ thể
Các chất phóng xạ nguy hiểm hơn nhiều so với các chất độc từ động vật hoặc thực vật Ví dụ, chỉ cần một phần triệu gam độc tố botulin có thể gây chết người, trong khi lượng nhỏ hơn hàng trăm lần của nguyên tố phóng xạ P32 khi hít phải hoặc ăn vào cũng đủ gây tử vong.
Bảng 2.4 : Các liều nhiễm xạ
50 0 0 Cho đến 100R không có dấu hiệu lâm sàng
Bắt đầu có tử vong
Tác hại của tia phóng xạ còn phụ thuộc vào:
- Liều hấp thụ, nghĩa là năng lƣợng hấp thụ theo từng đơn vị khối lƣợng tổ chức bị nhiễm xạ
- Thời gian bị nhiễm xạ dài hay ngắn, liên tục hay gián đoạn
- Tính chất các tia bức xạ: X, α, β hay γ…
Các cơ quan và tổ chức bị nhiễm xạ có tính chất khác nhau, trong đó tổ chức lymphô là nhạy cảm nhất, tiếp theo là tế bào biểu mô và nhu mô của tuyến Ngược lại, các tổ chức liên kết, cơ và thần kinh lại có độ nhạy cảm rất thấp đối với bức xạ.
Tác hại của bức xạ ion hoá lên cơ thể người thường là:
- Nếu tác hại đến tế bào cơ thể người bị nhiễm xạ thì chính người này bị bệnh
- Nếu tác hại đến tế bào sinh dục, ảnh hưởng có thể biểu hiện đến thế hệ sau
- Mỗi liều phóng xạ nhất định không nhất thiết tương ứng với một tác hại nhất định
- Toàn bộ liều hấp thụ ở mỗi người được tích luỹ dần và không hồi phục
Tổn thương tế bào có thể dẫn đến nhiều vấn đề nghiêm trọng, bao gồm ức chế phân chia tế bào và sự hoạt hóa bất thường, gây ra tăng sinh ác tính Những tổn thương này cũng có thể ảnh hưởng đến enzym, làm hư hại gen và biến đổi cấu trúc nhiễm sắc Hệ quả của những tổn thương này là rối loạn chức năng của các tổ chức, đặc biệt là những tổ chức phát triển nhanh và thiết yếu cho sự sống như tuỷ xương, tổ chức ruột và tế bào sinh dục.
Các nghiên cứu và đánh giá các đề tài liên quan đến luận văn
Buổi hội thảo “ROBOTICS, CÔNG NGHỆ CỦA TƯƠI LAI” do Câu lạc bộ Nguồn nhân lực – Trường Đại học Công nghệ tổ chức sẽ diễn ra vào lúc 18h ngày 3/12/2014 tại Giảng đường 3-G3, 144 Xuân Thủy, Đại học Quốc gia Hà Nội.
Các nghiên cứu trong nước :
Đề tài nghiên cứu của Nguyễn Vũ Quang và Đoàn Quang Thái tại Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội, mang tên “Giải bài toán cục bộ tránh vật cản cho robot tự hành”, đã được trình bày tại Hội nghị Cơ-Điện tử lần thứ I vào năm 2005 Nghiên cứu này tập trung vào việc phát triển các giải pháp hiệu quả nhằm giúp robot tự hành nhận diện và tránh các vật cản trong môi trường hoạt động của chúng.
