SỞ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ TP.HCM TRUNG TÂM THÔNG TIN VÀ THỐNG KÊ KH&CN  BÁO CÁO PHÂN TÍCH XU HƯỚNG CÔNG NGHỆ Chuyên đề: XU HƯỚNG NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG ROBOT NGẦM TỰ HÀNH PHỤC VỤ QUAN TRẮC MÔI TRƯỜNG, KHẢO SÁT SÔNG HỒ VÀ CỨU HỘ CỨU NẠN Biên soạn: Trung tâm Thông tin Thống kê Khoa học Công nghệ Với cộng tác của:  TS Tôn Thiện Phương  TS Trần Ngọc Huy Trường Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh TP.Hồ Chí Minh, 07/2019 MỤC LỤC I TỔNG QUAN VỀ ROBOT NGẦM TỰ HÀNH PHỤC VỤ QUAN TRẮC MÔI TRƯỜNG, KHẢO SÁT SÔNG HỒ VÀ CỨU HỘ CỨU NẠN TRÊN THẾ GIỚI VÀ TẠI VIỆT NAM Tình hình nghiên cứu ứng dụng robot ngầm tự hành phục vụ quan trắc môi trường, khảo sát sông hồ cứu hộ cứu nạn giới Tính cấp thiết, tính tầm ảnh hưởng việc ứng dụng robot ngầm tự hành phục vụ quan trắc môi trường, khảo sát sông hồ cứu hộ cứu nạn 2.1 Thực trạng ô nhiễm môi trường nước Việt Nam 2.2 Thực trạng tai nạn công tác cứu hộ cứu nạn Việt Nam 18 2.3 Thực trạng tình hình chủ quyền biển đảo cố khơi 20 2.4 Thực trạng khảo sát đánh giá cơng trình thủy lợi 23 II PHÂN TÍCH XU HƯỚNG NGHIÊN CỨU ROBOT NGẦM TỰ HÀNH PHỤC VỤ QUAN TRẮC MÔI TRƯỜNG, KHẢO SÁT SÔNG HỒ VÀ CỨU HỘ CỨU NẠN TRÊN CƠ SỞ SỐ LIỆU SÁNG CHẾ QUỐC TẾ 30 Tình hình công bố sáng chế nghiên cứu robot ngầm tự hành phục vụ quan trắc môi trường, khảo sát sông hồ cứu hộ cứu nạn theo thời gian 30 Tình hình cơng bố sáng chế nghiên cứu robot ngầm tự hành phục vụ quan trắc môi trường, khảo sát sông hồ cứu hộ cứu nạn quốc gia 32 Tình hình cơng bố sáng chế nghiên cứu robot ngầm tự hành phục vụ quan trắc môi trường, khảo sát sông hồ cứu hộ cứu nạn theo hướng nghiên cứu 34 Các đơn vị dẫn đầu sở hữu số lượng công bố sáng chế nghiên cứu robot ngầm tự hành phục vụ quan trắc môi trường, khảo sát sông hồ cứu hộ cứu nạn 35 Một số sáng chế tiêu biểu 35 III GIỚI THIỆU ROBOT NGẦM TỰ HÀNH PHỤC VỤ QUAN TRẮC MÔI TRƯỜNG, KHẢO SÁT SÔNG HỒ VÀ CỨU HỘ CỨU NẠN TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HCM 40 UNMANNED SURFACE VEHICLE (USV) 40 REMOTELY OPERATED UNDERWATER VEHICLE (ROV) 45 AUTONOMOUS UNDERWATER VEHICLE (AUV) 49 XU HƯỚNG NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG ROBOT NGẦM TỰ HÀNH PHỤC VỤ QUAN TRẮC MÔI TRƯỜNG, KHẢO SÁT SÔNG HỒ VÀ CỨU HỘ CỨU NẠN I ************************** TỔNG QUAN VỀ ROBOT NGẦM TỰ HÀNH PHỤC VỤ QUAN TRẮC MÔI TRƯỜNG, KHẢO SÁT SÔNG HỒ VÀ CỨU HỘ CỨU NẠN TRÊN THẾ GIỚI VÀ TẠI VIỆT NAM Tình hình nghiên cứu ứng dụng robot ngầm tự hành phục vụ quan trắc môi trường, khảo sát sông hồ cứu hộ cứu nạn giới Hình 1: Phân loại Robot nước Hành tinh sống có tới 70% diện tích bề mặt nước, việc tìm hiểu, nghiên cứu để khai thác, làm chủ nguồn tài nguyên khát khao nước giới, đặc biệt nước giáp biển có hệ thống sơng ngòi dày đặc Ngồi nhiều mục đích khác quân sự, kinh tế - xã hội, mà việc thúc đẩy thiết kế chế tạo thiết bị có khả hoạt động nước cụ thể thiết bị lặn có người lái bên (Manned Underwater Submersible) chế tạo Thế thiết bị đạt đến giới hạn phát triển vào cuối năm 1960 vài cơng ty quốc phòng General