Automatizarea Bratului Robocicdocx

=== Automatizarea bratului robocic ===

UNIVERSITATEA “AUREL VLAICU” DIN ARAD

FACULTATEA DE INGINERIE

DOMENIUL: INGINERIA SISTEMELOR

PROGRAMUL DE STUDIU: AUTOMATICĂ ȘI INFORMATICĂ APLICATĂ

FORMA DE ÎNVĂȚĂMÂNT: cu frecvență

PROIECT DE DIPLOMĂ

ÎNDRUMĂTOR ȘTIINȚIFIC

Prof. dr. ing. Bălaș Valentina

ABSOLVENT

Isip D. Ioan Mihai

ARAD

2016UNIVERSITATEA “AUREL VLAICU” DIN ARAD

FACULTATEA DE INGINERIE

DOMENIUL: INGINERIA SISTEMELOR

PROGRAMUL DE STUDIU: AUTOMATICĂ ȘI INFORMATICĂ APLICATĂ

FORMA DE ÎNVĂȚĂMÂNT: cu frecvență

Automatizarea brațului robocic

ÎNDRUMĂTOR ȘTIINȚIFIC

Prof. dr. ing. Bălaș Valentina

ABSOLVENT

Isip D. Ioan Mihai

ARAD

2016

Introducere

Prin prezenta lucrare se urmărește elaborarea unui proiect care reprezintă simularea unui braț robotic automatizat în miniatură și în același timp redactarea unui cod pentru punerea lui în funcțiune cu un montaj realizat.

Motivul alegerii acestei teme de proiect se datorează faptului că în zilele noastre este o cerere crescută pe piața industrială în diferite domenii și necesită o producție mai rapidă eficientă și calitativă, cerințele roboților industriali suplinesc prin automatizare efortul care trebuia depus de om în diferite domenii, spații greu accesibile sau periculoase. De asemenea datorită fiabilității sporite și flexibilității în modurile de programare a roboților vor rămâne o soluție viabilă pentru mediile industriale și necesitatea lor crește din ce în ce mai mult mai ales în industria automobilelor.

Pe măsură ce tehnologia a avansat, mașinile sunt din ce în ce mai folositoare lucrând alături de angajați, la fel și roboții care au fost dezvoltați pentru dispozitive care reduc efortul fizic. Cu toate acestea, beneficiile tehnologiei pentru lucrătorii individuali au devenit favorabile pentru roboții industriali care devin o condiție pentru implementarea roboților industriali și doresc să ridice capacitatea și performanța de execuție. Industria de automobile în bandă rapidă cu roboți universali pune un plus de flexibilitate și siguranță la linia de producție cu un braț robotic si poate adăuga valoare producției în cadrul aplicațiilor folosite în automotive. Un braț robotizat vă oferă un avantaj industrial prin reducerea timpului de producție pe linia de asamblare și o calitate excelentă a produsului finit. Brațul robotului este ușor de manevrat, face economie de spațiu și este ușor pentru implementare de aplicații multiple, fără a schimba aspectul fizic de producție. Timpul mediu de set-up raportat este doar o jumătate de zi.

Acest lucru oferă o flexibilitate pentru industria de automotive, procesul de fabricație a unei mașini este consumatoare de timp și de cost. Aveți nevoie un robot pentru operații auto care vă oferă toate avantajele de automatizare avansate, cu niște costurile reduse și o recuperare a investiției. Domenii de aplicație pentru roboți de fabricație sunt integrate cu ușurință în mediile de producție existente în industria de automotive.

Lucrarea de diplomă conțin următoarele capitole:

Capitolul I.

O scurtă descriere a roboților ne industriali este un domeniu destul de vast , în care își desfășoară activitatea sau operează o mulțime de roboți și execută anumite sarcini impuse pentru a fi executată, sau programați sa facă o anumita operație.

Capitolul II.

Definirea și caracterizarea roboților industriali dispozitive speciale programate pentru a efectua diferite sarcini, în industrie includ controlului și al productivității și creșterea evidentă a calității produselor, roboții pot lucra zi și noapte fară a obosi fără a-și reduce performanța, este multifuncțional și reprogramabil cu mai multe grade de libertate, capabile de a manipula materiale, piese, scule, unelte în diferite firme.

Capitolul III.

Prezentarea procesului propus pentru programarea kit-ului robotizat se realizează cu ajutorul plăci arduino uno v3 și modulului Stepper L298N. După terminarea redactării codului s-a trecut la implementarea lui pe placa arduino și s-a verificat dacă rulează.Apoi s-a trecut la legarea și asamblarea circuitului electric între cele trei plăci L298N și placa Arduino cu ajutorul unor fire de tip tată-tată și mamă- mamă, conectarea brațului robotic cu modulul L298N.

Vom urmări etapele care trebuie executate în vederea punerii în funcțiune a brațului robotic:

Asamblarea brațul robotic;

Instalarea software pentru placa Arduino.

Conectarea plăcii arduino cu laptop-ul.

Configurarea plăcii arduino.

Implementarea liniilor de cod necesare acționării brațului.

Conectarea plăcii arduino cu placa L298N.

Conectarea motoarelor cu placa L298N.

1 CAPITOLUL ROBOȚI

1.1 Definiții ale Roboților

La fel ca termenul "automatizare", termenul de "robot" este utilizat cu mai multe înțelesuri, în diferite contexte. Roboții sunt dispozitive de mișcare cu mai multe axe, aplicabile universal. Mișcările și traiectoriile mișcării sunt liber programabile și, dacă este necesar, sunt ghidate de senzori. Roboții utilizează mâini mecanice, unelte sau alte dispozitive (numite în general end-effectors) pentru a executa manipulări mecanice sau alte funcții de producție [1] [19].

În Germania este necesar ca un robot să aibă mai mult de 3 axe, dar acesastă definiție nu este acceptată unanim, în întreaga lume. Multe alte țări dintre care Japonia și Statele Unite, utilizează alte definiții pentru roboți. De aceea este dificil efectuarea unui studiu comparativ a unor statistici de genul "număr de roboți la o mie de locuitori". În Japonia, de exemplu, un manipulator cu două axe comandat manual este considerat robot.

În domeniul roboticii, cei mai interesanți roboți sunt numiți "roboți inteligenți". Ei ar trebui să fie capabili să manipuleze obiecte în lumea reală și să reacționeze la evenimente externe. În plus, ei trebuie să fie flexibili, de exemplu să-și modifice comportamentul. Forma și mărimea robotului nu are importanță în stabilirea faptului dacă este sau nu inteligent. Cel mai important criteriu este multitudinea de senzori folosiți de robot [19].

Definițiile robotului se referă la o mișcare sau funcționarea în medii diferite sau mai bine determinate: robotul se clasifică ca un sistem mecanic acționat cu forțe motrice prin comandă integral și răspunde voinței umane care este programată de ființa umană, ca fiind un manipulator automat reprogramabil și bivalent, capabil să realizeze poziționarea și reorientarea pieselor printr-o mișcare variabilă și programabilă brațelor și terminalelor, cu ajutorul unor dispozitive. Conform literaturii românești pentru specialist, robotul se definește ca fiind un echipament automat programabil, care se poate adapta unor operații prin programare conform condițiilor mediului în care își desfășoară activitatea in plus având niște caracteristici cum ar fi, numărul gradelor de libertate, volumul gradului de lucru, zonă de lucru, adaptabilitatea la mediu, programabilitatea, fiabilitatea.

Traiectoria efectorului se realizează prin compunerea mișcării tuturor gradelor de libertate. Practic, mișcarea efectorului se descompune în mișcări ale gradelor de libertate, pozițiilor inițiale și finale ale efectorului din spațiul coordonatelor operaționale căruia le corespund poziții în spațiul coordonatelor articulare.

Robotul se definește: printr-o mașinărie automată realizată în scopul manevrării regulate, haotic sau impusă de către muncitor, în medii unde ființa umană necesită o deosebită pregătire, îndemânare cât mai exactă și precisă. O altă definiție a sa il prezintă ca fiind un manipulator automat reprogramabil și bivalent, capabil să realizeze poziționarea și reorientarea pieselor printr-o mișcare variată a brațelor prin intermediul unor dispozitive, de cuplare sau prindere.

1.1.1 Clasificare pe categorii

Relația omului cu robotul în timpul desfășurării lucrului aceștia se clasifică în categorii:

Roboți interactivi;

Roboți automați;

Roboți biotehnici;

În cazul roboților comandați pas cu pas, prin acționarea de către operatorul uman a unui buton sau manete, este pus în funcțiune unul din gradele de mișcare ale robotului. Roboții master-slave sunt constituiți din două lanțuri cinematice deschise, primul lanț (master) având mișcarea comandată de operatorul uman, iar al doilea (slave) copiind la scară această mișcare și efectuând operațiile de manipulare pentru care este destinat robotul. În alte cazuri, legătura dintre master și slave este indirectă, prin teletransmisie. În ambele cazuri, operatorul uman trebuie să vadă tot timpul mișcarea elementului manipulat de slave, această printr-o fereastră sau pe un ecran display [1] [2].

În cazul roboților biotehnici semiautomați, operatorul uman participă nemijlocit în procesul de comandă, dar în același timp cu el lucrează și un calculator universal sau specializat. Semnalul de comandă la aceste sisteme este dat de operatorul uman, obișnuit printr-o manetă de comandă ce poate avea 3-6 grade de mișcare. Semnalul obținut prin apăsarea manetei după un grad de mișcare oarecare este preluat de calculator, care efectuează calcule și formează semnalele de comandă pentru fiecare grad de mișcare al organului de execuție al robotului.

Acționarea roboților în medii industriale au luat denumirea de roboți industriali. Aceștia sunt clasificați ca fiind roboți automați și în cazuri mai rare se utilizează în industrie și roboți biotehnici sau interactivi. Sunt răspânditi, în special, roboții programați și, mai puțin, cei adaptivi. Roboții inteligenți se află în faza de testare în laboratoare sau aplicații în unele operații de montaj automat.

Generarea mișcării la nivelul unui grad de libertate se poate realiza în două moduri:

În coordonate articulare (interne).

În coordonate operaționale (externe).

Aceasta se concentrează pe tehnologia de mobilitate: cum poate un robot mobil muta nesupravegheat prin lumea reală-medii, să-și îndeplinească sarcinile sale.

Prima provocare este locomoția în sine. Cum ar trebui să se mute un robot mobil, și ceea ce este despre un mecanism special locomotor care face superioare mecanisme de alternativă la locomoție.