Đƣa ra đƣợc mô hình động học robot
Giải quyết đƣợc bài toán phát hiện và tránh vật cản
Đƣa ra đƣợc thuật toán
Làm mô hình thí nghiệm o Nhƣợc điểm :
Robot vẫn có khả năng va chạm với vật cản
Robot không phải lúc nào cũng về đƣợc đích
Chưa có phương trình động lực học
Tính cơ động của robot chƣa cao
Chưa tính bậc tự do và phương trình vi phân đặc trưng của robot
Chƣa xét đến độ ổn định của robot và tính kinh tế
Chƣa đƣa ra đƣợc điều kiện biên và giới hạn của robot
Đường đi chưa trơn ,tạo ra gãy khúc
Việc lập trình điều khiển khó khăn
- Đề tài Đại học“Nghiên Cứu Xây Dựng Phương Pháp Điều Khiển Robot Tự
Hành Dựa Trên Cơ Sở Logic Mờ”, Nguyễn Xuân Hoàng, Đại Học Giao
Thông Vận Tải, 2010 o Ƣu điểm :
Đƣa ra và phân tích các loại robot tự hành
Đƣa ra mô hình động học và kỹ thuật định vị cho robot
Xây dựng thuật toán ứng dụng logic mờ
Xây dựng đƣợc mô hình robot tự hành o Nhƣợc điểm :
Chƣa tính toán bậc tự do ,chƣa đƣa ra mô hình động lực học của robot
Chƣa đƣa ra đƣợc điều kiện biên và giới hạn của robot
Chủ yếu đƣa ra mô hình thí nghiệm chứ chƣa đƣa ra đƣợc mô hình ứng dụng thực tế
Chƣa tính toán tính ổn định ,tính kinh tế cho robot
Chƣa có kiểm chứng mô hình thí nghiệm ,tính hiệu quả ,khả năng làm việc
Tính cơ động của robot chƣa cao
Đề tài Đại học của Ngô Mạnh Tiến tại Viện Vật lý tập trung vào "Nghiên cứu phát triển hệ robot tự hành có gắn camera tự động tìm kiếm và bám mục tiêu di động" Nghiên cứu này nhằm cải thiện khả năng tự động hóa và ứng dụng công nghệ trong việc theo dõi các đối tượng di chuyển, từ đó mở ra nhiều cơ hội ứng dụng trong các lĩnh vực như an ninh, giám sát và cứu hộ.
KH&CN việt nam), Phạm Xuân Minh (Đại Học Bách Khoa Hà Nội), 2011 o Ƣu điểm :
Đưa ra được phương trình động lực học
Xây dựng đƣợc mối quan hệ giữa camera và tọa độ thực
Thiết kế đƣợc giao diện kết nối vi điều khiển o Nhƣợc điểm:
Chỉ dừng lại ở mức nghiên cứu lý thuyết
Chưa đo lường được các đại lượng như đo gia tốc ,vận tốc động cơ
Chưa đua ra phương trình động học cho robot
- Luận văn thạc sỹ kỹ thuật ”Thiết kế và chế tạo robot vượt địa hình phức tạp”, Đặng Công Huy Minh, Đại Học Đà Nẵng, 2013 o Ƣu điểm :
Thiết kế đƣợc nghiên lý của robot
Thiết kế đƣợc mô hình thực tế của robot
Tính toán về thiết kế và điều khiển cho robot
Đƣa ra đƣợc mô hình vƣợt qua đƣợc địa hình phức tạp có giới hạn về điều kiện biên o Nhƣợc điểm
Chƣa có cở sở lý thuyết cho robot
Chƣa tính toán bậc tự do,tính kinh tế ,tính ổn định
Chƣa đƣa ra các cở sở của các đề xuất thiết kế
Tính cơ động của robot chƣa cao
Chƣa đƣa ra đƣợc điều kiện biên và giới hạn của robot
Hội nghị quốc tế lần thứ 10 về Điều khiển, Tự động hoá, Rô bốt và Thị giác máy (ICARCV 2008) diễn ra từ ngày 17 đến 20 tháng 12 năm 2008, được tổ chức bởi Đại học Công nghệ Nanyang (Singapore), Viện KH&CN Việt Nam và Hội Cơ điện tử Việt Nam Sự kiện này thu hút sự tham gia của 49 quốc gia trên toàn thế giới, tạo cơ hội giao lưu và chia sẻ kiến thức trong lĩnh vực công nghệ tiên tiến.
- The first IFTOMM International Symposium on Robotics and Mechatronics (ISRM 2009) là Hội thảo khoa học đầu tiên trong một loạt các hội nghị khoa
20 học của Hiệp hội quốc tế về khoa học máy và cơ cấu (International
The Federation for the Promotion of Mechanism and Machine Science (IFToMM) will hold its biennial conference at Hanoi University of Science and Technology from September 21 to 23, 2009 This event will feature a total of 45 scientific presentations from researchers and experts representing 14 countries, including Australia, Canada, China, Germany, Italy, Japan, Pakistan, Poland, Russia, Singapore, Taiwan, Thailand, Tunisia, and Vietnam.
