Bucuresti 2019 DEPARTAMENTUL DE MAȘINI, MATERIALE [617433]

Bucuresti 2019 DEPARTAMENTUL DE MAȘINI, MATERIALE
ȘI ACȚIONĂRI ELECTRICE

Facultatea de Inginerie Electrică

Universitatea POLITEHNICA din București

Splaiul Independenței 313, 060042, Sala EA115, București, România
Tel: +4 021 402.9125; Fax: +4 021 318.10.16
www.amotion.pub.ro ; e-mail: [anonimizat]

PROIECT DE DIPLOMĂ
Controlul unei proteze de mâ nă

Absolvent: [anonimizat] ,
Conf. dr. ing. Sanda Victorin ne PAȚURCĂ

1
CUPRINS
1. INTRODUCERE ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. 2
1.1. DOMENIUL DE APLICARE ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……. 3
1.2. ISTORIA DEZVOLTARII BRATELOR ROBOTICE ………………………….. ………………………….. … 4
1.3. STADIUL ACTUAL AL DOMENIULUI ………………………….. ………………………….. …………………… 7
1.3.1. DEZVOLTATORI IN DOMENIUL ROBOTICII ………………………….. ………………………….. …….. 8
1.4. NECESITATEA STRUCTURILOR ………………………….. ………………………….. …………………………. 11
2. SIMULAREA CONTROLULUI MOTOARELOR AL PROTEZEI REALIZAT Ă ÎN
PROTEUS ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………….. 13
2.1. COMPONENTELE SIMULARII ………………………….. ………………………….. …………………………. 13
2.1.1. ARDUINO UNO R3 ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………….. 13
2.1.2. INTRARILE ANALOGICE ………………………….. ………………………….. ………………………….. …. 14
2.1.3. SERVO MOTOARELE ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……….. 14
2.1.4. SIMULAREA PROTEZEI ………………………….. ………………………….. ………………………….. …… 15
3. REALIZAREA STRUCTURII MECANICE A PROTEZEI ………………………….. ………………….. 19
3.1. ASAMBLAREA STRUCTURII ………………………….. ………………………….. ………………………….. . 20
3.2. COMPONENTELE SISTEMULUI ………………………….. ………………………….. ………………………. 23
4. APLICAȚIA DE CONTROL REALIZATĂ ÎN MIT APP INVENTOR PENTRU
CONTROLUL PROTEZEI ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………… 29
4.1. SCHEMA ELECTRICA ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………….. 30
4.2. APLICAȚ IA DE CONTROL AL SERVO MOTOARELOR ………………………….. ……………… 32
5. APLICAȚIA DE CONTROL REALIZATĂ ÎN LABVIEW ………………………….. ………………….. 36
5.1. REALIZAREA SCHEMEI BLOC ………………………….. ………………………….. ……………………….. 37
6. OBSERVATII SI CONCLUZII ………………………….. ………………………….. ………………………….. …… 39
7. BIBLIOGRAFIE ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………… 40
8. ANEX E ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………….. 41

2
1. INTRODUCERE
Obiectivul acestui proiect este de a proiecta macheta unei proteze de m ână cu scopul de a ajuta
persoanele cu dezabilita ți sau de a ajuta la taskuri pe care operatorul nu le poate face în anumite
medii ,precum mediile toxice sau greu accesibile. Prin dezvoltarea acestei aplicații , operatorii sunt
feriți de accidentele care pot apărea la locurile de muncă iar productivitatea lor va fi ridicată.
Acest pr oiect este împărțit în trei tipuri de aplicații : o aplicație ce ține de controlul unei proteze
prin intermediul unui modul wireless conectat la o mănușă, o aplicație de c ontrol de pe un
Smartphone sau tableta Android prin modul Bluetooth și o apl icație d e control printr -o interfață
LabView .
Primul tip de aplicație constă în proiectarea a două părți componente , receptor – emițător .
Receptorul care constă în modelul de mână robotică este realizat prin printarea 3D a pieselor
(articulații pentru dege te, componente palma , încheietura , piese pentru susținere și îmbinare a
elementelor ) are ca mecanism de mișcare a degetelor un sistem format dintr -un emițător wireless
și servo motoare conectate prin intermediul unor fire speciale la articulații realizâ nd o flexibilitate
asemănătoare cu cea a mâinii unui om . Materialul folosit pentru printarea 3D a modelului este
un poliester alifatic termoplastic numit acid polilactic ( PLA ) . A doua componentă ,emițătorul ,
este format dintr -o mănușă realizată dintr -un material textil având ca sistem de control un modul
wireless de emitere și senzori flex conectați pe fiecare deget în parte.Sistemul de comandă pentru
ambele părți const ă în două microprocesoare de tip Arduino Nano unde este încărcat codul pentru
recept or, respective emițător .
Al doilea tip de aplicație constă în realizarea unei comunicații Smartphone Android – Proteză
pentru control multiplu al servomotoarelor . Prac tic, servomotoarele care controlează degetele
mâinii pot fi controlate de această ap licație prin -un modul Bluetooth
Al treilea tip de aplicație constă în realizarea unei comunicații PC – Proteză pentru control al
servo motoarelor. Controlul servo moto arelor atașate brațului se face printr -o interfață realizată
în LabView .

