Contribuții la cartografierea zonelor greu accesibile cu ajutorul unui vehicul telecomandat [309307]

Universitatea Tehnică de Construcții București

Facultatea de Utilaj Tehnologic

Domeniul Inginerie Mecanică

Specializarea Mecatronică

Anul universitar 2019-2020

Contribuții la cartografierea zonelor greu accesibile cu ajutorul unui vehicul telecomandat

Lucrare de licență

Îndrumător: Robert Pécsi

Student: [anonimizat], 2019

Cuprins

Capitolul 1

1. Introducere……………………………………………………………………………….5

1.1. Mecatronică și robotică……………………………………………………………..5

1.1.1. Mecatronică……………………………………………………………………5

1.1.2. Robotică………………………………………………………………………..6

Capitolul 2

1. Stadiul actual al cunoașterii în domeniu………………………………………………….8

1.1. Roboți mobili………………………………………………………………………..8

1.1.1. Locomoția………………………………………………………………………8

1.1.2. Cinematica……………………………………………………………………..9

1.1.3. Percepția……………………………………………………………………….10

1.1.4. Localizarea…………………………………………………………………….11

1.2. Tipuri de roboți……………………………………………………………………..17

1.3. Arhitectura roboțiilor……………………………………………………………………………17

1.4. Sistemul senzorial al roboților………………………………………………………17

1.4.1. Senzori de stare externă……………………………………………………….19

1.4.2. Senzori de stare internă……………………………………………………….20

1.4.3. Combinarea datelor furnizate de senzori………………………………………….21

1.5. Considerații privind navigația roboților mobili…………………………………….23

Capitolul 3

1. Alegerea și prezentarea soluției proprii…………………………………………………23

1.1. Subansamblu motor proiectate în programul solidworks…………………………..25

1.2. Wireless……………………………………………………………………….……27

1.3. Bluetooth…………………………………………………………………………..28

2. Elemente componente și programe utilizate……………………………………………29

2.1. Elemente componente……………………………………………………………..29

2.1.1. Placă Arduino UNO………………………………………………….………..26

2.1.2. Instalarea sistemului de operare ……………………………………………..31

2.1.3. Breadbord……………………………………………………………………..32

2.1.4. Senzor de temperatură și umiditate DHT 11………………………………….33

2.1.5. Senzor de calitate aer MQ 135………………………………………………..36

2.1.6. [anonimizat] 280….….…39

2.1.7. Modul Bluetooth HC 06………………………………………………………44

2.1.8. Schemă electrică

2.1.9. Operatii de mentenanță

2.1.10. Modul GPS LS2303x-2R…………………………………………………….48

2.1.11. Etapele vizualizări sistemului GPS………………………………………………..50

Capitolul 4

1. Memoriu tehnic………………………………………………………………………..52

1.1. [anonimizat]…………………………………………52

1.2 Dimensionare arcului elicoidal din sistemul vehiculului Bone…………………………56

1.3. Calculul rezistenței arcului

1.4 Calculul roților dințate ……………………………………………………….…..63

Capitolul 5

1. Concluzi

Capitolul 1

1. Introducere

1.1 Mecatronică și robotică

1.1.1. Mecatronică

Termenul “mecatronică” (MECAnică + elecTRONICĂ) a fost conceput în 1969 de un

inginer al firmei japoneze Yaskawa Electric și protejat până în 1982 ca marcă a acestei firme. Acest termen inițial se referă la completarea structurilor mecanice din construcția aparatelor cu componente electronice. În prezent termenul definește o [anonimizat], bazându-se pe îmbinarea armonioasă a [anonimizat], își propune să îmbunătățească funcționalitatea și performanțele acestor sisteme tehnice.

[anonimizat]: mecanica, electronica, tehnica de calcul, fiecare dintre cei trei piloni prezintă subsistemele și subdomeniile lui principale, iar unirea acestora conduc la sisteme și produse cu caracteristici remarcabile, superioare unei simple reuniuni a componentelor de diferite tipuri. [1]

Figura 1.1.1.1 [2]

1.1.2. Robotică

Robotica este știința care se ocupă cu tehnologia, proiectarea și fabricarea roboților.

Robotica necesită cunoștințe de electronică, mecanică și programare, iar persoana care

lucrează în acest domeniu este cunoscută sub denumirea de robotician sau inginer în robotică. Denumirea de robot a fost introdusă pentru prima oară de către Karel Čapek în anul 1921 în lucrarea sa "Roboții universali ai lui Rossum".

Robotica mobilă este o categorie a roboticii, care se bazează pe realizarea, îmbunătățirea și implementarea roboților mobili. Spre deosebire de roboții normali, roboții mobili se pot deplasa prin diverse mijloace. Primii roboți mobili au fost Elmer (1948) și Elsie (1949), construiți de Wiliam Grey Walter, roboții fiind capabili să gasească sursă de lumină și să evite obstacole.

În 1951 Grey Walter prezintă la un festival din Marea Britanie un robot tip țestoasă,

triciclu. Tot în 1951 Edmund Berkeley inventează un robot mic, “veverița”, care era capabil să adune nuci sau mingi de golf. Era primul robot cu un braț aflat sub control automat, primul robot automat care putea efectua o sarcină, alta decât a se îndrepta spre lumină.

Figura 1.1.2.1 Robotul Elsie [3]

Robotul mobil este un sistem complex care poate efectua diferite activități într-o varietate de situații specifice lumii reale. El este o combinație de dispozitive echipate cu servomotoare și senzori (aflate sub controlul unui sistem ierarhic de calcul) ce operează într-un spațiu real, marcat de o serie de proprietăți fizice (de exemplu gravitația care influențează mișcarea tuturor roboților care funcționează pe pământ) și care trebuie să planifice mișcările astfel încât robotul să realizeze o sarcină în funcție de starea inițială a sistemului și în funcție de informația existentă, legată de mediul de lucru.

Succesul pentru îndeplinirea acestor sarcini depinde atât de cunoștințele pe care robotul le are asupra configurației inițiale a spațiului de lucru, cât și de cele obținute pe parcursul evoluției sale.

Problemele specifice ce apar la roboții mobili ar fi următoarele: evitarea impactului cu obiectele staționare sau în mișcare, determinarea poziției și orientării robotului pe teren, planificarea unei traiectorii optime de mișcare.

Planificarea mișcărilor nu constă dintr-o problemă unică și bine determinată, ci dintr-un ansamblu de probleme dintre care unele sunt mai mult sau mai puțin variante ale celorlalte.

Vitezele mari de lucru fac ca efectele dinamice a contact fizic cu obstacole sau a obiectelor manipulate să fie riscante (pot duce la deteriorarea obiectelor sau a robotului).

Navigarea robotului este posibilă și fără o determinare a poziției și orientării față de un sistem de coordonate fix, dar această informație este utilă pentru sisteme de comandă a mișcării. Dintre metodele de navigație mai des utilizate se menționează: măsurarea numărului de rotații efectuate de roțile motoare, folosirea de acceleratoare și giroscoape, geamanduri electromagnetice instalate în teren, semnalizatoare pasive sau semi-pasive de tip optic sau magnetic. [4]

În această lucrare se tratează contribuțiile unui sistem de cartografiere prin dezvoltarea unui

echipament care să elimine multe dintre dezavantajele celorlalte sisteme deja existente, având o simplitate constructivă, preț relativ redus, eficiență ridicată, mentenanță ușor de realizat, consum mic de energie.

Capitolul 2

1. Stadiul actual al cunoașterii în domeniu

2.1. Roboții mobili

Acest capitol prezintă principiile de bază a roboților mobili. Principalele domenii de

aplicabilitate a acestor roboți sunt:

Locomoția

Cinematica

Percepția

Localizarea

1.1.1. Locomoția

Mecanismul de locomoție reprezintă unul dintre cele mai importante componente ale

robotului mobil. Locomoția prin mișcare de rotație este de două ori mai eficace decât locomoția cu picioare.

