CERCETĂRI PRIVIND ROBOȚII DE SERVICII 3 1.1 Roboți de servicii 3 1.2 Roboți de servicii pentru aplicații profesionale 4 1.3 Date statistice legate de… [307950]

Cuprins

Capitolul I 3

CERCETĂRI PRIVIND ROBOȚII DE SERVICII 3

1.1 Roboți de servicii 3

1.2 Roboți de servicii pentru aplicații profesionale 4

1.3 Date statistice legate de roboții de servicii pentru utilizări profesionale 5

1.4 Modele de roboți de inspecție și întreținere a tubulaturilor de aer 6

Capitolul II 9

DESCRIEREA APLICAȚIEI 9

2.1 Aspecte Manageriale 9

2.2 Descrierea problemelor din instalațiile de ventilație și climatizare 10

2.3 Date statistice legate de aerul alterat circulat în instalații 11

2.4 Caracteristiciile tuburilor din cadrul instalațiilor de aer 12

2.5 Metode de igienizare a instalațiilor și îmbunătățirea calității aerului 19

2.5.1 Metoda expunerii la radiația UV 19

2.5.2 Metode chimice 22

2.5.3 Metode mecanice 23

2.6 Concluzii privind aplicația 24

Capitolul III 26

DEZVOLTAREA COMPETITIVĂ A ROBOTULUI 26

3.1 Descrierea dezvoltării competitive 26

3.2 Ierarhizarea cerințelor clientului folosind metoda AHP 27

3.3 Analiza funcțională a [anonimizat] 28

3.4 Planificarea performanțelor robotului folosind metoda QFD 30

3.5 Planificarea funcțiilor robotului folosind medoda QFD 31

3.6 Analiza modulelor robotului folosind metoda QFD 31

Capitolul IV 32

DESCRIEREA PROTOTIPULUI DE ROBOT 32

4.1 Descrierea generală a robotului 32

4.2 Descrierea modulelor robotului 33

4.2.1Modulul de mișcare 33

4.2.2 Modulul de aspirație 35

4.2.3 Modulul de echilibrare 36

4.2.4 Modulul radio 37

4.2.5 Modulul video 38

4.2.6 Modulul de igienizare 39

Capitolul V 40

MEMORIU JUSTIFICATIV DE CALCUL 40

5.1 Justificarea economică 40

5.2 Calculul debitului de aer necesar robotului pentru deplasarea în plan vertical 41

5.3 Calculul elicelor de aspiratie 43

5.4 Calculul momentului de tracțiune necesar deplasării robotului 45

5.5 Calculul surubului din cadrul mecanismului de echilibrare 47

Capitolul VI 51

MODELAREA ROBOTULUI ÎN MEDIUL VIRTUAL ȘI PREZENTAREA MACHETEI 51

Capitolul VII 54

CONCLUZII ȘI CONTRIBUȚII PERSONALE 54

Capitolul VIII 56

DOCUMENTAȚIE TEHNICĂ 56

8.1 DVD-ul suport al acestei lucrări 56

OPIS 61

ANEXE 62

BIBLIOGRAFIE 79

Capitolul I

CERCETĂRI PRIVIND ROBOȚII DE SERVICII

1.1 Roboți de servicii

Robotica din punct de vedere al aplicațiilor se poate împărții în robotica industrială și robotica serviciilor.

[anonimizat], [anonimizat]-au găsit o [anonimizat].

[anonimizat], [anonimizat].

[anonimizat] o manieră semnificativă la sfârșitul anilor ’80, [anonimizat], în ordinea aproximativă a apariției, evidențiați în figura 1, sunt: [anonimizat], [anonimizat] (roboți asistenți în mediu casnic); [anonimizat], roboții manufacturieri (nu în sensul roboților industriali).

[anonimizat]: roboții de serviciu pentru aplicații speciale sau profesionale – service robots for professional applications – roboții de serviciu pentru utilizări personale – domestic robots – și roboții pentru cercetare-dezvoltare.[1]

Fig. 1. Tipuri reprezentative de roboți de servicii [I.S07a]

1.2 Roboți de servicii pentru aplicații profesionale

Categorii de aplicații și variante principale. Din perspectiva aplicațiilor profesionale există mai multe categorii, fiecare cuprinzând mai multe variante distincte de roboți de servicii. În continuare, cu trimitere la tabelul 1, pentru fiecare categorie sunt precizate principalele variante de roboți, recunoscute până în prezent, iar pentru anumite tipuri este arătată câte o variantă reprezentativă.

Ariile majore ale roboticii serviciilor cuprind: roboți agricoli, roboți zootehnici (mulgători), roboți forestieri, roboți minieri și roboți spațiali.

Curățenia profesională cuprinde: roboți pentru curățat pardoseli, roboți pentru curățat ferestre și pereți, roboți cățărători, roboți de curățat piscine, roboți pentu alte tipuri de curățenie .

Sistemele de inspecție cuprind: roboții de inspectat canale, rezervoare, conducte și tuburi, roboții pentru inspectat instalații tehnice de putere, pentru incinte nucleare și pentru poduri.

Construcțiile și demolările cuprind: roboții de demolare și dezafectare a complexelor de locuințe, chimice, militare etc. și roboții de construcții care, la rândul lor, pot fi clasificați în: roboți de construcții propriu-ziși (pentru clădiri), roboți pentru construirea drumurilor, roboți de perforat și roboți pentru operații de întreținere a construcțiilor în derulare.

Sistemele logistice cuprind: roboții și sistemele robotice din clădirile de birouri și spitale utilizate pentru: transmitere documente, distribuirea corespondenței, colectarea gunoiului etc.

Robotica medicală cuprinde: roboții de diagnostic, roboții folosiți la diverse terapii, inclusiv operații chirurgicale, și roboții pentru asistarea pacienților.

Robotica laboratoarelor cuprinde toate tipurile de roboți utilizați în laboratoare, în afara celor destinați special pentru cercetare și dezvoltare.

Aplicațiile robotice de apărare, cu mare risc și de securitate includ: roboții de deminare, roboții penru stingerea incendiilor și roboții pirotehnici utilizați în domeniul public, roboții de supraveghere și recunoaștere militară terestră și aeriană.

Sistemele robotice subacvatice cuprind: roboții subacvatici de inspecție și recunoaștere, de intervenție și de salvare.

Spațiul public cuprinde: roboți utilizați în hoteluri și restaurante, roboți ghid și roboți de marketing.

Alimentarea cu combustibil cuprinde variantele roboților destinați alimentării automate cu combustibil, în special pentru autobuze și taxiuri.

Robotica umanoidă cuprinde tipurile de roboți umanoizi, în prezent în dezvoltare, chiar explozivă.

Platformele robot cuprind diferitele tipuri de platforme robot, în special platforme mobile, realizate în concepție modulară, cu dotări în funcție de solicitări, care deschide larg posibilitatea realizării robotului de serviciu corespunzător aplicației respective (evident că platforma poate fi echipată cu diverse alte echipamente: brațe robot, prehensoare, sisteme audio, sisteme video, senzori, sisteme de inspectie etc.).

1.3 Date statistice legate de roboții de servicii pentru utilizări profesionale

Pentru evidențierea concretă a stadiului recent și tendințelor în domeniul roboților de serviciu în Tab.1 este prezentat numărul estimat al unităților instalate la sfârșitul anului 2004 și estimarea numărului de unități instalate până la sfârșitul anului 2008, ca și valorile corespunzătoar.

Tab.1 Date statistice privind roboții de servicii[I.S07p]

1.4 Modele de roboți de inspecție și întreținere a tubulaturilor de aer

1. Modelul HVAC utilizat de I.K. Stoltzfus Service Corp prezentat în Fig. 17 este un robot de inspecție video în interiorul tuburilor din cadrul instalațiilor de aer comerciale și industriale. Poate fi folosit pentru inspecția video dinaintea preocesului de igienizare a tuburilor si după efectuarea acestuia.

Acesta se deplasează doar în plan orizontal prin intermediul a patru roți motoare.Achiziția de imagini are loc prin intermediul unei camere video color de inaltă rezoluție.Este prevăzut cu senzor de distantă cu ultrasunete și sistem de iluminat. Comanda ,alimentarea cu energie și transmisia imaginilor are loc prin intermediul unui cablu cu o lungime de 30 metri. Greutatea aproximativă a acestui model este de 2 kg.

Fig.17 Robot de inspecție model HVAC [www01]

2. Modelul Ventcam prezentat în fig.18 este un robot de inspecție video în interiorul tuburilor din cadrul instalațiilor de aer comerciale și industriale. Poate fi folosit pentru inspecția video dinaintea preocesului de igienizare a tuburilor si după efectuarea acestuia.