3

1.1. DOMENIUL DE APLICARE

În Statele Unite, aproximativ 500.000 de persoane suferă un accident vascular cerebral în
fiecare an [1].În majoritatea cazurilor, pacienții se co nfruntă cu absența parțială sau totală în
capacitatea de mișcare a mâinii, aceast ă pierdere de funcționalitate poate restricționează foarte
mult activitățile de viață zilnică și considerabil reducerea calității vieții. Protocoalele de
tratament implică te rapie zilnică timp de câteva săptămâni, care asigură furnizarea unui tratament
intensiv pentru toți pacienții dificili [6] Prin urmare, un mecanic este obligat să să susțină această
lucrare în mod automat .
O mână protetica inteligentă este definită c a o mână care imită mișcările naturale ale mâinii
umane. Pentru a pentru a imita în mod corespunzător mișcarea mâinii umane, mișcările naturale
trebuie studiate cu atenție.1
Pentru realizarea unei mâini robotizate cu un character cât mai flexibil, cer cetătorii au la bază
mai multe obiective principale . Aceste obiective depend de tipul de aplicație pentru care se
utilieaza mâna .
Obiectivele principale sunt :
• efectuarea unei mâini antropomorfe
• realizarea unui manipulator eficient
Prima opțiune a pare atunci când scop ul dezvoltării este de a proiecta un dispozitiv cu o
funcționare cât mai umană posibil. Acest obiectiv ar putea fi întâlnit când se dezvoltă o mână
protetica sau pentru roboți umanoizi care trebuie să aibă un aspect cât mai uman posibi l.Un alt
motiv pentru care cercetătorii dezvolta astfel de mâini ,este înț elegerea funcționarii musculaturii
umane .Prin înțelegerea cât mai bine a membrelor , cercetătorii pot dezvolta anumite dispozitive
care pot avea un aspect cât mai uman posibil .
Opțiunea de realizarea unui manipulator eficient apare în momentul în care, structura trebuie
să îndeplinească o anumită funcție de manipulare cu o marjă mărita de dexteritate. În acest caz,
folosirea unei „mâini” în loc de un dispozitiv tip gripper ad uce un randament mult mai mare și
poate îndeplini mai multe cerințe . Asp ectul mâinii nu trebuie să fie de natura umană, ea poate
avea un design mult mai simplu sau în funcție de domeniul de aplicabilitate, să aibă anumite

1 “Simple Robotic Hand in Motion Using Arduino Controlled Servos ” , Tran Vanhuy , Dao Tuan Minh ,
Kien Nguyen Phan ,Tran Anh Vu- Martie 2017

4
upgrade -uri ( ex: gheare, degete în plus etc). Ideea de dezvoltarea a acestui tip de mâna a apărut în
urma dorinței de ridicare a randamentului în liniile de asamblare din fabrici .
1.2. ISTORIA DEZVOLTARII BRATELOR ROBOTICE

Astăzi, folosim brațele robotice în diverse domenii, de l a construirea plăcii de bază a unui
calculator până la a sistarea unei intervenții chirurgicale pe cord deschis. Drumul în dezvoltarea
acestor sisteme inteligente până la tehnologia recentă a fost unul lung .Prima apariție a unui braț
robotic a fost în anu l 1954, acestea erau controlate cu servomotoare electronice,programate cu
benzi de hârtie și capabile de comenzi rudimentare.

1480 – Leonardo Da Vinci
Conceptul pentru brațele robotice antropomorfe datează de la sfârșitul anilor 1400. În secolul
20 , cercetătorii au studiat cu atenție notițele din carnețelul lui Leonardo Da Vinci și au desenat
schițe și desene cu brațe robotizate,până la figurine umanoide complete care nu ar fi putut fi
construite cu tehnologia din acele zile.Dispozitivele respectiv e utilieaza scripeți, greutăți și unelte
pentru a oferi mișcări semi -autonome .Un proțopit făcut după schițele lu’ Da Vinci a fost fabricat
în anul 2002 , iar acest lucru a demonstrat că sistemul respectiv poate funcționa fără intervenție
din partea oper atorului său .

1954 – Banda de hartie si inceputurile sale
Cu patru ani înainte ca inventatorii să depunda primul patent despre brațele robotizate, Isaac
Asimov a introdus în lume cele trei legi ale roboticii :
• Un robot nu poate să rănească o ființă umană sau ,prin interacțiune să ducă la accidentarea
acestuia
• Un robot trebuie să se supără ordinelor oamenilor, cu expectia cazului în care astfel de
instructuni ar intra în conflict cu prima lege
• Un robot trebuie să -și protezeje existență atât timp c ât o astfel de protecție nu intra în
conflict cu prima sau cu cea de-a doua lege
Inspirat de aceste legi și de utilizarea roboticii , inginerul Jopseph Engelberg și inventatorul George
Devol au depus un brevet pentru un dispozitiv de transfer de articole programat -Prima încarnare
a brațului robotizat. Scopul a fost o versiune a jurământului medical hipocratic, de a nu face rău
,folosind acești roboți în locuri periculoase care în mod normal ar fi dăunătoare omului.
În anul 1961, General Motors a cumpărat aproximativ 450 de astfel de sisteme r obotizate pentru
fabricile lor de turnare din Trenton, N.J .

5

1961 -Unimation INC
In anul 1961, Devol si Engelberger au lansat compania Unimation INC , o companie axata pe
crearea de roboti industriali. Mo delul Unimate 1900, acelasi brat simplu folosit in fabrica GM a
devenit simbol pentru compania lor. Eagelberg a prezentat la o expozitie din Cow Palace,Chicago
si chiar a preluat o emisiune Tonigh t Show a lui Johnny Carson,unde robotul a uimit spectatorii
cu abilitatea de a baga o minge de golf intr -o ceasca,de a pune apa in pahare si de a conduce
formatia show -ului.Aceste trucuri au castigat publicul si au adus conceptul de robotica industriala
in mintea natiunii.

1960 – Bratul Rancho
Fabricarea de automobile nu este singura aplicatie pentru bratele robotice. In anul 1963,
cercetatorii de la spitalul Rancho Los Amigos au dezvoltat „Bratul Rancho” pentru a ajuta la
mutarea pacientilor cu diza bilitati.A fost primul brat robotic controlat de calculator si a fost ecupat
cu sase articulatii pentru a -i permite sa se miste ca un brat uman autentic .

1968 – Bratul cu tentacule al lui Marvin Minsky
Inspirat din cartea tehnica a lui „Ranco Arm” , Marvin Minsky a creat bratul „Tentacle
Minsky”. Acest brat robotic avea doisprezece articulatii,iar utilizatorii il puteau controla cu un
computer sau joystick. Minsky a creat bratul pentru a fi folosit mai degraba in medicina ,decat in
zonele de fabricat ie .Acest brat era capatibl sa ridice o persoana , dar sufie cient de bland pentru a
nu o răni.

1973 – Brațele robotice KUKA ȘI Six -Axel
În anul 1973, Germania s -a alăturat cursei de brațe robotice. Compania numită KUKA a
dezvoltat primul braț industrial robotic condus de șase axe electromagnetice.Denumit „F amulus”
, acest braț a fost primul din această generație de mâini robotice,mutând industria departe de brațele
tradiționale acționate hidraulic.

