KẾT QUẢ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ NHIỆM VỤ
“NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, CHẾ TẠO THIẾT BỊ
ROBOT NGẦM PHỤC VỤ THĂM DÒ, KHẢO SÁT
CÁC CÔNG TRÌNH TRÊN BIỂN”
Chủ nhiệm nhiệm vụ: TS Phan Văn Vân 8480
Khánh Hòa, 2010 BỘ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ BỘ QUỐC PHÒNG
QUÂN CHỦNG HẢI QUÂN
HỌC VIỆN HẢI QUÂN
o0o
NHIỆM VỤ HỢP TÁC QUỐC TẾ
VỀ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THEO NGHỊ ĐỊNH THƯ BÁO CÁO TỔNG HỢP
KẾT QUẢ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ NHIỆM VỤ
“NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, CHẾ TẠO THIẾT BỊ
ROBOT NGẦM PHỤC VỤ THĂM DÒ, KHẢO SÁT
CÁC CÔNG TRÌNH TRÊN BIỂNCHỦ NHIỆM NHIỆM VỤ


I. THÔNG TIN CHUNG
1. Tên nhiệm vụ
Nghiên cứu thiết kế, chế tạo thiết bị robot ngầm phục vụ thăm dò, khảo
sát các công trình trên biển
Thuộc:
Độc lập (tên lĩnh vực KHCN): Tự động hóa
2. Chủ nhiệm nhiệm vụ
Họ và tên: Phan Văn Vân
Ngày, tháng, năm sinh: 18/02/1961 Nam/ Nữ: Nam
Học hàm, học vị: Tiến sĩ
Chức danh khoa học: Chức vụ: Phó giám đốc
Điện thoại: Tổ chức: 58 3881423; Nhà riêng: 58 3882214;
Mobile: 0905177765
Fax: E-mail:

Tên tổ chức đang công tác: Học viện Hải quân
Địa chỉ tổ chức: 30, Trần Phú, Vĩnh Nguyên, Nha Trang, Khánh Hòa
Địa chỉ nhà riêng: 75/6/22 Dã Tượng, Nha Trang, Khánh Hoà
3. Tổ chức chủ trì đề tài/dự án:
Tên tổ chức chủ trì đề tài: Học viện Hải quân
Điện thoại: 069 754 601 Fax:
E-mail:
Website:
Địa chỉ: 30, Trần Phú, Vĩnh Nguyên, Nha Trang, Khánh Hòa

2
Họ và tên thủ trưởng tổ chức: Phạm Hồng Thuận
Số tài khoản:
Ngân hàng: Kho bạc Nhà nước Khánh Hoà


3 2009 300 2009 292,336 292,336
3
c) Kết quả sử dụng kinh phí theo các khoản chi:
Đối với đề tài:
Đơn vị tính: Triệu đồng
Theo kế hoạch Thực tế đạt được
Số
TT
Nội dung
các khoản chi
Tổng SNKH Nguồn
khác
Tổng SNKH Nguồn
khác
1 Trả công lao động
(khoa học, phổ
thông)
706 706

706 706
2 Nguyên, vật liệu,
năng lượng
263,75 263,75

206 206
3 Thiết bị, máy móc 366,50 366,50


TT
Số, thời gian ban
hành văn bản
Tên văn bản Ghi chú
1 QĐ số 185/QĐ-
BKHCN ngày
30/1/2007
Quyết định của Bộ trưởng Bộ KHCN
về việc thành lập Hội đồng KHCN
cấp Nhà nước

2 QĐ số 823/QĐ-
BKHCN ngày
22/5/2007
Quyết định của Bộ trưởng Bộ KHCN
về việc phê duyệt danh mục và kinh
phí thực hiện nhiệm vụ hợp tác quốc
tế về khoa học và công nghệ theo
Nghị định thư năm 2007

3 Biên bản ngày Biên bản họp HĐ KHCN cấp Nhà

4
06/2/2007 nước đánh giá kết quả bảo vệ thuyết
minh đề cương nhiệm vụ hợp tác quốc
tế theo nghị định thư với nước ngoài
4 Hợp đồng số
23/2007/HĐ-
NĐT
Hợp đồng thực hiện nhiệm vụ hợp tác