Dynamics, Rockwell Westinghouse phát triển hoàn chỉnh hệ thống Từ mối quan tâm an toàn cho người điều khiển môi trường nước đến phát triển không ngừng khoa học kỹ thuật dẫn đến ý tưởng nghiên cứu, phát triển thiết bị lặn không người lái bên (Unmanned Submersible) Một ví dụ gần vào tháng 11/2018 Argentina bất lực không trục vớt xác tàu ngầm độ sâu 900m nước biển thiếu cơng nghệ đại khiến việc trục vớt 44 thi thể thủy thủ đoàn điều tra nguyên nhân gặp nhiều khó khăn cho thấy tầm quan trọng cần thiết thiết bị không người lái nước mục đích giảm thiểu rủi ro bảo tồn tính mạng người Để giải cho vấn đề đòi hỏi phải hoạt động nước thời gian dài nguy hiểm nghiên cứu đại dương, bảo trì cơng trình, tìm kiếm, trục vớt khảo sát đáy biển tháo gỡ mìn, làm nước vùng chiến tranh nước phát triển giới Anh, Đức, Mỹ, áp dụng thiết bị lặn không người lái điều khiển từ xa dây tiêu biểu ROV (Remotely Operated Vehicle) thiết bị tự hành không dây với tiêu biểu AUV (Autonomous Underwater Vehicle) Tùy vào đặc thù riêng cho công việc, nhiệm vụ mà ROV AUV có ưu, nhược điểm khác Được phát triển vào năm đầu 1980, vấn đề kỹ thuật cho thiết bị lặn điều khiển từ xa dây ROV tính đến bắt đầu thiết kế chế tạo Đến ngày nay, thiết bị ROV đóng vai trò chính, thay hầu hết nhiệm vụ giao cho thiết bị lặn có người lái bên thiết bị đáng tin cậy thiết bị lặn nước chế tạo Một số ví dụ điển hình ROV: thiết bị viện hải dương học Wool Hole cơng cụ dùng để phát xác tàu Titanic hay cố tràn dầu vịnh Mexico 2010 nhóm ROVs sử dụng để ngăn rò rỉ dầu từ ống nứt Tuy nhiên, việc sử dụng thiết bị ROV bị hạn chế số ứng dụng chi phí vận hành cao, phạm vi hoạt động nhỏ chiều dài dây cáp phụ thuộc sức khỏe người vận hành,… Các thiết bị lặn không người lái bên điều khiển không dây, tiêu biểu thiết bị lặn tự động AUV (Autonomous Underwater Vehicle) bắt đầu nghiên cứu từ năm 1970 để khắc phục hạn chế thiết bị lặn có người lái bên (Manned Submersible) thiết bị lặn không người lái bên điều khiển dây (Tethered Unmanned Submersible) Các thiết bị có khả hoạt động nhiều dạng mơi trường khác từ sơng ngòi, vùng biển đến vùng lạnh giá khắc nghiệt hai đầu cực Ngày nay, với việc phát triển dạng vật liệu mới, kỹ thuật máy tính, thiết bị cảm biến, tiến lý thuyết điều khiển robot, hàng loạt dạng AUV nhỏ gọn, tiên tiến, thông minh đáng tin cậy chế tạo đưa vào ứng dụng thực tế quan trắc mơi trường, khảo sát địa hình, Tuy nhiên AUV nói chung khơng thể thay hoàn toàn ROV số nhiệm vụ đặc thù thiết bị có lợi nhược điểm riêng Do hai dần áp dụng rộng rãi quan tâm nhiều hơn, cụ thể thị trường robot lặn khơng người lái nói chung tồn giới ước tính vào khoảng 2.69 tỉ đô vào năm 2017 dự kiến tăng lên đến 5.2 tỉ đô năm 2022 phản ánh nhu cầu thị trường lớn lớp thiết bị nước Robot REMUS, Mỹ Robot Autosub3, Anh Robot Aster XAUV, Pháp Robot SOTAB-1, Nhật Robot ISIMI, Hàn Quốc Robot STAFISH, Singapore Hình 2: Thiết bị lặn không người lái điều khiển không dây AUV Phương tiện khơng người lái USV (Unmanned Surface Vessels) có tên gọi khác phương tiện vận hành tự động ASC (Autonomous Surface