Medii ostile, cum ar fi planeta Marte declanșa mecanisme de locomoție și mai neobișnuite. În medii periculoase și neprimitoare, chiar și pe pământ, astfel de sisteme de teleoperator au câștigat popularitate. În aceste cazuri, complexitatea (nivel scăzut) robotului adesea face imposibil pentru un operator uman pentru a-l controla.Acesta îndeplinește localizare și activități de cunoaștere, ci se bazează pe robot sistem de control pentru a asigura controlul mișcării. De exemplu pe robot de mers pe jos oferă automat picior coordonarea în timp ce operatorul uman alege o direcție generală de călătorie, descrie un vehicul subacvatic, care controlează trei elice pentru a stabiliza submarinul robot autonom în ciuda turbulențelor subacvatice și curenții de apă în timp ce operatorul alege poziția pentru submarin pentru a atinge.

Roboți comerciali nu funcționeza în cazul în care oamenii nu pot merge, dar mai degrabă partea spațiu cu oamenii din medii umane. Acești roboți sunt convingători nu pentru motive de mobilitate, dar din cauza autonomiei lor, și astfel capacitatea de a naviga fără intervenție umană este primordială. Avansul tehnologi fac roboții mai flexibili, preciși și autonomi, ceea ce permite utilizarea acestora pentru tot mai multe sarcini în procesele de producție.

Oricare dintre acești roboți sunt determinați la elementele constituente:

Spațiu de operare.

Sursă de energie.

Sursă de informație.

Robotul.

1.1.2 Tehnică de bază

Roboții sunt realizați mai ales prin combinația disciplinelor: electrotehnică, mecanică și informatică. Între timp ce s-a creat o legătura a acestora din mecatronică. Pentru realizarea de sisteme autonome (care să găsească singure soluții) este necesară legătura a cât mai multor discipline de robotică. Aici se pune accent pe legătura conceptelor de inteligență artificială sau neuro informatică (parte a informatică) precum și biocibernetică (parte a biologiei). Din legătura între biologie și tehnică s-a dezvoltat bionica. Cele mai importante componente ale roboților sunt senzorii, care permit mobilitatea acestora în mediu și o dirijare cât mai precisă. Un robot nu trebuie neapărat să poată să acționeze autonom, fapt pentru care se distinge între un robot autonom și unul teleghidat [1] [7].

1.1.3 Domenii speciale de utilizare a roboților

În afară de producția industrială, există și alte domenii în care utilizarea roboților este impusă și este eficientă. În aceste domenii, nu se poate vorbi despre raportul între costul robotului și un anumit număr de produse. Enumerăm domenii cu aplicații speciale pentru roboți sunt [1] [2]:

Spațiul extraterestru.

Laboratoare de cercetare.

Medicină.

Laboratorul vizează posibilitatea de a dezvolta activitatea de cercetare și dezvoltare existentă prin abordarea unor noi subdomenii de cercetare a tehnologiilor robotizate de prelucrare și control care să corespundă ariilor tematice europene (prelucrare cu robot ca sistem CNC, măsurare și control de la distanță, virtualitate industrială, recunoașterea formelor, cercetări privind posibilitatea transferului tehnologiilor de prelucrare de pe mașini CNC pe roboți)

În medicină ,intervențiile chirurgicale sunt realizate uneori de brațe robotice capabile de mișcări neînchipuit de fine. Roboții industriali care ridică, deplasează, sudează, tăie și lipesc, înlocuind brațele a zeci de muncitori. Jucării care imită șocant de fidel înfățișarea a tot felul de animale, dar care sunt tot roboți, mai mari sau mai mici, de la robo-pui de găină, până la enormi dinozauri animatorii. Roboți militări, roboți utilizați în acțiuni de salvare, roboți trimiși în misiuni de explorare spațială.Roboții sunt printre noi, pe lângă noi, trăim în preajma lor, uneori fără să ne dăm seama cât de frecventă e prezența lor. Iar în ultimii ani, prezența zilnică a unui robot-însoțitor permanent, trăind pe lângă casa omului, nu mai reprezintă o proiecție SF, ci o realitate tot mai răspândită [7].

1.1.4 Dispozitive adiționale pentru roboți

La fel ca și omul, și un robot are necesitatea de diverse instrumente dispozitive de măsură, scule, pentru a putea realiza într-un timp dat o muncă de calitate. De aceea, un robot are în spațiul lui de lucru mai multe dispozitive adiționale, cu ajutorul cărora are posibilitatea să îndeplinească funcții specifice. Cele mai uzuale dispozitive sunt enumerate mai jos [1] [2]:

Stații de poziționare a pieselor.

Dispozitive de prindere.

Senzori.

Magazii de piese.

Axe de mișcare adiționale.

Sisteme de schimbare a sculelor.

Sisteme de transport.

Mașini-unelte.

Depozite [19].

1.1.5 Modelarea Roboților

Este un sistem mecanic articulat cu multe grade de libertate asigurând deplasarea obiectelor pe verticală. Modelarea roboților cuprinde trei modele distincte [1] [2].

Geometric.

Cinematic.

Dinamic.

Pentru a evidenția importanța structurală si economică este suficientă , o cifră de afaceri și numărul de angajați iar dezvoltarea noțiunii de prestare de service se delimitează de domeniile promovării prestărilor de servici. Sunt folosite în activități precum transport, prelucrare si procesare și manipulare.

1.1.6 Controlul mișcării și strategiilor de conducere a roboților

Metodă de comandă a sistemelor este una ierarhică deoarece calculatorul central este responsabil de conducerea lor și de fiecare punct de lucru cu ajutorul datelor primite de la acesta privind stadiul actual al lucrării reprezentată în (figură 1) [2] [3].

Conducerea roboților mobili într-un mediu dinamic ridică o problemă complexă folosind metoda câmpului vectorial și un algoritm de conducere fuzzy care să asigure evoluția traiectoriei robotului mobil.Sunt folosite relații matematice neliniare care indică starea și modul de descriere a mediului în care acesta evoluează.

Problematica conducerii roboților mobili sunt dezbătute în două situații:

Determinarea traiectorii dorite.

Asigurarea evoluției robotului pe toată traiectoria planificată.

Modalitatea câmpului vectorial determină deplasarea robotului cu forța rezultantă alcătuită de poziția dorită și o forță respingătoare generate de obstacolele ce trebuie ocolite. Se propune o structură de conducere fuzzy, care să țină cont de tronsonul traiectoriei dorite pe care evoluează robotul, adaptarea funcțiilor de apartenență făcându-se în funcție de mediul de evoluție. Pentru structura de conducere fuzzy, s-au încercat variante cu 25, 32 și 72 de reguli, dar s-a optat pentru structură cu 25 de reguli, avându-se în vedere reducerea timpul de calcul.

Punctul de plecare în dezvoltarea arhitecturii de comandă bazate pe modelul de referință de tip Rețea Petri l-a constituit observația referitoare la corespondența dintre pozițiile acestuia și stările în care se găsește sistemul fizic real, precum și asocierea tranzițiilor evenimentelor externe care îl pilotează. Aceasta a fost, de altfel, paradigma care a stat la bază elaborării modelelor.

Se poate identifica pasul în cadrul aplicației de comandă a celulei și echipamentul de operare, comunicarea între structuri care oferă o complexitate și sensibilitate. În aceste sisteme de fabricație există 4 posibilități de erori fundamentale:

Operator uman.

Calculatorul de comandă a celulei.

Logica senzorilor și a releelor.

Programul specializat destinat mașinii.

Soluția pentru corectarea erorilor se clasifică în trei tipuri:

Îmbunatățirea interfeței asociate.

Soluții pentru selectarea operatorilor umani specializați.

Și îmbunatățirea posibilităților de instruire și simulare.

1.1.7 Sistemul mecatronic unui robotc

Este constituit dintr-un ansamblu cinematic alcătuit din elemente rigide inter conectate prin cuple de translație și rotație care permit mișcarea rotativă a robotului și se urmărește ca structura sa mecanică să fie capabilă de o mobilitate cât mai mare, caracteristicile brațului robotului având ca asemănare brațul uman. Acest sistem trebuie să asigure finețe și greutate minimă, dar și un randament energetic ridicat, fiind reprezentat în figura 2 [6].

Geometria și cinematică directă a robotului.

a. b.

Are rolul de a gestiona mișcările și transmiterea energiei mecanice necesare acțiunii cu mediul înconjurător. Dispozitivul de ghidare este responsabil să realizeze mișcările și energia mecanică aferentă în conformitate cu acțiunea destinată asupra mediului și structurii sistemului mecanic.

1.1.8 Sistemul unui robot comunică cu mediul:

Sistemul mecanic al robotului care are forma scheletului uman, astfel definește natura și amplitudinea mișcărilor ce se pot realiza.

Sistemul de acționare realizează mișcarea relativă a elementelor și mecanismelor din sistemul mecanic, și are rolul sistemului muscular al omului.

sistemul de comandă emite comenzi către sistemul de acționare și prelucrează informații preluate de la sistemul mecanic, de acționare și de la mediu, are rolul sistemului nervos uman.

traductorii și aparatele de măsură preiau informații despre starea internă a robotului, adică deplasări, viteze, accelerații relative, debite, presiuni, temperaturi.

senzorii preiau informații despre starea „externă" a robotului, caracterizată prin parametrii mediului (temperatură, presiune, compoziție, etc.) și acțiunea acestuia asupra robotului [4].

Cele mai importante componente ale roboților sunt senzorii, care permit mobilitatea acestora în mediu și o dirijare cât mai precisă. Un robot nu trebuie neapărat să acționeze autonom, fapt pentru care se distinge dintre un robot autonom și unul teleghidat.

Oricare dintre acești roboți poate fi redus la elementele constituente, și anume:

spațiu de operare.

sursă de energie.

sursă de informație.

robotul.

1.1.9 Bazele teoretice ale dinamicii

Roboții industriali sunt structural constituiți din lanțuri cinematice deschise și se caracterizează prin programabilitatea operațiilor care le execută [2].

Modul de lucru a roboților industriali depinde de:

numărul gradelor de libertate.

dimensiunile și forma spațiului de lucru.

comandă și indici specifici,

dintre care subliniem.

mobilitatea, capacitatea de încărcare, suplețe, etc.

În stadiul de proiectare este necesară evaluarea acestor indici în vederea obținerii unei optimizări, aspect posibil numai printr-un studiu dinamic al roboților industriali.

1.2 Tipuri de roboți

Tipurile de roboți sunt clasificate pe mai multe domenii de activitate fiind sortați pe categorii:

Robot umanoid.

Robot industrial.

Robot casnic.

Robot explorator.

Robot autonom mobil.

Robot militar.

Robot păzitor.

robot de servicii.

Robot jucărie.

Roboți medicali.

1.2.1 Robot umanoid (sau android).

Construirea unui robot umanoid este un domeniu de cercetare care a primit o atenție semnificativă în ultimii ani și va continua să joace un rol central în robotica de cercetare și în multe aplicații ale secolului 21. Indiferent de aria de aplicare, una dintre problemele comune care au fost abordate este înțelegerea omului cum ar fi informațiile și mecanismele care stau la baza creierului uman în relațiile cu lumea reală. Obiective ambițioase au fost stabilite pentru viitor umanoid și robotică.

