Một số giải pháp phục hồi và nâng cấp hệ thống động lực cho robot Grizzly-1

Thông tin khoa học công nghệ<br /> <br /> MỘT SỐ GIẢI PHÁP PHỤC HỒI VÀ NÂNG CẤP HỆ THỐNG<br /> ĐỘNG LỰC CHO ROBOT GRIZZLY-1<br /> Sái Ngọc Dũng1*, Phan Huy Anh2<br /> Tóm tắt: Robot Grizzly-1 là Robot chuyên dụng xử lý vật liệu nổ do Mỹ sản xuất<br /> được trang bị tại Binh chủng Công binh để phục vụ cho công tác huấn luyện, sẵn<br /> sàng diễn tập và triển khai hoạt động thực tế. Đây là một thiết bị chuyên dụng, đắt<br /> tiền nên khả năng mua sắm mới là rất khó khăn và tốn kém. Robot Grizzly-1 được<br /> đưa vào sử dụng trong nhiều năm, đã được sửa chữa, phục hồi chức năng nhiều lần<br /> nhưng cho đến nay không còn đảm bảo được các tính năng kỹ thuật. Trước tính<br /> hình đó, nhóm tác giả đã đưa ra đề xuất ứng dụng các công nghệ mới để nâng cấp,<br /> khôi phục đồng thời hiện đại hóa các chức năng hoạt động của Robot Grizzly-1.Kết<br /> quả sau khi khôi phục, nâng cấp Robot Grizzly-1 đã đảm bảo được các tính năng kỹ<br /> thuật và đạt được hiệu suất hoạt động trên 90% so với khi mới đưa vào hoạt động.<br /> Từ khóa: Robot; Grizzly-1; Động lực.<br /> <br /> 1. ĐẶT VẤN ĐỀ<br /> Nhiệm vụ xử lý vật nổ và phòng chống khủng bố của lực lượng Công binh là một trong<br /> những nhiệm vụ đặc biệt quan trọng, có ý nghĩa chính trị sâu sắc; cán bộ, chiến sỹ tham<br /> gia phải đối mặt trực tiếp với sự nguy hiểm, căng thẳng, phức tạp; kết quả hoàn thành<br /> nhiệm vụ ảnh hưởng trực tiếp đến sự an toàn, an sinh của xã hội, tính mạng của nhân dân.<br /> Góp phần tạo nên sự thành công của các sự kiện chính trị, ngoại giao, văn hóa, xã hội của<br /> Đảng, Nhà nước, Quân đội. Binh chủng Công binh là đơn vị duy nhất được biên chế Robot<br /> Grizzly-1 để phục vụ cho công tác huấn luyện, sẵn sàng diễn tập và triển khai thực hiện<br /> nhiệm vụ xử lý vật nổ và phòng chống khủng bố. Qua khảo sát và tìm hiểu thực tế tại đơn<br /> vị cho thấy các tài liệu hướng dẫn sửa chữa và sơ đồ nguyên lý hệ thống của Robot này<br /> còn rất nhiều hạn chế, chỉ đơn giản là các hướng dẫn vận hành Robot. Trong khi đó nhu<br /> cầu sử dụng Robot chuyên dụng xử lý vật liệu nổ Grizzly-1 phục vụ cho công tác huấn<br /> luyện, diễn tập, cứu hộ và sẵn sàng chiến đấu của Bộ Tư lệnh Công binh là rất cấp thiết.<br /> Ngoài ra trong Quân đội luôn có chủ trương sửa chữa các thiết bị theo hướng hiệu quả,<br /> hiện đại hóa và làm chủ khoa học công nghệ. Tuy nhiên hiện nay, chưa có công trình toàn<br /> diện hoặc đề tài nào nào có nghiên cứu cụ thể về Robot Grizzly-1.<br /> Theo đánh giá tổng quan, hiện nay trong nước các công trình nghiên cứu về Robot di<br /> động đã xuất hiện trong trường đại học, Viện nghiên cứu trong khoảng một thập niên gần<br /> đây. Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, Đại học Bách khoa thành phố Hồ Chí Minh đã<br /> nghiên cứu bài toán tránh vật cản trên đường đi [1], bám đường [2], hay bài toán tính<br /> khoảng cách và hướng để điều khiển Robot tiếp cận mục tiêu [3]. Trên thế giới có nhiều<br /> nhóm nghiên cứu đã đạt được những thành tựu đáng kể về điều khiển Robot di động.