Fig.18 Robot de inspecție în instalații de aer,modelul Ventcam[www.02]

Acest model se deplasează prin intermediul unor șenile pentru a putea depăși obstacolele întâlnite în tub.Este doatat cu camera video color cu zoom optic de 10x.

Comanda, alimentarea cu energie și transmisia imaginilor au loc prin cablu cu o lungime de 50 metri conectat la un joystic prevăzut cu un ecran video cu diagonala de 12 cm. Dimensiunile acestui robot sunt 280x150x120 mm,si cu o greutate aproximativă de 3 kg

3.Modelul SEDIREP prezentat în Fig.19 este la fel ca modelele prezentate anterior, un robot de inspecție video în interiorul tuburilor din cadrul instalațiilor de aer comerciale și industriale. Poate fi folosit pentru inspecția video dinaintea preocesului de igienizare a tuburilor si după efectuarea acestuia

Caracteristica aparte prezentată de producători este cea a dimensiunilor reduse pentru o agilitate sporită în interiorul tuburilor.

Fig.19 Robot de inspecție în instalații de aer,modelul SEDIREP[www.03]

Acesta la rândul său se deplasează doar în plan orizontal prin intermediul a patru roți motoare dotate cu encoder. Dispune de senzor de distantă lateral și de senzor de înclinare pe două axe.

Achiziția de imagini are loc prin intermediul a două camere video color cu zoom optic de 10 x și iluminare proprie. Comanda, alimentarea cu energie și transmisia imaginilor are loc prin intermediul unui cablu cu o lungime de 30 metri conectat la un laptop. Dimensiunile acestui robot sunt 280x140x180 mm.[4]

După cum se poate observa, cele trei modele prezentate prezintă o serie de similitudini. Aceste modele au fost extrase dintr-o gamă variată de roboți de inspecție și întreținere a tubulaturilor.Alte modele existente pe piață sunt prezentate în Fig.20, doar ca variantă constructivă acestea având modul de funcționare și caracteristici asemanatoare celor prezentate anterior.

Fig.20 Modele de roboți de inspecție și întreținere a tuburilor[www.04]

Toate aceste modele sunt teleoperate de către un operator,fie prin intermediul unui laptop ,fie prin joystic.90% din modele existente pe piață sunt comandate prin cablu,doar 10 % au comanda și preluarea de informații wireless.

Capitolul II

DESCRIEREA APLICAȚIEI

2.1 Aspecte Manageriale

Aceste aspecte cuprind extrase din standarde ale Centrului European Pentru Normare (CEN) privind performanța energetică a clădirilor.

Normele Europene (EN), sau propunerile de Norme Europene (prEN), sau Normele Europene ISO, sunt publicate în mod oficial de către CEN la Bruxelles, dar pot fi obținute numai de la Organismele Naționale de Standardizare. Site-ul CEN furnizează datele de contact și posedă de asemenea un motor de căutare care permite să se afle care sunt activitățile de standardizare în lucru, și care sunt standardele sau propunerile de standarde disponibile.

Întregul set de standarde CEN referitoare la Directiva Europeană privind Eficiența Energetică în Clădiri constă din 43 de titluri sau părți și poate fii grupat în 6 categorii printre care găsim un set de standarde referitoare la inspecție:

› Cazane și sisteme de încălzire;

› Sisteme de răcire și de aer condiționat;

› Sisteme de ventilare

Propuneri de Norme Europene(prEN) extrase [5]:

prEN15240 prevede:

Ventilarea pentru clădiri – Performanța energetică a clădirilor – Recomandări pentru inspecția sistemelor de aer condiționat

Conținut: Descrie metodologia obișnuită pentru inspecția sitemelor de aer condiționat din clădiri pentru răcirea și/sau încălzirea spațiilor prin intermediul unui consumator de energie static. Scopul este de a aprecia performanța energetică și de a dimensiona sistemul în mod corect,incluzând: conformitatea cu proiectul original și cu modificările ulterioare ale acestuia, cerințele actuale și starea prezentă a clădirii, funcționarea corectă a sistemului; funcționarea și setarea diverselor elemente de control; funcționarea și adaptarea diverselor componente; energia furnizată și energia furnizată care rezultă.

prEN15239 prevede:

Recomandări pentru inspecția sistemelor de ventilare

Conținut: Prezintă metodologia de inspecție a sistemelor de ventilare naturală și mecanică în legătură cu consumul său de energie. Este aplicabil pentru toate tipurile de clădiri. Scopul este de a evalua funcționarea și impactul asupra consumului de energie. Include recomandări asupra posibilelor ameliorări ale sistemului.

prEN15251 prevede:

Criterii pentru ambientul interior, inclusiv confortul termic, calitatea aerului interior, a iluminatului și problemele de zgomot

Conținut: Specifică parametrii de impact și/sau criteriile pentru ambientul interior, și modul cum se stabilesc parametrii de intrare ai ambientului interior pentru proiectarea sistemului construcției și pentru calculele de performanță energetică. Specifică de asemenea metode pentru evaluarea pe termen lung a ambientului interior obținut ca rezultat al calculelor sau al masurărilor. Este aplicabil în special pentru clădirile ne-industriale unde criteriile pentru ambientul interior sunt stabilite de ocupanții umani, și unde producția sau procesul nu au un impact major asupra ambientului interior.

2.2 Descrierea problemelor din instalațiile de ventilație și climatizare

Aerul înconjurător conține diferite impurități aflate în aer care sunt un amestec de fum, ceață, vapori, particule granulate uscate, bio aerosoli precum și fibre naturale și sintetice. Ar putea de asemenea să conțină organisme vii, ca și spori de mucegai, bacterii și polen de plante, care pot cauza boli sau reacții alergice.

Dimensiunea aerosolilor sunt de la 0.01 μm și mai mici pentru particule proaspăt formate; până la 0.1 μm pentru particulele existente și fum de țigară; de la 0.1 la 10 μm pentru particulele de praf, microorganisme; și până la 1 00 μm și mai mare pentru particulele de praf din aer, polen.

Toate aceste impurități se depun în interiorul tubului, iar dealungul timpului aceste depuneri pot cauza pierderi semnificative de energie de peste 20% și probleme de sănătate celor care sunt expusi, datorită alterării aerului circulat prin instalație

Instalațiile de aer reprezintă o problemă atunci când este vorba de întreținerea lor și îmbunătățirea calității aerului.

Dacă luam în considerare Decretul președintelui 16/1996, care stabilește minime de securitate și sănătate în muncă în caietului de sarcini,si datorită aderării in Uniunea Europeana trbuie luată în considerare și Directiva 89/654/EU, în care punctul 6.5 prevede următoarele:
"Depozite și murdărie în aer condiționat sau ventilație a instalațiilor care ar putea duce la un risc pentru sănătatea lucrătorilor, din cauza poluării aerului inhalat, trebuie să fie reduse".

Depunerile din instalațiile de aer conduc la creșterea nivelului valorilor admise de ozon, oxizi de azot, dioxizi de sulf și de monoxid de carbon.Acestea duc la apariția simptomelor: dureri de cap, probleme ale pielii, dureri musculare, greață, astm bronșic, amețeli și alergii. [6]

Depunerile de praf în zonele cu umezeală sau unde există infiltrări de apă, din instalații datorită temperaturilor ridicate duc la formarea mucegaiului.

Deteriorarea aerului este invizibilă și imposibil de depistat.De aceea pentru a preveni alterarea aerului trebuie efectuată periodic inspecția instalațiilor și igienizarea lor.În fig.21 se prezintă impuritățiile nocive care trăiesc instalații și care se transmit pe calea aerului .

Fig.21 Aerul comtaminat microbiologic din instalațiile de aer [www.05]

2.3 Date statistice legate de aerul alterat circulat în instalații

-72 de trilioane de boli se transmit pe calea aerului

– Calitatea aerului ventilat din case și birouri este în primele cinci cele mai urgente riscuri de îmbolnăvire a populației.(Cornell University,American Medical Association ,American Lung Association , American Academy of Allergy & Immunology,Environmental Protection Agency (EPA) ,Mayo Clinic)

-90% din cazurile de gripă și peste 1 milion din cazurile de raceală în fiecare an în Statele Unite sunt luate în casă.(Environmental Protection Agency (EPA) )

– 6 din 10 locuințe din Statele Unite sunt”bolnave”adică pun în pericol sanatatea celor care locuiesc, datorită contaminării aerului

– Un bebeluș expus la aer sever contaminat inhalaează echivalentul a patru țigări pe zi datorită mucegaiului, sporilor, bacterilor, ciupercilor si a celortale componeente care plutesc în aer.(Scientific American)

– Majoritatea oamenilor petrec între 69-90% din timpul lor în interior sub circumstanțele aerului din instalații.(American Lung Association)

– Poluarea aerului din interiorul caselor si cladirilor este adesea de 7000% mai mare decât cea de afară.( Environmental Protection Agency (EPA) )

-50% din toate bolile sunt cauzate sau agravate de aerul contaminat din interior.