Acestea sunt de așteptat pentru a servi ca tovarăși și asistenți pentru oameni în viața de zi cu zi și ca final ajutoare în caz de catastrofe naturale și artificiale (figura 5.).

Progrese considerabile a fost făcute cu umanoizi de cercetare care rezultă într-o serie de roboți umanoizi capabili de a muta și de a efectua sarcini bine concepute. În ultimii zece ani de umanoizi cercetare, un spectru încurajatoar a științei și tehnologiei duce la realizarea de sisteme mecatronice umanoide foarte avansate dotate cu capabilități complexe. De importanță majoră este fără îndoială disponibilitatea sistemelor de roboți umanoizi reproductibile, care au fost folosite în ultimii ani ca comune platforme hardware și software pentru a sprijini cercetarea humanoizilor. Multe inovații tehnice și rezultate remarcabile ale universităților, institute de cercetare și companii sunt vizibile.

1.2.2 Robot industrial

Modele de roboți industriali sunt caracterizate prin ecuații neliniare extrem cu cuplaje neliniare între variabilele de mișcare. Aceste metode neliniare directe se bazează pe o apariție adecvată a ecuației dinamice al robotului industrial și să ofere, legile aplicabile în mod direct de control explicite pentru fiecare unitate. Procedurile de proiectare prezentate simplifică foarte mult derivarea algoritmului pentru roboți industriali controlate de computer. (figura. 6.).

Sarcinile pentru doi roboți industriali coordonate aduc mereu roboți în contact cu aceleași obiect. Fizic trei formează un mecanism închis lanț cinematic. Atunci când lanțul este în mișcare, pozițiile și orientările celor doi roboți trebuie să îndeplinească un set de constrângeri. Pentru a elimina erorile de mișcare între ele, se atribuie una dintre ele pentru a efectua cea mai mare parte a sarcinii. Propunerea este planificată corespunzător. Mișcarea care o dăm robotului este să urmeze primul robot, așa cum se specifică reguli ale vitezelor comune derivate din condițiile de constrângere. Astfel, dacă este necesar în timp real, doar mișcarea primului robot este modificată. Modificarea robotului se face implicit prin condițiile de constrângere. În mod specific, în cazul deplasării, vitezei, accelerației trebuie să corespundă – pentru ambii roboți și forțele/cuplului pot fi determinate prin relațiile limitate [9].

1.2.3 Robot casnic.

Roboți casnici se clasifică ca fiind roboți autonomi, gospodar.

Oamenii dezvoltă noi generații avansate de roboți și chiar dacă în prezent par a fi simple fantezii. Imaginați-vă un robot care face curat, în timp ce un altul prepară un cocktail în mai puțin de două minute. Robotul arată precum o servitoare care are grijă de tot. În îndatoririle sale se află activitățile casnice și face față foarte bine datoriilor zilnice foarte rapid, eficient și fără să lenevească.

Cu aspiratorul care aspiră singur (figura 7.), avea suficienți senzori pentru a se plimba prin sufragerie, dormitor, bucătărie și alte încăperi, beneficiază de senzori ultrasonici și senzori cu infraroșii pentru a se deplasa mai bine prin casă și a nu se duce de-a dura pe scări, dincolo de caracterul utilitar [10].

1.2.4 Robot explorator

Roboții exploratori se clasifică ca fiind niște roboți care operează în spații greu accesibile sau periculoase care sunt teleghidați sau parțiali automații (figura 8.), sunt dotați cu mai multe seturi de camere de luat vederi destinate navigării, evitării pericolelor și colectării de probe științifice. Mai are și un microscop care poate adună imagini la o rezoluție foarte mare, de 10-15 microni (în jur de zece la sută din grosimea unui fir de păr). La o asemenea scală, oamenii de știință vor putea examina texturile rocilor și mineralelor pentru a le determina compoziția [11].

1.2.5 Robot autonom mobil

Roboții se mai caracterizează ca fiind unități mobile. Aceste unități pot depista și dezamorsează sau distruge bombe sau mine de exemplu robotul mobil. Sunt și roboți care ajută prin tehnologia avansată la căutarea de oameni îngropați după cutremure.

Robotul de inginerie TALON telecomandă a fost dezvoltat și testat în Bosnia și mai târziu în Irak și Afganistan, robotul nu a câștigat aprecierea deplină în Irak. Principalul motiv a fost că rebelii irakieni și afgani folosesc dispozitive explozive improvizate, care au provocat moartea a sute de soldați și civili. TALON a fost, de asemenea, utilizat cu succes la Ground, fără a necesita o reparație majoră. Ponderile Talon au fost de până la 54 kg. Acesta poate fi controlat de la distanță de siguranță prin intermediul unui joystick și un ecran quad care furnizează date continue și feedback video pentru poziționare precisă a vehiculului. Talon poate călători prin nisip, zăpadă și apă. Viteză maximă este de 6,5 km/h. Transmite video color, alb-negru, infraroșu, și/sau o versiune noapte de operatorul [12].

1.2.6 Robot Militar

Toată lumea știe că a fi un soldat este un loc de muncă periculos, dar unele dintre sarcinile pe care soldații sunt necesare pentru a le îndeplini sunt mai periculoase decât altele. Plimbare prin câmpuri minate, dezactivând bombe neexplodate sau compensare în clădiri ostile, de exemplu, sunt unele dintre sarcinile cele mai periculoase o persoană este nevoită pentru a efectua în linia de datorie. Ce dacă am putea trimite roboți pentru a face aceste locuri de muncă în loc de om (figura. 10.). Apoi, dacă ceva a mers prost, am pierde doar banii pentru construcția robotului în loc pierderii unei vieți umane. Și am putea construi mereu mai mulți roboți. Armata SUA a aprobat dezvoltarea de sisteme robotizate pentru tot felul de locuri de muncă , iar unele dintre ele sunt chiar pe linia frontului din Irak [13].

1.2.7 Robot păzitor (de supraveghere).

Ghidați robotul Spykee prin apartament și vizualizați explorările robotului pe monitor. Acesta este dotat cu aparat de fotografiat, microfon și difuzoare, și este controlat perfect prin WLAN și internet, iar datorită camerei integrate puteți supraveghea oamenii pe ascuns. Datorită interfeței WiFi, spykee poate fi ghidat chiar și de la o distanță de mii de kilometri prin internet. Suplimentar, poate reda și muzică prin WLAN de pe hard-diskul calculatorului fiind însoțit de un complex manual de utilizare. În 20 de pași asamblați părțile componentelor robotului cu multe abilități și posibilități de utilizare. Nu numai că fotografiază, filmează și înregistrează sunete, ci poate reda sunete și chiar poate vorbi. Cu ajutorul acestuia puteți efectua gratuit apeluri telefonice și în principiu, acestea funcționează pe bază de voce. Robotul este foarte bine conceput pentru supravegherea camerei dumneavoastră (figura. 11.), deoarece înregistrează orice mișcare, fotografiază intrusul și va transmite toate aceste date pe adresa dumneavoastră de e-mail. Datorită funcției de încărcare automată a acumulatorului, se întoarce singur la stația de încărcare atunci când este nevoie de energie. Software-ul necesar pentru funcționarea lui este așadar poate fi dezvoltat de orice utilizator [14].

1.2.8 Robot de serviciu

Un robot este un mecanism programabil acționat în două sau mai multe axe cu un grad de autonomie, care se deplasează în mediul său, să își îndeplinească sarcinile prevăzute. Autonomia în acest context înseamnă capacitatea de a efectua sarcini destinate bazate pe starea actuală și de detectare, fără intervenție umană.

Un robot de serviciu este un robot care îndeplinește sarcini utile pentru om sau echipamente cu excepția aplicarii automatizării industriale.

Un robot de serviciu personal sau un robot de servicii pentru uz personal este un robot de serviciu utilizat pentru o sarcină necomercială, de obicei, de nespecialiști.

Un robot de servicii profesionale sau a unui robot de servicii pentru uz profesional este un robot de serviciu utilizat pentru o sarcină comercială (figura 12.), operat de obicei de către un operator instruit corespunzător. Exemplele sunt robotul de curățare pentru locuri publice, robot de livrare în birouri sau spitale, robotul de stingere a incendiilor, robot de reabilitare și chirurgie de robot din spitale. În acest context, un operator este o persoană desemnată pentru a începe, să monitorizeze și să oprească funcționarea intenționată a unui robot sau un sistem de robot [15].

Un sistem robot este un robot sistem care cuprinde, la sfârșitul efector și orice utilate, echipamente, dispozitive sau senzori de sprijin pentru îndeplinirea misiunii sale.

1.2.9 Roboți de Jucărie

Pino este un robot de jucărie care simulează procesele de învățare și inter comunicare. Are trei tipuri de senzori: optic (în ochi), infraroșu (pe nas) și tactil (pe mâini și pe cap). Principiul

Pino este un robot de jucărie care simulează procesele de învățare și intercomunicare. Are trei tipuri de senzori: optic (în ochi), infraroșu (pe nas) și tactil (pe mâini și pe cap). Principiul

De inter comunicare este cel de "acordare a atenției către robot" care se face prin stimularea cât mai frecventă a senzorilor prin zgomote, mișcare și atingere a palmelor sau a capului.

Cu cât robotului "i se dă mai multă atenție " cu atât acțiunile pe care le execută sunt mai complexe și mai interesante: mișcă brațele și capul, dansează, cântă melodii diferite, sforăie, joacă jocuri (figura. 13.).

Acțiunile robotului sunt dependente de "starea sa de spirit" care este exprimată prin lumină în diverse culori emisă de vizorul de pe cap. Principiul de inter comunicare este pentru "acordare a atenției către robot" care se face prin stimularea cât mai frecventă a senzorilor prin zgomote, mișcare și atingere a palmelor sau a capului [16].

1.2.10 Roboți medicali

Roboți medicale în zilele noastre, nu mai sunt surprinzător să aflăm într-un spital chirurgical de top performanțe nu este uman. Cu o precizie de neegalat și capacitatea de a lucra fără oboseală, roboții medicale sunt, evident, una dintre aplicațiile cele mai utile ale tehnologiei robotice. Acești roboți sunt utilizați pe scară largă în diverse practici medicale, inclusiv proceduri chirurgicale dificile,aceștia revoluționând complet viteza și eficiența serviciilor de asistență medicală în mai multe părți ale lumii.

Robotul medical primul cunoscut și utilizate de industria medicală a fost atunci când robotul PUMA 560. Robotul din colegiul imperial din Londra au ajutat medicii să efectueze intervenții chirurgicale de prostată pe un pacient de atunci, studiile persistente privind sistemele robotizate pentru utilizare specifică în îngrijire a sănătății au fost efectuate de către cercetători medicale este sistemul chirurgical de Vinci [17].