Deși deplasarea cu ajutorul roților este mai simplă și permite acoperirea unor distanțe

mari cu un cost redus, există situații în care prezența obstacolelor face necesară implementarea unui robot care să se deplaseze cu ajutorul picioarelor. Cea mai frecventă abordare este realizată cu ajutorul unui robot hexapod. Deși există studii care tratează deplasarea unui hexapod, puține dintre ele analizează locomoția în prezența erorilor mecanice severe sau a erorilor hardware de poziționare a motoarelor. [5]

Figura 1.1.1.1 Robot hexapod [6]

1.1.2. Cinematica

Cinematica are un rol important în buna estimare a poziției robotului mobil. În timpul

cercetării privind poziția robotului, avem un model care implică trei grade de libertate: două pentru poziție în plan și unul pentru orientare pe axe verticale. Se utilizează un sistem de coordonate pentru prezentarea proprietăților obiectelor, cum ar fi poziția și orientarea. Cadrul global de referință este definit de axele XI și respectiv YI. Folosind un punct P pe robot, iar poziția sa este determinată de coordonatele x și y și respectiv unghiul θ. [7]

Figura 2.1.2.1 Cadrul global de referință și cadrul local de referință [8]

1.1.3. Percepția

Percepția include apropare tot ce ține cont de senzorii prin care robotul poate primi

informații despre mediul în care acesta operează. Un robot poate să măsoare distanțe, accelerații, câmpuri magnetice, poziții geografice, viteze, etc.

Exemplu de senzori utilizați pentru percepție în robotică:

Camere de filmat

Senzorii vizuali sunt reprezentați de regulă în lumea roboților mobili de camere video. În

zilele noastre senzorii de imagine folosesc două tehnologii: CCD și CMOS.

Camerele video obțin o cantitate mare de informații din câmpul lor vizual. Procesarea acestor date necesită o putere de calcul ridicată, mai ales dacă se dorește obținerea unor performanțe bune din informațiile culese.

Aplicațiile senzorilor vizuali sunt extrem de variate:

Control și inspecție: stări de suprafețe, culori, aspect, forme, contur și dimensiuni;

Verificare: prezența sau absența unui obiect;

Identificări și localizări de obiecte: în plan (2D) sau în spațiu (3D);

Urmărirea unui contur.

Laseri

Sistemele laser sunt folosite în două moduri și anume:

Pentru măsurători directe de distanță;

Ca surse de lumină structurată;

În primul caz, o rază laser scanează un perimetru și permite măsurarea precisă a

distanțelor față de punctul din care raza este emisă. În al doilea caz, prin procese optice sau mecanice, raza laser este transformată într-un, ,plan laser’’ care variază în întreaga zonă de interes. Un mare dezavantaj pe care le au laserele este acela că întâmpină dificultăți atunci când lucrează în mediul cu ceață, ploaie, ninsoare și mai ales cu soarele puternic. În primele trei cazuri, raza laser este reflectată de particulele de apă, iar în cazul soarelui raza nu este perturbată dacă laserul este suficient de puternic.

Sonare, radare

Sonarele și radarele funcționează pe același principiu ca cel al laserilor și anume, un

semnal emis de robot este reflectat de suprafața cu care intră în contact, apoi se întoarce la emițător, care măsoară timpul scurs dintre emisie și recepție. Cum viteza undei respective este cunoscută, se poate măsura distanța până la obiectul din care semnalul s-a reflectat. Dezavantajul major al sonarelor respectiv radarelor este costul ridicat. [9]

1.1.4. Localizarea

Localizarea în cazul roboților mobili se face cu ajutorul unui sistem GPS, acesta este un

dispozitiv de recepționare a semnalelor din sateliții GPS pentru a obține poziția exactă. În unele cazuri și viteza de deplasare sau altitudinea unui obiect. GPS-ul conține un receptor, cu ajutorul căruia îsi determina coordonatele dar și un transmițător bazat pe GSM (Global System for Mobile). Transmiterea de date se face prin GPRS (General Paket Radio Service) sau prin comunicații prin satelit pentru a le trimite unui centru echipat cu un software special pentru monitorizare prin satelit. Telefoanele mobile moderne pot fi utilizate ca un tracker GPS. Există un număr mare de aplicații pentru trimiterea periodică a locației dispozitivului pe serverul de monitorizare.

Există două clase de dispositive de urmarire GPS:

Tracker GPS personal, este conceput pentru urmărirea oamenilor sau a animalelor de companie.

Car GPS Tracker, este un dispozitiv care se instalează la rețeaua de bord a unei mașini sau a unui alt vehicul. [10]

1.2. Tipuri de roboți

Utilizările roboților variază în anumite limite. Mulți roboți din zona micro își găsesc utilizarea în medicină, fiind capabili să se deplaseze de-a lungul vaselor de sânge și a tuburilor corpului omenesc, în scopul investigațiilor, intervențiilor chirurgicale, dozării și distribuirii de medicamente etc. La fel de spectaculoase sunt și multe utilizări ale macro-roboților. Există mai multe tipuri de roboți precum:

Robot autonom mobil;

Robot umanoid;

Robot industrial;

Robot de servicii;

Robot jucărie;

Robot explorator;

Robot militar

Roboții autonomi sunt de obicei considerați a fi un subdomeniu al inteligenței

artificiale, al roboticii și ingineriei. Unul dintre cele mai importante domenii de cercetare este acela de a permite robotului să facă față mediului în care acesta își desfașoară activitatea, indiferent dacă acesta se află pe uscat, în apă, în aer,subteran sau în spațiu. Majoritatea fabriciilor lucrează cu roboți autonomi în limitele stricte ale mediului lor de lucru. [11]

Figura 1.2.1 Robot autonom care livrează colete [12]

Robotul umanoid, la ora actuală, ASIMO este printre cei mai inteligenți roboți din lume,

având o inteligența artificială minimă, putând reține fețe, apoi recunoaște și chiar să poarte o conversație. Momentan, nu poate fi achiziționat într-o variantă de uz casnic, dar pe termen lung are mari șanse să ne facă viața mai ușoară. De la distanță, pare a fi un tânăr astronaut în costumul celor de la NASA. Are 1,3 metri înălțime și 50 de kilograme, iar numele său este o variantă prescurtată pentru, ,Pas avansat în mobilitate inovativă” (Advanced Step in Innovative Mobility). Arată uman și din acest motiv, în cadrul debutului său la New York, la un hotel din Manhattan, ASIMO a întâmpinat audiența cu mesajul, ,Hello New York! Thank you for coming today!”. Aceasta fiind o înregistrare audio ce folosea vocea unui copil. ASIMO poate să meargă, să alerge și chiar să urce pe scări. Viteza sa maximă de deplasare atinge o limită decentă de 9 kilometri la oră. Este suficient de flexibil și ponderat în manifestarea forței de care e capabil. Astfel încât acesta poate să deschidă o sticlă și o poate turna într-un pahar. În ultima perioadă, a învățat să vorbească foarte bine în limbajul semnelor și tinde să devină din ce în ce mai autonom. Dacă continuă să evolueze în același ritm alert, în doar câțiva ani va fi capabil să ajute un bătrân singur în casă la toate activitățile zilnice.

Figura 1.2.1 Robotul ASIMO [13]

Roboții industriali din prezent nu sunt de obicei mobili, o cauza fiind domeniul de lucru

în care își desfasoară activitatea. Ei au fost introduși pentru prima dată pe liniile de producție General Motors. Roboții mobili sunt reprezentați de AGV-uri (Automated-Guided Vehicles), vehicule pe roți, cu ghidare automată, care transportă și manipulează piese. În agricultură există tractoare și mașini agricole fără pilot, capabile să execute singure lucrările pe suprafețele pentru care au fost programate. În domeniul forestier roboții mobili pot escalada copacii înalți.

Figura 1.2.2 Robot industrial [14]

În perioada 2000-2003, numărul de unități de roboți pentru servicii era estimată la peste

49.400 unități, din care 40,000 sunt roboți domestici (excluzând chiar și cei de curățenie cu vacuum) și aproximativ 5.000 sunt roboți medicali. Roboții domestici destinați uzului casnic cu sistem de vacuum sunt introduși pe piață la sfârșitul anului 2000. De asemenea apar roboți miniaturizați de la o zi la alta, ce vor intra într-o mulțime de case și vor ușura o parte din activitățile umane. Mai mult de atât, tehnologia actuală poate fi folosită în scopul complementării asistenței umane în cazuri dificile prin intermediul roboților de asistență ce suplinesc cu succes asistenții persoanelor cu handicap. În cadrul sectorului roboți de serviciu, prețul destul de ridicat este încă un impediment, însă avantajele multiple care le oferă în timp justifică investiția. Exact cum ne folosim acum de telefoane mobile, PC-uri așa ne vom putea folosi de "bucătarii inteligente" sau "case inteligente", în care diverse echipamente vor fi conectate la un PC care va coordona "muncile" în casă, prin intermediul roboților de serviciu. De exemplu : robot de curățenie, robot subacvatic, robot cositoare; robot de curățat cu vacuum. În funcție de serviciile pentru care au fost creați, din totalul analizat în 1999, la un număr de 6600 de unități s-au numărat 50%, roboți domestici, 14% roboți subacvatici, 12% roboți medicali, 6% roboți pentru curățenie și restul de 23% au fost în alte categorii.