( American College of Allergists)

-Plamânii noștrii luptă de 10 ori pe minut timp de 24 ore pe zi cu microbii din aerul alterat microbiologic din interior

Toate aceste citate sunt traduceri ad-literam(de către autorul prezentei lucrări) ale declarațiilor făcute de asociațiile menționate, și publicate pe site-ul [www.06] conform bibliografiei

În Fig.22 este prezentată o comparație în interiorul unui tub din cadrul unei instalații de ventilatie și climatizare în care aerul este contaminat microbiologic datorită depunerilor pe pereții tubului functionând cu pierderi mari de energie și aceeași instalație funcționând la parametrii normali cu aer curat.

Fig.22 Interiorul unui tub rectangular de aer în două situații[www.07]

2.4 Caracteristiciile tuburilor din cadrul instalațiilor de aer

La proiectarea tubulaturii de ventilație obiectivul este realizarea unui sistem care, între limitele admise de spațiu și zgomot pentru tuburi transmite eficient un debit de aer către toate destinațiile menținând în același timp un echilibru între costurile de investiție și intreținere. Problema este ca debitul de aer introdus să poată fi distribuit uniform.

Tubulatura impune pierderea de presiune pe circuitul aerului care trebuie să fie învinsă de consumul de energie mecanică. Această energie este de obicei dată de catre un ventilator.

Canalele de introducere și evacuare pot fi din oțel sau aluminiu. Tubulatura din tablă

de metal trebuie să aibă o grosime minimă de la 0.3 mm la 3mm. Elementele de rigidizare exterioare sunt formate din foi de metal sau din elemente structurale. Grosimea tablei pentru secțiunea rectangulară depinde de distanța maximă dintre elementele de rigidizare. Fitingurile trebuie să fie întărite similar conductelor drepte.

La reducții secțiunea cea mai mare determină grosimea materialului. Acolo unde piesele de schimbare de direcție sau alte elemente interne ale conductelor asigură rigiditatea necesară, aceste elemente pot fi considerate ca și elemente de rigidizare.

Tuburile de secțiune circulară sunt prin construcție rigide și tari sunt în general cele

mai eficiente și economice canale pentru sistemele de ventilare. Factorul dominant la alegerea tipului de tubulatură este capabilitatea materialului de a face față la condițiile de utilizare a instalației și la cerințele de presiune.

Tuburile flexibile fac legatura între difuzoare, camere de amestec, și alte terminale la

sistemul de distribuție a aerului. Din cauza lungimii în plus, a distanțelor și a comprimării acestor conducte, crește rezistența aeraulică la curgere. Tuburile flexibile trebuie menținute la lungimi cât mai mici, să fie drepte pe cât posibil, și să aibă un minim de curburi.

Tubulatura din metal este deseori dotată cu materiale fonoabsorbante pentru a reduce zgomotul aerodinamic. Deși multe materiale sunt fonoabsorbante tubulatura trebuie să fie totodată rezistentă și la eroziune și foc și să aibă proprietăți compatibile procesului tehnologic unde urmează a fi folosită. Pentru viteze mari a debitului de aer, este indicată folosirea pereților dubli.[7]

Dimensiuni ale tuburilor circulare flexibile existente pe piață[Anexa1]:

Tuburile circulare flexibile multistratificate pot avea diametrul interior cuprins între 102 și 406 m și sunt prezentate în fig.23.

Fig.23 Tub circular flexibil multistratificat

Tuburile circulare flexibile cu un singur strat pot avea diametrul interior cuprins între 80 și 610 mm și sunt prezentate în fig.24.

Fig.24 Tub flexibil cu un singur strat

Tuburile circulare semi-flexibile cu un singur strat pot avea diametrul interior cuprins între 80 și 250 mm și sunt prezentate în fig.25.

Fig.25 Tub semi-flexibil cu un singur strat

Tuburile circulare semi-flexibile dublustratificate pot avea diametrul interior cuprins între 50 și 500 mm și sunt prezentate în fig.26

Fig.26 Tub circular semi-flexibil dublustratificat

Tuburile duble circulare semi-flexibile cu izolație pot avea diametrul interior cuprins între 80 și 400 mm și sunt prezentate în fig.27

Fig.27 Tub circular semiflexibil cu izolatie

Diametrele tuburilor circulare flexibile sunt cuprinse între 50 si 500 mm

Dimensiuni ale tuburilor rigide cu secțiune pătrată[Anexa2]:

Tubul de secțiune pătrată liniar are Dimensiunile standard: Lungimea tubului (L) de 1250 sau 2400 mm iar în secțiune are lățimea (b) de 300 mm și lungimea (a) de 500 mm; iar daca (a) sau(b) sunt mai mari de 1200 mm atunci lungimea standard a tubului (L) este 1250 mm.Tubul este profilat cu forme trapezoidale pentru reducerea zgomotului.Acest tub este prezentat în fig.28.

Fig.28 Tub rectangular liniar

Racord în formă T pentru tuburi cu secțiune pătrată,este confecționat din acceași tablă

profilată pentru rigidizare.Este prezentat în fig.29 având dimensiunile standard conform figurii (a1) de 600mm, (a2) de 600mm, (a3) de 800 mm, (b) de 400mm iar l1,l2,l3 de 125mm.

Fig.29 Racord T de secțiune circulară

Racord rectangular de formă S pe două nivele,acesta are dimensiuni standardizate tabelate conform Tab.2, tubul fiind reprezentat în Fig.30.Lățimea (b) de 600 mm a tubului este aceeași pentru taoate celelalte variante de dimensiuni.

Fig.30 Racord rectangular de formă S

Cot rectangular cu colțul exterior drept prezentat în Fig.31 sau cu colțul exterior rotunjit Fig.32, se regăsesc în două variante la un unghi α de 45* sau 90*,ambele având aceleași dimensiuni lungimile a1 și a2 de 500mm, lățimea tubului b de 300mm,iar l1 și l2 au dimensiunea standard de 125 mm.

Tab.2 Dimensiuni

Fig.31 Cot rectangular cu colțul exterior drept

Fig.32 Cot rectangular cu colțul exterior rotunjit

Dimensiuni ale tuburilor rigide cu secțiune circulară[Anexa3]:

Tubul metalic din tablă de secțiune circulară ,liniar ,are o lungime l standard de 3000mm și diametrul nominal ϕd cuprins între 63mm și 1600mm.Până la diamedtrul ϕd de 250 mm tubul nu prezintă congruații de rigidizare,iar cele cu diametrul ϕd cumprins între 250mm și 1600mm sunt prevăzute cu aceste congruații exterioare t care pot ajunge până la 1,25mm grosime.Acest tub este prezentat în Fig.33 iar dimensiunile standardizate în Tab.3.

Fig.33 Tub rigid circular liniar

Tab.3 Dimensiuni standard

Cotul rigid de secțiune circulară se regăsește cu diametru ϕd1 cuprins între 63mm și 315mm cu unghiul de curbură α cuprins între 15* si 90*.Iar raza de curbură rm=1xϕd1.Mai multe modele cu unghiuri diferite sunt prezentate în Fig.34, iar dimensiunile standardizate extrase din catalog pentru cotul de 90* se regăsesc în Tab.4.

Tab.4 Dimensiuni cot

Fig.34 Cot rigid de secțiune circulară

2.5 Metode de igienizare a instalațiilor și îmbunătățirea calității aerului

2.5.1 Metoda expunerii la radiația UV

O prima metodă este de combatere a mucegaiului și sterilizare a aerului prin expunere la radiația UV.

Radiația ultravioletă este o componentă invizibilă a radiației solare situată, ca lungime de undă, între infraroșii și radiația X. Există trei tipuri de lumină ultravioletă, care diferă ca lungime de undă și au efecte diferite asupra organismelor vii:

– UV tip C – cu o lungime de bandă de la 100nm la 280nm și cu o energie pe foton de 4.43–12.4 eV

– UV tip B – cu o lungime de bandă de la 280nm la 315nm și cu o energie pe foton de 3.94–4.43 eV

– UV tip A – cu o lungime de bandă de la 315nm la 400nm și cu o energie pe foton de 3.10–3.94 eV

Situarea radiațiilor UV în gama radațiilor se poate observa în Fig.35 .