<br /> Nhóm tác giả Widodo Budiharto, Ari Santoso, Djoko Purwanto, Achmad Jazidie của đại<br /> học BINUS và viện công nghệ Indonesia đã nghiên cứu hệ thống điều khiển chuyển động<br /> cho Robot dùng nhiều camera cùng với bộ lọc Kalman để loại bỏ nhiễu ảnh thu từ camera<br /> cho độ tin cậy cao. Robot dựa trên hệ thống này có tên là Srikandi III [4] cho tốc độ<br /> chuyển động nhanh, độ chính xác cao trong phòng thí nghiệm. Cũng dùng 2 camera tốc độ<br /> cao nhóm tác giả Masaaki Shibata, Hideki Eto, Masahide Ito ở phòng nghiên cứu trường<br /> đại học Seikei Nhật Bản đã phát triển hệ thống tìm đường đi cho Robot tốc độ cao [5].<br /> Trước tình hình đó, việc ứng dụng các công nghệ mới để nâng cấp, khôi phục đồng thời<br /> hiện đại hóa các chức năng hoạt động của Robot Grizzly-1 là rất cần thiết. Đây là một đề<br /> <br /> <br /> <br /> 190 S. N. Dũng, P. H. Anh, “Một số giải pháp phục hồi và nâng cấp … cho robot Grizzly-1.”<br /> Thông tin khoa học công nghệ<br /> <br /> xuất cực kỳ hiệu quả với chi phí thấp. Ngoài ra, nghiên cứu này cũng làm tiền đề cho việc<br /> khôi phục, hiện đại hóa các trang thiết bị đặc chủng cùng loại đang được sử dụng trong<br /> Quân đội cũng như các trang thiết bị được đưa vào hoạt động sau này.<br /> 2. NỘI DUNG CẦN GIẢI QUYẾT<br /> 2.1. Khái quát chung về Robot Grizzly-1<br /> Robot Grizzly-1 là một loại Robot điều khiển từ xa bằng điện tử. Hình ảnh thực tế<br /> Robot Grizzly-1 tại đơn vị được thể hiện trên hình 1.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 1. Robot Grizzly-1 thực tế tại đơn vị.<br /> Thiết bị Robot GRIZZLY-1 được chế tạo từ thép tấm dày 3 mm chất lượng cao, trang<br /> bị hai động cơ điện truyền động bằng dây xích đến ba bánh xe tại mỗi bên. Nguồn điện<br /> gồm hai bình acquy với dung lượng 60 Ah, nguồn điện cũng có thể được bổ sung trong<br /> quá trình sử dụng thông qua máy nổ điện chạy xăng, máy nổ có thể dễ dàng tháo lắp trên<br /> xe.Một số thông số kỹ thuật cơ bản của Robot Grizzly-1 được nêu lên trong bảng 1.<br /> Bảng 1. Thông số kỹ thuật Robot Grizzly-1 của nhà sản xuất.<br /> Kích thước (Dài x Rộng x Cao) mm<br /> Kích thước vận tải<br /> 1500 x 680 x 900 mm<br /> 1 (Tối thiểu, chiều dài L1)<br /> Khi cánh tay dang rộng<br /> 3100 x 680 x 1400 mm<br /> (Tối đa, chiều dài L2)<br /> Tải trọng tối đa của kẹp gắp<br /> 2<br /> Bên trên 20kg<br /> <br /> <br /> Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 58, 12 - 2018 191<br />  Thông tin khoa học công nghệ<br /> <br /> Bên dưới 60kg<br /> Độ mở tối đa của kẹp gắp<br /> 3<br /> Bên trên 400 mm<br /> Bên dưới 700 mm<br /> 4 Độ dài mở rộng tối đa của cánh tay 400 mm<br /> 5 Trọng lượng 350 kg (không có máy phát điện)<br /> Thời gian hoạt động (không có máy phát<br /> 6 1 giờ<br /> điện)<br /> 7 Tốc độ tối đa 3 km/h<br /> 8 Tần số truyền thông 433 Mhz<br /> 9 Tần số truyền video 1.2 Gh<br /> <br /> Cấu tạo chung của Robot GRIZZLY-1 có thể phân chia thành bốn phần chính, bao<br /> gồm: hệ thống cơ học, hệ thống điều khiển, hệ thống truyền thông và hệ thống nguồn.