Mai mulți roboți medicali sunt utilizați într-o gamă largă de aplicații chirurgicale, de la neurochirurgie la radiologie, chiar și în pediatrie și ortopedie, dar roboții medicali nu se limitează doar la un rol chirurgical (figura. 14.), un robot în miniatură numit ViRob a fost dezvoltat cu scopul să se târască prin corpul uman, să găsească o tumoare, și să o trateze cu medicamente. Măsurând numai un milimetru lungime și patru milimetri de la un capăt la altul, robotul folosește arme mici controlate de un câmp electromagnetic pentru a propulsa drum prin diferite cavități ale corpului uman, în căutarea tumorilor mortale care trebuie tratate.

Roboți medicali au avantajele unei precizii ridicate și necesită mai puține proceduri invazive fiind folosiți în cazul acesta roboți mai mici având risc mai redus de apariție a complicaților. Dezavantajul unui asemenea robot fiind costul ridicat al componentelor pentru că necesită precizie foarte mare și consum de energie minim. În România s-a realizat primul transplant renal cu ajutorul unui robot medical fiind o premieră în Europa de est.

2 CAPITOLUL ROBOȚI INDUSTRIALI

2.1 Apariția Roboților Industriali

Omul și-a imaginat dispozitive mecanizate inteligente care să preia o parte însemnată din efortul fizic depus. Astfel a construit roboți industriali și mecanisme inteligente și-a imaginat roboții în desene, cărți, filme etc. Unul din obiectivele esențiale ale roboticii este elaborarea roboților autonomi. Asemenea roboți primesc o descriere naturală de a executa comenzi fără alte intervenții umane. Descrierile necesare vor preciza când dorește utilizatorul să execute comenzile. Roboții capabili să îndeplinească aceste operații vor fi dispozitive mecanice, echipate cu senzori de perceperea a mediului și aflate sub controlul unui sistem de calcul.

Orientarea într-un mediu total necunoscut, folosind senzori pentru detectarea și a primi informații și comunicația cu un calculator aflat la distanță sunt două aspecte importante care trebuie luate în considerare atunci când lucrăm cu un robot industriali. Fără senzori, roboții nu ar putea executa altceva decât sarcini fixate dinainte, repetând operațiile ce le are de realizat iar și iar, dar dotați cu senzori, roboții au capacitatea de a face mult mai mult decât atât.

Localizarea obiectelor se poate realiza și prin contact fizic, dar acesta impune restricții asupra vitezei de mișcare a structurii manipulate. Contactul fizic dintre robot și obiectele din mediu generează forțe de reacțiune care modifică starea robotului. Vitezele mari de lucru fac că efectele dinamice ale unui contact fizic cu obstacole sau obiecte manipulate să fie riscante (pot duce la deteriorarea obiectelor sau a robotului). Sistemul senzorial mai este numit și sistem de măsurare. El asigură măsurarea unor mărimi fizice și eventual perceperea unor modificări semnificative a acestor mărimi.

Robotul industrial reprezintă în momentul de față punctul de vârf într-o serie de domenii: mecanică, automatică, calculatoare și sisteme de acționare, robotică. Aceaste corcondanțe a unor ramuri științifice și tehnologice atât de diferite se explică prin complexitatea deosebită a robotului, atât sub raportul arhitecturii mecanice, cât și în ceea ce privește sistemul de conducere.

2.1.1 Definiția robot industrial

Această definiție, ușor modificată, a fost adoptată de către Organizația Internațională pentru Standarde (ISO), care definește robotul industrial ca: Manipulator multifuncțional reprogramabil cu mai multe grade de libertate, capabile de a manipula materiale, piese, scule, unelte sau dispozitive speciale pe căi diferite programate pentru a efectua diferite sarcini. Mecanismul manipulator general alcătuit din elemente în serie, cu balamale împreună, destinat pentru prinderea a obiectelor în mișcare. Este multifuncțional și poate fi acționat direct de un operator uman sau de dispozitiv logic.

Robot: servo automată manipulator controlat, reprogramabili, multifuncțional, capabil să poziționeze și piese orientând, scule sau dispozitive speciale. De obicei, formează unul sau mai multe brațe care se termină într-o unitate de controlul ce include un dispozitiv de memorie. În mod normal efectuază o sarcină ciclică, ce poate fi adaptată una la alta fără modificări permanente în materialul lor. Utilarea pentru automatizare robotului la dezvoltarea de drivere rapide, bazate pe microprocesor, precum și o utilizare a servo buclă închisă care permit și indică poziția efectivă a elementelor robotului și a stabilit eroarea poziția dorită.

Automatizarea și robotizarea au devenit un factor decisiv de dezvoltare în industria fiecărei țări. Fără a mai socoti impactul avut asupra creșterii productivității muncii, ele imprimă un puternic impuls îmbunătățirii condițiilor de muncă (în special celor monotone sau periculoase), întăririi controlului asupra siguranței în funcționare a instalațiilor industriale, contribuind la economisirea de energie și de materii prime, la optimizarea costurilor de infrastructură și a stocurilor, la realizarea unor operații de producție complexe și, de asemenea, la creșterea calității produselor și serviciilor.

Principalele domenii de aplicare a roboților industriali în industria automobilelor sunt: [18]

automatizarea unor operații tehnologice realizate pe echipamente tehnologice universale și specializate.

automatizarea asamblării și demontării unor sisteme.

automatizarea depozitării, sortării și transferului pieselor.

realizarea unor operații specifice (sudură, vopsire, acoperiri cu materiale, debitare).

automatizarea completă a producției utilizându-se calculatoarele de proces ce comandă linii de roboți și manipulatoare.

încărcarea și descărcarea diferitelor mașini ca: mașini de formare prin injecție, prese, strunguri și mașini de turnat.

2.1.2 Clasificarea roboților industriali

Principalele caracteristici ale robotilor industriali se pot grupa în mai multe categori:

Geometrie

Numărul de grade de libertate.

Spațiu de lucru.

Configurația articulațiilor [19].

Încărcătură

Capacitatea de încărcare/ Încărcarea nominală.
– greutatea uneltei + greutatea piesei manipulate.
– Robotul poate mișca această încărcătură fără restricții de viteză și accelerație (conform cu datele limită date de producător).

Încărcarea utilă = Încărcarea nominală – Greutatea uneltei [19].

Cinematica

Viteza pe traiectorie.

Viteza și accelerația.

Viteza uneltei într-o mișcare liniară ( viteza TCP – Tool Center Point).

Timpul de mișcare [19].

Precizia

Precizia de poziționare.

Repetabilitate.

Controller.

Software.

Programare.

Interfață.

Hardware.

Folosirea roboților se realizează pentru:

Sudare în puncte.

Sudare cu arc electric.

Lipire. 

Cositorire.

Mânuirea unor piese.

Transport.

Alimentarea mașini unelte cu piese unor.

Paletizare.

Procesarea suprafețelor.

Polizare și șlefuire.

Debavurare. 

Debitare.

Roboților industriali sunt:

Conform numărul axelor, comanda completă a situării efectorului final necesită trei axe de poziționare și trei axe pentru orientare.

Cinematica elementelor și cuplelor cinematice care determină mișcările posibile ale robotului; există roboți articulați, cartezieni, paraleli și SCARĂ.

Volumul accesibil al spațiului de lucru, regiunea din spațiu pe care o poate atinge robotul.

Capacitatea, greutatea maximă ridicată.

Viteza (cât de repede poate fi atinse efectori final).

Precizia (cât de mari sunt erorile față de comandată).

Sursă de putere (motoare electrice, hidraulice, pneumatice).

Sunt construiți pentru a realiza diferite operații ce necesită exactitate și viteză de reactive și viteză de deplasarea. Au o memorie reprogramabilă care acumulează infinitate de date utile executări operaților, acestea fiind autonomi. Gradele lor de libertate sunt o multitudine pentru operațiile complexe. Robotul este un sistem automatizat de înalt nivel al cărui principal rol este manipularea pieselor și uneltelor, înlocuind acțiunea umană.

Principalele aplicații în care utilizarea roboților industriali are avantaje evidente:

Sudură prin puncte sau pe contur.

Operații de asamblare.

Vopsire.

Turnarea în forme a pieselor mari.

Controlul calității.

Manipularea substanțelor toxice, radioactive.

Robotul industrial sunt definiți în prezent ca un manipulator tridimensional, multifuncțional, reprogramabil, capabil să deplaseze materiale, piese, unelte sau aparate speciale după traiectorii programate, în scopul efectuării unor operații diversificate de fabricație. Pentru diferitele componente ale roboților industriali (fig. 15.), s-au definit termeni specifici preluați din literatura anglo – saxonă [21].

a. b. c

Robotul industrial reprezintă un sistem fizic, programabil ce este capabil să realizeze diferite operații și secvențe de operații de manipulare a unor scule, piese sau subansamble în figură 15.

2.1.3 Tipuri de configurații ale roboților industriali:

În funcție de operațiunea pentru care au fost creați, roboții industriali se împart:

Roboți SCARĂ – specifici pentru operații de ridicare și așezare a diferitelor obiecte.

Roboți cartezieni – aceștia permit ridicarea și plasarea obiectelor ce nu necesită orientare, sau pot fi pre orientate.

Roboți cu șase grade de libertate.

Robot cartezian: brațul robotului operează într-un spațiu definit de coordonate carteziene; structură mecanică a robotului are trei cuple de translație, care coincid cu axele sistemului cartezian; robotul cartezian a fost gândit pentru operații de sudare, dar este folosit și pentru asamblare.

Robot cilindric: brațul robotului operează într-un spațiu definit de coordonate cilindrice; robotul este definit de o bază și de o coloană care se rotește; robotul a fost conceput pentru manevrarea sculelor în cadrul unui proces tehnologic și pentru asamblare.

Robot sferic (și polar, ca un caz particular): brațul robotului operează într-un spațiu definit de coordonate sferice (sau polare); robotul constă într-o bază care se rotește, un pivot de ridicare și un ax telescopic.

Robot articulat: este un manipulator care are un braț articulat; structură mecanică a robotului prezintă cel puțin trei cuple cinematice de rotație; robotul articulat seamănă brațului uman, acesta se poate roti relativ la bază luând în considerare și celelalte articulații, un robot articulat poate avea șase grade de libertate. Robotul articulat este utilizat pentru sudare și vopsire.

2.2 Acționarea și Comandă a Roboților Industriali

În acționarea roboților folosim cele mai utilizate surse de energie [19]:

Electricã.

Hidraulică.

Pneumaticã.

Sistemul de acționare al roboților industriali servește la transformarea unei energii potențiale (hidraulicã, electricã, pneumaticã) în energie mecanicã și transmiterea mișcãrii mecanice rezultate la cuplele cinematice conducãtoare. Deci sistemul de acționare constã în mai multe motoare/rotoare liniare, transmisii mecanice mecanisme pentru transmiterea și transformarea mișcãrii mecanice. Roboții industriali sunt lanțuri cinematice spațiale deschise cu acționarea independentã a fiecãrei cuple și a dispozitivului de prehensiune. Cuplele cinematice conducãtoare au la dispoziție o sursã de energie exterioarã.