Fig.35 Spectrul de radiații UV [www.05]

Iar în [Anexa.6] se poate vedea descrierea tubului UVC

Aceste trei tipuri de lumină ultravioleta au efecte diferite asupra organismelor. Radiatia UVA are efecte eritematoase (de tip inflamator), radiația UVB are efect bronzant (prin stimularea celulelor ce determină colorarea normală a pielii – melanocite), iar UVC are efect distructiv asupra celulelor, determinând grave leziuni celulare

Pentru a ucide microorganismele, radiațiile UVC penetrează membrana celulelor, străbate conținutul celulei și distruge ADN-ul celular, determinând leziuni care impiedică activitatea bacteriei și capacitatea acesteia de a se reproduce. Așadar, razele UVC afectează materialul biologic, fară a produce reacții chimice, doar prin intermediul energiei, de putere mare, livrate celulelor. Microorganismele inactivate nu sunt îndepartate din mediul din care se găsesc. Deasemenea, UVC nu modifică particulele sau substanțele chimice din mediu, fie ele organice sau anorganice. Efectul este dezinfectant iar la doza mare, chiar sterilizant.

Acțiunea radiației ultraviolete asupra bacteriilor: UVC penetrează peretele bacterian; acțiunea ei se realizeaza asupra nucleului celulei ce conține ADN-ul bacterian

Distrugerea bacteriilor prin acțiunea UV: UVC produce rupturi ale materialului genetic (ADN). In urma distrugerii ADN-ului, creșterea și multiplicarea bacteriana încetează. Acest efect distructiv al radiației ultraviolete stă la baza utilizării lămpilor bactericide cu UV în domeniul dezinfecției și sterilizării.

Această metodă este folosită pentru tratarea apei,a aerului,în cadrul medical, pentru tratarea anumitor afecțiuni de piele sau alte tipuri de sterilizare,în industrie pentru obținerea anumitor diluanți sau substanțe cu o puritate ridicată.

Bacteriile, mucegaiul, ciupercile și alți germeni dăunători din componența aerului sau existente în instalațiile de aer sunt neutralizate și distruse sub expunere UVC. Un astfel de exemplu se poate observa în Fig.36 unde 3 discuri petri afectate de către mucegai au fost expuse la spectrul UVC pentru sterilizare,făcând o paralelă înainte și după expunere la UVC.

Fig.36 Discuri petri afectate de mucegai si expuse apoi la UV [www.10a]

În Fig.37 se poate un disc petri afectat total de către mucegai,iar jumatate din disc a fost expus la UVC iar cealată jumatate nu, în acest caz se poate observa diferența că după expunere mucegaiul a fost neutralizat fără a mai continua să se dezvolte.

Fig.37 Neutralizarea mucegaiului în stadiu avansat, prin expunere UV[www.10b]

Cele mai dăunătoare bacterii și virusi eliminate de radiația UVC sunt menționate în Tab.5

Tab.5 Cele mai dăunatoare bacterii și virusi distruse de radiația UVC[www.09b]

Expunerea UV a aerului din instalațiile de aer reprezintă cea mai eficentă metodă de sterilizare și purificare a aerului.[9]( Sursă: US Center For Disease Control & Prevention (CDC))

2.5.2 Metode chimice

Metodele de igienizare chimice presupun folosirea solvențiilor și a soluțiilor chimice de curațare dezinfecție și sterilizare.

Un exemplu de soluție detergent și dezinfectant care pate fii folosită la curațarea și dezinfectarea tuburilor de aer se află sub numele de ASEPTYPOL care este folosit pentru curațarea și neutralizarea biologică a suprafețelor.Este prezentat în forma lui de comercializare în Fig.38

ASEPTYPOL este pe bază de clorură benzalkoniu,având un pH pur 7 și în soluție de 50% de 6,5-7,5 fiind biodegradabil în proporție de peste 90% .Grupa toxicologică fiind amoniac cuaternar.[www.09]

Fig.38 Detergent și dezinfectant ASEPTYPOL[www.09]

Pentru combaterea mucegaiului un exemplu de produs existent în comerț este AS 8000 fabricat de compania KOBER și prezentat în Fig.39 și [ANEXA4] .AS 8000 este o solutie apoasă antimucegai gata preparată.

Elemente caracteristice principale: spectru larg de activitate împotriva bacteriilor,

mucegaiurilor, ciupercilor și algelor; soluție gata preparată, nu necesită diluare.[www.10]

Fig.39 Soluția antimucegai AS 8000[www.10]

Pentru împrospatarea se poate folosii igenizatorul REFRESHAIR este un produs bazat pe extracte naturale de plante care curăță, dezinfectează și intreține instalațiile de aer. Acesta este produs în Japonia de către Earth Chemical și este recomandată folosirea lui de cel puțin două ori pe an.

Datorită acțiunii sale, aerul respirat fiind curat și parfumat,acest produs se găsește sub mai multe arome de flori și plante,de exemplu trandafir ,mentă,etc

Igienizatorul REFRESHAIR este prezentat în Fig.40 în ambalajul său de comercializare.

Fig.40 Igienizatorul REFRESHAIR[www.11]

2.5.3 Metode mecanice

Această metodă presupune folosirea unor elemente mecanice de inlaturare a depunerilor din interiorul instalațiile de aer

Curățarea tuburilor folosind roboți sau perii acționate manual reprezintă principala oprațiune care trebuie efectuată în vederea obținerii unui aer de calitate și un randament maxim al instalației.În Fig.41 se poate observa un exemplu de perie folosită la curațarea tuburilor. Această perie BrushPro 6200 este montată pe un cablu cu o lungime de 10m cu un diametru de 6mm,ea fiind acționată de un motor electric comandat de la o pedală de către operator,întreaga înfășurare de cablu este pe o rolă cu cadru din oțel galvanizat.

Fig.41 Perie de curățat tuburi[www.12]

2.6 Concluzii privind aplicația

Conform normelor de întreținere și exploatare a instalațiilor de aer,a legiilor în vigoare asupra sănatații în muncă, și a statisticiilor ingrijoratoare privind problemele generate de aerul contaminat. Inspecția, curațarea și igienizarea instalațiilor de aer este esențială pentru o funcționare corespunzătoare.

Complexitatea tubulaturilor prin amploarea instalației a formei tuburilor face ca inspecția efectuată de către operatorul uman prin vizualizare directă sa fie imposibilă.Dealtfel nici curățarea tuburilor fără folosirea periilor sau a roboțiilor este imposibilă.O astfel de încercare se poate vedea în Fig.42.

Fig.42 Imposibilitatea operatorului uman de a pătrunde în tuburi [www.13]

În Fig.43 se pot observa diferite configurații complexe de tuburi în cadrul unor instalații de aer.

Fig.43 Configurații complexe ale instalatiilor de aer[www.13]

Toate aceste argumente prezentate în Capitolul II ,care descriu pe larg aplicația ,ne conturează obiectivele pe care trebuie sa le indeplinească un robot pentru a asigura un serviciu complet de inspecție, igienzizare și curățare a tuburilor din cadrul instalațiilor de aer.

Noul robot dezvoltat pentru a putea efectua un serviciu cat mai complet, trebuie să fie capabil sa parcurgă toate cele trei categorii de tuburi,circulare flexibile,circulare rigide și rectangulare rigide.Toate elementele de conexiune,coturi,tuburi de conexiune pentru diferență de nivel și elemetele de ansamblare.

Trebuie să fie echipat cu substanțe chimice asemenea celor prezentate în punctul 2.5.2 referitor la metode chimice, pentru a combate mucegaiul sau apariția lui,a bacterilor care se dezvoltă în interiorul tuburilor.Să fie dotat cu elemente de radiație UVC prezentate în punctul 2.5.1 pentru neutralizarea bacteriilor și a celorlați alergeni.

Trebuie sa parcurgă o distanță cât mai mare în interiorul tubului,să se poată deplasa în plan orizontal,oblic și vertical în toate tipurile de tuburi.

Calitatea imaginilor trebuie să fie de înaltă rezoluție și în timp „real” cu reacția robotului la comenzi.Robotul trebuie sa aibă un sistem de iluminat suficient de puternic pentru a permite o claritate a imaginiilor.

Robotul trebuie să fie comandat radio,fară a fii necesar un cablu ,care ar adauga o sarcină semnificativă suplimentar robotului pe fiecare metru parcurs.

Robotul trebuie sa aibă dimensiuni minime pentru a putea parcurge o gamă cât mai mare de tubulaturi.Conform dimensiunilor elementelor de instalație prezentate la punctul 2.4 dacă robotul ar avea o lățime de maxim 200mm,o înălțime de maxim 50mm,și ar fii capabil să poată lua curba un unghi de 90*.Atunci ar putea pargurge 80% din tuburile pentru instalații.

Capitolul III

DEZVOLTAREA COMPETITIVĂ A ROBOTULUI

3.1 Descrierea dezvoltării competitive

Dezvoltarea competitivă a unui produs are la bază un proces sistematic de colectare și prioritizare a datelor și informațiilor, de planificare a performanței produsului, de analiză a performanței și identificare a punctelor neconforme, de concepție a soluțiilor, de inovație pentru rezolvarea diverselor conflicte, la fel ca și de testare, evaluare și selecție a celor mai bune soluții.