Craft) Như tên gọi nó, thiết bị sử dụng công nghệ tự động tiên tiến để điều khiển giám sát có can thiệp người hệ thống Nhờ vào phát triển hệ thống định vị toàn cầu (chính xác, nhỏ gọn, hiệu quả, giá hợp lý) hệ thống truyền liệu không dây với dải băng thông rộng mà việc tiến hành nghiên cứu USV trở nên dễ dàng USV ngày phát triển nhiều mục đích phòng thủ qn sự, chuyên chở thiết bị lặn, phục vụ nghiên cứu robot nói chung, bật lập đồ, quan trắc chất lượng môi trường nước Tàu vận hành tự động phát triển vào năm 1993 học viện MIT Sea Grant, thiết kế cho nhiều nhiệm vụ khác Con tàu có tên gọi ARTEMIS, có kích thước nhỏ, lúc đầu thử nghiệm để kiểm tra kết hợp hệ thống định vị hệ thống điều khiển, sau sử dụng để thu thập liệu sông Charles Boston Tuy nhiên việc thu thập liệu gặp nhiều khó khăn, kích thước nhỏ ARTEMIS hạn chế lớn nó, điều làm cho độ bền tính ổn định tàu giảm nhanh chóng trước tác động môi trường nước ARTEMIS dừng lại ứng dụng thu thập mẫu liệu đơn giản Trên sở tảng tàu ARTEMIS, năm 1996 thiết bị tàu lái tự động với kích thước nhỏ có độ linh hoạt tính ổn định cao nghiên cứu Hệ thống có tên gọi ACS ACES (Autonomous Coastal Exploration System) hiểu thiết bị tự lái chuyên phục vụ để khảo sát chất lượng môi trường nước Thiết bị trải qua nhiều thí nghiệm tính Gloucester, sau tích hợp cảm biến thu thập để thực nhiệm vụ chínhlà khảo sát chất lượng thủy văn bến cảng Boston Năm 1998 trả phòng thí nghiệm để nâng cấp thức cơng bố thiết bị tàu thủy tự động hoàn thiện vào năm 2000 với tên gọi “AUTOCAT” Trên sở tảng USV Autocat, hàng loạt nghiên cứu USV tiến hành lan rộng phạm vi toàn giới Dưới thống kê vài thiết bị tàu tự hành nhiệm vụ chúng chế tạo: Bảng 1: Thống kê tàu tự hành USV Quốc gia Mỹ Anh Canada Italy Năm 2000 Tên thiết bị C-series USVs 2003 FENRIR Sentry SWIMS Ứng dụng Kiểm tra tính ổn định, khảo sát mơi trường Chun chở UUV Khảo sát bảo vệ bến cảng Điều tra mỏ khống sản SeaFox Kiểm tra khả thích ứng kết hợp định vị, điều khiển, dẫn đường 2004 Springer 2011 MUSCL Khảo sát mơi trường, mẫu thí nghiệm giảng dạy Trinh sát, phòng thủ quân 2000 Barracuda Phát mục tiêu biển 2008 Blackfish Giám sát hải cảng Gầy 2000 C –Enduro USV HammerHead Ứng dụng lượng mặt trời cho tàu tự hành để giám sát môi trường biển 2004 2005 2007 SESAMO Charlie ALANIS Kingfisher Mô lại khả tránh mối đe dọa Quan trắc môi trường Quan trắc môi trường Quan trắc môi trường Phục vụ quân CARVELA DELFIM Lập đồ Giao tiếp với UUV U-Rangger Phục vụ quân Gần 2000 2004 2008 Bồ Đào Nha 2006 Swordfish Quan trắc môi trường 2008 Kaasboll Israel Đức 2008 2007 2005 Viknes Silver Marlin Basil Kiểm tra hệ thống định vị điều khiển Kiểm tra nhiều mục đích Giám sát, trinh sát Khảo sát đường ống khơi Pháp Singapore 2007 2008 Inspector Tianxiang One Giám sát, trinh sát Khảo sát khí tượng Trung Quốc 2010 2010 Venus USV-ZhengHe Nhiều ứng dụng Thu thập liệu môi trường thủy văn Nhật Bản 2004 UMV series Khảo sát môi trường biển USV ESM30, MM70, Trung Quốc RSV Orca 2, Pháp USV SONOBOT, Đức C –Enduro USV, Mỹ Hình 3: Tàu tự hành USV Tính cấp thiết, tính tầm ảnh