2.2.1 Sistemul de comandă.

Robotul industrial este reprezentat în momentul de față ca fiind punctul de intersecție al rezultatelor de vârf în majoritatea domenile: mecanică, automatică, calculatoare și sisteme de acționare. Această congruență cu ramurile științifice și tehnologice atât de diferite se explică prin complexitatea vastă a robotului, conform arhitecturii mecanice, corespunzător cu sistemul de conducere. Propriu-zis, roboții sunt rezultatul firesc al evoluției de la mașinile unelte automatizate, mașinile cu comanda program, liniile automate de fabricație etc. În momentul în care rigiditatea și inflexibilitatea acestora nu a mai corespuns cerințelor actuale de productivitate și calitate, iar omul a încercat să execute acțiuni directe, nemijlocite asupra proceselor căpătând un rol de supraveghere și control. Deci robotul, ca rezultat al acestor dezvoltări tehnico – științifice, pot fi definite ca un sistem tehnologic capabil să înlocuiască sau să asiste omul în exercitarea unor acțiuni diverse asupra mașinilor sau liniilor de producție. În acest context, apare evidența complexității problemelor privind atât construcția și acționarea roboților cât și conducerea lor.

2.2.2 Comanda roboților industriali.

Principala sarcină a structurii de comandă și a mișcării constă în transferarea structurii mecanice dintr-o poziție inițială într-una finală. Aceasta implică:

Definirea pozițiilor.

Accelerațiilor și vitezelor.

A forțelor.

A diferitelor restricții.

Indicarea succesiunii mișcãrilor.

Indicarea duratei mișcãrilor.

Formulând în acest mod problema comenzii, această se rezolvă folosind atât teoria sistemelor, dar dificultățile se datorează nelinearității sistemelor și a dimensiunilor mari ale sistemului condus.

Structurile mecanice pot fi multe configurații putând asigura aceeași poziție și orientare a robotului. În prezent structurile mecanice de manipulare a roboților au sisteme simple de comandă a mișcării, formate din circuite de reglare clasice, independente, pentru fiecare grad de libertate. O astfel de structură nu este adecvată sistemelor multi variabile, neliniare, care în realitate descriu structurile utilizate în practică. Mulți dintre roboții utilizați au performanțe limitate din cauza sistemului de comandă.

Panoul de comandă îți oferă posibilitatea de a comanda parțial mașină cu ajutorul unor funcții aflate pe panoul de comandă, reprezentată (Figura. 15.) cu ajutorul panoului de comandă poți comanda mașină sau robotul putem accesa unele funcții care le avem la dispoziție și care le putem utiliza ușor, a brațului robotic sau a uneltelor necesare utilizări procesului de fabricație.

O ierarhizare în funcție de criterii mai specializate conduce la apariția următoarelor niveluri:

Nivelul decizional = stabilește planul de acțiune al robotului, în funcție de sarcinile primite și de restricțiile din mediul extern, sesizate de către senzori.

Nivelul strategic = împarte acțiunile generale din planul robotului în operații și mișcări elementare.

Nivelul tactic = descompune mișcările elementare în mișcãri ale fiecărui grad de libertate;

Nivelul de execuție = realizează mișcarea fiecărui grad de libertate.

Numărul nivelurilor ierarhice ale fiecărui robot depinde de complexitatea sistemului de comandă și de sarcinile robotului, dar nu pot lipsi nivelul de execuție și cel tactic.

Roboții industriali sunt înzestrați cu un sistem fizic, programabil ce este capabil pentru a realiza diferite operații și secvențe de operații de manipulare a unor scule, piese, unelte sau subansamble.

În funcție de operațiile pentru care au fost concepuți, roboții industriali se clasifică în: [22]

Roboți SCARĂ – corespunzător pentru operații de ridicare și așezare a diferitelor obiecte.

Roboți cartezieni – aceștia permit ridicarea și plasarea obiectelor ce nu necesită orientare, sau pot fi prea orientate.

Roboți cu șase grade de libertate.

Roboți Industriali de tip Braț Articulat.

Roboți de tipul scară:

Operații de paletizare/de paletizare.

Operații de manipulare.

Operații de montaj componente.

Roboți Industriali de tip Braț Articulat.

Deservire mașini-unelte.

Operații de paletizare.

Operații de manipulare.

Operații de montaj.

Operații de sudare.

2.2.3 Sistemele mecanice al robotului

În cazul generale roboții industrial trebuie să realizeze:

Ppercepție, pentru a culege informații din mediul de lucru, cu senzori și traductori.

Acțiuni asupra mediului înconjurător, cu efectori finali.

Decizie, în scopul realizării unor sarcini.

Comunicare, pentru schimb de informații.

Structura roboților se alcătuiește din:

Sistemul de programare și comandă.

Sistemul de acționare.

Sistemul mecanic.

Sistemul senzorial.

Sistemul de comandă și programare este un ansamblu de echipamente și de programe care realizează mișcarea robotului.

Sistemul de acționare servește la transformarea unei anumite energii în energie mecanică și transmiterea ei la cuplele cinematice conducătoare.

Sistemul mecanic este realizat din mai multe elemente legate între ele prin cuple cinematice.

Sistemul senzorial reprezintă un ansamblu de elemente specializate transpunerea proprietăților ale diferitelor obiecte în informații.

2.3 Roboți industriali și formele lor de mișcare

După forma mișcării, roboții industriali pot fi:

Robot cartezian – sunt roboții al cărui braț operează conform indicatorilor carteziene; îmbunătățirea sistemelor adaptabil conform producție prin robotizare.

Robot cilindric – asemănător, dar spațiul este determinat cu indicatorul cilindrice.

Robot sferic/polar – similar, dar spațiul este indicat în coordonate sferice/polare.

Robot prostetic – sunt mânuitori care au un braț articulat.

Roboți cu alte coordonate – care se definesc în mod corespunzător.

Conform figuri de mai jos ne reprezintă schemele lor reprezentative a trei brațe ale roboților corespunzător circuitului de clasificare [20].

a b. c.

Tipurile de roboți industriali (în figură 16.):

Robot manipulator cu coordonate carteziene.

Robot în coordonate cilindrice.

Robot în coordonate sferice.

Cu informația de intrare, modalitatea de învățare, criteriu de clasificare a roboților în:

Mânuirea manualului. – Este acționat direct de om.

Robot secvențial. – Are anumiți pas ce ’’ascultă’’ de o procedură predeterminată. Aceste pot fi.

Roboți secvențiali fix. – De oare ce informația îndelung nu poate fi schimbată facil.

Robot secvențial variabil. – Pentru care informația îndelungă poate fi modificată ușor.

Roboți repetitor. – La început omul învăța robotul un demers de lucru, se memorează acest demers după memorare se poate repetă de câte ori este nevoie.

Robot cu control numeric. – Robotul efectuează intervenții cerute conform cu informațiile numerice pe care la are la dispoziție despre poziții, succesiuni de operații și condiții.

Un robot inteligent. – El poate să își decide comportamentul conform informațiilor primite prin senzorii pe care îi are la dispoziție și prin posibilitatea de recunoaștere.

Traiectoria efectorului se realizează prin compunerea mișcării tuturor gradelor de libertate. Practic, mișcarea efectorului se descompune în mișcări ale gradelor de libertate, pozițiilor inițiale și finale ale efectorului din spațiul coordonatelor operaționale le corespund poziții în spațiul coordonatelor articulare.

Generarea mișcării unui nivel pentru gradele de libertate se realizează în două moduri:

În coordonate articulare (interne).

În coordonate operaționale (externe).

Structură generală a roboților industriali depinde foarte mult de utilitatea și scopul pentru care sunt produși.

Funcțiile lor de bază se reprezintă de:

Subsistemul cinematic.

Subsistemul de acționare.

Subsistemul de comandă și programare.

Subsistemul senzorial.

Sub sistemul cinematic cuprinde structură capabilă să execute mișcările pentru acționa asupra mediului înconjurător. Astfel în funcție de mediul în care este folosit, robotul poate fi dotat cu:

Roți.

Șenile.

Picioare mecanice.

Diverși suporți.

Benzi transportoare.

Robotul industrial, acel automat programabil, care manipulează obiecte, mânuiește scule tehnologice, supraveghează locul de muncă (mașinile și mediul), controlează și sortează obiecte, reprezintă un automat care în cadrul unui sistem de fabricație îndeplinește următoarele funcțiuni:

Programarea.

Manipularea.

Mânuirea.

Supravegherea și controlul.

Când se dorește utilizarea roboților cu aplicații specific roboților industriali, trebuie să ținem seama de niște considerente din mai multe puncte de vedere al robotizării. Cu ajutorul dispozitivelor periferice sunt foarte importante cum ar fi senzorii și sistemele de transport. Comunicațiile în rețea sunt și ele foarte importante pentru comunicarea roboților între ei, în sistemul de producție și între operator și robot.

2.3.1 Sistemul de mișcare robotului industrial

Robotul fiind niște mașină cu abilități în mișcare și/sau de manipulare una din cele mai importante probleme realizabile sunt de a îi planifica mișcarea ceea ce implică modelarea spațiului de lucru cu obstacolele, ca de formă complexă și variabilă.

Planificarea mișcărilor poate fi considerată ca problemă realizării algoritmilor pentru a calcula automat o traiectorie continuă pentru o mulțime de obiecte (posibil legate) astfel încât să se deplaseze de la o poziție la alta evitând coliziunile cu alte obiecte fixe sau având mișcare proprie.

Pentru un robot cu bază fixă problema se poate formula mai simplu prin alegerea unei traiectorii ferite de coliziuni pentru brațul robotului, între două poziții, în cazul unui spațiu închis.

2.3.2 Structura unui robot industrial

Componente un robot este format din următoarele elemente: structură mecanică, transmisii, acționare, senzori, terminalele și elementele controler. Deși elementele utilizate în roboți nu sunt unice pentru aceste (mașini-unelte și multe alte mașini folosesc tehnologii similare), roboți necesare de înaltă performanță le-au cauzat elemente cu sunt utilizate caracteristici specifice.

Fizicul este asemănător cu anatomia membrului superior al corpului uman are unele roboți industriali, astfel încât, uneori pentru a se referi la diferite elemente ale robotului, termenii sunt utilizați ca talie, umăr, braț, cot, încheietura mâinii, etc.

Elementele care fac parte din întreg robotului sunt:

Manipulator.

ControLler.

Aparate de intrare și de ieșire a datelor.

Dispozitive speciale manipulator.