Acest proces este susținut de către un sistem integrat de metode specifice ingineriei competitive

În prezent, pentru susținerea procesului de proiectare și dezvoltare competitivă a produselor și serviciilor se utilizează peste 100 de metode specifice, dintre care peste 80 sunt metode avansate. Unele dintre aceste metode sunt atât de complexe încât descrierea lor exhaustivă ar necesita sute de pagini per metodă (ex. QFD, FMEA, TRIZ, CAST etc.).

Pentru ca aceste metode să poată fi aplicate cu succes, este nevoie de o etapă de instruire și un număr minim de proiecte pilot pentru antrenament.

În plus, multe dintre metodele avansate necesită și un potențial intelectual corespunzător, ce depinde de factorul uman implicat.

Efortul necesar studierii și stăpânirii tuturor metodelor specifice ingineriei competitive înseamnă undeva între 3.800  4.000 ore.

Ingineria competitivă se aplică de regulă pentru dezvoltarea de produse și servicii complexe sau foarte complexe, cu un orizont al ciclului de viață de mai mulți ani de zile (ex. echipamente mecatronice, produse industriale, produse software ample care integrează tehnologie de ultimă oră, multe funcționalități și expertiză în „domeniul problemă”, anumite servicii IT outsourcing, servicii complexe etc.).

Un produs sau serviciu este complex atunci când este caracterizat de minimum patru elemente: (1) constă dintr-un număr mare de componente, (2) există componente interne produsului care interacționează dinamic, (3) interacțiunea dintre componente este nelineară și (4) produsul interacționează cu mediul extern.

Pentru produse și servicii mai simple, trebuie selectat doar ceea ce este util din pașii impuși de ingieria competitivă.

Există situații în care, simpla aplicare a unei metode de inovație este suficientă.

Există alte situații în care, o bună planificare a proceselor de producție este suficientă .

Principiul de bază este acela de a asigura un echilibru superior între efort și efect. [10]

3.2 Ierarhizarea cerințelor clientului folosind metoda AHP

Cerințele clientului rezultate din descrierea aplicației sunt următoarele:

Ușor de întreținut

Fiabilitate ridicată în funcționare

Grad de universalitate ridicat

Interacțiune facilă cu utilizatorul

Gabarit redus

Mobilitate ridicată

Siguranță în exploatare

Zgomot redus

Autonomie ridicată

Materiale ușoare și rezistente

Volum redus de materiale

Rezistență ridicată la vibrații

Consum redus de resurse

Universalitate în modulele analizate

Funcționare într-o gamă variată de temperaturi

Funcționare într-o gamă variată de umiditate

Viteză de deplasare ridicată

Capacitate portantă ridicată

Dezinfectarea și sterilizarea eficientă a aerului și a tubului

Împrospătarea aerului pe perioada inspecției

În Fig.44 se pot observa cerințele clientului ierarhizate în funcție de importanță după aplicarea metodei AHP

Fig.44 Cerințele clientului ierarhizate după importanță [progr03]

3.3 Analiza funcțională a robotului folosind metoda Mind-Map

Se aplică metoda Mind-Map pentru a definii setul de funcții cheie (funcțiile relevante d.p.d.v. al proiectării competitive).[10]

Funcțiile (sau funcționalitățile) sunt descrieri ale modului în care operează produsul. O funcție a unui produs trebuie sa poată fi “masurată” Substantivul din formularea functiei trebuie sa fie măsurabil.

1.Funcții de bază: sunt acele funcții care satisfac scopul pentru care a fost proiectat produsul. Ca funcții de bază a robotului avem:

-Deplasarea în plan vertical

-Deplasarea înainte

-Deplasarea înapoi

-Curba la stânga

-Curba la dreapta

-Trecerea de la un plan la altul

-Teleoperarea robotului

-Preluarea de imagini video

-Posibilitatea de a regla zoom-ul video

-Sterilizarea aerului

-Combaterea mucegaiului

-Împrospatarea aerului

2.Funcții auxiliare (suport): sunt acele funcții care “sprijină” realizarea funcției/ funcțiilor de bază.

Funcții suport impuse/ cerute:

-Transmiterea și receptarea imaginilor

-Transmiterea și receptarea comenzilor radio către motoare

Funcții suport nedorite: -zgomot

Reprezentarea grafică a metodei Mind-Map se poate observa în Fig.45 unde sunt reprezentate funcțiile robotului și modulele compenente ale acestuia pentru realizarea funcțiilor.

Fig.45 Diagrama Mind-Map a funcțiilor robotului[progr02]

3.4 Planificarea performanțelor robotului folosind metoda QFD

Pentru a susține în mod corespunzător procesul de planificare a caracteristicilor de performanță, cea mai puternică metodă este metoda QFD.

Planificarea caracteristicilor de performanță cuprinde mai multe activități; stabilirea direcțiilor de optimizare a fiecărei caracteristici de performanță; stabilirea unei valori-țintă (de atins pe termen lung) pentru fiecare caracteristică de performanță; stabilirea unui nivel de realizare pe termen scurt; identificarea conflictelor dintre caracteristicile de performanță; determinarea impactului pe care îl are fiecare caracteristică de performanță în satisfacerea cerințelor; analiza comparativă cu produse concurente (dacă există) – benchmarking;[10]

Direcțiile de inovație arată în ce fel va trebui gândit produsul sau serviciul la nivel de concept pentru a obține soluții tehnice superioare, în care conflictele să fie rezolvate fără compromis.

Se aplică metoda QFD în faza I pentru a planifica cerințele clienților și caracteristicile tehnice de performanță. În urma aplicarii metodei QFD folosind aplicația Qualica-QFD se pot observa caracteristicile tehnice de performanta in urma cerintelor clientului în Fig.46 care este un extras din aplicație.

Fig.46 Aplicarea metodei QFD în faza 1 [progr.03.]

3.5 Planificarea funcțiilor robotului folosind medoda QFD

Se aplică metoda QFD în faza II pentru planificarea caracteristicilor tehnice și a funcțiilor. Se vor folosi metode specifice pentru a definii și selecta funcțiile cheie. Se identifică impactul fiecărei funcții. Acestea se pot observa în Fig.47

Fig.47 Aplicarea metodei QFD în faza 2 pentru a defini funcțiile cheie[progr.03.]

3.6 Analiza modulelor robotului folosind metoda QFD

Se aplică metoda QFD în faza III pentru planificarea funcțiilor, a modulelor și interfețelor. In funcție de importanța lor se pot observa în Fig.48

Fig.48 Aplicarea metodei QFD în faza III

Capitolul IV

DESCRIEREA PROTOTIPULUI DE ROBOT

4.1 Descrierea generală a robotului

Datorită aplicației și a modului de deplasare în plan vertical,acest robot poartă numele AIR denumit de către proiectantul robotului și în același timp autorul aceste lucrări. Inițialele provenind de la cuvantul aer (air) și robot de inspecție a tuburilor de aer( Airduct Inspection Robot)

Robotul a fost conceput special pentru a oferii un serviciu complet în inspecția și igienizarea tubulaturilor din cadrul instalațiilor de aer. Principalele îmbunătățiri aduse acestui robot comparativ cu modele deja existente pentru inspecția tuburilor, este gradul ridicat de universalitate, caliatea igienizării,comanda radio a robotului, și folosirea spectrului infraroșu ca formă de iluminare.

Tuburi metalice, tuburi din material plastic, tuburi circulare,tuburi rectangulare într-o gamă largă de dimensiuni, toate pot fii inspectate și igienizate de acest robot.

Din punct de vederea a igienizării acest robot este capabil de a distruge și neutraliza toate bacteriile, mucegaiul, și alții factori dăunători care se dezvoltă în interiorul tuburilor, folosind substanțe chimice și radiații UV de tip C.

Robotul este format din două părți,diferența între aceste părți este ,că pe prima parte a robotului este instalată camera video cu iluminare prin infrarosu și transmitere a imaginii prin unde radio, iar pe cea de a doua parte se află modulul de echilibrare și interfața radio de control a robortului.

Controlul robotului de către operator are loc prin comandă radio de la un pupitru de comandă. Pupitrul de comandă se află integrat în cutia de transport a robotului.Capacul cutiei conține ecranul cu diagonala de 150mm cu rezoluție ridicată de redarea a imaginilor,și receptorul radio prin intermediul căruia se face transmisia imaginilor. Baza cutiei conține modulul radio de comandă,sursa principală de curent necesară alimentării pupitrului de comandă,și butoanele prin intermediul cărora se controlează robotul. O imagine a cutiei de transport a robotului împreună cu pupitrul de comandă se poate observa în Fig.49.