Figura1.2.3 Robot casnic [15]

Roboții jucărie au fost creați pentru domeniul distractiv sau pentru roboți de competiție.

Figura 1.2.5 Robot jucărie [16]

Roboții exploratori sunt roboți care operează în locații greu accesibile și periculoase

fiind teleghidați sau parțial autonomi. Acest tip de robot poate lucra de exemplu într-o regiune de conflict militar, pe Luna sau Marte. Roboții exploratori au fost luați în considerare de către armata americană perspectiva înlocuirii soldaților combatanți cu roboți, pentru a reduce riscul pierderilor umane în luptă. Roboții mobili sunt introduși în clădiri și incinte din zone de conflict, în scopuri de investigare și chiar anihilare a inamicului.

Figura 1.2.6 Robot explorator [17]

Roboții militari sunt aparate automate al cărui program conține un sistem complex cu

legături inverse (cu reacție) stabilite la anumiți factori exteriori, care sunt capabili de o serie de acțiuni dirijate folosiți în scopuri militare. Roboții militari tereștri au fost folosiți din al doilea război mondial pentru spionaj, detectarea minelor terestre și pentru luptă. Mecanica folosită la roboții militari tereștri din acele vremuri se pot regăsi și în structura roboților militari din zilele noastre. [18]

Figura 1.2.7 Robot militar [19]

1.3. Arhitectura roboților

Arhitectura internă a unui robot conține cinci sisteme, fiecare dintre acestea aparținând unui domeniu al tehnicii clasice:

sistemul mecanic de susținere și al articulațiilor (cuplelor de rotație și de translație);

sistemul de acționare (hidraulic, pneumatic electric sau mixt);

sistemul de transmisie al mișcării;

sistemul senzorial (intern și extern);

sistemul decizional

1.4. Sistemul senzorial al roboților

Senzorii sunt dispozitive care pot măsura diferite proprietăți ale mediului precum: temperatura, distanța, rezistența fizică, greutatea, mărimea etc. În funcție de informațiile primite de la senzori robotul mobil se orientează în mediul de lucru.

În cel mai general caz, senzorii pot fi împărți în două categorii, și anume:

Senzori de stare internă – senzori care oferă informații despre starea internă a robotului mobil, spre exemplu nivelul bateriei sau poziția roților;

Senzori de stare externă – senzori care oferă informații despre mediul ambiant în care robotul funcționează. Senzorii de stare externă se mai pot împărți la rândul lor în două categorii: senzori cu contact, mai precis acei senzori care culeg informația din mediu prin atingere (senzor tactil), respectiv senzori fără contact, care preiau informația din mediu de la distanță (cameră video, senzor ultrasonic, senzor infraroșu).

Un senzor poate fi activ sau pasiv. Senzorii activi sunt acei senzori care emit energie în mediu pentru a putea observa anumite caracteristici ale acestuia, spre deosebire de senzorii pasivi care primesc energie din mediu pentru a putea prelua informația.

De asemenea, toate tipurile de senzori sunt caracterizate printr-o serie de proprietăți, cele mai importante fiind:

Sensibilitatea: raportul dintre semnalul de ieșire și semnalul de intrare;

Liniaritatea: exprimă dacă raportul dintre intrare și ieșire este constant;

Intervalul de măsurare: diferența între distanța minimă și maximă măsurabilă;

Timpul de răspuns: timpul necesar pentru ca informația de la intrare să fie observabilă la ieșire;

Acuratețea: diferența între semnalul măsurat și semnalul real;

Repetabilitatea: diferențele între măsurători succesive ale aceleiași entități;

Rezoluția: exprimă cea mai mică unitate de incrementare a semnalului măsurat;

Prețul senzorului;

Puterea de calcul necesară pentru a interpreta rezultatele;

Tipul de semnal la ieșire;

Greutatea, mărimea și cantitatea de energie consumată pentru a face o măsurătoare.

Orice model al unui senzor ar trebui să includă și un model intern al zgomotului care

poate afecta senzorul în momentul citirii informației. Problema de a recupera informația din mediu din datele primite de la senzor poate fi destul de complexă.

Orice tip de senzor poate fi afectat de mai multe tipuri de erori. Dintre acestea, cele mai importante sunt erorile incidentale, erorile sistematice și erorile stohastice. Erorile incidentale apar ocazional și pot avea un efect neprevăzut asupra informației, ele provenind în cea mai mare parte de la măsurători efectuate greșit. Erorile sistematice au o influență predictibilă asupra acurateței informației, acestea provenind de la o interpretare greșită a parametrilor în algoritmii de estimare, sau din cauza unor neconcordanțe în modelare. În fine, erorile stohastice, au un caracter aleatoriu, ele diferind de fiecare data când robotul execută aceeași operație.

În lumea roboților mobili se întâlnesc o mare varietate de tipuri de senzori. O clasificare de bază a acestora ar putea fi:

Senzori de distanță – senzori care oferă informații despre distanța între senzor și obiectul de măsurat din mediu;

Senzori de poziție – senzori care oferă informații despre poziția robotului în termeni absoluți;

Senzori de mediu – senzori care oferă informații despre diverse proprietăți și caracteristici ale mediului (exemplu: temperatură, culoare);

senzori inerțiali – senzori care măsoară proprietăți de mișcare ale robotului.

1.4.1 Senzori de stare externă

Senzori de contact

Cel mai des întâlnit tip de senzori de contact în lumea roboților mobili este reprezentat de senzorii tactili. Termenul de senzor tactil se referă la un traductor care este sensibil la atingere, forță sau presiune. Acești senzori pot fi piezorezistivi, piezoelectrici, capacitivi sau electro-rezistivi.

Senzori în infraroșu (IR)

Senzorii în infraroșu (IR) constituie categoria cea mai simplă de senzori de distantă folosită la un robot mobil. Metoda lor de funcționare este foarte simplă, fiecare senzor fiind echipat cu un emițător și un detector. Emițătorul transmite un fascicol de lumină în spectrul infraroșu (de regulă sunt folosite lungimi de undă în intervalul 880-990 nm), fascicol care se propagă în mediu, iar apoi se reflectă de obiectele aflate în acesta. Fascicolul reflectat este captat de componenta detector, urmând apoi ca printr-un calcul matematic simplu, să se estimeze o distanță între senzorul în infraroșu și obiectul detectat din mediu.

Senzori ultrasonici

Categoria de senzori cea mai des întâlnită la un robot mobil o constituie categoria senzorilor ultrasonici. Întâlniți în literatura de specialitate și sub denumirea de sonar, senzorii ultrasonici folosesc un principiu oarecum asemănător cu senzorii IR., dar în loc de a transmite fascicole luminoase, ei folosesc semnale acustice. Un emițător transmite un semnal acustic în mediu, urmând apoi ca reflecția acestuia să fie recepționată de componenta detector a senzorului. Timpul în care semnalul este receptat înapoi de senzor precum și atenuarea semnalului reprezintă aspecte exploatate de diferitele tipuri de senzori sonar.

Sunetele transmise de senzori sunt de regulă în spectrul de sunete ultrasonice, având o frecvență foarte înaltă pentru a nu putea fi detectate de urechea umană.

Sensibilitatea unui senzor ultrasonic nu este uniformă, ci consistă dintr-un lob principal și câteva loburi laterale mai mici. De asemenea, această sensibilitate diferă de la un senzor la altul.

Senzori GPS

Sistemul de poziționare globală prin satelit (Global Positioning System) a fost inițial dezvoltat de către Departamentul de Apărare al SUA începând cu anul 1973. Sistemul este alcătuit din aproximativ 21 de sateliți, și permite oricărui receptor autorizat să-și calculeze poziția și viteza cu care se deplasează. Sistemul GPS nu poate fi folosit în interiorul clădirilor, deoarece el necesită ca între receptor și satelit să existe vizibilitate directă. Momentan există mat multe implementări ale serviciului, printre care SPS (Standard Positioning System) disponibil pentru civili, respectiv PPS (Precise Positioning System), disponibil pentru armată. SPS are o acuratețe de aproximativ 100 m pe orizontală, fapt pentru care nu este folosit prea mult în lumea roboților mobili.