Mecanic, este componenta principală. Se compune dintr-o serie de elemente sau legături structurale solide legate de articulații care permit mișcări relative între fiecare două legături consecutive. Piesele care formează mânerul sunt, printre altele, nume: corp, brațul, încheietura mâinii și efectoare final (sau final efector). Acesta din urmă este, de obicei cunoscut sub numele de captor, gheare, clampă de prindere.

2.3.3 Controlor

După cum sugerează și numele, este fiecare prelucrare mișcările de manipulare, acțiuni, calcule și informații de guvernare. Controlerul primește și transmite semnale de la alte mașini (prin intrare/ieșire) și programe memorate.

Există mai multe niveluri de control bazate pe tipul de parametri care sunt reglementate, ceea ce conduce la următoarele tipuri de drivere:

Poziția: softul intervine numai în controlul poziția elementului terminal.

Cinematică: În acest caz, controlul se face pe poziția și viteză.

Dinamică: în afară de reglementarea de control viteză și poziția a proprietăților dinamice de manipulare și elementele asociate cu acesta.

Adaptive: cuprinde toate reglementările anterioare, precum și mânere de control variația caracteristicilor manipulatorului să varieze poziția.

Alt control de clasificare este distincția între control buclă deschisă și de control în buclă închisă. Controlul în buclă deschisă duce la multe erori, și, deși este mai simplu și mai ieftin decât un control buclă închisă, nu este acceptată în aplicații industriale unde precizia este o calitate esențială. Marea majoritate a roboților de astăzi sunt folosite în scopuri industriale sunt controlate printr-un proces în buclă închisă, și anume, printr-o buclă de feedback. Acest control se realizează cu ajutorul unui senzor de poziția reală a elementului terminalului manipulatorului. Informațiile primite de la senzorul este comparat cu valoarea inițială dorită și acționează în conformitate cu eroarea obținută astfel încât poziția actuală a meciului brațului, care a fost stabilit inițial.

Un robot complet autonom poate (necesită citare) obține informații despre mediul:

Locuri de muncă pentru o perioadă mai lungă, fără intervenție umană.

Mutați fie toate sau o parte din el însuși de-a lungul mediului de funcționare, fără asistență umană.

Evitați situațiile care sunt dăunătoare pentru oameni, bunuri, sau se excepția cazului în care fac parte din specificațiile sale de proiectare.

Un robot autonom poate învăța sau dobândi noi cunoștințe ca ajustarea pentru noi metode de realizare sarcinile sau de adaptare la schimbare împrejurimi. Ca și alte mașini, roboți autonomi necesită încă întreținere regulată.

2.3.4 Dispozitivele de intrare și de ieșire

Cele mai frecvente sunt: tastatură, monitor și cutie de control. Desenul are un controler (modul calculator) care trimite semnale de la motoarele de fiecare axă a robotului și cutia de control, care servește pentru a arăta pozițiile manipulator robot.

2.3.5 Dispozitive speciale

Aceste axe care facilitează mișcarea transversală a stațiilor de manipulare și montaj, care sunt utilizate pentru a fixa diferite pieselor sunt:

Poziția stație de pe transportorul de încărcare/descărcare a pieselor.

Axa transversală ce crește volumul de muncă al robotului.

Calculator stație de inspecție integrat cu robotul.

Stație de asamblare.

Intrare/ieșire pentru a efectua integrarea funcție prin adăugarea acestor elemente.

Grade de libertate.

Fiecare dintre mișcările independente (deplasările și rotirile), care pot efectua fiecare articulație în raport cu cele de mai sus. Sunt parametri care sunt nevoie pentru a determina poziția și orientarea elementului terminalului manipulatorului. Numărul de grade de libertate ale robotului sunt date de suma articulațiilor care o compun. Deoarece articulațiilor sunt de obicei folosite doar rotație cu un grad de libertate fiecărui, numărul de grade robotului coincide adesea cu numărul de articulații care o compun.

În ceea ce privește poziția și orientarea corpului în nici un fel în spațiu șase parametri, trei sunt necesare pentru a defini poziția și trei pentru orientare, dacă este în poziția și orientarea un capăt robot de (și cu ea piesă de prelucrat sau instrumentul manipulat) în orice mod, în spațiu, trebuie cel puțin șase grade de libertate.

Un număr mai mare de grade de libertate conduce la o mai mare flexibilitate în poziționarea elementului terminal. Deși majoritatea aplicațiilor industriale necesită 6 grade de libertate, cum ar fi sudura, prelucrare și paletizare, mai complex, care necesită un număr mai mare, așa cum este cazul în lucrările de asamblare. Dacă lucrați într-un mediu cu obstacole, robotul oferă gradele suplimentare de libertate vă permite accesul la poziții și orientări de la sfârșitul căreia, ca urmare a obstacolelor, ei nu ar veni cu șase grade de libertate. O altă situație comună este de a oferi robotul un grad suplimentar de libertate care permite să călătorească de-a lungul unei benzi crescând astfel volumul de spațiu care poate fi accesat. Mișcare simplă și limitate, cum ar fi sarcinile de pictură și paletizare necesită, de obicei.

În cazul în care numărul de grade de libertate ale robotului sunt mai mare decât sunt necesare pentru a realiza o anumită sarcină se spune că robotul este în redundanță. Ne uităm la mișcările brațului și mâinii, putem determina numărul de grade de libertate, care prezintă un robot. În general, atât braț și încheietura mâinii, sunt un spectru între unu și trei, gradele de libertate brațului manipulator sunt direct legate de anatomia sau configurația lor.

2.4 Tipurile de roboți industriali

Roboți Industriali de tip Scară:

Operații de paletizare/de paletizare.

Operații de manipulare.

Operații de montaj componente [20].

Lini Automate Speciale.

Linii automate de împachetare în baxuri, etichetare și paletizate.

Linii robotizate de formare/lipire/închidere baxuri de carton.

Stocare automată pe euro paleți și operație de paletizare.

Manipulare automată a carcaselor metalice cu mase foarte mari.

Celule flexibile robotizate de paletizare/de paletizare pet-uri.

Linii de sortare automată.

Roboți Industriali de tip Braț Articulat:

Deservire mașini-unelte.

Operații de paletizare.

Operații de manipulare.

Operații de montaj.

Operații de sudare [20].

Roboți Industriali pentru operațiilor de manipulare:

Operații de stocare/destocare baxuri.

Operații stocare folii de carton cu despărțitoare de straturi.

Operații de încărcare/umplere cutii.

Operații de paletizare alimentare/descărcare piese semifabricat pentru mașini unelte [20].

Sisteme de Transfer-Transport:

Tip bandă rulantă.

Transport pe role.

Module de translație.

Sisteme tip robocar pentru transport paleți [20].

2.4.1 Tehnica Roboților în Industrie

Încă de la începuturile dezvoltării reformei industriale, roboții au reprezentat un monopol important în dezvoltarea tehnologiei actuale. Industria roboților a cunoscut o creștere a volumului și complexități interacțiunii dintre om și mediul artificial creat de el, înseamnă tot o dată și creșterea exponențială a cerințelor de acționare în comandă surselor artificiale a uneltelor, dispozitivelor și mașinilor. Rezultă de aici marcarea celei de a două revoluții științifico-tehnice și a expansiunii crescute al cercetărilor științifice. Prin procesele artificiale se formează succesiunii de cauze și efecte care determină intervenția continuă sau discontinuă, adică omul poate să intervină respectiv neimplicarea sa. În variantă normală a unui operator acționează în procesele discontinue cu forțele sale proprii. Deplasarea făcându-se sub coordonarea mâinilor și a ochilor, realizându-se de creier de aceia s-au efectuat automat operații de inteligențe de ghidare similare omului.

Este de la sine înțeles, că robotul reprezintă miniatură ființei umane, întrucât mecanismele construcțiilor sale imită abilitățile naturale ale omului. Industria roboților a cunoscut o creștere a volumului și complexității interacțiunii dintre om și mediul artificial creat de el, înseamnă tot o dată și creșterea exponențială a cerințelor de acționare în comandă surselor artificială a uneltelor, dispozitivelor și mașinilor. Rezultă de aici marcarea celei de a două revoluții științifico-tehnice și a expansiunii crescute al cercetărilor științifice.

Prin procesele artificiale se formează succesiuni de cauze și efecte care determină intervenția continuă sau discontinuă, adică omul poate să intervină respectiv nu trebuie să se implice. În variantă normală a un operator acționează în procesele discontinue cu forțele sale proprii

2.4.2 Impactul asupra automatizări industrial

Conceptul care a existat pe automatizări industriale a schimbat profund cu încorporarea în lumea de lucru a robotului, care introduce noul termen de "sistem flexibil de fabricație", a cărui caracteristică principală este ușurința de adaptare a operei de bază, sarcini diferite de producție. Celulele de producție flexibile conforme cu nevoile pieței și sunt constituite în principal de grupuri de roboți, controlate de computer. Celulele flexibile reduce durata ciclului în atelierul unui produs și eliberarea persoanelor la locul de muncă neplăcută și monotonă. Interacțiunea diferitelor celule flexibile prin calculatoare puternice, va conduce la fabrică complet automatizat, care există deja unele experiențe.

2.4.3 Impactul asupra competitivității

Adoptarea de automatizare parțială și totală de fabricație, de către companii multinaționale, forțând toți ceilalți să îi urmeze exemplul pentru a menține supraviețuirea lor. În cazul în care utilizarea de mașini sofisticate este mic, investiția nu este justificată. Pentru a combina reducerea orelor de lucrători și dorințele lor de lucru pentru a fi introduse pe parcursul zilei timp normală, cu utilizarea intensivă a sistemelor moderne de producție, este necesar să se utilizeze noi tehnici de producție flexibil integrat.

3 STUDIUL DE CAZ AUTOMATIZAREA BRAȚULUI ROBOTIC

3.1 Automatizarea Brațului Robotic

Prin prezenta lucrare s-a urmărit elaborarea unei machete care reprezintă simularea unui braț robotic în miniatură și în același timp redactarea unui cod pentru a pune în funcțiune montajul.

Pentru materializarea proiectului fizic s-a comandat un braț robotic de jucărie care era controlat printr-o telecomandă. Din dorința de a realiza un braț robotic autonom (automatizat), adică să nu depindă de acțiunea umană de a-l putea comanda prin telecomandă, s-a apelat la un circuit Arduino UNO și punți duble H-Bridge.

Am ales ca platformă de codare micrcontroller-ul ATmega328 cu care vine echipat Arduino UNO din simplitatea cu care se poate redacta programul pentru a fi ușor de manipulat brațul robotic. Limbajul de programare folosit este similar cu C++.

Am optat pentru circuitele L298N deoarece sunt capabile să comande două tipuri de motoare : motor pas-cu-pas ( Stepper ) și motoare de curent continuu ( DC ). În situația prezentă în această lucrare se pune accentul pe utilizarea punților H-Bridge pentru comandarea a cinci motoare de curent continuu necesitând ieșirea de 12 V. În acest scop au fost folosite 3 astfel de punți pentru a putea comanda 5 motoare de curent continuu. Au fost grupate două câte două motorașe pe câte o placă L298N cu excepția unui singur motoraș care este responsabil pentru rotația brațului robotic.