hưởng việc ứng dụng robot ngầm tự hành phục vụ quan trắc môi trường, khảo sát sông hồ cứu hộ cứu nạn 2.1 Thực trạng ô nhiễm môi trường nước Việt Nam Việt Nam quốc gia có mật độ lưới sông đa dạng giới Tài nguyên nước gắn chặt với phát triển kinh tế xã hội người Việt qua suốt chiều dài lịch sử Hiện đô thị lớn Việt Nam chủ yếu phát triển dựa sông: vùng kinh tế trọng điểm phía Nam gắn với lưu vực hệ thống sơng Đồng Nai vùng có tốc độ phát triển kinh tế động nước; vùng kinh tế điểm phía Bắc gắn với lưu vực sộng Hồng, vùng kinh tế trọng điểm gắn với sông Cửu Long,… Bên cạnh phát triển kinh tế, tập trung gia tăng quy mơ dân số nhiễm mơi trường nói chung nhiễm mơi trường nước nói riêng Chính vậy, năm gần Nhà nước ban hành nhiều sách nhằm quản lý khuyến khích đưa công nghệ ứng dụng vào công tác bảo vệ mơi trường Nhằm mục tiêu lượng hóa mức độ ô nhiễm, theo dõi diễn biến môi trường phục vụ công tác quản lý thông tin đến người dân, Luật BVMT 2005 trước quy định trách nhiệm quan trắc môi trường chương IX (Quan trắc thông tin Môi trường) Luật BVMT 2014 tiếp tục làm rõ vai trò cơng tác quan trắc môi trường quản lý nhà nước, nghiên cứu thông tin đến người dân chương XII Quan trắc mơi trường Tuy nhiên tình hình nhiễm nguồn nước diễn phức tạp phạm vi nước, ảnh hưởng không nhỏ đến đời sống người dân, phát triển kinh tế an ninh quốc phòng Một số dẫn chứng cụ thể tính thời cấp bách tình trạng xảy số nơi nước: - Tại Thành phố Hà Nội Ước tính ngày Hà Nội có đến hàng trăm ngàn mét khối nước thải từ hoạt động sản xuất nông nghiệp, nước sinh hoạt không qua xử lý đổ trực tiếp dòng sơng Điều này, khiến lượng bùn lắng đọng, dày lên đáng kể, khơng có dòng chảy sơng bị tắc nghẽn nhiều đoạn dẫn đến tình trạng chất độc hại ứ đọng, gây biến đổi môi trường nước sông, kênh mương, làm suy giảm chất lượng nguồn nước Đặc biệt có nhiều đoạn gần “chết” thường xuyên phải tiếp nhận lượng nước thải ngày lớn Theo Báo Tài Nguyên Môi Trường, riêng hệ thống sông Nhuệ - song Đáy có đến 700 nguồn nước thải đổ vào với khối lượng 80.000 m3 ngày Ngoài vấn đề ô nhiễm nước sông Đà (22/04/2018) gây nhiều xúc cho người dân vùng thuộc xã Khánh Thượng, huyện Ba Vì, TP Hà Nội Rác thải sinh hoạt, nước thải chăn ni xả thẳng ngồi môi trường, mùi ô nhiễm vô nghiêm trọng, số lượng ruồi muỗi không ngừng gia tăng hàng ngày gây ảnh hưởng nặng nề đến sống người dân Hình 4: Rác thải sinh hoạt, nước thải chăn ni thay “bức tử” bờ sông Đà - Tại Nghệ An, QuảngNam Ngày 3/12/2018, gần chục công nhân Công ty quản lý phát triển hạ tầng đô thị Vinh dùng vợt để vớt xác cá chết mặt hồ điều hòa Cửa Nam phường Đội Cung (TP Vinh, Nghệ An) Ngày 11/01/2019 dọc theo hào thành cổ thành phố Vinh (Nghệ An) đoạn qua địa bàn phường Quang Trung, Cửa Nam Đội Cung xảy tình trạng cá chết hàng loạt Một số điểm cá rơ phi to hai ngón tay chết trắng mặt nước lẫn màu nước đen kịt, bốc mùi hôi thối nồng nặc Ngày 27/02/2019, Quảng Nam, chờ quan chức tiến hành lấy mẫu, xét nghiệm để tìm nguyên nhân xuất bọt trắng kênh N10A (đoạn chảy qua xã Tam Phước Tam An, huyện Phú Ninh) làm cá nhiều gia