8 Công văn số
3256/BKHCN-
KHCNN ngày
23/12/2009
Công văn của Bộ trưởng Bộ KHCN
về việc đề nghị gia hạn thời gian thực
hiện nhiệm vụ hợp tác quốc tế theo
nghị định thư 4. Tổ chức phối hợp thực hiện đề tài, dự án:
Số
TT
Tên tổ chức
đăng ký theo
Thuyết minh
Tên tổ chức đã
tham gia thực
hiện
Nội dung
tham gia
chủ yếu
Sản phẩm
chủ yếu
đạt được
Ghi
chú*
1 Nhà máy
Z753 Hải
quân

Tên cá nhân
đã tham gia
thực hiện
Nội dung
tham gia
chính
Sản phẩm
chủ yếu đạt
được
Ghi
chú*
1 Phạm Hồng
Thuận
Phan Văn Vân Chủ nhiệm
nhiệm vụ,
thiết kế, phân
tích hệ thống

2 Phan Văn Vân Nguyễn Lê
Văn
Thư kí nhiệm
vụ, tổ chức
thực hiện,
tham gia thiết
kế phần cơ
khí

3 Phạm Đăng
Kí
Nguyễn Xuân

cơ khí. Tham
gia xây dựng
quy trình
công nghệ 7 Trần Văn Bốn Tham gia xây
dựng phần cơ
sở lí thuyết,
báo cáo tổng
kết 6

- Lý do thay đổi (nếu có): Một số cá nhân đã đăng kí tham gia thực hiện
đề tài nhưng do bận công tác không thể tham gia được
6. Tình hình hợp tác quốc tế:
Số
TT
Theo kế hoạch
(Nội dung, thời gian, kinh phí, địa
điểm, tên tổ chức hợp tác, số
đoàn, số lượng người tham gia )
Thực tế đạt được
(Nội dung, thời gian, kinh phí, địa
điểm, tên tổ chức hợp tác, số
đoàn, số lượng người tham gia )
Ghi
chú*

Số
TT
Theo kế hoạch
(Nội dung, thời gian, kinh phí, địa
điểm )
Thực tế đạt được
(Nội dung, thời gian, kinh
phí, địa điểm )
Ghi chú*
1
2 7
- Lý do thay đổi (nếu có):
8. Tóm tắt các nội dung, công việc chủ yếu:
(Nêu tại mục 15 của thuyết minh, không bao gồm: Hội thảo khoa học, điều tra khảo sát
trong nước và nước ngoài)
Thời gian
(Bắt đầu, kết thúc
- tháng … năm)
Số
TT
Các nội dung, công việc
chủ yếu
(Các mốc đánh giá chủ yếu)
Theo kế
hoạch
Thực tế
đạt được

Vân,
Nguyễn
Xuân Phú,
Nguyễn Lê
Văn,
Phối hợp với đối tác thiết kế
mẫu robot kiểu khung
12/2008-
4/2009
Phan Văn
Vân,
Nguyễn
Xuân Phú,
Nguyễn Lê
Văn, Phạm
Văn Tuấn
Chế tạo mẫu thử robot kiểu 5-12/2009 Phan Văn

8
khung Vân,
Nguyễn
Xuân Phú,
Nguyễn Lê
Văn, Phạm
Văn Tuấn
Thử nghiệm 12-3/2010 Phan Văn
Vân,
Nguyễn
Xuân Phú,
Nguyễn Lê

TT
Tên sản phẩm

Theo kế
hoạch
Thực tế
đạt được
Ghi chú

1 Quy trình công nghệ chế
tạo thiết bị robot ngầm
kiểu khung
1 1

- Lý do thay đổi (nếu có):

c) Sản phẩm Dạng III:

9
Yêu cầu khoa học
cần đạt

Số
TT
Tên sản phẩm

Theo
kế hoạch
Thực tế
đạt được

2 Tiến sỹ

- Lý do thay đổi (nếu có):