Senzori video

Senzorii vizuali sunt reprezentați de regulă în lumea roboților mobili de camere video. În momentul de față senzorii de imagine folosesc două tehnologii: CCD și CMOS.

Camerele video obțin o cantitate mare de informații din câmpul lor vizual. Procesarea acestor date poate necesita o putere de calcul ridicată, mai ales dacă se dorește obținerea unor performanțe optime din informațiile culese.

Aplicațiile senzorilor vizuali sunt extrem de variate:

Control și inspecție: stări de suprafețe, culori, aspect, forme, contur și dimensiuni;

Verificare: prezența sau absența unui obiect;

Identificări și localizări de obiecte: în plan (2D) sau în spațiu (3D);

Urmărirea unui contur.

1.4.2 Senzori de stare internă

Senzorii de stare internă sunt acei senzori care oferă informații despre starea internă a robotului mobil. Senzorii din această categorie oferă fie informații legate de poziția robotului (odometrie), fie informații referitoare la vitezele sau accelerațiile liniare, respectiv unghiulare ale robotului (accelerometru, giroscop).

Senzorii care oferă informații despre poziție, se regăsesc de regulă sub forma encoderelor la motoarele robotului. Encoder-ul este un dispozitiv (circuit, traductor, software) care transformă semnalul primit (numărul de rotații) într-un semnal electric. Prin măsurarea rotației roților robotului, și apoi interpretarea acestei informații se poate estima poziția robotului. Semnalul provenit de la encodere poate oferi informații despre direcția în care se deplasează robotul, viteza cu care se deplasează robotul precum și distanța aproximativă care a parcurs-o robotul de la ultima evaluare.

Teoretic, poziția exactă a robotului ar putea fi dedusă doar din informațiile de odometrie provenite de la encodere, în sensul că distanța parcursă ar trebui să fie egală cu 2πr, unde r reprezintă raza roții respective. În practică însă, în cel mai bun caz, se poate ști doar că informația de la encodere conține o anumită eroare, și că această eroare de regulă nu scade niciodată. În cea mai rea situație, când roțile robotului alunecă, nu mai există nici o relație între mișcarea roților și mișcarea robotului.

Senzorul care permite determinarea vitezelor sau accelerațiile unghiulare ale robotului este giroscopul. Elementul component fundamental al tuturor dispozitivelor giroscopice – indiferent de destinația acestora – îl constituie giroscopul în formă de volant având rolul de purtător de moment cinetic. Pentru menținerea lui în mișcare de rotație se utilizează diferite mijloace de acționare. Ansamblul format din motorul de acționare (pneumatic sau electric) și giroscop (volant) se numește giromotor. [20]

1.4.3. Combinarea datelor furnizate de senzori

Pentru majoritatea sarcinilor atribuite unui robot mobil, folosirea unui singur tip de senzor nu poate da rezultate satisfăcătoare. Spre exemplu, pentru navigare, anumite obiecte din mediu pot fi detectate doar de senzori IR, iar altele doar de senzori ultrasonici, și doar unele de ambele tipuri de senzori. Se pune deci problema găsirii unei metode care să combine într-un mod eficient informațiile de la o multitudine de senzori de categorii și caracteristici diferite.

Termenul cel mai des întâlnit în literatura de specialitate este „fuziune de senzori”. În contextul roboților mobili, fuziunea trebuie să fie efectuată pe următoarele trei nivele:

Trebuie să combine măsurători de senzori de categorii diferite;

Trebuie să combine măsurători din poziții diferite;

Trebuie să combine măsurători efectuate la diferite intervale de timp.

Termenul de ’’robot’’ este utilizat cu mai multe înțelesuri, în diferite contexte. Este deosebit de dificilă formularea unei definiții care să cuprindă toate caracteristicile unui robot în câteva rânduri. Din acest motiv, există mai multe definiții ale aceluiași termen, date de unele dintre companiile constructoare sau asociațiile naționale din domeniu. Fiecare dintre acestea încearcă să definească în moduri diferite același produs al inteligenței umane.

RIA (Robot Institute of America), robotul este un manipulator multifuncțional, reprogramabil, destinat deplasării materialelor, pieselor, sculelor sau altor dispozitive specializate prin mișcări variabile, programate pentru a îndeplini anumite sarcini.

Figura 1.4.3.1 Robotul conceput de Institutul american în domeniul roboticii [21]

JIRA (Japan Industrial Robot Association), robotul este un dispozitiv versatil și flexibil care oferă funcții de deplasare similare celor ale membrelor umane sau ale cărui funcții de deplasare sunt comandate de senzori și de mijloace proprii de recunoaștere. [22]

Figura 1.4.3.2 Roboții japonezi [23]

1.5. Considerații privind navigația roboților mobili

Sistemul de navigație reprezintă o componentă complexă a roboților mobili autonomi. Instrumentele de navigație pot fi aplicate roboților autonomi sub diferite forme cinematice și geometrice. Pentru navigație au fost utilizate numeroase principii: odometrie (măsurarea relativă a poziției prin analiza numărului de rotații și orientarea roților), navigație inerțială (pe baza măsurătorilor relative realizate prin intermediul giroscopului), ghidare activă (calculul poziției absolute prin măsurarea distantei până la cel puțin trei repere), recunoașterea punctelor de reper artificiale și recunoașterea puncte de reper naturale (se folosesc puncte de reper existente din mediul înconjurător).

Metodele de navigație a roboților autonomi sunt din cele mai vaste, dată fiind gama largă de utilizare a roboților și aplicațiile acestora. Mediul înconjurător robotului are o importanță mare pentru funcționarea și orientarea acestuia, și de aceea toate abordările acestei probleme pornesc de la mediu. După acest considerent, se pot evidenția trei principii de navigație:

Navigația globală – raportare directă prin coordonate absolute la harta mediului înconjurător.

Acest tip de navigație se aplică la roboții ce au de parcurs distanțe mari, în spații deschise, fără repere imediate și la distanțe foarte mari față de puncte de referință. Acest tip de roboți este utilizat în industria militară, cum ar fi avioanele de recunoaștere fără pilot uman de tip UAV, dar și alte echipamente de pilot automat întâlnite în aeronautică, pe vapoare sau chiar în dotarea automobilelor de ultimă generație. În majoritatea cazurilor, navigația automată a acestora se face cu ajutorul tehnologiei GPS.

Navigația locală – prin determinarea poziției relativă față de obiecte imediat apropiate de robot, staționare sau în mișcare.

În cazul navigației locale, se folosesc metode de detecție vizuală a mediului cu ajutorul a diferiți senzori, cum ar fi senzorii vizuali, infraroșu, laser, sau ultrasonici. În cadrul navigării locale este vizată o modelare și o interpretare a mediului de către robot, fără ca informațiile despre mediu sa îi fie furnizate în prealabil. Această interpretare duce la diferite tipuri de reprezentări ale mediului înconjurător, făcute după modele în funcție de aplicație. Astfel mediul poate se interpretează mai ușor prin stabilirea unor puncte de reper (în literatura de specialitate sunt denumite landmarks) de către robot prin recunoașterea unor anumite obiecte sau caracteristici ale mediului. Aceste repere pot fi stabilite artificial, în puncte cheie, acestea fiind realizate astfel încât să poată fi detectate cât mai ușor. Pe baza interpretării mediului, robotul poate să realizeze hărți bidimensionale sau tridimensionale pentru o orientare mai bună și prin recunoașterea anumitor părți din mediu, procesul de navigație poate fi optimizat. [24]

Capitolul 3

1. Alegerea și prezentarea soluției proprii

Dorim să realizăm o îmbunătățire a unui vehicul telecomandat pentru cartografierea

zonelor greu accesibile într-un mod eficient și rapid cu cost redus fără a se modifica structura acestora.

Printre îmbunătățirile ce urmează a fi prezentate, menționăm, o localizare precisă a

dispozitivului printr-un soft care primește informații de la unul sau mai mulți sateliți în funcție de zona în care se află și echiparea vehiculului cu un set de senzori.