- Hội nghị quốc tế về Robot và Tự động hoá năm 2014 diễn ra tại Hồng Công Các nghiên cứu nước ngoài :
The article titled "Design and Comparative Evaluation of an Iterative Contact Point Estimation Method for Static Stability Estimation of Mobile Actively Reconfigurable Robots," authored by Michael Brunner, Torsten Fiolka, Dirk Schulz, and Christopher M Schlick, was published in Robotics and Autonomous Systems in 2014 It presents an innovative method for estimating contact points that enhance the static stability of mobile robots capable of active reconfiguration The study highlights the advantages of this iterative approach, demonstrating its effectiveness in improving robot stability during dynamic operations.
Đề xuất ra một robot mới
Thích ứng với các địa hình phức tạp,bậc thang
So sánh bằng mô phỏng vật lý trong các tình huống khác nhau của robot
Đưa ra phương pháp nhanh đáp ứng các yêu cầu thực tế
Phân tích tính ổn định của kết cấu o Nhƣợc điểm :
Chưa đưa ra phương trình động học và động lực học của robot
Chủ yếu tính toán lý thuyết và mô hình hóa robot
Chƣa tính toán bậc tự do của robot
- “Design of optimal Mamdani-type fuzzy controller for nonholonomic wheeled mobile robots” Davood Nazari Maryam Abadi ,Mohammad Hassan
Khooban Đăng trên Engineering Sciences năm 2013 o Ƣu điểm :
Đưa ra được phương trình động lực học cho robot
Đề xuất bộ điều khiển cho robot
Tối ƣu hóa cho robot
Đưa ra phương pháp điều khiển logic mờ cho robot o Nhƣợc điểm
Chưa đưa ra phương trình động học
Chƣa tính toán bậc tự do cho robot
Tính toán và mô phỏng trên robot chứ chƣa có mô hình thực tế
- “Development of a Semi-Autonomous Directional and Spectroscopic
Radiation Detection Mobile Platform” A.Miller , R Machrafi , A
Đƣa ra đƣợc mô hình thực tế robot
Tính toán nguồn phát hiện nguồn phóng xạ
Mô phỏng matlap o Nhƣợc điểm :
Chƣa đƣa ra mô hình động học và động lực học của robot
Mô hình chƣa áp dụng thực tế đƣợc
Chƣa tính toán bền và tính ổn định của kết cấu robot
Robot chƣa có khả năng tự hành
Những vấn đề chung còn tồn tại và đề xuất yêu cầu thiết bị cho robot
2.4.1 Những vấn đề chung còn tồn tại
Phần cơ sở lý thuyết chung của các đề tài hiện đang thiếu sót về các khía cạnh quan trọng như tính bậc tự do, mô hình hóa, mô hình động học và động lực học Việc tính toán phương trình động học và động lực học của robot cũng cần được chú trọng để nâng cao hiệu quả nghiên cứu và ứng dụng.