cầm chết, người dân lo lắng nguồn nước bị ô nhiễm, không dám sử dụng để phục vụ nông nghiệp Thế nhưng, sau hai ngày, chưa xác định nguyên nhân làm kênh xuất bọt trắng (theo vnexpress) 10 Một số hình ảnh minh họa sáng chế: Hình 31: Bình chịu áp lực hình dáng tổng thể AUV Kết luận - Đến tháng 7/2019, có 1139 sáng chế nghiên cứu robot ngầm tự hành phục vụ quan trắc môi trường, khảo sát sông hồ cứu hộ cứu nạn công bố 28 quốc gia tổ chức WO EP Số lượng sáng chế tăng mạnh từ năm 2011 đến nay, chứng tỏ vấn đề quan tâm giới - Mỹ, Trung Quốc, Nhật Bản, Úc Hàn Quốc quốc gia dẫn đầu công bố sáng chế nghiên cứu robot ngầm tự hành phục vụ quan trắc môi trường, khảo sát sông hồ cứu hộ cứu nạn - Atlas Elektronik GMBH, Subsea Ltd., CGG Services Sa, Kawasaki Heavy Ind Ltd., Hadal inc 05 đơn vị dẫn đầu công bố sáng chế nghiên cứu robot ngầm tự hành phục vụ quan trắc môi trường, khảo sát sông hồ cứu hộ cứu nạn - Nghiên cứu robot ngầm tự hành phục vụ quan trắc môi trường, khảo sát sông hồ cứu hộ cứu nạn có hướng nghiên cứu chính: Nghiên cứu, điều chỉnh độ sâu truyền động robot; Nghiên cứu kết cấu khoan lặn dụng cụ, thiết bị tìm kiếm phát vật thể nước; Đo đạt địa lý, địa chấn học chuyên dụng cho vùng ngập nước; Nghiên cứu thiết bị nâng hạ, thiết bị quan sát truyền tín hiệu sóng âm cho robot Trong đó, hướng nghiên cứu, điều chỉnh độ sâu truyền động robot hướng nghiên cứu nhà sáng chế quan tâm 39 III GIỚI THIỆU ROBOT NGẦM TỰ HÀNH PHỤC VỤ QUAN TRẮC MÔI TRƯỜNG, KHẢO SÁT SÔNG HỒ VÀ CỨU HỘ CỨU NẠN TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HCM UNMANNED SURFACE VEHICLE (USV) Nhiều ứng dụng khác giải pháp hoàn thiện - USV coi phương tiện đại ngày giúp cho người khám phá nhiều môi trường nước, đặc biệt biển USV phương tiện không người lái vận hành mặt nước, điều khiển từ xa tự hành để làm nhiệm vụ khác Hình 32: UNMANNED SURFACE VEHICLE (USV) Ứng dụng thực tế: - Nghiên cứu giám sát mơi trường (khí tượng, thủy văn học…) - Lấy mẫu nước - Lập đồ - Tuần tra, trinh sát - Trung chuyển thông tin, vận tải thiết bị - Có thể mang vũ khí đa dạng tác vụ cho mục đích qn - Ngồi USV kết hợp với Robot: AUV, ROV, UAV tạo thành hệ thống tự động tự hành cho tác vụ lớn không nước 40 1.1 VIAM-USV1000: Hình 33: VIAM-USV1000 Là phiên gọn nhẹ dễ dàng vận chuyển hai người Có khả tự hành cao, tự di chuyển đến điểm waypoint người dùng cung cấp giám sát từ xa máy tính Có khả chở thêm tải 6kg cho cảm biến tích hợp thêm để thực nhiệm vụ khác Thơng số kỹ thuật (Specifications) Kết nối/Truyền thơng Kích thước Tầm tốc độ cho phép RF, Wifi - Chiều dài: 1.1m - Chiều rộng: 0.5m - Chiều cao thân: 0.2m - Mớn nước: 0.1m - Khối lượng: 23kg với tốc độ 2knots STM32F4, GPS, IMU, Camera 2x Lithium 24V 13Ah Gồm x 75W Thrusters đó: - Hai động đẩy sau - Một động ngang trước để bẻ lái 0-4knots Payload Tối đa 6kg Điều khiển từ xa Điều khiển phím chức năng, dễ dàng chuyển đổi chế độ điều khiển tự động tay thông qua GUI - Hoạch định đường qua điểm waypoint cho trước - Cho phép giám sát thu thập liệu truyền máy tính hiển thị GUI Thời gian vận hành tối đa Thiết bị