Brațul robotic are punct prealabil de pornire pe care l-am numit punct ,,zero”. Din acest punct realizează operația de coborâre pentru a prinde obiectul. Următorul pas după prinderea obiectului este ridicarea brațului la nivelul ,,zero”. De la acest reper urmează rotația brațului fie spre dreapta sau spre stânga în funcție de inversarea polilor. După rotație urmează comanda de coborâre pentru a așeza obiectul pe o poziție dată ( stabilit de utilizator prin cod ). După efectuarea acestei operații brațul își revine la poziția inițială de unde a plecat ( poziția ,,zero” ). Brațul așteaptă 3000 de milisecunde, după care reia ciclul stabilit de către operator. Se realizează un set de 5 cicluri concomitent cu prima buclă repetitivă. După ce a efectuat aceste cicluri, face o pauză de 7 secunde, după care reia setul de 5 cicluri menționate anterior.

Acest proces poate fi implementat într-o linie de producție pe o bandă rulantă unde un braț robotic pe scară mai mare poate selecta produsele bune pentru a le filtra de cele rele. Spre exemplu, produsele bune vor fi așezate în partea dreaptă, pe când cele rele în partea stângă. Același proces poate fi utilizat tot pe o linie de automtizare pentru a muta unele produse, piese de dimensiuni diferite de pe o bandă pe alta.

3.2 Construirea brațului robotic

Proiectul fizic propus pentru această lucrare a fost automatizarea unui braț robotic prin programarea plăcii Arduino Uno. Pentru realizarea brațului robotic avem nevoie de următoarele componente:

Braț robotic [23].

Arduino UNO V3 [24].

Placă L298n [25].

Fire (tată-tată, mamă-mamă) [26] [27].

Baterii.

Cablu USB pentru conectarea Arduino cu laptopul.

Materiale necesare pentru montarea/asamblarea brațului robotic:

Clește.

Șurubelniță (stelară).

Cutter.

Foarfecă.

Vom urmări etapele care trebuiesc executate în vederea punerii în funcțiune a brațului robotic:

Asamblarea brațul robotic.

Instalarea software pentru placa Arduino.

Conectarea plăcii arduino cu laptopul.

Configurarea plăcii arduino.

Implementarea liniilor de cod necesare acționării brațului.

Conectarea plăcii arduino cu placa L298N.

Conectarea motoarelor cu placa L298N.

Astfel, voi enumera principalii pași parcurși în vederea realizării brațului robotic:

Componentele necesare pentru realizarea brațului robotic se vor vedea în Figura 17.

Asamblarea bazei robotului, a constat în mare din clădirea unor platane de distanțiere până la platforma de rotație (276º în orice sens), care este reprezentată în figură. 18. Tot la baza brațului robotic există un lăcaș pentru amplasarea bateriilor de alimentare a servomotoarelor, baterile folosite sunt bateri de tip D. Piesele utilizate aici au fost predominant șuruburi.

Construirea joncțiunilor (încheieturilor, care ne permit rotire la 300º) brațului robotic prin încapsularea unor elemente specific figurii 17. Ne referim aici la roți dințate dispuse pe niște tije de metal. Distanța dintre ele este optimă ca să rezulte o transmisie mecanică favorabilă. Principiul de funcționare este relativ simplu întrucât roțile dințate sunt acționate de un servomotor care prin conversia energiei electrice în cuplu mecanic pune în mișcare roțile dințate. Gradele de libertate ale brațului sunt evidente în Figura 17.

Îmbinarea elementelor care compun extremitatea de prindere a obiectelor (clampă) aflate în spațiu. Sistemul se bazează tot pe atașarea unor roți dințate care fie închid cele două elemente ale brațului său, fie deschid cele două elemente si las liber obiectul prins, deschiderea celor două elemente făcându-se la 120º.

Asamblarea brațului robotizat a fost concepută foarte simplu întrucât orice utilizator să poată realiza asamblarea brațului robotizat format din:

Bază.

Articulație.

Sistem de prindere.

3.2.1 Placa L298N.

Utilizare:

Acest modul Stepper pas cu pas pentru Arduino este utilizat în controlul vitezei motoarelor și direcției, dar pot fi utilizate pentru alte proiecte, cum ar fi conducerea luminozitații unor proiecte de iluminat cu LED-uri, cum ar fi rețele de mare putere figura 22.

3.2.2 Arduine UNO V3

Tensiunea de la ieșirea amplificatorului de eroare este comparată cu valoarea semnalului în dinte de fierăstrău. Dacă ieșirea acestuia este mai mare decât valoarea dintelui de fierăstrău atunci la ieșirea comparatorului vom avea ‘1’ logic adică On. Dacă ieșirea amplificatorului este mai mică decât valoarea dintelui de fierăstrău atunci la ieșirea comparatorului vom avea ‘0’ logic adică Off.

Dacă tensiunea de ieșire tinde sa crească, atunci tensiunea de reacție va crește peste tensiunea de referință, astfel tensiunea de ieșire a amplificatorului de eroare va scădea rezultând astfel o durată mai mică pentru care la ieșirea comparatorului vom avea ‘1’ logic. Dacă tensiunea de ieșire scade atunci la ieșirea comparatorului vom avea o durată mai mare de ‘1’ logic. Această modificare a lățimii impulsurilor în funcție de tensiunea de ieșire este datorată factorului de umplere (duty-cicle). În cazul in care tensiunea de ieșire este constantă, aceasta este menținută de reacția negativă la valoarea dorită. Mediul de programare Arduino conține o bibliotecă bogată de funcții (proceduri) prin intermediul cărora programatorul poate să acceseze resursele fizice ale plăcii: semnale digitale de intrare/ieșire, semnale analogice de intare și de ieșire, interfețe seriale, sau alte interfețe care pot fi atașate plăcii Arduino.

Limbajul de programare este unul asemănător cu limbajul “C”. În structura unui program există două părți:

O parte care se execută o singură dată – funcția “setup()".

O parte care se execută în mod repetitiv – funcția “loop()".

În funcția setup() se vor include inițializările necesare pentru execuția programului, iar în funcția loop(), corpul aplicației, care înseamnă o secvență de operații executate într-o buclă infinită. Acest mod de execuție se bazează pe observația ca un program de monitorizare sau de control are o parte de inițializare și configurare și o altă parte care efectuează repetitiv operații de citire semnale, procesare si generare de comenzi.

O aplicatie scrisă în acest mediu poartă numele de schiță (eng. sketch). Prin intermediul mediului de programare utilizatorul poate să compileze programul scris (Sketch – Compile) si apoi poate sa-l lanseze in executie (butonul).

3.2.3 Implementare

După terminarea codului s-a trecut la implementarea lui pe placa arduino și s-a verificat dacă rulează, s-a trecut la legarea și asamblarea circuitului electric între cele trei plăci L298N și placa Arduino cu ajutorul unor fire de tip tată-tată și mamă-mamă. Modul de realizare a conexiunii dintre brațul robotic și placa Arduino si placa L298N:

Prima dată am alimentat placa Arduino la sursa de tensiune (baterii) cu ajutorul unei mufe de alimentare care este conectată la baterii cu ajutorul unor fire, după care am conectat placa L298N la alimentare la tensiune și apoi am introdus un fir de la pământarea plăcii L298N la groundul plăcii Arduino și după care am conectat motorul unu la placa L298N cu ajutorul firelor am conectat si motorul doi la aceiași placă L298N și am mai conectat de la pinii plăcii L298N la pinii plăcii Arduino. Aceeași metodă am folosit-o și pentru M3, M4, M5.

M1 este motorașul de curent continuu localizat în partea superioară a brațului și este folosit pentru deschiderea și închiderea clampelor.

M2 este motorașul care asigură mișcarea alternativă pentru a putea ghida clampele în mod ascensor.

M3 este motorașul care are rolul de a ,, imita ” cotul uman. Este responsabil pentru ridicarea brațului la aproximativ 90 de grade.

M4 este motorașul care realizează mișcarea du-te-vino pentru a putea permite brațului să parcurgă o anumită distanță după care să revină la poziția inițială.

M5 ne permite rotirea spre dreapta cu 90 de grade pentru a putea a colecta obiectul din dreapta iar în stânga ne permite tot 90 de grade pentru a lăsa obiectul inițial în stânga.

3.2.4 Codul programului în Arduino

Prima dată am inițializat pinii:

M1=2; adică motorul unu folosește pinul al doilea care închide și prinde obiectul.

M1,2=3; motorul unu folosește pinul trei care deschide sistemul de prindere și lasă liber obiectul prins.

M2=4; motorul al doilea folosește pinul patru ne asigură mișcarea alternativă pentru a putea ghida clampele în jos.

M2,2=5 motorul al doilea folosește pinul cinci ne asigură mișcarea alternativă pentru a putea ghida clampele în sus.

M3=6 motorul al treilea folosește pinul șase cu ajutorul caruia ne permite să coborâm brațul robotului în jos.

M3,2=7 motorul al treilea folosește pinul șapte cu ajutorul caruia ne permite să urcăm brațul robotului în sus.

M4=8 motorul al patrulea folosește pinul opt care realizează posibilitatea de a manevra brațul robotic în față.

M4,2=9 Motorul al patrulea folosește pinul nouă care realizează posibilitatea de a manevra brațul robotic în spate.

M5=10 motorul al cincilea folosește pinul zece este folosit pentru rotirea brațului în spre dreapta.

M52=11 motorul al cincilea folosește pinul unsprezece este folosit pentru rotirea brațului înspre stânga.

După ce am inițializat pinii trecem la declararea variabilei căreia îi vom atribui initial valoarea 0. Acest lucru ne va folosi la testarea egalității în cadrul unui ciclu de tip while pentru a permite intrarea în respectiva buclă.

Ulterior am declarat tipul fiecărui pin ca fiind de tip output-ieșire pentru a transmite semnale electrice către pinul vizat. Mai apoi am dat o comandă de tip delay de 3 secunde care va începe să curgă de la conectarea platformei Arduino.

Manevrele executate de robot trebuiesc puse în corelare cu liniile de cod pe care le vom explicita în următoarele rânduri.