- Giới hạn ứng dụng và phạm vi hoạt động cũng nhƣ lĩnh vực ứng dụng của robot chƣa đề cập đến cụ thể
- Phân tích tính ổn định, tính toán về động cơ ,tính toán bộ truyền và các kết cấu cơ khí chƣa đƣợc cụ thể
- Mô hình chủ yếu dùng để học tập và nghiên cứu chứ chƣa đem ra ứng dụng và sử dụng ngoài thực tế
2.4.2 Đề xuất yêu cầu thiết bị cho robot trong luận văn
- Robot có khả năng cơ động cao : di chuyển bằng bánh xe 2 bậc tự do
- Robot có khả năng linh hoạt để đảm bảo làm việc trong các điều kiện phức tạp
- Kết cấu robot nhẹ và bền : có thể dùng kết cấu dạng tấm để đảm bảo độ bền
- Robot gắn camera điều khiển có độ nhạy cao ,gắn thiết bị chiều sáng ,gắn detector phát hiện hoạt độ phóng xạ
- Khả năng linh hoạt và chống va đập tốt : robot có thể lật ngƣợc mà không ảnh hưởng đến khả năng di chuyển
- Điều khiển robot hoạt động chế độ điều khiển bằng tay hoặc tự động
- Khả năng tiếp nhận và ghi nhận tín hiệu bằng sóng radio
- Có khả năng vƣợt qua các địa hình phức tạp và khả năng hoạt động tốt khi bị lật
CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ ĐO HOẠT ĐỘ PHÓNG XẠ VÀ ROBOT TỰ HÀNH
Cơ sở lý thuyết về đo hoạt độ phóng xạ
3.1.1 Những đặc tính chung của các phương pháp đo hoạt độ
Người ta đo hoạt độ của các nguồn bức xạ bằng cách ghi nhận bức xạ phát ra từ chúng Khi đặt một detector thích hợp gần nguồn, hiệu ứng α ghi được trong một đơn vị thời gian sẽ tỷ lệ thuận với hoạt độ A của nguồn theo công thức a = ε.A Hiệu ứng của detector có thể là số đếm của ống đếm, chỉ số của dụng cụ đo dòng, mức đen của kính ảnh, hoặc một đại lượng khác được đo trực tiếp trong thí nghiệm Hệ số tỷ lệ ε, hay còn gọi là hiệu suất ghi của thiết bị đo, phụ thuộc vào nhiều yếu tố như hiệu suất ghi của detector và hình dạng của nó Mặc dù việc xác định hoạt độ có thể thực hiện dễ dàng nếu biết ε, nhưng việc xác định hệ số này thường rất phức tạp Bài viết sẽ trình bày các phương pháp tổng quát để giải quyết vấn đề này và nhấn mạnh những điểm đặc biệt khi ghi nhận các dạng bức xạ khác nhau như α, β, γ và nơtron.
3.1.1.1 Các phương pháp đo tích phân và vi phân
Các phương pháp đo tích phân ghi lại hiệu ứng tổng hợp từ tác động của bức xạ lên detector, bao gồm việc tích lũy điện tích trong buồng ion hóa, sự tỏa nhiệt trong nhiệt lượng kế và quá trình thẩm thấu của thủy tinh.
Các phương pháp đo vi phân là những kỹ thuật ghi nhận các hạt riêng lẻ, bao gồm các xung điện trong các buồng và ống đếm, cũng như các vết hạt trong các kính ảnh và buồng Willson.
Các phương pháp tích phân thường yêu cầu sử dụng các công cụ kỹ thuật đơn giản hơn và đã được phát triển sớm hơn so với các phương pháp vi phân Tuy nhiên, các phương pháp vi phân cung cấp nhiều thông tin hơn về các hiện tượng đang diễn ra, cho phép tách biệt các dạng hạt khác nhau một cách dễ dàng và tin cậy, đồng thời giúp tránh được các bức xạ lạ trên phông Ngày nay, các phương pháp vi phân vẫn giữ vai trò quan trọng trong nghiên cứu và ứng dụng.
Trong các thực nghiệm vật lý hạt nhân, 24 phương pháp tích phân thường bị hạn chế Dù vậy, vẫn có những trường hợp đặc biệt mà các phương pháp này được áp dụng, điều này sẽ được đề cập sau.
3.1.1.2 Các phép đo tuyệt đối và tương đối
Các phép đo tuyệt đối xác định hệ số ε trước, sau đó tính toán hoạt độ A của nguồn dựa trên chỉ số a của detector Tuy nhiên, những khó khăn trong việc thực hiện các phép đo này đã dẫn đến việc phát triển các phép đo tương đối, trong đó chỉ số a của detector khi làm việc với nguồn nghiên cứu ax tương đương với chỉ số aθ từ nguồn chuẩn có hoạt độ Aθ đã biết Nếu có thể so sánh hai trường hợp sao cho hệ số ε là giống nhau, ta có thể áp dụng công thức ax = ε Ax và aθ = ε Aθ.
Có thể xác định hoạt độ chưa biết Ax thông qua các chỉ số đo trực tiếp từ detector ax và aθ, cùng với đại lượng Aθ đã được biết trước Bài viết này sẽ tập trung chủ yếu vào các phương pháp đo tuyệt đối.