đ) Tình hình đăng ký bảo hộ quyền sở hữu công nghiệp, quyền đối với giống
cây trồng:
Kết quả
Số
TT
Tên sản phẩm
đăng ký
Theo
kế hoạch
Thực tế
đạt được
Ghi chú
(Thời gian kết
thúc)
1

2
- Lý do thay đổi (nếu có):
e) Thống kê danh mục sản phẩm KHCN đã được ứng dụng vào thực tế
Số
TT
Tên kết quả
đã được ứng dụng

Ghi chú
(Tóm tắt kết quả, kết luận
chính, người chủ trì…)
I Báo cáo định kỳ
Lần 1 4/2008 Đánh giá kết quả thực
hiện nhiệm vụ 2007
Lần 2 9/2008 Đánh giá kết quả thực
hiện nhiệm vụ 8 tháng
năm 2008
Lần 3 9/2009 Đánh giá kết quả thực
hiện nhiệm vụ 4 tháng
năm 2008 và 8 tháng năm
2009
Lần 4 3/2010 Báo cáo kết quả thực
hiện nhiệm vụ thời gian
từ tháng 9/2009 – 3/2010
II Kiểm tra định kỳ
Lần 1
….
III Nghiệm thu cơ sở
……
MỤC LỤC Trang

Danh mục các bảng 3

3.5. Tính toán, lựa chọn thiết bị quan sát 105
3.6. Tính toán, lựa chọn hệ thống chiếu sáng 109
3.7. Thiết kế, lựa chọn và chế tạo hệ thống cung cấp, truyền phát
và thu nhận thông tin 112
3.8. Thiết kế, chế tạo hệ thống cung cấp năng lượng cho robot 114
3.9. Thiết kế trạm điều khiển trung tâm 120
Chương 4. Thử nghiệm thiết bị robot ngầm, phân tích đánh giá kết quả
nghiên cứu 130
4.1. Yêu cầu kĩ thuật đối với thiết bị robot ngầm 130
4.2. Thử nghiệm trong phòng thí nghiệ
m 130
4.3. Thử nghiệm trên biển 134
4.4. Tính năng kĩ thuật của robot 137
4.4. Phân tích đánh giá kết quả nghiên cứu 138
Kết luận và kiến nghị 142
Tài liệu tham khảo 144
Phụ lục 147
3

DANH MỤC CÁC BẢNG

TT Kí hiệu Tên bảng Trang
1 Bảng 2.1 Các giá trị của cosin chỉ phương của các góc
trong hệ tọa độ

33
2 Bảng 2.2 Các thông số cơ bản của một số loại đèn chiếu
sáng

78

o

39
9 Hình 2.5 Véc tơ vận tốc v 40
10 Hình 2.6 Dấu của các lực 42
11 Hình 2.7 Biểu đồ tính toán chân vịt 50,51,
52
12 Hình 2.8 Cách đặt thiết bị đẩy 57
13 Hình 2.9 Cấu tạo của dây cáp 82
14 Hình 2.10 Mặt cắt ngang của dây cáp 83
15 Hình 2.11 Sơ đồ một trạm điều khiển trung tâm của robot ngầm 90
16 Hình 3.1 Sơ đồ nguyên lí thiết bị robot ngầm cần chế tạo 93
17 Hình 3.2 Sơ đồ tuyến hình robot hình thuỷ động 94
18 Hình 3.3 Thân vỏ robot HVHQ 01 theo tuyến hình thuỷ động 95
4

TT Kí hiệu Tên hình Trang
19 Hình 3.4 Thân vỏ robot HVHQ 02 theo tuyến hình hình hộp
chữ nhật
96
20 Hình 3.5 Hộp đựng thiết bị robot HVHQ 02 97
21 Hình 3.6 Nắp hộp đựng thiết bị robot HVHQ 02 97
22 Hình 3.7 Robot robot HVHQ 02 kiểu khung với thiết bị tạo
sức nổi
98
23 Hình 3.8 Phương án bố trí hệ động lực 100
24 Hình 3.9 Thiết bị cân bằng áp 102
25 Hình 3.10 Động cơ hành trình robot HVHQ 02 103
26 Hình 3.11 Động cơ lên xuống robot HVHQ 02 103
27 Hình 3.12 Hệ động lực sau khi lắp vào khung robot HVHQ 02 104