Sistemul prezintă următoarele avantaje:

simplitate constructivă

preț de realizare scăzută

nu modifică structura vehiculului

consum energetic scăzut

mentenanță minimă

prelevarea datelor din mediul de lucru

Tabel 1.1 Specificații tehnice vehicul

Vehiculul este echipat cu 4 motoare cu tracțiune integrală să facă față oricărui tip de

drum cu ușurință. Este prevăzut cu o cameră video conectată prin comunicație wireless pentru ca vehiculul să poată fi comandat de la distanță, și cu un set de senzori comandați prin intermediul unui modul Bluetooth, bateria încorporată având capacitatea de 6 V, 600 mAh.

Figura 1.1 Vehicul Bone

1.1 Subansamblu motor proiectate in programul solidworks

Figura 1.1.1 Punte față cu angrenaje

Figura 1.1.2 Punte spate cu angrenaje

Figura 1.1.4 Vehicul Bone proiectat în solidworks

1.2 Comunicația prin Wifi

Wi-Fi este numele comercial pentru tehnologiile construite pe baza standardelor de

comunicație din familia IEEE 802.11 utilizate pentru realizarea rețelelor locale de comunicație (LAN) fără fir (wireless, WLAN), la viteze echivalente cu cele ale rețelelor cu fir electric de tip Ethernet. Suportul pentru Wi-Fi este furnizat de diferite dispozitive hardware, și de aproape toate sistemele de operare moderne pentru calculatoarele personale (PC), routere, telefoane mobile, console de jocuri și cele mai avansate televizoare.

Avantajele Wifi

Distanța de funcționare este una mare. Cu Wi-Fi nu va fi necesar să avem griji că

pierdem semnalul audio, atâta timp cât avem semnal Wi-Fi. Așadar, dacă rețeaua este configurată pentru a acoperi întreaga casă, atunci putem să ținem telefonul în buzunar și să nu avem grijă că pierdem semnalul.

Calitatea sunetului – Wi-Fi are o lățime de bandă mult mai mare decât la comunicația prin protocolul Bluetooth, oferindu-i posibilitatea de a transmite flux fără pierderi. Aceasta înseamnă că toate informațiile care părăsesc sursa vor fi primite de către exchipamentul destinație.

1.3 Comunicația prin Bluetooth

Bluetooth este un set de specificații (un standard) pentru o rețea personală fără fir, bazată pe unde radio. Tehnologia Bluetooth a fost creată în 1994.

Printr-o rețea Bluetooth se poate realiza un schimb de informații între diverse aparate precum telefoane mobile, laptop-uri, calculatoare personale, imprimante, camere foto și video digitale sau console video prin unde radio criptate (sigure) și de raze mici, desigur numai dacă aparatele respective sunt înzestrate cu funcția de comunicație prin Bluetooth. Aparatele care dispun de această funcție Bluetooth comunică între ele atunci când se află în rază de acțiune. Ele folosesc un sistem de comunicații radio, așa că nu este nevoie să fie poziționate față în față pentru a transmite; Dacă transmisia este suficient de puternică, ele pot fi chiar și în camere diferite.

Avantaje Bluetooth

Este în aproape orice dispozitiv electronic, este destul de ieftină constructia unei boxe

portabile care să utilizeze tehnologia Bluetooth. Din punct de vedere a costului modulele Bluetooth sunt foarte accesibile.

2. Elemente componente, programe și limbaje de programare utilizate

2.1. Elemente component

Componente utilizate la montaj:

Figura 2.1.1. Imagini ale componentelor utilizate

2.1.1. Placă arduino UNO

Arduino este o companie open-source care produce atât plăcuțe de dezvoltare bazate

pe microcontrolere, cât și partea de software destinată funcționării și programării acestora. Pe lângă acestea, include și o comunitate care se ocupă cu creația și distribuirea de proiecte care au ca scop crearea de dispozitive care pot sesiza și controla diverse activități sau procese în lumea reală.

Proiectul este bazat pe designul plăcilor cu microcontroler produse de câțiva furnizori,

folosind diverse tipuri de microcontrolere. Aceste plăci pun la dispoziția utilizatorului pini I/O, digitali și analogici, care pot fi interfațați cu o gamă largă de plăcuțe numite scuturi (shield-uri) și/sau cu alte circuite. Plăcile au interfețe de comunicații seriale, inclusiv USB pe unele modele, pentru a încărca programe din calculatoarele personale. Pentru programarea microcontrolerelor, Arduino vine cu un mediu de dezvoltare integrat (IDE) bazat pe proiectul Processing, care include suport pentru limbaje de programare ca C și C++. [22]

Figura 2.1.1.1. Placă Arduino UNO proiectată

Tabel 2.1.1.1 Specificații Arduino UNO

2.1.2 Instalarea sistemului de operare

După terminarea descărcării, continuați cu instalarea și permiteți instalarea driverului

când primiți un avertisment din partea sistemului de operare.

Figura 2.1.2.1

Alegem componentele pe care dorim să le instalam:

Figura 2.1.2.2

Alegem directorul de instalare:

Figura 2.1.2.3

2.1.4. Breadbord

Breadbord-ul se utilizează la realizarea rapidă a montajelor fără a fi nevoie de un letcon

sau pistol de lipit. Piesele se introduc în găurile din placă iar legăturile între pini se realizează cu fire tip tată-tată sau mamă-tată. La mijloc se pot introduce circuite integrate sau module cu două rânduri de pini, la rândul lor fiecare pin pot fi rapid conectate în altă parte prin cele 4 găuri așezate perpendicular pe circuit. În partea laterală a breadbord-ului sunt două magistrale cu legături orizontale care în mod normal se folosesc pentru alimentare. Această placă are câte două magistrale independente pe fiecare parte.

Caracteristici tehnice:

Dimensiune: 16,5 x 5,4 x 0,85;

Număr de puncte: 830;

Diametru fir necesar: 0,8 mm;

Figura 2.1.4.1. Breadbord proiectat

2.1.3 Senzor de temperatură și umiditate DHT11

DHT11 este un senzor digital de temperatură și umiditate, low-cost, acesta are

încorporat un senzor de umiditate capacitive și un thermistor, pentru a măsura aerul din jur, și dă un semnal digital pe pinul de date. Un dezavantaj pe care îl are senzorul DHT11 este acela că obții date noi la fiecare 2 secunde.

Tabel 2.1.3.1. Specificații sensor DHT11

Figura 2.1.3.1. DHT11 [24]

Figura 2.1.3.2 Schemă montaj DHT 11

Figura 2.1.3.3. Montaj DHT11

DHT 11 test arduino UNO

Figura 2.1.3.4

După ce încărcăm schița deschidem serial monitor unde vom obține parametrii afișați mai jos:

Figura 2.1.3.5

2.1.5. Senzor calitate aer MQ 135

Senzorul MQ135 este folosit pentru detectarea calității aerului. Acesta detectează

particule dăunătoare în aer cum ar fi: amoniac, aburi benzina, fum și alte gaze dăunătoare. Pentru detecție detectorul folosește dioxidul de staniu (SnO2), încorporat în senzor, care are o conductivitate scăzută în aerul curat, și cu cât aerul este mai poluat cu atât crește conductivitatea.

Tabel 2.1.5.1 Specificații tehnice MQ 135

Figura 2.1.5.1. Senzor MQ 135

Figura 2.1.5.2. Montaj MQ 135

Figura 2.1.5.3 Schemă MQ 135 [24]

2.1.6. Senzor de presiune atmosferică, temperatură și umiditate BMP 280

Senzorul presiune atmosferică, temperatură și umiditate cu senzor Bosch BMP280,

folosește I2C și SPI, compatibil Arduino și alte plăci de dezvoltare.

Denumirea de I2C vine de la ,,Inter-Integrated Circuit’’, acest tip de comunicare a fost

definit de Philips în 1970 din dorința de a simplifica și a standardiza liniile de date a produselor. Prin acesta soluție s-a redus numarul de linii la două (SDA – date și SCL- ceas). Popular interfața mai este cunoscută și sub denumirea de ,,comunicare pe două fire’’ sau ,,two wire interface”.

I2C presupune:

Rata de transfer de 10 KB/s – 100Kb/s

SDA – Serial Date line

SCL – Serial Clock line

112 dispozitive care se pot conecta pe I2C ( dispozitivele conectate trebuie să aibă GND comun)

Figura 2.1.6.1 Mod de conectare [27]

Figura 2.1.6.1. Senzorul BMP 280

Figura 2.1.6.2. Montajul BMP 280

Tabel 2.1.6.1 Specificații tehnice BMP 280

Tabel 2.1.6.2 Configurație pin BMP 280

BMP 280 test arduino UNO

Figura 2.1.6.3

Pentru a începe să citim datele senzorilor, va trebui să instalăm biblioteca Adafruit BMP280 (codul din depozitul github). Acesta este disponibil din managerul bibliotecii Arduino.