Pin Hệ thống thiết bị đẩy Nhiệm vụ 41 1.2 VIAM-USV1500 Hình 34: VIAM-USV1500 Là phiên nâng cấp USV1000, có khả chở tải nhiều thực số tính nâng cao khác giữ vị trí, tránh vật cản,… Thông số kỹ thuật (Specifications) Kết nối/Truyền thơng Kích thước Thời gian vận hành tối đa Thiết bị Pin Hệ thống thiết bị đẩy Tốc độ cho phép Payload Điều khiển từ xa Nhiệm vụ RF, Wifi - Chiều dài: 1.2m - Chiều rộng: 0.8m - Chiều cao thân: 0.3m - Mớn nước: 0.2m - Khối lượng: 70kg với tốc độ knots PC104, STM32F4, YSI 6600, AHRS, GPS, Camera, Lidar, Ultrasonic Sensor, Wind Sensor… 6x Lithium 24V 13Ah Gồm x 600W Thrusters, x 350W Thrusters đó: - Hai động đẩy sau (600W) - Hai động ngang để di chuyển đa hướng (350W) 0-4knots Tối đa 25kg Cần điều khiển phím chức năng, dễ dàng chuyển đổi chế độ điều khiển tự động tay thông qua GUI - Hoạch định đường qua điểm waypoint cho trước - Cho phép giám sát thu thập liệu truyền máy tính hiển thị GUI - Chức nâng cao: giữ vị trí, tránh vật cản 42 1.3 VIAM-USV2000  Lấy hình 3D từ Tồn CK Hình 35: VIAM-USV2000 Phát triển tảng USV1500, USV2000 phiên phát triển nhằm mục đích tạo hệ thống tích hợp tự động với ROV, AUV UAV cho ứng dụng nâng cao khác Nhằm phát triển ưu tối đa USV trạm trung tâm di động phương tiện tự hành khơng nước cho giải pháp hồn thiện, giải vấn đề tùy chỉnh người vận hành đề Thông số kỹ thuật (Specifications) Kết nối/Truyền thơng Kích thước Thời gian vận hành tối đa Thiết bị Pin Hệ thống thiết bị đẩy Tốc độ cho phép Payload Điều khiển từ xa RF, Wifi - Chiều dài: 2m - Chiều rộng: 1m - Chiều cao thân: 0.35m - Mớn nước: 0.25m - Khối lượng: 150kg với tốc độ knots PC104, STM32F4, YSI 6600, AHRS, GPS, USBL, Camera, Lidar, Ultrasonic Sensor, Wind Sensor… 8x Lithium 24V 20Ah Gồm x 600W Thrusters, x 350W Thrusters đó: - Hai động đẩy sau - Bốn động ngang để di chuyển đa hướng 0-4knots Tối đa 40kg Cần điều khiển phím chức năng, dễ dàng chuyển đổi chế độ điều khiển tự động tay thông qua GUI 43 - Hoạch định đường qua điểm waypoint cho trước - Cho phép giám sát thu thập liệu truyền máy tính hiển thị GUI - Chức nâng cao: Có chế độ thả thu hồi ROV, AUV tự động; giữ vị trí để UAV đáp; tránh vật cản Nhiệm vụ 1.4 KIAL-UDB (Unmanned Dynamic Buoy): Dự án phối hợp thực KIAL Lab (Hàn Quốc) Hình 36: KIAL-UDB, Unmanned Dynamic Buoy Thông số kỹ thuật (Specifications): - Truyền thông: RF - Thời gian hoạt động: 24h - Chế độ hoạt động: Bằng tay tự hành - Môi trường hoạt động: Hồ, sông, biển - Nhiệm vụ:  Thực hành trình dài định sẵn  Giữ vị trí bán kính cho phép với điều kiện thời tiết khắc nghiệt thời tiết  Đóng vai trò trạm trung tâm lưu động, mang vác thiết bị phục vụ quan sát, quan trắc, lấy mẫu… kết nối với thiết bị không (UAV) nước (ROV, AUV, Glider) 44 Hình 37: KIAL-UDB, sản phẩm hồn chỉnh Hình 38: KIAL-UDB thử nghiệm ngồi biển REMOTELY OPERATED UNDERWATER VEHICLE (ROV) ROV phương tiện ngầm điều khiển từ xa dây cáp động đẩy, đa dạng hình dáng, kích thước ROV coi công cụ đại giúp người khám phá giới nước, thực nhiều nhiệm vụ độ sâu mà người tới Có thể làm việc nước thời gian dài, mơi trường khắc