1974 – Salt în industria brațelor robotice
1974 a fost un an incitant pentru robotică. David Silver, în mo mentul în care era student la MIT,
a inventat „Brațul de argint” . Proiectat pentru asamblarea pieselor mici , a fost primul braț
robotizat care dispune de senzori de atingere pentru a oferi un feedback operatorului său. De

6
asemenea, un inginer mecanic al Universității Stanford, numit Victor Scheinman, a creat un braț
similar cunoscut sub numele de „Brațul Stanford” , pentru o societate comercială numită Vicarm
Inc . În același an, FANUC ( Fa ctory Automation Numerical Control ) a dezvoltat și instalat brațe
robotice în fabricile din Japonia.

1978 -1979 -Masinile programabile
Nouă alianța dintre Unimation și Vicarm s -a dovedit prospera. În anul 1978, au creat „PUMA”
, mașina universală pr ogramabila pentru asamblare. Acest robot de asamblare este încă fo losit în
multe laboratoare de cercetare și în zilele noastre. În 1 978, Nachi a dezvoltat , de asemenea, un
braț de antrenare cu motor conceput explicit pentru sudură. Acest braț avea rolul d e a proteja
operatorul uman de pericolele aparatelor de sudură și de gazele chimice ce care aceasta le degaja.

1990 – Roboți inteligenți
În 1992 a fost lansat primul prototip de robot inteligent din lume, concept dezvoltat de cei de la
FANUC . Modelul de braț robotic numit „ERC Motoman” , a devenit inițial disponibil în anul
1985, a fost modernizat în 1994 pentru a putea gestiona p ână la 21 de axe. În anul 1998, acesta a
pierdut controlul pieței din cauza modelului „XRC” dezvoltat de Honda . Acest robo t era capabil
să funcționeze pe 27 de axe.
Tot în această peri oadă, brațele robotice au fost concepute și în scop medical , drept proteze. În
anul 1993, un bărbat scoțian pe nume Campbell Aird a primit primul braț robotizat după ce și -a
pierdut membrul din cauza cancerului muscular. Aird putea controla acest braț pri n îndoirea
muscilor din umăr.

2000 – Dezvoltarea în zilele moderne
Din anii 2000, până în prezent, s -a dovedit momentul cel mai interesant pentru industria
robotică. Tehnologia avansată a permis roboților să devină și mai flexibili și eficienți în
îndeplinirea sarcinilor lor. În anul 2000 a fost prezentat sistemul c hirurgial Da Vinci – o colecție
de mâini robotice capabile de microchirurgie precisă. Până în prezent, acest sistem a fost in stalat
în peste 1700 de spitale și a efectuat trei sferturi dintr -un milion de intervenții chirurgicale .
Aproape fiecare producător auto din lume are acum brațe robotizate instalate în fabricile lor,
aaccelerand procesul de asamblare. Într -o singură trecere, în medie se pot asambla mai mult de
200 de autovehicule .
Instoria brațului robotizat este lungă și variată, de la desing -urile originale ale lui Da Vinci
până la robotică avansată larg răspândită azi. În acest moment, roboții străbat supra fețele planetelor
din sistemul nostru solar, colectând date care n e vor dezvolta cunoștințele despre universul nostru

7
pentru următor ii ani. Aplicațiile pentru aceste brațe robotice vor continua să crească și să
evolueze,iar imaginațiile noastre vor putea d epăși orice limită.2

1.3. STADIUL ACTUAL AL DOMENIULUI

Această idee de a crea un braț robotic cu aspect uman nu este deloc una nouă și nu este deloc
dificil în a găsi numeroase încercări efectuate cu mai mult sau mai puțin success . Dezvoltarea
acestui tip de proiect a cerut întotdeauna investiții substanțiale în aria marilor companii sau
universități de prestigiu .În ultimii ani , dato rită modelelor Open Source și a dezvoltării
imprimantelor 3D ,prețurile pentru astfel de mecanisme a u scăzut foarte mult ,precum și prețul
componentelor electronice și a micropoc esoarelor . În acesta era în care echipamentele electronice
au ajuns să fie o parte din viața noastră de zi cu zi , nu poate fi negat faptul că roboții și sistemele
de roboți ind ustriali ne pot ajuta în munca zilnică și chiar în anumite domenii greu accesi bile
flexibilității omului .
Domenile de utilizare al brațelor robotice sunt diverse ,acestea se folosesc de la jocuri care
implica ridicarea anumitor obiecte până la manev rabilitatea anumitor materiale de natura chimică.
Exemple de domenii pentru ut ilizare al brațelor robotice :
spatii declarate Bio Hazard
• linii de fabricatie /asamblare
• proteze umane
• chirurgie medicala

Roboții în cadrul mediilor Bio Hazard ajută la prevenirea accidentelor care pot provoca o
amenințare gravă la viața operator ului, colegilor de echipă, echipamentului și mediului. Cu
ajutorul roboților, unele procese pot fi făcute mai repede, mai fiabile și mai sigure. Cu alte cuvin te,
roboții ajută la crearea unui mediu de lucru sigur, cu un risc mai mic și, prin urmare, ajută la
obținerea unor rezultate mai bune.
Împărtășindu -și opinia cu privire la utilizarea de roboți în medii periculoase, Subrata Karmakar
din cadrul companiei A BB India Ltd spune:

2 “How robotic hands are evolving to do what our can ” , MAE RYAN ,CODE METZ ,RUMSEY TAYLOR -2018
https://www.nytimes.com/interactive/2018/07/30/technology/robot -hands.html

8
"Aplicațiile periculoase în industria prelucrătoare prezintă provocări unice. De exemplu,
operațiunile de manipulare a țaglei calde pentru o presă de forj are, lucrul în interiorul cabinei de
vopsire, aplicația de sudură cu arc electric ,mutarea unor elemente chimice și pentru diferite
industrii de prelucrare a automobilelor și mani pularea foilor metalice într -o linie de presă prezintă
pericol pentru sănătatea umană. Astfel de a plicații riscante aduc zilnic provocări operațiunilor din
industriei de prelucrare. "

Cu toate acestea, cu ajutorul aplicațiilor robotice, putem reduce acest e riscuri și putem obține
rezultate mai bune. Aplicațiile de robotică î mbunătățesc de asemenea repetabilitatea și realizează
un ciclu de producție mai rapid, cu mai puține timpi de întrerupere. În general, acesta creează un
mediu de lucru sigur. Prin utili zarea roboților în aplicații periculoase, nu numai se reduce
substanțial implicarea umană, dar și eficientă, productivitatea și calitatea produselor crește pr in
intermediul acestor aplicații .