Figura 2.1.6.4

Tastăm bmp280 pentru a localiza biblioteca. Faceți clic pe Instalare.

Figura 2.1.6.5

Se deschide fișierul „Exemple-Adafruit_BMP280,,bmp280test și se încărcă prin Arduino conectat la senzor.

Figura 2.1.6.6

După ce încărcăm schița deschidem serial monitor unde vom obține parametrii afișați mai jos:

Figura 2.1.6.7

2.1.7. Modul Bluetooth HC-06

Acesta este un modul Bluetooth HC 06 RS232 compatibil cu plăcile de dezvoltare precum Arduino, ideal pentru transmiterea și primirea informațiilor wireless prin Bluetooth.

Tabel 2.1.7.1 Specificații tehnice HC-06

Figura 2.1.7.1 Modul Bluetooth HC-06

Figura 4.1.7.2 Montaj HC-06

Figura 4.1.7.3. Schiță montaj HC 06

Algoritmul și mediul de programare

Pentru început este necesar să importăm librăriile

DHT.H

DHT11.h

LiquidCristal.h

Wire.h

SPI.h

I2C

Pentru aceste comenzi din aplicația principală se includ librăriile și se definește pinul prin care ne conectăm cu placa Arduino UNO.

#include "SparkFunBME280.h"

#include "Wire.h"

#include "SPI.h"

#include <dht11.h>

#define DHT11PIN 2 // broche DATA -> broche 4

int sensorValue;

BME280 capteur;

dht11 DHT11;

Se setează rata de transfer în biți pe secundă pentru transmiterea de date, pentru a cominuca cu calculatorul, am utilizat rata de 9600. Marcăm datele către portul serial ca text ASCII care poate fi citit de om.

void setup() {

Serial.begin(9600);

while (!Serial) {

}

capteur.settings.commInterface = I2C_MODE;

capteur.settings.I2CAddress = 0x76;

capteur.settings.runMode = 3;

capteur.settings.tStandby = 0;

capteur.settings.filter = 0;

capteur.settings.tempOverSample = 1 ;

capteur.settings.pressOverSample = 1;

capteur.settings.humidOverSample = 1;

Serial.println("DHT11 programme d'essai ");

Serial.print("LIBRARY VERSION: ");

Serial.println(DHT11LIB_VERSION);

Serial.println();

În așteptarea senzorului trebuie să asteptăm o secundă pentru a încărca configurația senzorilor.

Serial.println("Starting BME280… ");

delay(100);

capteur.begin();

}

Afișarea datelor primite de la senzori la fiecare o secundă a calitați aerului, umidități, temperaturi și respective presiuni în unitați de masură.

void loop() {

DHT11.read(DHT11PIN);

Serial.print("Humidité: ");

Serial.print(" %");

Serial.print((float)DHT11.humidity, 2);

Serial.print("\t Température: ");

Serial.print(capteur.readTempC(), 2);

Serial.print(" °C");

Serial.print("\t Pression: ");

Serial.print(capteur.readFloatPressure(), 2);

Serial.print(" Pa");

sensorValue = analogRead(0);

Serial.print("\t Calitate aer=");

Serial.print(sensorValue, DEC);

Serial.println(" PPM"); //calitate

delay(1000);

}

2.1.8. Schemă electrică realizată cu ajutorul programului Fritzing

Software-ul este creat pentru un limbaj de programare Processing pentru Arduino, fritzing este o inițiativă open-source pentru a sprijini designerii, artiștii, cercetătorii și pasionații să facă pasul de la prototipuri fizice la produse reale. Acest software a fost creat în spiritul procesării.

Site-ul ajută utilizatorii să împărtăsească proiecte precum și să reducă costurile de producție.
Fritzing este în esență un software Electronic Design Automation cu o barieră de intrare redusă, adaptat nevoilor utilizatorilor. Utilizează metafora breadboard-ului, astfel încât este ușor să transferați schița hardware a software-ului.

Figura 2.1.8.1. Fritzing

Figura 2.1.8.2. Schemă montaj senzori

Figura 2.1.8.3. Schemă electrică realizată cu ajutorul programului Fritzing

2.1.9. Operații de mentenanță a vehiculului Bone

Curățarea resturilor de pe arborele rotativ și de pe anvelope, în caz contrar motorul se va supraîncalzi sau chiar deteriora, iar vehiculul va fi dificil de controlat.

Punerea vehiculului într-o poziție dreaptă cand acesta nu este utilizată, în caz contrar amortizorul frontal este îndoit, iar raza de cotitură stânga respecitv dreapta va fi inegală.

Întregul vehicul este rezisitent la apă dar pentru pastrarea lui în stare buna de functionare se clateste cu apă după fiecare utilizare pentru îndepărtarea impuritătilor.

2.1.10. Modulul GPS LS2303x-2R

Produsele din seria LS2303x-2R sunt complete de receptoare GPS (cunoscute și ca mouse-uri GPS) bazate pe tehnologia dovedită găsită în modulul GPS LOCOSYS MC-1513-2R, care utilizează soluția chip MediaTek. Mouse-ul GPS va achiziționa semnalul de la o mulțime de sateliți simultan, oferind o viteză rapidă de reparație, o actualizare de navigare de o secundă și un consum redus de energie. Capacitatea sa extinsă satisface cerințele de sensibilitate ale navigației auto, precum și pe cele ale altor aplicații bazate pe localizare.

Specificațiile modulului de comunicație GPS:

Tabel 2.1.10.1 Specificațiile modulului de comunicație GPS

Configurația parametrului de navigare:

Poziția de ieșire a modulului GPS va păstra aceeași valoare, iar viteza de ieșire va fi

zero dacă viteza reală este sub pragul parametrului de navigație static. Acest lucru este util pentru diferite aplicații. De exemplu, mașina oprită va primi poziția staționară GPS dacă pragul este de 1,5 m / s. [25]

2.1.11. Etapele vizualizării sistemului GPS:

Etapa 1: Conectarea cu ajutorul unui program de navigare pe site-ul oficial Trace Sharing

Figura 2.1.11.1 Conectarea pe site-ul official

Etapa 2: Cu ajutorul unui cont realizat de către admin ne conectăm:

Figura 2.1.11.2 Conectare cu ajutorul unui cont

Etapa 3:

Figura 2.1.11.3

Etapa 4: Accesăm, ,Istoric’’ și apoi, ,Rapoarte’’

Figura 2.1.11.4

Etapa 5: Alegem data de început și de sfârșit când dorim să afișăm foaia de parcurs:

Figura 2.1.11.5

Etapa 6: Afișarea datelor de parcurs și a graficelor de parcurs

Figura 2.1.11.6

Capitolul 4

1. Memoriu tehnic

1.1 Eficiența economică, costul de producție:

Costul de producție se calculează cu formula:

unde:

– reprezintă cheltuieli cu materialele pentru sistem

– reprezintă cheltuieli cu retribuția de bază pentru sistem

– reprezintă cheltuieli cu regia de secție pentru sistem

– reprezintă cheltuieli cu regia de intreprindere pentru sistem.

CALCULUL CHELTUIELILOR CU MATERIALELE, Cml

Cheltuielile cu materii prime și materiale pentru sistemul de igienizare se calculează cu relația:

(1.2.)

unde:

– i – reprezintă materialul folosit;

– j – reprezintă părți componente, repere, subansamblu, etc.

– – indică consumul de material specific pentru reperul j;

– – reprezintă prețul catalog al materialului;

– – reprezintă costul părților componente obținut prin cooperare cu alte intreprinderi;

– D – reprezintă valoarea deșeurilor recuperabile rămase în urma prelucrărilor;

– γ – reprezintă un coeficient adimensional ce ține seama de cheltuielile cu transportul și aprovizionarea.

În continuare urmează reperele din proiect cu consumul specific de material și costul pentru fiecare, sub formă tabelară:

Tabel 5.1.1 Costul pieselor componente

Total 385 ron

Costul părților obținute prin cooperare cu alte intreprinderi este considerat:

(1.3.)

Deșeurile recuperabile reprezintă 4% din

(1.4.)