Fig.49 Pupitrul de comandă și cutia de transport a robotului

Structura robotului include mai multe module: modulul de mișcare,modulul de aspirație,modulul radio, modulul de echilibrare,modulul video și modulul de igienizare. În Fig.50 se poate observa robotul în variantă schematică folosind aplicația AutoCad și modalitatea prin care acesta trece de la planul orizontal la cel vertical. Toate cele patru roți motoare fiind acționate simultan și în același sens.

Fig.50 Trecerea robotului de la planul orizontal la cel vertical

4.2 Descrierea modulelor robotului

4.2.1Modulul de mișcare

Modulul de mișcare are rolul de a asigura locomoția robotului. Pentru a îndeplinii criteriile rezultate aplicând metoda QFD robotul este format din 4 roți motoare și 2 roți pasive pentru a putea trece cu usurință de la planul orizontal la planul vertical. Robotul este format din două bucați legate între ele prin intermediul a două cuple cilindrice pe aceeași axa,pe fiecare cuplă fiind montată una din roțile pasive. Acționarea roților se face prin intermediul a 4 micro-motoare de curent continuu cu reductor cilindric în două trepte. Amplasarea roților pe robot se poate observa în Fig.51

Pentru deplasarea înainte și înapoi ,toate cele 4 roți sunt acționate simultan în același sens.

Pentru a realiza curba la stânga sunt actionate simultan și în același sens doar roțile latura dreaptă . Pentru a realiza curba la dreapta sunt acționate simultan și în același sens doar roțile situate pe latura stângă. Pentru rotirea pe loc a robotului sunt acționate simultan toate cele patru roți motoare, dar cele de pe latura stângă în sens invers celor de pe latura deaptă.

Fig.51 Amplasarea roților în cadrul modulului de mișcare

Roțile au un diametru de 30mm .Ele fiind confecționate dintr-un material ușor cu aderență mare cum ar fii spuma de cauciuc.

Micro-motoarele de curent continuu funcționează la o tensiune de de 4,8V și un curent de 200 mA, reductorul este încorporat în carcasa lor, ele având dimensiuni minime de 23mmx12,2mmx29mm,cu o greutate de 6g dezvoltând un cuplu de 1,6 kg.

Datele tehnice preluate de la produător se regăsesc în Tab.6,iar în Fig.52 se pot observa dimensiunile unui astfel de motoreductor și cu roata montată pe acesta.

Fig.52 Micromotor cu reductor încorporat,având roata montată

Tab.6 Date tehnice[www.14]

4.2.2 Modulul de aspirație

Modulul de aspirație are rolul de a asigura deplasarea în plan vertical în interiorul tuburilor cu secțiune patrată prin intermediul unor elici care prin sucția volumului de aer dintre robot și tub crează o presiune negativă. Această presiune se materializează înt-o forță de apăsare în planul tubului mai mare decât greutatea proprie a robotului. Astfel la deplasarea în plan vertical forța care apasă robotul în planul tubului împreună coeficentul de frecare a roților permit robotului de a se deplasa în plan vertical. Laturile de pe partea inferioară a robotului sunt prelungite cu un material flexibil și suficient de rigid care prin permeabilitatea redusă, reduce pierderile de aer.

Modulul de aspirație include două motoare de curent continuu cu perii, acestea se găsesc în categoria motoarelor electrice pentru aeromodelism. Motoarele au urmatoarele caracteristici tehnice : Voltaj: 3.6 – 8.4 V, Turație: 17000 rpm, Curent nominal: 5 A,Curent cu ax blocat: 24 A, Masa: 92 g, Diametru: 28 mm, Lungime: 51 mm, Diametru ax: 2.3 mm. Motorul se poate vedea ilustrat în Fig.53 si descrierea lui in pagina de catalog în [Anexa 5]

Fig.53 Motorul de acționare a elicilor pentru aspirație.[www.15]

Cele două elici destinate aspirației sunt închise, cu 9 pale cilindrice curbate după un arc de cerc asemenea celor folosite la aspiratoarele casnice, modelate și redimensionate pentru a crea o presiune și un debit negativ suficient pentru a permite robotului deplasarea pe verticală. În Fig.54 se poate vedea elicea în secțiune și sensul de rotație al ecesteia .În Fig.55 se poate principul de aspirație al acestei elici.

Fig.54 Elicea de aspirație în sectiune[www.16]

Fig.55 Principiul de aspirație al elicei [www.17]

4.2.3 Modulul de echilibrare

Modulul de echilibrare are rolul principal de a asigura deplasarea în plan vertical a robotului în interiorul tuburilor de secțiune circulară, compensând modulul de aspirație care datorită pierderilor de aer rezultate prin cresterea distanței între robot și tub nu mai poate asigura presiunea necesara. Acest modul de echilibrare are ca elemente principale un mecanism paralel pe care este montată cea de a 7-a roată ea fiind pasivă.

Mecanismul paralel este acționat pe principiul surub piuliță,de un surub de plastic cu autofranare cu filet trapezoidal,a carei rotație este asigurată de un micro motor cu reductor de curent continuu cu alimentare la o tensiune de 4,8 V și un curent de 200mA asemenea celui prezentat în Fig.51.

Acest modul asigură deplasarea robotului în plan vertical,prin crearea a două forțe egale diametral opuse, de apăsare a robotului în planul tubului prin extinderea mecanismului. Astfel

robotul înaintează prin intermediul a 7 roți . Modulul de echilibrare în tubul circular se poate observa în Fig.56.

Fig.56 Modulul de echilibrare în tub circular

4.2.4 Modulul radio

Cuprinde comanda robotului, prin intermediul unui emițător și un receptor în frecvența radio de 315Mhz și receptorul audio- video în banda de 2,4 Ghz care are rolul de a prelua imaginiile treimise de către emițătorul camerei video care este montat pe robot.

Emițătorul și receptorul radio de comandă a robotului sunt standard cu o rază de acoperire de 100m, au un preț de cost scăzut(20 $). Principala utilizare a receptorului este în automatizare comandată acesta funcționând pe bază de relee . Emițătorul se comercializează și sub formă de telecomandă, cu buton pentru fiecare releu. Imaginea exemplicativă a receptorului și emițătorului este în Fig.57.

Fig.57 Receptorul și emițătorul radio de comandă

Transferul imaginiilor și a sunetului are loc prin emițătorul camerei video către receptor. Transmisia radio, a sunetului și imaginilor este e pană la 700 m în camp deschis se reduce pana la 300 m strabatând maxim 30 ziduri caramida/beton. Emițatorul audio-video se află încorporat în minicamera video, de aceea se v-a prezenta în Fig.58.

Fig.58 Receptorul audio-video

Receptorul necesită o tensiune de alimentare de 12v la un curent de 500mAh, cu o putere de de transmisie de 700mW.

4.2.5 Modulul video

Modulul video include camera video, ecranul Lcd de vizualizare a imaginii împreună cu sistemul de redare a sunetului pentru inspecția acustică a instalației, și sistemul de iluminat aferent camerei pentru a putea prelua imagini din interiorul tuburilor .

Camera video este o cameră CCTV cu emițător radio ,care se găsește în comerț împreună cu receptorul audio-video. Camera are o rezoluție de 450 linii TV, filmare real time, lentile CCD de la. Microfonul din interiorul ei are o sensibilitate ridicată . Microcamera a fost constuită special pentru a filma cat mai in detaliu. Camera este alimentată de la o baterie de 9v standard de 200mAh, și are un timp de funcționare de în jur de 100-150 minute. În Fig. 59 se poate vedea camera împreună cu sursa de alimentare.

Fig.59 Micro-camera cu transmisia radio a imaginiilor

Ecranul de vizualizare a imaginilor este la rândul sau standard, nu prezintă specificații speciale față de celelalte produse din aceeasi categorie existente pe piață,decât prețul de achiziție care este mai mic. Este un ecran cu diagonala de 150mm cu rezoluție de 480 x 234 cu un contrast de : 350:1, luminozitate : 350 cd/m2 , dotat cu TV Tuner de tip: NTSC sistem audio stereo , Iesire audio: 3.5mm ,Difuzoare stereo : 100-240V ,Intrare video compozită RCA și NTSC. Imaginea acestui ecran se poate vedea în Fig.60

Fig.60 Ecranul de vizualizare

Sistemul de iluminat este fosmat din două oglinzi cu formă specială pentru o mai bună dispersie a fașcicolului infraroșu. Iluminatul are loc prin intermediul a două diode Led infraroșu cu diametrul de 10 mm cu un consum de 200 mAh la o tensiune de 2,2v , spectrul infraroșu este invizibil ochiului uman dar camera video o percepe mai bine ca orice altă sursă de lumină crescând astfel calitatea imagini .