<br /> Hệ thống cơ học bao gồm: Thân máy chính, các cánh tay thao tác của Robot các mô<br /> tơ, hệ thống bánh răng dây xích, mâm (đế xoay), các xi lanh thủy lực, các khớp xoay và<br /> kẹp gắp.<br /> Hệ thống điều khiển bao gồm: Hộp cấu kiện điện tử, bộ điều khiển và tay cầm điều<br /> khiển.<br /> Hệ thống truyền thông bao gồm: Hệ thống thu/phát tín hiệu điều khiển, phần mềm vi<br /> xử lý, bộ xuất nhập và hệ thống video.<br /> Hệ thống nguồn gồm: Máy nổ, hai bình acquy và bộ sạc bình acquy.<br /> Sau đây ta sẽ khảo sát đánh giá kỹ hệ thống động lực của Robot và nghiên cứu, đề<br /> xuất, thực hiện các biện pháp nâng cấp, khôi phục hệ thống động lực cho Robot Grizzly-1.<br /> 2.2. Khảo sát đánh giá hệ thống động lực của Robot Grizzly-1<br /> Hệ thống động lực học của Robot bao gồm 3 động cơ chính và các động cơ phụ trong<br /> các xi lanh kéo đẩy bằng động cơ điện, một mâm đế xoay cánh tay trên, năm bộ xi lanh<br /> thủy lực và 2 tay kẹp gắp.<br /> a) Tình trạng của hệ thống động lực<br /> Chức năng truyền động và điều khiển được thực hiện thông qua các mô tơ điện giúp<br /> truyền lực qua dây xích và ròng rọc, hai mô tơ chính hoạt động độc lập với nhau tương<br /> ứng với các bánh bên trái và bên phải và một mô tơ điều khiển hoạt động của cánh tay<br /> trên xoay quanh trục thẳng đứng của Robot. Cả hai mô tơ chính đều hoạt động yếu hơn<br /> so với công suất danh định. Khi tiến hành vượt vật cản, leo cầu thang thì Robot không<br /> vượt qua được mà chỉ tiến được một đoạn rồi sảy ra tình trạng bị mất điều khiển động cơ<br /> robot đứng im tại chỗ không thể tiến lùi hoặc quay.<br /> Các cơ cấu cánh tay hoạt động chậm chạm, đáp ứng chậm so với các lệnh điều khiển,<br /> không thể tăng tốc độ kéo dài và thu ngắn cánh tay theo thông số kỹ thuật. Đặc biệt các xi<br /> lanh bị ôxi hóa không thể co lại hết cỡ nên không thể nâng ruỗi cánh tay trong giới hạn<br /> cho phép theo yêu cầu kỹ thuật. Các động cơ trong các xi lanh khô dầu, hoạt động không<br /> trơn tru.<br /> b) Nguyên nhân<br /> Theo đánh giá khảo sát thì các động cơ chính đã bị thay thế sữa chữa không đúng động<br /> cơ nguyên bản của Robot. Các động cơ bị yếu không đủ công suất cho Robot hoạt động.<br /> <br /> <br /> 192 S. N. Dũng, P. H. Anh, “Một số giải pháp phục hồi và nâng cấp … cho robot Grizzly-1.”<br /> Thông tin khoa học công nghệ<br /> <br /> Các động cơ yếu nên khi chuyển động vượt vật cản hoặc leo cầu thang sẽ sảy ra tình trạng<br /> quá tải và tự ngắt điều khiển nên không thể tiếp tục điều khiển các động cơ. Hơn nữa cơ<br /> cấu cơ khí lắp ráp các động cơ cũng có phần làm yếu đi lực truyền của hai động cơ, hai<br /> động cơ chính không đấu nối trực tiếp với các bộ giảm tốc mà được cố định vào một giá<br /> đỡ được chế bản.