Coeficientul γ care ține seama de aprovizionare și transport are valori cuprinse între 5÷8%. În calcul coeficientul γ are valoarea de 7%.

Cheltuielile privind manopera pentru sistemul de igienizare se determină cu relația:

unde:

– k – operația

– – timpul necesar, efectuat operației “k” pentru obținerea reperului “j”

– – retribuția medie orară.

Cheltuielile destinate manoperei:

(1.6.)

Pentru a determina costul de producție trebuie determinate următoarele componente:

Cheltuielile cu retribuția de bază, , valoarea brută pentru sistem proiectat se calculează cu formula:

(1.7.)

unde:

I – reprezintă impozitul pe retribuții;

CAS – reprezintă contribuția la asigurările sociale

– Cheltuielile cu regia de secție, se calculează cu relația:

(1.8.)

unde :

– – regia de secție,

Costul de secție pentru dispozitiv , se calculează cu relația:

(1.9.)

Costul cu regia de întreprindere se calculează cu relația:

(1.10.)

unde:

– – regia de intreprindere,

În concluzie reluând cele aratate mai înainte și folosind rezultatele obținute, costul de producție pentru realizarea sistemului va fi:

înlocuind în relație se obține:

1.2 Dimensionarea arcului elicoidal din sistemul vehiculului Bone

Generalități

Caracterizate printr-o largă răspândire în toate domeniile mecanicii fine, în care satisfac numeroase scopuri funcționale.

Uzual cunoscute sub denumirea de arcuri elicoidale, acestea se execută din sârme sau bare de diferite secțiuni circulară sau rotundă, dreptunghiulară, pătrată, trapezoidală, eliptică și inelară, înfășurate după o elice pe o suprafață directoare. În funcție de forma suprafeței corpului de înfășurare a elicei, arcurile elicoidale pot fi: cilindrice, conice, paraboloidale și hiperboloidale.

Figura 1.2.1: Arcuri elicoidale de compresiune

Din punct de vedere funcțional se împart în două categorii:

arcuri de compresiune – tracțiune, supuse unor sarcini axiale, care provoacă solicitarea la torsiune și în secțiunea transversală a barei răsucite în formă de elice

arcuri de torsiune, supuse unor momente de torsiune care provoacă solicitarea la încovoiere în secțiunea transversală a barei răsucite.

Cele mai utilizate sunt secțiunile circulare și dreptunghiulare ale spirei. Arc elicoidal de

compresiune, este supus unor sarcini axiale care comprimă arcul și al căror efect se traduce printr-o solicitare de torsiune în secțiunea transversală a barei răsucite in formă de elice.

• Proiectare.Calcul

Calculul de proiectare al arcurilor elicoidale urmărește determinarea dimensiunilor și parametrilor lor funcționali,impunându-se solicitari exterioare cu eventualele restricții de gabarit.

Stabilindu-se o mărire pentru indicele arcului,dimensiunile sârmei sau barei arcului se obțin cu ajutorul relațiilor derivate din condițiile de rezistență la solicitarea specifică în secțiunea elementului elastic,după care,pe baza standardelor,se stabilesc valorile lor normalizate.

Arcuri elicoidale cilindrice de compresiune

În STAS 7067-76 sunt stabilite principiile și metoda generală de calcul pentru arcurile elicoidale cilindrice de compresiune, cu pasul constant,executate din sârme sau bare cu sectiune rotundă și supuse unor sarcini axiale constante sau oscilante la temperaturi intre -40⁰C și + 120⁰C.

Figura 1.2.2 Parametri arcului elicoidal

Figura 1.2.3 Arcul proiectat

Calcul arc elicoidal de compresiune

Rezistența admisibilă torsiune:

Forța de cmpresiune dorită:

Diamnetru sârmei:

Conforms STAS 893-89

Diametrul mediu al spirei:

Daca arcul se ghidează pe un arbore se recomandă ca jocul dintre diametrul arorelui/arc sa fie de 0.3ds.

Diametrele spirei exteriore și interioare

Indicile arcului:

Coeficient de formă:

Forța de pretensionare:

Săgeata nominala de lucru:

Numarul de spire active:

Alegem n=8

Tensiunea de torsiune maximă τtmaxtrebuie sa fie sub dar putem urca pana la 800 pentru cicluri rare:

Numarul total de spire:

Rigiditatea (constanta)arcului:

Verificarea săgeții:

Forța de pretensionare pentru rigiditatea acestui arc va fi:

Sageata nominala de lucru:

Înalțime(lungimea)arcului la blocare la arcuri cu capete prelucrate:

Pasul spirelor active în stare libera,respectandu-se condiția(t≥1.5ds)

Alegem:

Pentru o cursă impusă se allege t mai mare ca t calculate:

Alternativ

Pasul arcului se va alege și obținem:

Înalțimea (lungimea)arcului în stare liberă:

Lungimea sârmei arcului:

Săgeata arcului la blocare:

Forța necesară pentru blocarea arcului:

Lungime arc la sarcină nominală Q:

Distanța intre spire în starea de lucuru:

Verificare caracteristică arc:

Grafic 1.2.4 Dependența forței în funcție de săgeată

În urma graficului rezultat, acesta fiind liniar, arcul realizat este veridic,si se poate utilize în sistemul proiectat.

1.3. Calculul rezistenței arcului

Figura 1.3.1 Arcul din sistemul amortizoarelor

Ralizarea calculului rezistenței se va realize cu ajutorul software-ului SolidWork prin metoda elementului finit integrat în acesta.Se realizeaza studiul ,arcul fiind încastrat pe ultima spiră,si se aplica o forță de 3 N,dupa cum se poate observa in fig4.2.1. în care sunt ilustrate elementele studiului realizat.

Figura 1.3.2 Discretizarea piesei

Arcul este realizat din materialul prezentat în tabelul 1.3.1, iar proprietațile materialului respectiv sunt prezentate in tabelul 1.3.2.

Tabelul 1.3.1 Tipul materialului

Tabel 1.3.2 Proprietățile materialului

Figura 1.3.3. Rezultate obținute

Figura 1.3.4 Rezultate obținute

1.3 Calculul roților dințate

Roata dințată este un organ dințat, destinat pentru a pune în mișcare alt organ dințat, sau

a fi pus în mișcare de către acesta, prin acțiunea dinților aflați succesiv și continuu în contact.

Clasificarea roților dințate:

după forma suprafeței de danturare: – cilindrică, conică, melcată, alte forme de revoluție, necirculare

după direcția dinților: – cu dinți drepți, cu dinți înclinați, cu dinți în V sau W, cu dinți curbi

după poziția danturii în raport cu cilindrul pe care se află dantura: – cu dantură interioară, cu dantură exterioară

în funcție de profilul dinților: – cu profil evolventic, cu profil în arc de cerc

Figura 1.3.1 Roată dințată din angrenajul motorului realizată în softwar-ul SolidWorks

Fig1.3.2 Parametrii angreanajului

Se masoara:

Numarul dinților:

Lățimea roților dințate:

Se alege:

Se determină modulul:

Se alege modulul:

Unghiul de divizare :

Se presupune că angrenajul este de tip zero deplasat.

Se determina raza cercului de divizare:

Se determină raza cercului de picior:

Volumul geometric (pentru două roți):

Debitul teoretic mediu este:

Capitolul 5

1.Concluzi

Lucrarea de fața și-a propus să facă câțiva pași în direcția dezvoltării comenzii unor echipamente și mașini din domeniul construcțiilor cu ajutorul unor elemente de comandă automată. Plecănd de la studiul nivelului conoașterii în domeniu prin consultarea literaturii de specialitate, am dedus că un pas semnificativ dar, totodată, și fezabil ar fi realizarea unui vehicul care să permită investigarea unor zone greu accesibile și comanda acestuia prin intermediul unei placi de dezvolare Arduino.

Am ales această aplicație fiincă am constatat ca exisită numeroase domenii în care maparea unor parametrii din punctele, regiunile anumitor zone geografice greu accesibilă poate fi necesară și fiindcă placile de dezvoltare reprezintă o soluție tehnologică extrem de flexibilă și eficientă în direcția comenzii automate, a realizării diferitelor aplicații ingenioase.