3.1.1.3 Phương pháp góc khối nhỏ
Khi nguồn bức xạ điểm đẳng hướng И và detector Д được sắp xếp như hình 10.1, xác suất hạt rơi vào detector được xác định bằng tỷ số giữa góc khối ∆Ω mà detector được nhìn thấy từ vị trí của nguồn và 4π Tỷ số này thường được gọi là thừa số hình học, ký hiệu là G.
Xác suất hạt bay đến detector và được ghi lại phụ thuộc vào tích εĐG, trong đó εĐ là hiệu suất ghi riêng của detector Để xác định hiệu suất ghi ε của thiết bị, cần thực hiện nhiều hiệu chỉnh để loại bỏ các hiệu ứng phụ, bao gồm sự tự hấp thụ của hạt trong nguồn và sự hấp thụ, tán xạ của hạt trong không khí trên đường đến detector Các hiệu chỉnh này rất quan trọng để đảm bảo độ chính xác trong quá trình đo lường.
25 bằng cách thêm những hệ số tương ứng f1, f2, …, fn, vốn phụ thuộc vào dạng bức xạ và các điều kiện cụ thể của thực nghiệm
Hình 3.1 Bố trí nguồn (И) và detector (Д) khi đo với các góc khối nhỏ
Để xác định thừa số hình học G liên quan đến góc khối ∆Ω, trong trường hợp tổng quát nhất, có thể sử dụng tích phân theo bề mặt của detector Đối với một số trường hợp cụ thể, các công thức đã được đơn giản hóa Chẳng hạn, đối với detector hình tròn, bao gồm dạng cầu hoặc dạng trụ với phần đầu hướng về phía nguồn, có những công thức đặc thù áp dụng.
∆Ω = 2π (1-1/√ ⁄ ) (3.6) ở đây d – khoảng cách giữa detector và nguồn; D – đường kính khẩu độ
Khi nguồn kéo dài không phải là nguồn điểm và các kích thước tương đương với d và D, việc xác định thừa số G trở nên phức tạp hơn Ngay cả trong những trường hợp đơn giản nhất, các công thức gần đúng cũng có dạng rất phức tạp.
Việc xác định góc khối ∆Ω với độ chính xác cao để thực hiện các phép đo tuyệt đối gặp nhiều khó khăn, dẫn đến nỗ lực phát triển detector bao quanh nguồn từ mọi phía Detector này có khả năng thu nhận tất cả các hạt phát ra từ nguồn theo mọi hướng trong phạm vi góc khối 4π, từ đó phương pháp này được đặt tên Trong trường hợp lý tưởng với hình học 4π, hệ số G đạt giá trị 1 Một số ví dụ về việc hiện thực hóa gần với hình học 4π là việc đưa các chất phóng xạ vào hỗn hợp trong ống đếm.
Phương pháp phóng điện trong khí hoặc vào buồng, còn gọi là phương pháp đếm khí bên trong hay phương pháp các ống đếm điền đầy bên trong, bao gồm nhiều kỹ thuật như bố trí nguồn màng mỏng giữa hai tinh thể của ống đếm nhấp nháy, sắp xếp nguồn photon hoặc nơtron trong thùng có chất dò tìm Một phương pháp trung gian giữa hai phương pháp đã đề cập là phương pháp hình học 2π, trong đó nguồn được đặt trên mặt phẳng phân cách giữa thể tích làm việc của detector và môi trường xung quanh, với thừa số hình học G bằng 0,5.
Nếu một quá trình phân rã sản sinh ra hai hoặc nhiều hạt, hoạt độ có thể được xác định thông qua việc ghi lại các xung trùng hợp từ hai detector độc lập Phương pháp này dựa trên nguyên tắc ghi nhận các tín hiệu từ các detector để tính toán hoạt độ một cách chính xác.
Để đảm bảo tính xác định trong quá trình phân rã, hạt β và lượng tử γ được phát ra Hai detector được đặt gần nguồn: một ghi nhận hạt β và một ghi nhận lượng tử γ Công thức cho số lượng hạt β là aβ = εβ.A và cho lượng tử γ là aγ = εγ.A.
Cơ sở lý thuyết về robot tự hành
3.2.1 Mô hình động học của robot
Mô hình động học của robot đƣợc minh họa ở hình 3.10
Các vector cấu hình xe đƣợc mô tả trong hệ sau:
Trong công thức Q = ϵ R 3 (3.1), X, Y và θ đại diện cho vị trí và hướng của xe Sự chuyển đổi giữa vận tốc cục bộ được xác định tại các hệ tọa độ gắn trên xe của trung tâm khối lượng (COM) và vận tốc tổng quát là rất quan trọng.