4.2.6 Modulul de igienizare

Modulul de igienizare este format din patru tuburi UV de tip C pentru sterilizarea aerului, și distrugerea bacteriilor pe toată durata inspecției, și din patru mini rezervoare sub presiune alimentate cu substanțele chimice prezentate în capitolul II la punctul 2.5.2 unde au fost prezentate metodele chimice. Două dintre rezervoare conțin soluția antimucegai, deoarece mucegaiul este cel mai des întalnit și poate acoperii suprafețe mari, unul rezervor conține ASEPTYOL pentru dezinfectare,iar ultimul rezervor conține REFRESHAIR peentru tratarea și împrospătarea aerului.

Tuburile UV-C sunt tuburi care se folosesc cel mai frecvent în cabinetele medicale, și săliile de operație.Aceste tuburi au o putere de 1W si pentru a distruge bacteriile este suficientă o expunere de 10 secunde. Un astfel de tub se poate observa în Fig.61

Fig.61 Tub UV-C

Rezervoarele cu soluții chimce sunt confecționate din aluminiu au o capacitate de 150ml de soluție,sunt prezentate în Fig.62. Eliberarea soluțiilor are loc instantaneu și nu mai poate fii oprită doar după consumul total de solție. Sistemul de eliberare a soluției folosește reofori pirotehnici a căror declanșare are loc la aplicarea unei tensiuni mai mari de 6v, sau de 3v în regim de scurt circuit. Aceste substanțe, după ce au fost eliberate sunt omogenizate prin intermediul aerului refulat de sistemul de aspirație al robotului.

Fig.62 Rezervor cu soluție chimică ASEPTYOL

Capitolul V

MEMORIU JUSTIFICATIV DE CALCUL

5.1 Justificarea economică

Conform Tab.7, unde sunt însumate toate piesele componente cu prețurile lor, costurile construirii robotului sub formă de prototip ajung la 720$, iar prețurile pentru un serviciu de curățenie și inspecție a instalațiilor de aer este cuprins între 600 și 1500$. [11]

Tab.7 Costurile construirii robotului sub formă de prototip

5.2 Calculul debitului de aer necesar robotului pentru deplasarea în plan vertical

Dimensiunile suprafeței de aspirație a robotului sunt lungimea(L)=170mm, lățimea (l)=160mm iar înălțimea marginii de aspirație este(h) de 14,95 mm,cu o diferență față de planul tubului de 0,5mm cea ce reprezintă o pierdere de debit(e) se pot observa în Fig.63.

Fig.63 Dimensiunile, și principiul de funcționare a modulului de aspirație

Pentru ca robotul sa poată sta în plan vertical forța de frecare Ff trebuie să fie mai mare decâ greutatea G

Ff ≥ G (1)

Forța de frecare Ff este egală cu produsul dintre Fa forța se aspiratie necesară și coeficientul de frecarea µ dintre robot și tub, acesta fiind cel al roțiilor, adică între cauciuc și metal. Unde µ = 0,7.În Fig.63 sunt reprezentate foțele componente la deplasarea în plan vertical

Ff=Fa *µ (2)

Avand în vedere masa robotului de m= 1 Kg rezultă greutatea G.

G=m*g=0,1 kg*10 N/kg = 10N (3)

Fig.64 Forțele care acționează la deplasarea în plan vertical

Forțele verticale care actionează asupra robotului sunt: greutatea () , presiunea atmosferică () care actionează pe aria exterioară și presiunea interioară de desubtul robotului (Fa) care actionează pe suprafata interioară. Astfel rezultă ecuația forțelor:

(4)

Presiunea interioară necesară se deduce prin:

(5)

Pentru a afla debitul necesar este nevoie sa stim viteza de curgere a aerului între tub și fusta robotului. Pentru aflarea vitezei de curgere se poate utiliza formula lui Bernoulli

Folosind ecuația lui Bernoulli se poate calcula debitul de aer necesar.

(6)

De aici rezulta viteza de curgere egală cu:

(7)

Debitul necesar este egal cu viteza pe unitatea de arie de aspiratie. Astfel pentru înălțimea h=0.00149 metri, pentru perimetrul Pr, aria Ar a robotului și forța de frecare Ff .Ar=0,0289 m2, Pr=0,68 m , Ff=1 kg,

(8)

rezultă Q=0.0243

5.3 Calculul elicelor de aspiratie

Principul folosit în proiectarea unui ventilator este similar în aproape fiecare aspect imporrtant cu cel al unei pompe centrifugale,excepție facând termenul de “pompă centrifugală” care în mod normal este asociat unui fluid în timp ce ventilatorul se referă strict la aer.(Edward 1955)

Ventilatorul poate fii descris ca un dispozitiv care convertește enegia conducătoare în energie cinetică a fluidului prin accelerarea lui către zona periferică a unui corp aflat în mișcare de revoluție, acest dispozitiv purtând numele de elice. Cantitatea de energie imprimată fluidului corespunde vitezei la marginea,sau la suprafața elicei. Addison(1995) a demonstrat că, cu cât elicea se rotește mai repede, sau cu cât elicea are un diametru mai mare cu atât mai mare va fii viteza fluidului la capătul palelor și cu atât mai mare energia imprimată fluidului.

În aplicația de față nu avem nevoie decât de zona de aspirație a elicei. După cum se poate observa în Fig.65 aerul patrunde în elice prin orificiul de aspirație aflat în centrul elicei. În timp ce elicea se rotește invers acelor de ceas, împinge aerul radial către extremitate cauzând accelerația centrifugală. În urma acestei accelerații crează vacuum în siajul elicei, aspirând și mai mult aer prin zona de aspirație. Accelerația centrifugalâ crează o energie proporțională cu viteza elicei(Csanady 1981). Cu cât elicea se rotește mai repede cu atât mai repede se mișcă fluidul și cu atât mai mare este forța acestuia.

O astfel de elice de obicei are forma unui disc prevăzut cu pale care crează aspirația. Elicea este intotdeauna montată direct pe arborele unui motor electric pentru a se rotii cu viteză foarte mare. Efectul forței centrifugale care acționează asupra aerului antrenat în interiorul elicei crează aspirația. Von Cube și Steimle(1981) au dovedit că aerul antrenat în elicea care se învârte, se mișcă către exteriorul elicei creând astfel vacuum parțial care cauzează aspirația a unui volum mai mare de aer în interiorul elicei.

Fig.65 Prezentarea caracteristiciilor elicei

În Fig.66 se poate observa triunghiul vitezelor al aerului care iese din elice. Din cauză ca nu există pale pentru aspirație aerul care pantrunde în elice nu are nici o componentă tangențială a mișcării. Curgerea aerului aspirat având direcție radială, și υr1 care este componenta radială a vitezei absolute este la fel cu cea a vitezei de intrare a aerului V1, așa că υr1=V1.

Fig.66 Reprezentarea vitezelor a aerului antrenat de elice

Se presupune curgerea aerului fiind complet direcționată de către pale, și unghiurile de curgere coincid cu unghiurile palelor. Având urmatoarele caracteristici ale paleor:

Unghiul palei la gura de intrare ; β1=29

Unghiul palei la iesire; β2=31

Raza gurii de intrare r1=0.08m;

Raza elicei r2=0.335m;

Lățimea palei la gura de aspirație b1=0.0355m;

Lățimea palei la refulare b2=0.024m;

Viteza de rotație N = 3,430rpm.

Astfel putem calcula viteza lineară a aerului aspirat la intrarea în elice:

Și un debit de aer aspirat de:

5.4 Calculul momentului de tracțiune necesar deplasării robotului

Pentru calculul momentului necesar deplasării robotului există doua ipoteze.Prima este atunci cand toate roțiile se află în plan orizontal.A doua este atunci când toate roțiile se află în plan vertical α=0. Reprezentarea forțelor,a unghiurilor este conform Fig.67

.

Fig.67 Reprezentarea forțelor

Pornind de la ecuațiile de echilibru a planului inclinat și inlocuind unchiul α.