<br /> 2.3. Xây dựng các giải pháp phục hồi và nâng cấp hệ thống động lực cho Robot<br /> Grizzly-1<br /> Mọi hoạt động của Robot đều thông qua các động cơ và các cánh tay sử dụng các xi<br /> lanh kéo đẩy bằng động cơ điện. Từ đó nhóm tác giả đã đưa ra các giải pháp nâng cấp khôi<br /> phục như sau:<br /> - Thứ nhất: đối với vấn đề đông cơ yếu không đủ công suất, giải pháp khắc phục tối ưu<br /> nhất là thay mới các động cơ phù hợp đảm bảo cho Robot hoạt động.<br /> - Thứ hai: đôi với vấn đề động cơ yếu và trễ khi nhận lệnh điều khiển do cơ cấu lắp<br /> ráp thì tác giả nghiên cứu đề xuất giải pháp thiết kế lại cơ cấu cơ khí đề lắp trực tiếp các<br /> động cơ vào các bộp giảm tốc không thông qua hệ thống bánh răng dây xích.<br /> - Thứ ba: đối với các xi lanh không thể co duỗi nâng hạ hết cỡ thì cần tháo ra, sữa<br /> chữa bảo dưỡng hoặc thay thế.<br /> 3. KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM<br /> Sau khi hoàn thành quá trình khôi phục nâng cấp, Robot Grizzly đã được vận hành thử<br /> nghiệm để kiểm tra các tính năng kỹ chiến thuật. Do điều kiện địa hình thực tế tại đơn vị<br /> nên chưa thể khai thác hết tối đa các tính năng kỹ thuật của Robot mà chỉ kiểm tra một số<br /> tính năng cụ thể như sau:<br /> 3.1. Đo kiểm tra cự ly điều khiển và thời gian hoạt động<br /> Tiến hành điều khiển, vận hành Robot tiến lùi, co duỗi các cánh tay, gắp các vật<br /> nặng. Sau hơn một giờ vận hành liên tục thì Robot vẫn nhận lệnh điều khiển và hoạt<br /> động tốt ở cự ly điều khiển 20-25 m.<br /> 3.2. Đo kiểm tra tốc độ tối đa của Robot<br /> Sử dụng máy đo vận tốc đặt trên Robot, điều khiển cho Robot di chuyển trên đường<br /> bằng với tốc độ tăng dần. Máy đo vận tốc sẽ lưu lại tốc độ tối đa của Robot và kết quả ta<br /> đo được vận tốc Robot thực tế là 3,0 km/h.<br /> 3.3. Đo kiểm tra tần số truyền thông và truyền video<br /> Sử dụng máy phân tích phổ, vận hành điều khiển Robot để kiểm tra tần số truyền<br /> thông giữa Robot với bộ điều khiển từ xa, kích hoạt điều khiển các camera để kiểm tra tần<br /> số truyền video. Kết quả kiểm tra thu được tần số truyền thông của Robot là 433Mhz, còn<br /> tần số truyền video là 1,2Ghz.<br /> 3.4. Đo kiểm tra trọng lượng tải của bộ kẹp Robot<br /> Điều khiển cho Robot kẹp gắp và nâng lần lượt các vật nặng. Kết qua thu được là<br /> Robot có thể kẹp gắp và nâng được tốt các vật nặng có trọng lần lượt 5kg, 10kg và 20kg.<br /> 4. KẾT LUẬN<br /> Sản phẩm nâng cấp, phục hồi các hệ thống động lực cho Robot Grizzly-1 đã được<br /> nghiên cứu, áp dụng các công nghệ mới đã được thử nghiệm thực tế tại đơn vị. Các kết<br /> quả đo đạc, thử nghiệm cho thấy sản phẩm của đề tài đã cơ bản đáp ứng tốt các yêu cầu về<br /> tính năng, chỉ tiêu kỹ thuật đề ra. Sản phẩm là tiền đề quan trọng trong việc nghiên cứu,<br /> thiết kế, chế tạo các Robot chuyên dụng phục vụ công tác huấn luyện và triển