1.3.1. DEZVOLTATORI IN DOMENIUL ROBOTICII
ABB India
Unul dintre liderii mondiali de pe piața în vânzarea și dezvoltarea de roboți și brațe robotice
este ABB India. Această companie este prezentă în peste 53 de țări și a instalat peste 300.000 de
roboți, susținut de cea mai largă rețea de service și oferta în industrie. Mai mult decât atât, Gamă
largă de roboți se poate găsi în diferite industrii și aplicații.
În ultimii ani, ABB India a instalat roboți în diverse industrii și au funcționat eficient în medii dure
și periculoase. Robotul IRB 6640 cu o capacita te de manipulare de 130 kg lucrează într -o fabrică
de refractare în mediul cu praf și în particule de silic iu, robotul IRB 7,600 care manipulează
încărcătura de 500 Kg de preluare și amplasarea țaglei calde la temperaturi extreme de 1100 de
grade și IRB 4, 400 robot cu o capacitate de manipulare de 60 kg pentru aplicarea în vederea
eliminării nămolului de la alu miniu topit la cald roșu în magazinul de l ingouri.3

INSTITUTUL DE ROBOTICA SI MECATRONICA – CENTRUL AEROSPATIAL
DIN GERMANIA
Cercetătorii de la „Institutul de Rob otică și Mecatronica” , din cadrul Centrului de
Aerospațială Din Germania au dezvoltat în ultimii ani un braț de robot antropomorf care poate
îndura la coliziuni cu obiecte dure și chiar poate rezista la lovituri puternice de ciocan fără a se

3 “Roboti cs in hazardous enviroments” , OEM Update Editorial – 2017
https://www.oemupdate.com/feature/robotics -in-hazardous -environments/

9
putea avaria în vreun fel . Acești cercetători s -au axat foarte mult pe robustețe și au reușit să creeze
crea mai d ură și solidă mâna de robot de până acum.

Fig 1. Brațul de robot antropomof dezvoltat de cercetătorii de la „Insitutul de Roboti că și Mecatronica”
– Centrul de Aerospațială, Germania.

Aceast ă mana robotică are forma și dimensiunea unei mâini umane, cu cinci degete articulate
alimentate de o rețea de 38 de tendoane, fiecare conectată la un motor individual pe antebraț.
Capacitatea principală care face ca mâna DLR să fie diferită față de celelalte mâini de robot este
că rigiditatea poate fi cont rolată. Motoarele pot încorda tendoanele, permițând mâinii să absoarbă
șocuri violente. Într -un test, cercetătorii au lovit mâna cu o bâtă de baseball – un impact 66 G.
Mâna a supraviețuit fără nicio problemă.
Echipa de cercetători nu a dorit să construias că o copie autentică din punct de vedere anatomic a
unei mâini umanoide, așa cum au alte echipe de cercetători din cadrul altor i nstituții. Ei doreau o
mână care poate funcționa ca o mână umană din punct de vedere al rezistenței și al dexterității .
Mâna c uprinde un total de 19 grade de libertate și poate mișca degetele în mod independent pentru
a apuca diverse tipuri de obiecte. Fo rța pe care mâna o poate exercita este de până la 30 Newtoni
la vârful degetelor, acest lucru face ca această mână să fie una d intre cele mai puternice construite
vreodată.Un alt element cheie folosit în designul acestui tip de sistem este un mechanism baz at pe
arcuri conectat la fiecare tendon. Aceste arcuri sunt fabricate dintr -un material de fibră sintetică
numit Dyneema, mater ial de o rezistență superioară și o flexibilitate lafel de mare.Acest material

10
oferă posibilitatea atingerii unui prag foarte rob ust, pe lângă acest lucru oferă mimarea
proprietăților cinemataice ,dinamice și de forța ale mâinii umane.
Ideea dezvoltării acestui proiect a apărut din dorința cercetătorilor de a constri un sistem
superior .Mâinile de robot deja existente, construi te cu piese rigide, în ciuda acestui aspect dur
sunt relativ foarte firave .Chiar și în cazul coliziunilor mici ,cu f orțe de câțiva zeci de Newtoni
articulațiile se pot distruge .De fiecare dată când un braț robotic suferă o coliziune, acesta se
avariază iar acest lucru poate duce la o problemă foarte mare,ba chiar își poate înceta
operațiunile la care face parte.
4
INSTITUTUL NARĂ DE ȘTIINȚĂ ȘI TEHNOLOGIE
Proiectul „NAIST Hand” a fost început de Institutul de Știință și Tehnologie Nara în anul 200 2.
Acesta se bazează în special pe funcția tactilă a mâinii și manipularea obiectelor . Mâna NAIST a
fost dezvoltată că platforma pentru cercetare . Este formată din patru degete și fiecare deget are
câte trei grade de libertate. Mecanismul de angrenaj ,f ormat din roti are rolul de a oferi un spațiu
cât mai liber iar sistemul de servomotoare este încorporat în palmă. Cu toate acestea , dimensiunea
Mâinii NAIST este mult mai mare decât cea a unui om ( 370mm de la vârful degetelor până la
baza palmei) iar fo rța unui deget este de 5 Newtoni.
Soluția ideală pentru a dezvolta o mână de robot de mărime relati v mică cu o forță mare în
degete este de a proiecta un mecanism de control al tendoanelor .Lucrul acesta nu este ușor ,
pentru a dezvolta un astfel d e robot ,necesită o întreținere și dezvoltare atentă pentru controlul
precis al degetelor .Luând în conside rare aceste aspecte, cei de la Institutul NARĂ de Știință și
Tehnologie au dezvoltat un al doilea model „NAIST Hand 2” cu următoarele caracteristici
majore:
• dimensiuni egale cu mana umana
• mecanism detasabil de la incheietura

4 “Building a super robust robot hand” ,Erico Guizzo -2011
https://spectrum.ieee.org/au tomaton/robotics/humanoids/dlr -super -robust -robot -hand

11

Fig 2 Modelul „NAIST Hand 2”
MODELUL „NAIST Hand 2” are servomotoarele situate în afara părții de mână iar
articulațiile degetelor sunt acționate prin cabluri conectate direct la servomotoare. Prin
poziționarea servomotoarelor în afară mâinii ,se câștigă un spațiu suplimentar unde este
poziționată o mică roata pentru a antrena ar ticulațiile . Forțele produse de servomotoare sunt
transmise de la degete printr -un mecanism de angrenaj până la inchetura mâinii.Prin separarea
mâinii de partea de acționare, se poate realiza o mentenanță mult mai ușoară .În plus, se poate
înlocui cu uș urință piesele folosite la acționarea curentă.Mișcările degetelor sunt influențate de
mișcare a încheieturii deoarece toate cablurile sunt conectate la axa încheieturii mâinii.