5

TT Kí hiệu Tên hình Trang
44 Hình 3.29 Sơ đồ bố trí bề mặt hộp điều khiển trung tâm 122
45 Hình 3.30 Các bảng mạch điện tử xử lí tín hiệu bên trong hộp
điều khiển
122
46 Hình 3.31 Sơ đồ điện của hộp điều khiển trung tâm 123
47 Hình 3.32 Lưu đồ thuật toán của bộ điều khiển trung tâm robot
HVHQ 02
124
48 Hình 3.33 Lưu đồ thuật toán của bộ điều khiển động cơ trái
robot HVHQ 02
125
49 Hình 3.34 Lưu đồ thuật toán của bộ điều khiển động cơ phải
robot HVHQ 02
126
50 Hình 3.35 Lưu đồ thuật toán của bộ điều khiển động cơ lên
xuống robot HVHQ 02
127
51 Hình 3.36 Lưu đồ thuật toán tiếp nhận và xử lí thông tin hàng
hải robot HVHQ 02
128
52 Hình 4.1 Thử độ cân bằng của robot 131
53 Hình 4.2 Bể thử áp phục vụ thử nghiệm robot ngầm 131
54 Hình 4.3 Đưa robot ngầm vào bể thử áp 132
55 Hình 4.4 Đồng hồ đo áp khi tiến hành thử robot ngầm trong bể
thử áp
133
56 Hình 4.5 Thử nghiệm robot ngầm trên biển 135

lớn về việc tiến hành thă
m dò, khảo sát và tiến hành các công việc dưới nước.
Các vùng cửa sông, các khu vực cảng biển cũng cần được thăm dò, khảo sát
phục vụ cho các nghiên cứu cũng như chuẩn bị hiện trường khi xây dựng các
công trình. Đối với nhiệm vụ quân sự, rà phá thuỷ lôi, làm sạch các vùng
nước sau chiến tranh và thực hiện các nhiệm vụ tác chiến như chuẩn bị chiến
trường cho đổ bộ, các vị trí cho tàu neo đậu, đợ
i cơ đòi hỏi một khối lượng
lớn công việc khảo sát các vùng biển khác nhau. Ngoài ra, công việc cứu hộ,
cứu nạn, trục vớt cũng phát sinh ngày càng nhiều khi ngành hàng hải phát
triển nhanh dẫn tới mật độ giao thông trên biển ngày càng lớn. Tất cả các
nhiệm vụ trên đòi hỏi một khối lượng công việc phải thực hiện dưới nước rất
lớn. Các nhiệm vụ này luôn được thự
c hiện trong môi trường khắc nghiệt (độ
sâu lớn, nhiệt độ thấp, môi trường ô nhiễm, sóng gió ). Mặc dù vậy, cho tới
nay, ở nước ta các công việc này hầu hết vẫn được thực hiện bởi đội ngũ thợ
lặn. Ở những khu vực có độ sâu lớn và điều kiện phức tạp thợ lặn cũng không
thể hoạt động được. Điều đó
ảnh hưởng rất lớn tới khả năng và hiệu quả giải
quyết nhiệm vụ. Do đó, trong tình hình hiện nay, nhu cầu các thiết bị trợ giúp
các hoạt động dưới nước là rất lớn.
Hiện nay, trong biên chế của Hải quân có một số trang bị chuyên dùng
sử dụng quang ảnh hoặc thuỷ âm để dò tìm, trinh sát đáy biển. Tuy nhiên, hầu
hết chúng được sản xuất trước những năm 1980 c
ủa thế kỉ trước do đó chức
năng rất hạn chế, hơn nữa, các thiết bị này đã quá cũ, không thể sử dụng được
nữa. Điểm yếu cơ bản của các thiết bị này là không có khả năng tự hành, độ
sâu làm việc hạn chế và không có khả năng thực hiện một số thao tác tự động.
7