nghiệt Thường có camera ghi hình, mang theo thiết bị cảm biến tay máy, phục vụ đa dạng tác vụ cho mục đích quân dân dụng Ứng dụng thực tế: - Đặt/tháo gỡ bom mìn, thủy lơi 45 - Phối hợp tác chiến người - Tuần tra, đảm bảo an ninh, cứu hộ - Thăm dò mỏ dầu khí, khống sản - Đóng mở van, lắp đặt sửa chữa đường ống, bảo trì giàn khoan - Đào rãnh, lắp đặt, kiểm tra tình trạng cáp ngầm - Thu thập thơng tin địa hình, sinh học biển - Khảo cổ nước, thăm dò tàu đắm 2.1 VIAM-ROV500 Hình 39: VIAM-ROV500 Thơng số kỹ thuật (Specifications) Kết nối/Truyền thơng Nguồn cung cấp Độ sâu tối đa Kích thước Hệ thống định vị Hệ thống quan sát Hệ thống thiết bị đẩy Tốc độ cho phép Chế độ vận hành Ethernet 220VAC-50Hz 50m - Chiều dài: 0.6m - Chiều rộng: 0.37m - Chiều cao thân: 0.4m - Khối lượng: 25kg GPS, AHRS, USBL Mechanical Scanning Sonar, Camera Gồm sáu động đó: - Một động đẩy DC Brushless 600W - Hai động bên DC 75W - Ba động lặn DC 75W 0-2knots - Chế độ manual: Sử dụng joystick để điều khiển robot, liệu thu từ cảm biến trả GUI để giám sát, lưu trữ quản lí - Chế độ tự động: Gồm giữ hướng giữ độ sâu 46 Kích thước Tốc độ cho phép Độ sâu tối đa Kết nối/Truyền thông Nguồn cung cấp Hệ thống định vị Hệ thống quan sát Chế độ vận hành - Chiều dài: 0.6m - Chiều rộng: 0.37m - Chiều cao thân: 0.4m - Khối lượng: 25kg 0-2knots 20m Ethernet 220VAC-50Hz GPS, AHRS, USBL Mechanical Scanning Sonar, Camera, Lights - Chế độ manual: Sử dụng joystick để điều khiển robot - Chế độ tự động: Gồm giữ hướng giữ độ sâu 2.2 VIAM-ROV900 Hình 40: VIAM-ROV900 Đặc tính kĩ thuật Chuẩn giao tiếp Ethernet Nguồn điện 220VAC-50Hz Độ sâu lớn 100 m Kích thước Hệ thống định vị - + Dài : 0.9 m - + Rộng : 0.4 m - + Cao : 0.4 m - + Nặng : 70kg GPS, AHRS, USBL Hệ thống quan sát Cảm biến sonar, Camera Hệ thống đẩy Bao gồm động đó: - + Bốn động bên DC 75W - + Ba động đứng DC 75W 0-2knots Tầm vận tốc Chế độ hoạt động - +) Chế độ thủ công: Sử dụng cần điều khiển để điều khiển robot, liệu thu từ cảm biến 47 đưa trở lại GUI để theo dõi, lưu trữ quản lý - +) Chế độ tự động: Giữ hướng giữ độ sâu 2.3 KIAL-CROV: Dự án phối hợp thực KIAL Lab (Hàn Quốc) Hình 41: KIAL-CROV Thơng số kỹ thuật (Specifications): - Chế độ hoạt động: Bằng tay tự hành - Nhiệm vụ:  Thực ứng dụng, nhiệm vụ ROV  Thực ứng dụng, nhiệm vụ AUV Type ROV AUV Weight 100kgf 70kgf Size 600×1000×900 mm 560×750×280 mm Operation Depth 200m 200m DOF 6 Actuator 300W BLDC motor×7 300W BLDC motor×7 Manipulator DOF (BLDC) 48 Hình 42: KIAL-CROV, sản phẩm hồn chỉnh Hình 43: KIAL-CROV, thực nghiệm AUTONOMOUS UNDERWATER VEHICLE (AUV) AUV xem cải tiến ROV, phương tiện không người lái có khả tự hành cao cho ứng dụng nước Chủ yếu có dạng ngư lơi với động đẩy cánh lái, có tính tự điều khiển Có thể làm việc nước thời gian dài, tùy thuộc vào nguồn lượng mang theo AUV trang bị thiết bị cảm biến, phục vụ đa dạng tác vụ cho mục đích quân dân dụng 49 Ứng dụng thực tế: - Xây dựng đồ đáy biển - Khảo sát, giám sát theo khu vực - Thăm dò bề mặt địa chất, thu thập thơng tin mỏ, khống sản - Phát hiện, tiêu diệt mục tiêu nước, rà phá