1.4. NECESITATEA STRUCTURILOR

Necesitatea dezvoltării acestor structuri apare din dorința inginerilor de a ușura m unca
oamenilor, de a încerca pe cât de mult posibil să evite accidentele care pot apărea la locul de muncă
și de a atinge un prag ridicat de randament în diferite activitiati de pe piața muncii.Odată cu
dezvoltarea omenirii în domeniul tehnologiei, necesitățile pentru adaptare la evoluție a omului
cresc .Prin urmare,inginerii încearcă zilnic să ridice standardele tehnologiei ,să facă un stil de viața
mult mai ușor atât acasă cât și la locul de muncă .
În zilel e noastre, materialele de natură radioactivă sau agenții chimici se folosesc tot mai des
în dezvoltare și cercetare. Aceste materiale sunt periculoase omului și , în consecință, multe
persoane au fost grav rănite sau chiar au decedat în urma manipulării lor . Centralele nucleare și
zonele BioHazard sunt toxice din toate punctele de vedere pentru operatorii umani iar singura
soluție ca operatorii să nu fie supuși toxinelor sau bacteriilor este de a controla totul de la
distanță.Brațele robotizate fac acest lucru posibil prin controlul de la distanță. Aceste mecanisme

12
pot fi dezvoltate cu pr ecizii foarte ridicate, aproape lafel de flexibile că cele umane ,ba chiar mult
, superioare lor . Aceste dispozitive se pot folosi și în zone cu caracter militar, în dez amorsarea
bombelor sau chiar încărcarea armamentului .

Zone pentru care control ul la distanță este absolut necesar :

• laboratoare chimice de cercetare
• incaperi special amenajate pentru sudura industriala
• reactoare nucleare
• incaperi /zone in care ni velul de radiatii este ridicat peste limita accesibila
• statii spatiale
• baze subacvatice / submarine
Zonele chimice
În cadrul laboratoarelor chimice de cercetare , reactoarelor nucleare sau zonele în care nivelul
de radiații este ridicat peste limit a , funcționalitatea brațelor robotice trebuie să fie la capacitate
maximă. Brațele robotice în aceste zone pot avea funcții multiple , spre exemplu funcția de
manipulare a materialelor sau echipamentelor sau intervenții în cazul accidentelor.
În ca zul Centralei nucleare de la Cernobâl , în timpul accidentului devastator, brațele robotice
au fost o necesitate în privința sigilarii zonei respective. În locul accidentului, nivelul radiațiilor
era atât de puternic încât un om asimila într -un singur minu t doză letală de radiații .

Statii spatiale ,baze subacvatice

Accesul la exteriorul bazelor de control este difil omului din cauza condițiilor nefavorabile:
presiuni ridicate față de nivelul normal , lipsa oxigenului sau alte fenomene natural e ,etc . Brațele
robotice în situația respectivă au rolul de mentenanța exterioară sau de culgere a anumitor date
pentru studiu .

13
2. SIMULAREA CONTROLULUI MOTOARELOR AL PROTEZEI
REALIZAT Ă ÎN PROTEUS
Modelul de simulare pentru aplicația prezentată e ste realizat cu ajutor ul programului Proteus
8 Professional .Acest program este folosit în diferite domenii pentru a găși soluții de dezvoltare a
diferitelor proiecte .
Proteus permite o flexibilitate deosebită în testarea siste melor virtuale prin in terfață ușor
accesibilă și prin biblioteca impresionantă pe care acesta o are.Acesta conține peste 15 milioane
de componente iar biblioteca este în continuă expansiune.
2.1. COMPONENTELE SIMULARII
2.1.1. Arduino UNO R3
Pentru simularea unui microcontroler de tip Arduino a trebuit instalată o nouă biblioteca în
programul proteus , această conține cinci tipuri diferite de microcontrolere Arduino.Pentru
simulare s -a folosit modelul UNO R3 .

Fig .3 Arduino UNO R3 – librarie proteus
Pentru a putea introduce codul în microcontrolerul virtual, a fost necesară generarea unui
fișier de tip .hex . O extensie specială a codului generat de consola Arduino pen tru aplicații
virtuale.

14
Gener area fisierului tip .hex prin consola Arduino se face respectand urmatorii pasi :
1. Se acceseaza butonul File din toolbox -ul consolei;
2. Se intra in meniul Preferences ;
3. Se bifeaza casuta din dreptul setarii “ Verify code after upload ”;
4. Se scrie codul pentru apl icatia respective;
5. Se apasa butonul de Upload ;
6. Se acceseaza link -ul de adresa descries in consola pentru generarea codului tip .hex;
Dupa generarea codului, acesta se introduce in setarile modelului Arduino din Proteus.
2.1.2. INTRARILE ANALOGICE
Pentru simul area senzorilor flex , in simulare au fost folosite potentiometere.

Fig.4 Potentiometrul folosit pentru controlul servo motorului 1
Potentiometrele sunt conectate la intrările analogice din microcontroler : A0,
A1,A2,A3,A4,A5 . Acestea funcțione ază că diferența de potențial dintre tensiunea VCC de 5 V
și ground u nde avem valoarea tensiunii de 0 V ; rezistență internă este de 1 k Ω.
2.1.3. SERVO MOTOARELE
Cele sase servo motoare sun t conectate la pinii PWM ai microcontrolerului : 3,5,6,9,10,11 .

Fig.5 Conectarea si alimentarea servo motorului
Servo motoarele folosite ,în construcția lor au 3 pini : Vcc, COM, GND . Pînul Vcc folosit
la alimentarea servo motorului este conectat la o sursă de tensiune continuă externă de de 5 V .
Pînul GND a f ost conectat la masă iar pînul COM ,folosit pentru comandă motorului a fost

15
conectat la pin PWM.Menționez că nu a fost necesar să adaug o biblioteca specială pentru servo
motoare, ac estea se regăseau deja în biblioteca programului Proteus .

2.1.4. SIMULAREA PROTE ZEI
Simularea brațului robotic nu corespunde în totalitate cu proiectul realizat fizic din cauza
resurselor limitate. În simulare,nu s -a putut realiza o conexiune prin modul wireless iar senzorii
flex au fost înlocuiți de potentiometere deoarece principiul de funcționare este asemănător .