thiết bị công nghệ rất phù hợp với điều kiện nghiên cứu tại Việt Nam. Trong
những năm qua trường đã và đang đào tạo cho Việt Nam một số tiến sĩ và kĩ
sư chuyên ngành đóng tàu, trong đó có lĩnh vực thiết kế, chế tạo Robot ngầm.
Một số tiến sĩ tốt nghiệp tại đây hiện đang công tác tại Học viện Hải quân.
Đây sẽ là nòng cốt cho việc thực hiện nhiệm vụ và là cơ sở để tạo dựng một
đội ngũ cán bộ kĩ thuật trong lĩnh vực hết sức quan trọng của một quốc gia
biển như Việt Nam.
2. Mục tiêu của đề tài
Thiết kế chế tạo thử nghiệm thiết bị robot ngầm phục vụ nhiệm vụ
khảo sát các công trình ngầm trên biển
8

3. Phạm vi nghiên cứu
- Nghiên cứu các loại robot ngầm đã được một số nước trên thế
giới chế tạo;
- Nghiên cứu lí thuyết về robot ngầm
- Thiết kế, chế thử một robot ngầm phù hợp với điều kiện hoàn
cảnh Việt Nam, trên cơ sở ứng dụng các giải pháp kĩ thuật hiện đại.
- Xây dựng quy trình công nghệ chế tạo thiết bị robot ngầm phù
hợp với
điều kiện Việt Nam.
4. Nhiệm vụ của đề tài
- Nghiên cứu cơ sở lý luận và thực tiễn của thiết bị robot ngầm;
- Nghiên cứu cấu trúc và nguyên lý hoạt động của thiết bị robot
ngầm;
- Nghiên cứu các trang thiết bị cần có trên robot, khả năng tích hợp
hoạt động;
- Nghiên cứu thiết kế thiết bị robot ngầm;
- Chế tạo một thiết bị robot ngầm;
- Tiến hành các thử nghiệm trong điều kiện phòng thí nghiệm và

khảo sát các công trình trên biển.
Chương 4. Thử nghiệm thi
ết bị robot ngầm, phân tích đánh giá kết quả
nhiệm vụ. 10

Chương 1
TỔNG QUAN VỀ CÁC LOẠI ROBOT, THIẾT BỊ NGẦM VỚI CÁC
MỤC ĐÍCH KHÁC NHAU TRÊN BIỂN Các phương tiện ngầm bắt đầu xuất hiện ngay từ sau chiến tranh thế
giới thứ hai do nhu cầu của hoạt động nghiên cứu khoa học.