COM : d ϵ (a,b) là khoảng cách xa tâm hình học COG ICR là vị trí trên trục giao cắt COG
Hình 3.10 mô hình động học của robot 4 bánh
Chúng ta có thể diễn đạt lại phương trình (3.4) dưới dạng sau: S(q) thuộc R^3x2 là một ma trận, và η thuộc R^2 được gọi là vector điều khiển đầu vào tại điểm mô hình động học được xác định trong phương trình (3.5).
Và từ các cột của S(q) luôn luôn đƣợc xác định trong không gian rổng của A(q) các biểu thức sau đƣợc thỏa mản
3.2.2 Phương trình động lực học Động lực học của robot tự hành đƣợc minh họa ở hình 3.11 Đầu tiên tôi sẽ giới thiệu về lực bên trái và bên phải sau đó mô tả động lực học bánh xe
Hình 3.11 Động lực học của tự hành robot 4 bánh
Iw là quán tính của bánh xe
Ww = ϵ R 4 là vector vận tốc góc của bánh xe τw = ϵ R 4 là vector mô ment xoắn của bánh xe
F = [ FL FR ] T ϵ R 2 là vector lực và D ϵ R 4x2
Với r là bán kính bánh xe tiếp theo là phương trình chuyển động của robot trong hệ tọa độ toàn cầu : ̈ ( ) ( ) (3.11) ̈ ( ) ( ) (3.12) ̈ ( ) (3.13)
M là khối lượng của xe, I là quán tính về trục z, fx và fy lần lượt là lực ma sát lăn và ma sát trước Moment cản trục z được ký hiệu là Mr Lực ma sát lăn sẽ giảm khi so sánh với các yếu tố khác.
Trong một mô hình thực tế về ma sát lăn, lực ma sát trượt trong trường hợp lý tưởng có thể được so sánh Ví dụ, hình 3.14 minh họa rõ ràng sự xác định lực ma sát chỉ cho bánh trước bên trái.
( ) ( ) (3.14) Trong đó lực tác động trung bình giữa bánh xe và mặt đất bao gôm điểm điểm tiếp xúc do trọng lực đƣợc tính toán
Hình thức chung của động lực học chuyển động bao gồm việc áp dụng nguyên lý Euler-Lagrange cho các hệ thống liên kết nonhonomic, đồng thời giới thiệu một vector để biểu diễn sự nhiễu loạn trong quá trình chuyển động.
Trong đó M ϵ R 3x3 là ma trận khối lƣợng và quán tính
R ϵ R 3 là vector lực ma sát và moment xoắn
Fd ϵ R 3 là vector sự nhiễu loạn
Ma trận đầu vào B thuộc không gian R3x2, trong khi F được xác định là kiểm soát đầu vào trong động lực học đã được thiết lập trước A đại diện cho vector liên kết trong công thức 4, và λ là vector nhân trong phương trình Lagrange.
] (3.17) Đạo hàm phương trình( 3.5) theo thời gian ̈ ( ) ̇ ̇( ) (3.18)
Sử dụng mối quan hệ phương trình (3.5),(3.7), và (3.18) người ta có thể chuyển đổi hệ động lực học trong phương trình (3.16) thành ̅ ̇ ̅ ̅ ̅̅̅ ̅ (3.19) ̅ ̅ ̇ ̅ ̅̅̅ ̅ (3.20)
3.2.3 ác định số ậc tự o của ro ot
Robot có khả năng sử dụng 4 động cơ hoặc 2 động cơ Có thể chia ra các trường hợp sau :
- Nếu sử dụng 4 động cơ độc lập điều khiển bốn bánh xe độc lập thì robot đó là robot với 4 bậc tự do
- Nếu sử dụng 4 động với 2 cặp động cơ điều khiển cặp bánh xe thì robot này là robot với 4 bậc tự do
- Nếu sử dụng 2 động cơ điều khiển 2 bánh xe hoặc 2 bánh đai độc lập thì đó là robot 2 bậc tự do