khai cứu hộ<br /> cứu nạn, chống khủng bố. Các kết quả nghiên cứu cho thấy việc chế tạo các Robot chuyên<br /> dụng có các tính năng tương đương và cao hơn Robot Grizzly-1 trong thực tế là hoàn toàn<br /> <br /> <br /> Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 58, 12 - 2018 193<br />  Thông tin khoa học công nghệ<br /> <br /> khả thi khi có điều kiện nghiên cứu thêm về các phầm mềm điều khiển ngoài các hệ thống<br /> động lực của Robot, đồng thời kết hợp nghiên cứu, phát triển sâu hơn về các cơ cấu cơ khí.<br /> TÀI LIỆU THAM KHẢO<br /> [1]. Từ Diệp Công Thành, Phan Minh Trường, Phan Minh Thành: “Điều khiển rô bốt tự<br /> hành tránh vật cản sử dụng bánh dẫn hướng Ommi” - Tuyển tập hội nghị toàn quốc<br /> lần thứ 4 về Cơ điện tử, năm 2008.<br /> [2]. Võ Trung Thư, Nguyễn Anh Duy: “Ứng dụng điều khiển mờ cho bài toán bám đường<br /> của rô bốt di động bằng bánh lăn”, Tuyển tập hội nghị toàn quốc lần thứ 4 về Cơ<br /> điện tử, năm 2008.<br /> [3]. Phạm Đức Long, Phạm Thượng Cát: “Xử lý ảnh để xác định hướng và khoảng cách<br /> giữa giá đỡ và xe nâng hàng tự động”, Hội nghị toàn quốc về Điều khiển và Tự động<br /> hoá, năm 2011.<br /> [4]. Widodo Budiharto, Ari Santoso, Djoko Purwanto, Achmad Jazidie: “A Navigation<br /> System for Service Robot using Stereo Vision and Kalman Filtering” - International<br /> Conference on Control, Automation and Systems, 2011.<br /> [5]. Masaaki Shibata, Hideki Eto, Masahide Ito: “Visual tracking control for stereo vision<br /> robot with high gain controller and high speed cameras” - International Symposium<br /> on Access Spaces, 2011.<br /> ABSTRACT<br /> SOME REHIBILITATING SOLUTIONS AND UPGRADES<br /> POWER SYSTEM FOR ROBOT GRIZZLY-1<br /> Grizzly-1 is a US-made Explosive Ordnance Disposal Robot specialized for<br /> military training, rehearsal and practical deployment. This vehicle is very<br /> expensive; hence, it is very difficult to buy a new one under limited budget. Grizzly-<br /> 1 robot has been in use for many years and has been repaired many times but so far<br /> the status quo of technical features have not been significantly maintained or<br /> improved. In this work, the study team has proposed several application of modern<br /> technologies to upgrade and restore important features of Grizzly-1 Robot. After the<br /> work, Grizzly-1 Robot can achieve over 90% of performance in which important<br /> technical features have been restored and upgraded.<br /> Keywords: Robot; Grizzly-1; Dynamics.<br /> <br /> Nhận bài ngày 29 tháng 11 năm 2018<br /> Hoàn thiện ngày 10 tháng 12 năm 2018<br /> Chấp nhận đăng ngày 11 tháng 12 năm 2018<br /> <br /> Địa chỉ: 1 Cục Kỹ thuật, Bộ tư lệnh Công binh;<br /> 2<br /> Viện Điện tử - Viện KH&CN quân sự.<br /> *<br /> Email: sangocdung@gmail.com.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 194 S. N. Dũng, P. H. Anh, “Một số giải pháp phục hồi và nâng cấp … cho robot Grizzly-1.”<br />