Astfel, incipitul funției void loop() este marcat de inițializarea variabilelor i cu valoarea 1, respectiv j cu valoarea 0. Automatizarea robotului este posibilă prin intermediul a două cicluri. Prima buclă while testează egalitatea variabilei i cu 1, favorizând intrarea în al doilea ciclu. Ciclul while (j<=3) are rolul de a repeta setul de operații executate de brațul robotic într-o ordine succesivă. Tranzițiile prin care trece brațul sunt următoarele:
prin instrucțiunea digitalWrite(M4,HIGH) se va aplica o tensiune motorașului M4 care va aduce brațul robotic în față. Dezactivarea lui momentană se face după o întârziere de 500 ms.

coborârea brațului robotic la un nivel inferior se face cu comanda digitalWrite(M3, VHIGH) care va prelua o tensiune de 3V pentru a aduce cleștele în poziția obiectului de apucat.

prinderea obiectului se face prin aplicarea tensiunii asupra motorașului M2 tot prin comanda digitalWrite.

operațiile inverse celor menționate mai sus se realizează cu ajutorul variabilelor M22, M32, M42 pentru a ridica brațului robotic în poziția inițială.

rotirea sistemului se datorează comenzii digitalWrite(M5, HIGH) care va aplica o tensiune de 3V asupra motorașului 5.

operațiile următoare sunt executate după modelul de mai sus, singura diferență fiind finalitatea operației, anume lăsarea obiectului pe o altă poziție.

din acest punct brațul robotic se va ridica și roti pe același drum pentru a ajunge în punctul zero, așteptând un nou ciclu.

după trei bucle ieșirea complete din loop se face cu asocierea valorii i=0 care nu mai validează primul ciclu while.

Concluzii și Optimizări

Dat fiind faptul că din ce în mai mulți roboți lucrează pentru oamenii din industrie, fabrici, depozite, laboratoare, roboții sunt utili în multe feluri. De exemplu, aceștia stimulează economia deoarece întreprinderile trebuie să fie eficiente pentru a ține pasul cu concurența industriei. Prin urmare, având roboți ajută proprietarii de afaceri să fie competitiv pentru că roboții pot efectua sarcini mult mai eficiente și mai rapide decât oamenii. De exemplu, un robot poate construi, asambla o mașină, cu toate acestea roboții nu pot opera în fiecare loc de muncă, astăzi roboți au roluri care includ asistarea în cercetare și industrie. În cele din urmă, pe măsură ce tehnologia se îmbunătățește, vor exista noi moduri de a folosi roboți care vor aduce noi speranțe și noi potențiale.

Roboții în poveștile lui Isaac Asimov, au fost concepuți pentru a lua locul omului în locuri de muncă greu accesibile, periculoase. Asimov vedea roboți care sunt destinați să înlocuiască oamenii în locuri în care formarea și instruirea erau foarte costisitoare și consumatoare de timp. În timp ce înlocuirea ființei umane cu roboți nu este complet fezabil în lumea modernă, oameni de știință muncesc pentru a crea roboți tot mai inteligenți, care să realizeze aceleași lucruri de muncă pe care le-ar putea realiza doar omul.

În concluzie, oamenii nu creează într-adevăr roboți ca să ne înlocuiască, acesta fiind un lucru bun în special sunt utili pentru realizarea lucrurilor pe care omul nu este capabil să le execute sau sunt periculoase pentru om de exemplu cum ar fi lucrul cu substanțe periculoase sau toxice.

Beneficiile introducerii roboților în industrie includ controlului și al productivității și creșterea evidentă a calității produselor. Roboții pot lucra zi și noapte fară a obosi fără a-și reduce performanța. Consecvent realizează reduceri substanțiale ale prețului de cost în primul rând prin reducerea consumurilor de materii prime și al prelucrării automate. De asemenea utilizarea roboților aduce avantaje pe piață concurenței. Prin dezvoltarea rapidă a industriei și a tehnicii noi, putem observa evoluția roboților industriali spre generațiile inteligente ce le oferă caracteristica de a "înțelege" modalitatea de lucru.

Este remarcat că roboții industriali prin calitățile lor deosebite pot cauza reduceri masive de personal acolo unde sunt implementați, dar creează și meserii alternative:

Ingineri;

Vânzători;

Tehnicieni în industria robotizării;

Supervizori;

Programatori;

 Operatori roboții etc.

Optimizarea

Pe viitor mi-am propus să optimizez brațul robotic prin implementarea unor senzori de proximitate, pentru stabilirea distanței de la cleștele de prindere la produs. De asemenea ar fi necesari senzori optici pentru determinarea dimensiunii pieselor, pentru a putea fi selectate conform unor criterii. Totodată ar fi utili și senzori de forță pentru a determina intensitatea strângerii obiectelor, pentru a nu altera calitatea produsului finit sau pentru a fi asamblat.

ANEXA

Anexa I

S-a realizat redactarea codului cu ajutorul limbajului de programare asemănător limbajului C++.

//initializare pini:

int M1=2;

int M12=3;

int M2=4;

int M22=5;

int M3=6;

int M32=7;

int M4=8;

int M42=9;

int M5=10;

int M52=11;

//declarare variabila i si j

int i=0;

int j=0;

void setup() {

pinMode(M1, OUTPUT);

pinMode(M12, OUTPUT);

pinMode(M2, OUTPUT);

pinMode(M22, OUTPUT);

pinMode(M3, OUTPUT);

pinMode(M32, OUTPUT);

pinMode(M4, OUTPUT);

pinMode(M42, OUTPUT);

}

//bucla program

void loop() {

delay(3000); //asteapta 3 secunde

int i=1; //atribuire valoare 1 la variabila i

int j=0;

while(i==1){ //conditie de intrare in ciclu

while(j<=3){

//coboara

digitalWrite(M4, HIGH); // turn the LED on (HIGH is the voltage level)

delay(500); // wait for a second

digitalWrite(M4, LOW); // turn the LED off by making the voltage LOW

digitalWrite(M3, HIGH); // turn the LED on (HIGH is the voltage level)

delay(1000); // wait for a second

digitalWrite(M3, LOW);

digitalWrite(M2, HIGH); // turn the LED on (HIGH is the voltage level)

delay(500); // wait for a second

digitalWrite(M2, LOW);

//prinde

digitalWrite(M1, HIGH); // turn the LED on (HIGH is the voltage level)

delay(1000); // wait for a second

digitalWrite(M1, LOW);

//urca

digitalWrite(M42, HIGH); // turn the LED on (HIGH is the voltage level)

delay(655); // wait for a second

digitalWrite(M42, LOW); // turn the LED off by making the voltage LOW

digitalWrite(M32, HIGH); // turn the LED on (HIGH is the voltage level)

delay(1225); // wait for a second

digitalWrite(M32, LOW);

digitalWrite(M22, HIGH); // turn the LED on (HIGH is the voltage level)

delay(500); // wait for a second

digitalWrite(M22, LOW);

//roteste

digitalWrite(M52, HIGH); // turn the LED on (HIGH is the voltage level)

delay(4000); // wait for a second

digitalWrite(M52, LOW);

//coboara

digitalWrite(M4, HIGH); // turn the LED on (HIGH is the voltage level)

delay(500); // wait for a second

digitalWrite(M4, LOW); // turn the LED off by making the voltage LOW

digitalWrite(M3, HIGH); // turn the LED on (HIGH is the voltage level)

delay(1000); // wait for a second

digitalWrite(M3, LOW);

digitalWrite(M2, HIGH); // turn the LED on (HIGH is the voltage level)

delay(500); // wait for a second

digitalWrite(M2, LOW);

//desprinde

digitalWrite(M12, HIGH); // turn the LED on (HIGH is the voltage level)

delay(1000); // wait for a second

digitalWrite(M12, LOW);

//urca

digitalWrite(M42, HIGH); // turn the LED on (HIGH is the voltage level)

delay(655); // wait for a second

digitalWrite(M42, LOW); // turn the LED off by making the voltage LOW

digitalWrite(M32, HIGH); // turn the LED on (HIGH is the voltage level)

delay(1225); // wait for a second

digitalWrite(M32, LOW);

digitalWrite(M22, HIGH); // turn the LED on (HIGH is the voltage level)

delay(500); // wait for a second

digitalWrite(M22, LOW);

//roteste inapoi

digitalWrite(M5, HIGH); // turn the LED on (HIGH is the voltage level)

delay(4035); // wait for a second

digitalWrite(M5, LOW);

//asteapta pt urmatoru ciclu

delay(3000);

j=j+1;

}

j=0;

delay(7000);

}

}

Anexa II

Pozele asamblări brațului robotic:

Componentele necesare pentru asamblare sunt afișate mai jos.

Construcția bazi brațului robotic asamblată sunt introduse și bateriile.

Construirea joncțiunilor (încheieturilor) brațului prin încapsularea unor elemente specific.

Îmbinarea elementelor care compun extremitatea de prindere a obiectelor clampă.

Asamblarea brațului robotizat a fost concepută foarte simplu folosind instrucțiunile din dotare.

Alimentarea motoraselor din brat cu placile L298N.

Bibliografie

[1] Atestat CNC și Roboți accesat în 14.05.2016.

[2] Rezumat Teza ing. Mironescu Doru, Cordonator Ștințific Cam.(r)prof.univ.dr.ing. Dan Ioan Ionescu 2006.

[3] Rezumat Teza ing. Mironescu Doru, Cordonator Ștințific Cam.(r)prof.univ.dr.ing. Dan Ioan Ionescu 2006.

[4] Proiect cofinanțat din Fondul Social European prin Programul Operațional Sectorial pentru Dezvoltarea Resurselor Umane 2007 – 2013 Beneficiar: Universitatea Tehnică din Cluj-Napoca.

[5] Sistemele de Locomoție ale Roboților, Grpul Școlar Industrial ,,Ștefan Procopiu’’ Vasile 2010 acccesat în 14.05.2016.

[6] Gacsádi Alexandru Bazele Roboticii.

[7] Ingineriia Inovației Robo Fun accesat în 10.05.2016.

[8] Asimo Robot Umanoid accesat în 07.05.2016.

[9] Robot Industrial accesat în 08.05.2016.

[10] Robot Casnic accesat în 05.05.2016.

[11] Robot Explorator accesat în 18.05.2016.

[12] Robot Autonom Mobil accesat în 05.05.2016.

[13] Robot Militar accesat în 05.05.2016.

[14] Robot Pazitor accesat în 11.05.2016.

[15] Robot de Serviciu accesat în 10.05.2016.

[16] Robot de Jucarie accesat în 04.05.2016.

[17] Robot Medical accesat în 01.05.2016.

[18] Utilizarea Roboților Industriali la Fabricarea Autovehiculelor Militare.

[19] Roboți industriali accesat în12.05.2016.

[20] Utilizarea Roboților Industriali.

[21] Liceul Tehnologic ”SF. Pantelimon” Bucuresti Indrumator: Barlean Angela Eleva: Stan Marian Razvan accesat în 05.05.2016.

[22] Tipuri de Roboți Industriali.

[23] Braț Robotic KSR 10 accesat în 05.02.2016.

[24] Arduino Uno V3 accesat în 05.02.2016.

[25] L298N accesat în 05.02.2016.

[26] Fire Tată-Tată accesat în 05.02.2016.

[27] Fire Mamă-Mamă accesat în 05.02.2016.