Pentru contribuțiile personale pe care le-am adus pentru și în timpul realizării acestei lucrări aș enumera:

sinteză în prima parte a lucrarii a informațiilor referitoare la nivelul actual al cunoasterii în acest domeniu;

proiectarea și asamblarea vehicului + senzori;

localizarea precisă cu ajutorul unui sistem GPS;

prelevarea de date cu ajutorul senzorilor montati pe vehicul;

cu ajutorul programului SolidWorks de această dată folosind modulul de simulare, s-a realizat o analiză statică a unei componente (arc elicoidal de compresiune) folosind analiza cu element finit;

Dezavantajul acestei metode îl reprezintă costul acestuia fiind destul de mare.

Bibliografie

[1]. http://webbut.unitbv.ro/Carti%20on-line/BSM/BSM/capitol1.pdf

[2]. http://mekatronicsingenieria.blogspot.com/p/que-es-la-mecatronica-la-mecatronica-es.html

[3].https://www.scientia.ro/stiinta-la-minut/istoria-ideilor-si-descoperirilor-stiintifice/2500-introducere-in-istoria-roboticii.html

[4]. Contribuții la sinteza roboților mobili cu 3 grade de mobilitate. Gâlmeanu, C. București : UPB, 2000

[5]. http://www.dc.ac.tuiasi.ro/wp-content/uploads/sites/4/2016/04/BulatAdrian.pdf

[6].https://www.robotshop.com/en/lynxmotion-ch3-r-hexapod-robot-kit-botboarduino-w–hs-645-servo-upgrade.html

[7]. file:///C:/Users/Windows%2010/Desktop/Peci.pdf

[8].https://www.google.com/search?q=The+global+reference+frame+and+the+robot+local+reference+frame&source=lnms&tbm=isch&sa=X&ved=0ahUKEwjjtrGO2LPhAhWrl4sKHfKNCPEQ_AUIDigB&biw=924&bih=674&dpr=1.25#imgrc=48YSAodB0tSlUM:

[9]. https://www.cs.cmu.edu/~mihaib/articole/roboti/roboti-html.html

[10]. https://ro.wikipedia.org/wiki/Localizare_GPS

[11]. https://en.wikipedia.org/wiki/Autonomous_robot

[12]. https://playtech.ro/2018/alibaba-robot-autonom-livra-colete/

[13]. https://en.wikipedia.org/wiki/ASIMO

[14]. https://www.ttonline.ro/revista/roboti/roboti-industriali-aspecte-practice

[15]. https://mctr.mec.upt.ro/wp-content/uploads/2018/01/Lucrare_Bissinger.pdf

[16].https://jucarie-interactiva.compari.ro/spin-master/zoomer-zuppies-catel-robot-spot-6022352-2-p326253989/

[17].https://www.gandul.info/magazin/robotul-explorator-martian-curiosity-a-ajuns-la-baza-muntelui-unde-trebuie-sa-caute-urme-de-viata-13254975

[18].http://www.imst.pub.ro/Upload/Sesiune/ComunicariStiintifice/Lucrari_2015/06.18/18_L16.pdf

[19]. https://www.digitaltrends.com/cool-tech/coolest-military-robots/

[20]. Sensor Based Obstacle Avoidance and Mapping for Fast mobile Robots. Gourley, C., Trivedi. San Diego, CA : Proceedings of the 1994 IEEE International Robotics and Automation, 1994.

[21].https://www.google.com/search?q=robotul+institutie+americane&source=lnms&tbm=isch&sa=X&ved=0ahUKEwjw_4fMmI7iAhVR5uAKHe5YDsQ_AUIDigB&biw=1536&bih=722#imgrc=uz5FHloqZcnAwM:

[22]. Topalov, Andon. Mobile Robot Position Determination, Recent Advances in Mobile Robotics. s.l. : InTech, 2011. ISBN 978-953-307-909-7.

[23].https://www.google.com/search?biw=1536&bih=722&tbm=isch&sa=1&ei=i_vTXN6ZNouWlwTg34rIBQ&q=robotul++mobil+japonez&oq=robotul++mobil+japonez&gs_l=img.3…20421.24040..24228…0.0..0.89.778.9……1….1..gws-wiz-img.TVH_xxgL6bM#imgdii=6nZ3iAWYGqWDwM:&imgrc=HlkHJErGjsXcfM:

[24]. Bekker, M. Theory of Land Locomotion. The Mechanics of Vehicle Mobility. USA : The Univiersity of Michigan Press, 1956.

[25]. https://en.wikipedia.org/wiki/Wireless

[26]. https://ro.wikipedia.org/wiki/Bluetooth

[27]. http://www.roroid.ro/comunicarea-i2c/

[28].https://www.google.com/search?q=schema+mq+135&source=lnms&tbm=isch&sa=X&ved=0ahUKEwiH4MmShoziAhWmpIsKHb_hCscQ_AUIDigB&biw=806&bih=482#imgrc=nWpE60GyAnWbRM:

[29]. file:///C:/Users/Windows%2010/Desktop/gps/LS2303x-2R_datasheet_v0.1.pdf

ANEXA 1

#include "SparkFunBME280.h"

#include "Wire.h"

#include "SPI.h"

#include <dht11.h>

#define DHT11PIN 2

int sensorValue;

BME280 capteur;

dht11 DHT11;

void setup() {

Serial.begin(9600);

while (!Serial) {

}

capteur.settings.commInterface = I2C_MODE;

capteur.settings.I2CAddress = 0x76;

capteur.settings.runMode = 3;

capteur.settings.tStandby = 0;

capteur.settings.filter = 0;

capteur.settings.tempOverSample = 1 ;

capteur.settings.pressOverSample = 1;

capteur.settings.humidOverSample = 1;

Serial.println("DHT11 programme d'essai ");

Serial.print("LIBRARY VERSION: ");

Serial.println(DHT11LIB_VERSION);

Serial.println();

Serial.println("Starting BME280… ");

delay(10);

capteur.begin();

}

void loop() {

DHT11.read(DHT11PIN);

Serial.print("Humidité: ");

Serial.print(" %");

Serial.print((float)DHT11.humidity, 2);

Serial.print("\t Température: ");

Serial.print(capteur.readTempC(), 2);

Serial.print(" °C");

Serial.print("\t Pression: ");

Serial.print(capteur.readFloatPressure(), 2);

Serial.print(" Pa");

sensorValue = analogRead(0); // calitate

Serial.print("\t Calitate aer="); //calitate

Serial.print(sensorValue, DEC); // calitate

Serial.println(" PPM"); //calitate

delay(1000);

}

ANEXA 2

#include <Wire.h>

#include <SPI.h>

#include <Adafruit_Sensor.h>

#include <Adafruit_BMP280.h>

#define BMP_SCK 13

#define BMP_MISO 12

#define BMP_MOSI 11

#define BMP_CS 10

Adafruit_BMP280 bme; // I2C

void setup() {

Serial.begin(9600);

Serial.println(F("BMP280 test"));

if (!bme.begin()) {

Serial.println("Could not find a valid BMP280 sensor, check wiring!");

while (1);

}

}

void loop() {

Serial.print("Temperature = ");

Serial.print(bme.readTemperature());

Serial.println(" *C");

Serial.print("Pressure = ");

Serial.print(bme.readPressure());

Serial.println(" Pa");

Serial.print("Approx altitude = ");

Serial.print(bme.readAltitude(1013.25)); // this should be adjusted to your local forcase

Serial.println(" m");

Serial.println();

delay(2000);

}

ANEXA 3

#include <LiquidCrystal.h>

int sensorValue;

const int rs = 12, en = 11, d4 = 5, d5 = 4, d6 = 3, d7 = 2;

LiquidCrystal lcd(rs, en, d4, d5, d6, d7);

void setup(){ lcd.begin(16, 2);

Serial.begin(9600);

}

void loop(){sensorValue = analogRead(0);

Serial.print("AirQua=");

Serial.print(sensorValue, DECSerial.println(" PPM");

lcd.setCursor(0,0);

lcd.print("ArQ=");

lcd.print(sensorValue,DEC);

lcd.print(" PPM");

lcd.println(" ");

lcd.print(" ");

delay(100);

}

ANEXA 4

dht DHT;

void setup(){

Serial.begin(9600);

delay(500);//Delay to let system boot

Serial.println("DHT11 Humidity & temperature Sensor\n\n");

delay(1000);//Wait before accessing Sensor

}

void loop(){

DHT.read11(dht_apin);

Serial.print("Current humidity = ");

Serial.print(DHT.humidity);

Serial.print("% ");

Serial.print("temperature = ");

Serial.print(DHT.temperature);

Serial.println("C ");

delay(5000);//Wait 5 seconds before accessing sensor again.

}