Fig.6 Schema de simulare a bratului robotic folosita in Proteus
Pentru a vizualiza semnalele transmise de la comandă servo motoarelor, se montează în schemă
de control un oscilosco p . Intrările osciloscopului A,B,C,D sunt conectate la pinii de comandă ai
motoarelor.

16

Fig.7 Conectarea osciloscopului la Servo M otoarele 1,3,4,5
Semnalele primite de la comanda servo motoarelor
PWM ( Pulse Width Modulation) este o tehnică folosită pentru a varia în mod controlat
tensiunea dată unui dispozitiv electronic. Această metodă schimbă foarte rapid tensiunea oferită
dispozitivului respectiv din ON în OFF și invers (treceri rapide din HIGH în LOW , de exemplu
5V – 0V). Raportul dintre perioada de timp corespunzătoare valorii ON și perioada tot ală dintr –
un ciclu ON -OFF se numește factor de umplere ( duty cycle ) și reprezintă, în medie, tensiunea pe
care o va primi dispozitivul electronic. Astfel, se pot controla circuite analogice din domeniul
digital. Practic, asta înseamnă că un LED acțio nat astfel se va putea aprinde / stinge gradual, iar
în cazul unui motor acesta se va învârti mai repede sau mai încet.
În cazul unui motor, căruia i se ap lică un semnal PWM cu factor de umplere de 0 %, viteza
de rotație a acestuia va fi egală cu 0 rpm. Un factor de umplere de 100% va duce la o turație
maximă a a cestuia.

Semnalul de puls minim atunci cand servo motorul se afla la 0 ° . Latimea pulsului este d e 1 ms
iar perioada este de 20 ms .

17

Fig.8 Pulsurile de comanda transmise catre servo motoare la 0 ° cu amplitudinea de 12 V
Semanlul de puls mediu, atunci cand servo motorul se afla la 90 °. Latimea pulsului este de 1.5 ms iar
perioada de 20 ms.

Fig.9 Pulsurile de comanda transmise catre servo motoare la 90 ° cu amplitudinea de 12 V

18
Semnalul de puls maxim ,atunci cand servo motorul se afla la 180 °.Latimea pulsului este de 2 ms iar
perioada este de 20 ms.

Fig.1 0 Pulsurile de comanda transmise catre servo motoare la 180 ° cu amplitudinea de 12 V

19
3. REALIZAREA STRUCTURII MECANICE A PROTEZEI

Macheta prezentată în acest proiect este realizată cu ajutorul printării 3D . Piesele sunt
realizate din acid polilactic (PLA) , un poliester alifatic ter moplastic produs din resurse
regenerabile, cum ar fi amidonul din porumb sau trestia de zahăr . Este biodegradabil în anumite
condiții, cum ar fi prezența oxigenului, și este greu de reciclat.
Alegerea materialului folosit pentru printarea 3D
În cazul printării 3D obișnuite, materialele folosite sunt PLA sau ABS.
PLA (acid polilactic) este un biopolimer , un material plastic biodegradabil. Acesta este fabricat
din materii prime regenerabile , cum ar fi amidonul de porumb sau trestie de zahăr. În afară de
imprimare 3D, este utilizat în mod obișnuit pentru materiale de ambalare, folie de plastic, pahare
de plastic și sticle de apă din plastic. Este considerat a fi mai ecologic decât ABS – la urma
urmei, este făcut din plante.
ABS (acrilonitr il-butadien – stiren) este un material plastic pe bază de ulei. Este un material dur
, care poate fi folosit pentru a crea obiecte robuste din plastic pentru utilizarea de zi cu zi, de
exemplu , în mașini, echipamente electrice sau chiar și în cele mai populare cărămizi Lego.

Proprietăți mecanice și fizice
PLA este mai fragil decat ABS dar are o duritate mai mare a supra feței. Este mai predispus să
rupă atunci când e îndoit. Obiectele realizate din acest material pot fi tăiate, umplute, șlefuite,
vopsite, îmbinate cu ajutorul adezivilor; nu este posibilă tratarea cu acetonă (pentru
îmbunătățirea netezimii suprafeței) .
ABS: Atunci când sunt imprimate la temperatura recomandată de producătorul
filamentului, filamentele ABS prezintă o lipire a straturilor sup erioară. Obiectele 3D imprimate
în acest fel vor fi mai puternice și mai rezistente la impact. Prin urmare, este mai p otrivit pentru
piese mecanice si pentru obiecte care trebuie să fie rezistente la intemperii. Mai mult decât atât,
piesele ABS sunt mai fl exibile decât piesele PLA și tind să se îndoaie decât sa se crape atunci
când sub presiune. De asemenea, ABS este mai maleabil, postprocesarea este mai ușoara:
obiectul imprimat poate fi tăiat, umplut, șlefuit, vopsit și lipit. Și ele pot fi tratate cu ace tonă
pentru a obține o suprafață netedă și lucioasă sau pentru a uni cele două obiecte împreună.

Degradabilitate și d urabilitate
PLA este biodegradabil – la urma urmei, este fabricat dintr -un material vegetal. Deoarece are
nevoie de ceva de căldură să se degradeze, il puteti arunca la gunoi selectiv.

20
ABS nu este biodegradabil , dar poate fi ușor de reciclat.
De-a lungul timpului, ambele materiale ( PLA / ABS ) se degradează sub lumina soarelui sau
la umezeală. ABS este insa mai stabil și rezistent la subs tanțe chimice decât PLA.5
3.1. ASAMBLAREA STRUCTURII
Componentele structurii finale sunt realizate cu ajutorul imprimantei 3D , piesele sunt preluate
dintr -un proiect OpenSource realizat de către InMoov .Procesul de printare 3D a fost realizat
folosind imp rimantă tip Makeblock Melephant .
Pasii de asamblare :
a) Asamblarea in model 3D a celor doua par ți care formeaza palma .

Fig. 11 Modelul 3D de asamblare a palmei machetei
b) Asamblarea in model 3D al degetelor .

Fig. 12 Model 3D de asamblare a degetelor

5 https://store3d.ro/care -este-diferenta -intre-filame ntele -abs-si-cele-pla/

21
c) Asamblarea in model 3D a degetului mare la structura .

Fig. 13 Modelul 3D de asamblare a degetului mare
d) Structura finala a palmei in model 3D .