Độ chìm sâu công tác quyết định đến việc xác định cấu trúc ROV một
cách tổng thể, đặc biệt là thiết bị ngầm của nó bởi vì thiết bị này phải chịu tác
động của áp suất thủy tĩnh. Theo dấu hiệu này tất cả các loại phương tiện kỹ
thuật ngầm được chia thành phương tiện kỹ thuật làm việc ở độ sâu nhỏ (đến
600m), làm việc ở độ sâu trung bình (đế
n 2.000m), ở độ sâu lớn (đến 6.000m)
và ở độ sâu tới hạn (đến 11.000m). Trong thực tế có thể tách ra một nhóm đủ
nhiều các phương tiện kỹ thuật ngầm làm việc ở độ sâu siêu nhỏ - độ sâu của
thềm lục địa (đến 130÷150m). Các ROV như thế được sử dụng cho các công
việc tìm kiếm, kiểm tra ở các kênh dẫn ngầm, các công trình thủy, để làm
sạch phần ngầm của tàu khi đ
ang nổi, v.v…
Theo khối lượng của thiết bị ngầm và công suất các ROV được chia
thành loại:
- ROV siêu nhỏ (Micro): Đấy là những thiết bị ngầm điều khiển từ xa
có trọng lượng và kích thước rất nhỏ. Thông thường trọng lượng của nó nhỏ
hơn 3 kg và được dùng như một chọn lựa với thợ lặn, đặc biệt là ở những nơi
mà thợ lặn không thể thâm nhập về mặt vật lý chẳng hạn chui vào đường ống
nh
ỏ hoặc chui qua lỗ hổng nhỏ để vào bên trong đối tượng;
- ROV nhỏ (mini): Đấy là những thiết bị ngầm điều khiển từ xa có
trọng lượng đến 100 kg. ROV mini cũng được dùng như một chọn lựa với thợ
lặn. Một người có thể chuyển thiết bị lên tàu, triển khai nó và thực hiện nhiệm
vụ mà không cần một sự trợ giúp nào.
- ROV trung bình (khối lượng thiết b
ị ngầm từ 100 đến 600kg) và ROV
lớn (khối lượng thiết bị ngầm lớn hơn 600kg).
- ROV làm việc loại nhẹ: Công suất nhỏ hơn 50 CV. Nó được trang bị
một hoặc một số bộ thao tác. Khung của nó có thể được làm bằng polyme
nhưng hợp lí hơn là làm bằng thép hoặc hợp kim nhôm. Độ sâu công tác tối

nghiên cứu ngầm hoặc thăm dò đại dương. Điều đó cùng với sự phát triển
nhanh chóng của ngành khai thác dầu khí biển sâu đã hỗ trợ về mặt kinh tế
làm bùng nổ lĩnh vực nghiên cứu các phương tiện ngầm điều khiển từ xa .
Vào năm 1950 Hải quân hoàng gia Oxtraylia đã sử dụng tàu lặn điều
khiển từ xa “Cutlet” để thu hồi ngư lôi tập. Vào năm 1953 Dimitri Rebikoff
đã chế tạo thiết bị ngầm mang tên Poodle-một thiết bị ngầm điều khiển từ xa
mang dấu ấn khởi đầu cho sự hình thành và phát triển của ROV. Hải quân Mỹ
đầu tư phát triển công nghệ thiết bị ngầm điều khiển từ xa vào đầu những năm
1960 nhưng lúc đó có tên gọi là “phương tiện thu hồi được điều khiển bằng
cáp” (CURV). Phương ti
ện này đã nâng cao được năng lực thực hiện các
chiến dịch cứu hộ biển sâu và khả năng thu hồi các vật dưới đáy biển. Hai sự
kiện điển hình là: thu hồi bom hạt nhân bị mất ở Địa trung hải sau vụ tai nạn
máy bay B52 bị rơi năm 1966 ở độ sâu 869m (vượt quá độ sâu thiết kế) và
13

cứu hai hoa tiêu của tầu ngầm Pisces III bị mắc kẹt ở độ sâu 480m gần Cork,
Aixơlen vào năm 1973. Với các thành công này Hải quân Mỹ đã phát triển
các phương tiện phức tạp hơn, chẳng hạn VIP đã được dùng để trục vớt các
tàu ngầm bị đắm. Ở một hướng khác Hải quân Mỹ đã phát triển Snoopy-một
trong số những ROV quan sát kích thước nhỏ đầu tiên. Phương tiện này được
điều khiển bằng thủy lực từ trên trạm điều khiển và là ROV xách tay đầu tiên.
Các hậu duệ của ROV này được cấp năng lượng điện do đó đã mở rộng tầm
của phương tiện. Việc bổ sung camera và các sensor khác cho thiết bị ngầm
này chính là sự khởi đầu cho lớp các phương tiện ngầm loại nhỏ. Các chương
trình do hải quân tài trợ đã tạo
điều kiện cho hãng Hydro Products phát triển
ROV Tortuga (phương tiện để khảo sát lợi ích của việc sử dụng ROV triển
khai ngầm) và nhờ đó xuất hiện dòng sản phẩm RCV.
Sự thành công của những ROV đầu tiên này không có tác động gì đến