bom mìn - Thu thập thơng tin, theo dõi trinh sát - Tác chiến ngầm, khảo sát nhận dạng - Truyền nhận thông tin định vị nước - Tác chiến đổ - Hỗ trợ phòng thủ cơng - Nhiệm vụ đặc biệt (thủy lơi, đặt mìn …) 3.1 VIAM-AUV2000 Hình 44: VIAM-AUV2000 Thông số kỹ thuật (Specifications) Nguồn cung cấp Độ sâu tối đa Kích thước Thời gian vận hành tối đa Hệ thống định vị Hệ thống quan sát Kết nối/Truyền thông Hệ thống thiết bị đẩy 2x Lithium 24V 40Ah, 10x LiFePO4 3.2V 10Ah 100m - Chiều dài: 2m - Đường kính: 0.25m - Khối lượng: 70kg với tốc độ knots OpticGyro, AHRS, RTK GPS, DVL, Altimeter, Depth Sensor, USBL Mechanical Scanning Sonar, 2xCamera Trên mặt nước: RF, Wifi, GPRS/GSM Dưới mặt nước: Acoustic Modem Động đẩy động DC Brushless 600W50 Tốc độ cho phép Chế độ vận hành Nhiệm vụ 1850RPM 2-4knots - Chế độ glider: Cơ chế cylinder hút/nhả nước kết hợp với di chuyển đối trọng để lặn/nổi giúp tiết kiệm lượng cho robot - Chế độ AUV: Robot sử dụng động đẩy DC Brushless kết hợp với bánh lái để di chuyển theo phương ngang - Hoạch định đường qua điểm waypoint cho trước - Cho phép giám sát thu thập liệu truyền máy tính hiển thị GUI - Chức nâng cao: Bám mục tiêu, tránh vật cản 3.2 KIAL-AUV: Dự án phối hợp thực KIAL Lab (Hàn Quốc) Hình 45: KIAL-AUV Specifications Depth 100m Dimension 0.18m x 1.67m (D x L) Weight 31.5kg Speed/range knots Equipments DVL, USBL, IMU, Depth sensor, GPS, RF Module, Underwater Wireless Communication … 51 Hình 46: KIAL-AUV, kết thực nghiệm 52 TÀI LIỆU THAM KHẢO TS Trần Ngọc Huy TS Tôn Thiện Phương, Báo cáo Xu hướng nghiên cứu ứng dụng Robot ngầm tự hành phục vụ quan trắc môi trường, khảo sát sông hồ cứu hộ cứu nạn, Trường Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh, 2019, 41 trang TS Nguyễn Đức Thành, Kỹ thuật Robot – TS, Trường Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh, 2019, 42 trang G.N.Roberts, Trends in marine control systems, Volume 32, Issue 2, December 2008, pages 263-269 Robert Bogue, Underwater robots: a review of technologies and applications, Industrial Robot, Vol 42 No 3, pages 186-19 Robin R Murphy, Karen L Dreger, Sean Newsome, Jesse Rodocker, Eric Steimle, Tetsuya Kimura, Kenichi Makabe, Fumitoshi Matsuno, Satoshi Tadokoro, Use of remotely operated marine vehicles at Minamisanriku and Rikuzentakata Japan for disaster recovery, IEEE International Symposium on Safety, Security, and Rescue Robotics, 2011, 2374-3247 Luis Govinda García-Valdovinos, Tomás Salgado-Jiménez, Manuel Bandala-Sánchez, Luciano Nava-Balanzar, Rodrigo Hernández- Alvarado and José Antonio Cruz-Ledesma, Modelling, Design and Robust Control of a Remotely Operated Underwater Vehicle, International Journal of Advanced Robotic Systems, 2014, 16 pages Xianbo, Zemin Niu,Lionel Lapierre, Mingjiu Zuo, Hybrid underwater robotic vehicles: the state-of-the-art and future trends, HKIE Transactions, Volume 22, 2015 - Issue 2: Robotics, 2015, Pages 103-116, L Yongkuan, AUV's trends over the world in the future decade, Proceedings of the 1992 Symposium on Autonomous Underwater Vehicle Technology, 1992 53