Fig. 14 Modelul 3D complet

22
e) Asamblarea incheieturii rotative la structura in model 3D.

Fig. 15 Modelul 3D de asamblare a incheturii6
Procesul de imprimare 3D al componentelor este prezentat în figura 16 . Acesta a durat
aproximativ 30 de ore si s -a folosit 260 g de material.

Fig. 16 Procesul de imprimare 3D al degetelor machetei

6 http://inmoov.fr/build -yours/hand -and-forarm -assembly -3d-views/

23
3.2. COMPONENTELE SISTEMULUI
Receptorul este format din macheta realizată la imprimantă 3D având articulațiile controlate
de cele cinci servo motoare MG996R prin intermediul unor cabluri textile conectate la fiecare
deget în parte . Încheietura rotativă este controlată tot de un servo motor tip MG996R .
Comunicarea wireless cu partea emițătoare este realizată prin intermediul modulului nRF24L01 .
Emițătorul are la baza cinci senzori flex care au scopul de a detecta gradul de îndoire al
degetelor operatorului . Calibrarea senzorilor flex în funcție de gradele de mișcare ale servo
motoarelor face posibil controlul acestora .Comunicarea cu structura de forță se face prin
intermediul adaptorului nRF24L01.
Componentă de forță – RECEPTORUL
Micro servo motor MG996R
Factorii principali în alegerea servo motorului au fost : cuplul , temperatura de funcționare și
rezistența structurii. Servo motorul MG996R are o construcție rezistenta ,din metal ,rezistă la
temperaturi de până la 55°Cin regim de funcționare continuă și dezvolta un cuplu ridicat față de
restul micro servo motoarelor ,ac esta fiind de 9 ,4kg/cm (la 4,8 V); 11kg/cm (la 6,0 V) .
MG996R un servo motor mic pentru o sarcină mare. Folosit pentru machete, roboți mici, etc.
Pentru controlul acestor servomecanisme se u tilizează un semnal PWM standard.
Arduino face o treabă excelentă în a controla PWM un servomotor, făcându -l ideal pentru o
varietate mare de proiecte robotice.

Fig. 17 Servo Motor MG996R
Specificatii tehnice :
Tensiune de operare 4,8 la 6V (recomandat 5 V)
Viteza 0,19sec/60degree (4,8v); 0,15sec/60degree (6,0v)
Cuplu 9,4kg/cm (4,8v); 11kg/cm (6,0v)

24
Unghi de operare 180 °
Protocol de control PWM
Lungime cablu 350 mm

Dimensiuni principale servo motor

Fig. 18 Dimensiuni principale servo motor [ mm]
Servo motorul ,prin construc ție are trei pini principali : COM , VCC, GND .

Fig. 19 Pinii de conectare ai servo motorului
Montajul se face in felul urmator :
• Pinii COM ai servo motoarelor se leaga la pinii pwm ai microcontrolerului :
D3,D5,D6,D9,D10 ,D11
• VCC se leaga la bateria externa cu tensiunea de 9 V
• GND se leaga la masa microcontrolerului
Controlul PWM al servo motoarelor :
Servo motoarele sunt controlate prin trimiterea semnalelor de plus cu l ățime variabil ă.
Parametrii motorului se mod ifică în func ție de semnalul primit de la comand ă, acesta are o

25
valoare minima reprezentat ă de pozi ția ini țiala a servo motorului si valoarea maxim ă atunci cand
atinge limita de învartire . În cazul in care servo motorul este cu reductor , unghiul maxim po ate
ajunge la 60°,90 ° sau 180 ° , in caz contrar, servo motorul f ără reductor poate atinge 360° .
In figura 20 este reprezentat ă funcționarea PWM a servo motorului .

Fig.20 Func ționarea PWM a servo motoarelor.
Conexiunile modulului nRF24L01:
• VCC se conecteaz ă la +5V al microcontrolerului Arduino
• GND se conecteaz ă la GND al microcontrolerului Arduino.
• CE se conecteaz ă la pinul digital 9 al microcontrolerului Arduino
• CSN se conecteaz ă la pinul digital 10 al microcontrolerului
• SCK se conecteaz ă la pinul digital 13 al microcontrolerului Arduino.
• MOSI se conecteaz ă la pinul digital 11 al microcontrolerului Arduino.
• MISO se conecteaz ă la pinul digital 12 al microcontrolerului Ar duino.

26
Schema de montaj

Fig.21 Schema de montaj a receptorului
Compon enta de comanda – EMITATORUL
Senzorul FLEX
Senzorul FLEX este un rezistor variabil . În func ționare, acesta de tecează gradul de
îndoire,rezisten ța acestuia cresc ând cu c ât este îndoit mai tare.

Fig.22 Senzorul FLEX de 4.4 inch

27

Cum func ționeaz ă
O parte a senzorului este imprimată cu o cerneală polimerică care are particule conductoare
înglobate în ea. Când senzorul este drept, particulele oferă cernelei o rezistență de aproximativ
30 kΩ. Când senzorul este îndoit, particulele conductoare se de plasează mai departe, mărind
rezistență ( la aproximativ 50 -70 kΩ când senzorul este îndoit la 90° că în figură de mai jos )

Fig.23 Valoarea rezisten ței senzorului flex atunci cand este indoit la 90 °

Cand senzorul se îndreapta din nou, rezisten ța revine la valoarea ini țiala. Prin m ăsurarea
rezisten ței, se poate determina cat de mult este îndoit senzorul.

Fig.24 Forma ini țiala a senzorului flex7

7 https://learn.sparkfun.com/tutorials/flex -sensor -hookup -guide/all#flex -sensor -overview

28

Schema de montaj

Fig.25 Schema de montaj a emit ătorului

Fig.26 Macheta montajului mecanic

29
4. APLICAȚIA DE CONTROL REALIZATĂ ÎN MIT APP INVENTOR
PENTRU CONTROLUL PROTEZEI
Scopul acestei aplicații este de a controla servomotoarele mâinii protetice de la distanță prin
intermediul conexiunii Bluetooth .Aceasta aplicație oferă un control accesibil operatoru lui pentru
cazurile urgente în care trebuie să intervină.
MIT App Inventor ajuta la dezvoltarea aplicaților pentru smartphone -uri sa u tablete Android
folosind pe post de consola un browser web și un emulator sau un telefon conectat. Serverele
celor d e la App Inventor păstrează proiectele pe care le dezvolți și ajuta să păstrezi evidenta lor .
Diagrama prezentată mai jos explic a modul prin care această aplicație funcționează .