Din primele trei relații deducem:

care introduce în cele două inegalități conduc la condițiile de echilibru

Sau explicând prima relație în funcție de F și a doua relație în funcție de M:

Din prima egalitate rezultă coeficientul de frecare minim pentru ca roata să nu alunece

Din a doua egalitate rezultă cuplul motor minim necesar ca roata sa se rostogolească

Astfel pentr deplasarea pe orizontală unde α=0 rezultă o fortă de F=10 N iar momentul pe roată este M=(F/Nr)*r F-forța Nr-nr roți,r-raza roții M=1,66*0,03=0,0498 N*m

Pentru deplasarea pe verticală unde α=90 forța F=Ff-G și Momentul necesar

Se mai poate scrie ca

Unde

Mv

Deci dacă cuplum motor pe roată la deplasarea pe orizontală îndeplinește condițiile,atunci implicit indeplineste si conditiile la deplasarea in plan vertical

Verificarea roțiilor pasive

Pornind de la ecuațiile de echilibru

Din primele trei relații deducem:

care introduce în cele două inegalități conduc la condițiile de echilibru

Sau explicitând în funcție de F

De unde rezulă că

Dacă

Dacă

5.5 Calculul surubului din cadrul mecanismului de echilibrare

Capitolul VI

MODELAREA ROBOTULUI ÎN MEDIUL VIRTUAL ȘI PREZENTAREA MACHETEI

Fig.67 Robotul modelat în Solid Works

Fig.68 Randare a robotului în interiorul tubului folosind PhotoWorks

Fig.69 Evidențierea elementelor principale din componența robotului

Fig.70 Robotul asa cum ar trebui să arate în realitate

Fig.71 Macheta robotului

Fig.72 Interiorul machetei robotului

Capitolul VII

CONCLUZII ȘI CONTRIBUȚII PERSONALE

Prezenta lucrare este rezultatul unei gândiri de ansamblu a autorului, prin întelegerea unei nevoi de schimbare și de imbunătățire a calității serviciilor inspecție și curațatre a instalațiilor de aer.Este un domeniu nesemnificativ pentru majoritatea oamenilor dar cu un impact semnificativ asupra sănătații celor care se bucură de confortul acestor instalații.

Numărul companiilor de intreținere a instalațiilor de aer crește proporțional cu cererea pieței de astfel de instalații. Numărul de astfel de instalații fie ele domestice sau comerciale este în continuă crestere chiar și la noi în țara.

Contribuția personală a fost fructificată cât de mult a fost posibil, pornind de la un articol legat de cresterea cazurillor de astm datorită instalațiilor de aer, a început procesul de creare a robotului. Acesta a cuprins:

-Studiul privind roboții deja existenți, și a caracteristicilor acestora

-Documentarea privind calitatea aerului din instalații

– Documentarea privind principalele bacterii și forme de elemente dăunatoare care se formează în instalații

– Documentarea privind metodele de combatere a acestor daunători

-Cercetări din punct de vedere a configurației instalațiilor

-Proiectarea robotului ca un produs nou

-Concepera principiului de deplasare a robotului pentru a acoperii o gamă cat mai largă de tuburi

-Studiul în domeniul elicilor pentru a asigura aspirația

-Conceperea unui mecanism paralel extensibil care sa asigure deplasarea pe verticală în tuburile circulare

-Modelarea robotului în mediul virtual

-Realizarea unei machete a prototipului de robot

Robotul prezentat este un prim pas în dezvoltarea tehnicii de întreținere a instalațiilor.

Principele puncte de inovație aduse aceste categorii de roboți prin robotul proiectat în această lucrare sunt:

-Integrarea metodelor chimice de igienizare

-Concepția unui nou tip de rezervor acționat electric folosind materiale pirotehnice,

-Integrarea radiațiilor UV de tip C pentru sterilizarea aerului

-Abilitatea acestui robot de a se deplasa în plan vertical, în diferite categorii de cu dimensiuni variate pentru o inspecție cat mai completă

-Folosirea principiului de aspirație ca metodă de crestere a forței de frecare

-Folosirea unui mecanism paralel extensibil,acționat pe princiul clasic surub-piuliță, relativ simplu dar cu utilitate mare

-Folosirea sistemului video cu transmisie radio a imaginilor, și iluminat prin unde infraroșu

-Teleoperarea prin comandă radio care este o caracteristică rar întâlnită acestor roboți

-Structură compactă

-Un pret scăzut chiar și pentru producția de serie mică sau unicat

Pe viitor se urmărește îmbunătățirea robotului și realizarea primului prototip complet funcțional, cu pregătirea documentației necesare producției de serie a unui astfel de robot.

Capitolul VIII

DOCUMENTAȚIE TEHNICĂ

Conceptul acestui robot a fost expus sub forma de afis în cadrul târgului de inventică PRO INVENT 2010 editia aVIII-a fiind premiat cu medalie de bronz. Varianta îmbunatățită prezentată în această lucrare are urmatoarele modificări: s-a adaugat modulul de igienizare a tuburilor și sterilizarea aerului, și sau modificat dimensiunile de gabarit prin reproiectarea carcasei.

În Fig.73 se poate vedea prezentarea noului robot sub formă de afiș.Iar în Fig.74 se poate vedea conceptul robotului prezentat în cadrul târgului PRO INVENT 2010

8.1 DVD-ul suport al acestei lucrări

Acest DVD conține tot materialul de cercetare, prezentarea PowerPoint destinată sustinerii, prezenta lucrare în format electronic,Modelul 3D a robotului cu toate subansamblele acestuia create în SolidWorks,schițe ,planșe,figurile regăsite în lucrare, și poze ale machetei.

Fig.73 Prezentarea robotului sub formă de afiș

Fig.74 Coneptul robotului în formă inițială

OPIS

Prezenta lucrare cu titlul “Proiectarea unui robot de inspecție și igienizare a tubulaturilor de aer”, scrisă în totalitate de către absolventul Nicu Andrei Teodor, și sub indrumarea lui Conf.Dr.Ing Virgil Ispas și Asist.Drd.Ing Mihai Steopan conține:

-58 de pagini în cadrul părtii scrise

-80 de pagini care includ partea scrisă,bibliografie,anexe,cuprins

-74 de figuri reprezentative

-7 tabele

-1 poster

-1 desen de ansamblu format A0

-2 desene de executie A4

-1 DVD care include tot materialul de cercetare, prezentarea PowerPoint destinata sustinerii, prezenta lucrare în format electronic,Modelul 3D a robotului cu toate subansamblele acestuia create în SolidWorks, și poze ale machetei.

-5 anexe

Absolvent: Nicu Andrei Teodor Data predării

Semnătura:____________________________________ 14.Iunie .2010

(Absolventul își exprimă raspunderea pentru întregul continut al lucrării)

ANEXE

Anexa.1 Tuburi circulare flexibile

Anexa. 2 Tuburi rectangulare

Anexa.3 Tuburi circulare rigide

Anexa.4 Soluția antimucegai

Anexa.5 Motor electric de turație ridicată

BIBLIOGRAFIE

[1]. Adrian Paslă suport de curs”Comanda robotiilor indrustriali” 2010

[2]. Adekunle Taofeek Oyelami, Olawale Oluwadare Olaniyan, Dalyop Iliya and Abimbola Samson Idowu” The Design of a Closed-Type-Impeller Blower”Jurnal Tehnic, AU J.T 06/2008

[3]. A.S.Rangwala”Turbo-Machinery Dynamics, Design and Operations” Statele Unite ale Americii,Editura McGraw-Hill 2005

[4]. Costin Ovidiu, suport de curs”Acionari electrice” 2007

[5]. Colectia STAS-uri Indrumator de proiect la Organe de Masini 2007

[6]. Ionel Starețu “ Actualități și perspective în robotica serviciilor” Buletinul AGIR 4/2007

[7]. Jaap Hogeling”Setul de standarde ale Centrului European Pentru Normare (cen) elaborate în vederea implementării în statele membre ale Uniunii Europene a Directivei privind Performanța Energetică a Clădirilor” Olanda P02/11.04.2006

[8]. Mariana Arghir support de curs”Mecanica solidului” 2006

[9]. Matiesan, D. s. a., Organe de mașini, Indrumător de lucrări de laborator, Cluj-Napoca, 1985

[10]. Paul.E.Sandin” Robot Mechanisms and Mechanical Devices Illustrated” Statele Unite ale Americii, Editura McGraw-Hill 2003

[11]. Stelian Brad suport de curs “Dezvoltarea competitiva a celulelor robotice” 2010

[12]. Vasilescu, E. s. a., Desen tehnic industrial, Editura Tehnică, București, 1995

[13]. XiaoQi Chen, Matthias Wager, Mostafa Nayyerloo,etc” A Novel Wall Climbing Robot Based on Bernoulli Effect” Jurnal Tehnic publicat in cadrul ICMA. International Conference on Mechatronics and Automation 2008

Adrese de internet utilizate

[www.01] www.mrobot.com

[www.02] www.nadca.com.

[www.03] asl.epfl.ch/research/systems

[www.04] moncorp.com

[www.03] www.Kober.ro

[www.04] www.Lindab.ro

[www.05] www.romedic.ro/lampi-bactericide

[www.06] www.airductcleaningservice(www.06)

[www.07] www.aerdirect.ro

[www.07] www.lifa.net

[www.12] www.firmadecuratenie.com

[www.13] www.dfdinstruments.co.uk/ProductTechnology/ventilationcleaning.htm

[www.14] www.altmark.ro

[www.15] www.cleanductstoday.com

Aplicații software folosite

[progr.01] SolidWorks 2010

[progr.02] Igrafx

[progr.03] Qualica QFD

[progr.04] Autocad 2007

[progr.05] Corel Paint Shop Pro X2

MS Office