Fig.27 Diagrama de func ționare al aplica ției MIT App Inventor8

8 https://appinventor.mit.edu/explore/content/what -app-inventor .html

30
4.1. SCHEMA ELECTRICA
Schema de forța este formată din șase servo motoare , modul Bluetooth HC -05 iar controlul
se face prin intermediul microcontrolerului Arduino Uno R3 .
Modul Bluetooth HC -05

Fig.28 Modul HC -05
Modulul HC -05 este un modul usor d e folosit Bluetooth SPP ( Serial Port Protocol) , proiectat
pentru configurarea conexiunilor seriale transparente.Modulul Bluetooth are la baz ă tehnologia
Bluetooth V2.0 + EDR ( viteza de transmitere a datelor este îmbunata țită) de 3Mbps.Acesta
utilizeaz ă un trasmit ător radio cu frecven ța de 2.5 GHz si utilizeaz ă CSR Bluecore 04 , un sistem
extern Bluetoo th cu un singur chip de tehnologie CMOS cu AFH( Adaptive Frequency Hopping
Feature) . Dimensiunile sale sunt de 12.7mm x 27mm.
Caracteristici tehnice
• Tens iune de alimentare: 3.6 – 6V;
• Curent consumat: maxim 30mA;
• Pinii de I/O sunt compatibili pentru 3.3V ;
• Comunică pe serială UART;
• Baudrate: 9600 – 460800 bps;
• Distanță de transmisie până la 10m;
• Putere de transmisie: +4dBm;
• Senzitivitate recepție: -80dBm.
Procedura pentru a intra in modul AT este următoarea:
• Se alimenteaz ă modulul ;
• Se apas ă butonul mic ,l edul trebuie s ă înceap ă să clipeasc ă rapid de aproximativ 5 ori pe
secund ă;

31
• Modulul intr ă in modul AT cu boud rate de 9600 ( care poate fi modificat ulter ior );9

Pentru a -l configura cu Arduino ,se uploadeaza programul, iar din serial monitor de la
arduino se setează " Both NL & CR ".Programul folosește biblioteca SoftwareSerial.h pentru
a crea un canal de comunicație bazat pe protocolul UART prin inter mediul pinilor digitali 2
și 3 (pot fi folosiți oricare pini digitali). Se alimenteaza modulul (acceptă tensiuni de
alimentare între 3.6V și 6 V) și se intră în modul AT (modul de comandă
al modulului)

Schema electrica de forta a sistemului :

Fig.29 Schema electrica a partii de forta a sistemului
Conexiunile pinilor sunt facute in felul urmator :

Servo motoarele
Acestea sunt conectate la microcontroler prin intermediul pinilor D3,D5,D6,D9,D10,D11
.Pinul VCC este conectat la o baterie externa d e 12 V iar pinul GND la masa.

9 Manual de utilizare MODUL BLUETOOTH HC -05 https://www.gme.cz/data/attachments/dsh.772 -148.1.pd f

32
Modulul HC-05
Modulul HC-05 este conectat in urmatorul mod : Pinii Rx si Tx sunt conecta ți la
microcontroler prin intermediul pinilor D0 ,respectiv D7. Pinul VCC este conectat la bateria
externa de 9 V iar pinul GND la masă.
4.2. APLICA ȚIA DE CONTROL AL SERVO MOTOARE LOR
MIT App Inventor are la baz ă două componente principale :
• Design ( pentru crearea inter țetei )
• Blocks ( pentru realizarea modului de func ționare al aplica ției )

Fig. 30 Design – Simulatorul aplica ției “App Inventor”
Blocurile folosite pentru realizarea aplica ției :
In Figura 29 sunt reprezentate blocurile de ini țializare a aplica ției. La deschiderea aplica ției,
aceasta trimite o notificare pentru deschiderea adaptorului Bluetooth din partea sistemul ui de
operare Android. Imediat ce Blue tooth -ul este deschis, clien ții se pot conecta , in cazul nostru
Modulul HC -05.

33

Fig.31 Blocurile de ini țializare

În cazul în care clientul s -a conectat la sistem , apare notificarea de conectare “connected”
iar culoarea textului este verde. In c az contrar, daca nu avem un client conectat la sistem apare
mesajul “ Not connected” iar culoarea textului este ro șie.

Fig.32 Blocurile de recunoastere în cazul conectarii /deconectarii clientului

În figuril e 31 ,respective 32 sunt prezentate blocurile pentru comanda pozitiei celor șase
servo motoare. Prin modificarea set ărilor Slider -ului acesta permite o schimbare a pozi ției servo
motoarelor de la 0 ° la 180 ° .

34

Fig.33 Blocurile pentru controlul pozi ției se rvo motoarelor 1,2,3

Fig. 34 Blocurile pentru controlul pozi ției servo motoarelor 4,5,6

35
Intefa ța aplica ției de control este reprezentat ă in figura 35.

Fig.35 Interfa ța aplica ției de control

36

5. APLICAȚIA DE CONTROL REALIZATĂ ÎN LABVIEW

Scopul acestei aplica ții este de a oferi un control simplist al mâinii protetice in diferite situații
din viața de zi cu zi , de exemplu, interacțiunea cu diferite obiecte aflate in locuință .
Aplicația este realizată cu ajutorul programului LabView , un s oftware de p roiectare al
sistemelor pentru aplicații care necesită testare,măsurare și control, cu acces rapid la informații
hardware si date.

Modul de realizare a aplicației
Pentru a realiza o aplicație , se tine cont de trei lucruri importante :
• Proiec tare
• Prototip
• Implementare
Proiectarea const ă in analiza aplicației ,cum funcționeaza si cum se poate realiza funcționarea.
Prototipul constă in combinarea ideilor dezvoltate i n partea de proiectare .
Implementarea constă in punerea in aplicare a primelor doua parti si realizarea montajului final
al aplicației care se dorește a fi dezvoltată.

Fig.3 6 Modelul de diagramă de dezvoltare al unui proiect
Dezvoltarea aplicației
Elementele pentru realizarea aplica ției sunt :
Hardware Software
Arduino UNO R3 Arduino IDE
Servomotoare de C.C MG996R NI LabView

Mentionez ca pentru a realiza o conexiune între LabView si Arduino trebuie descarcată interfața
Arduino si instalată in acest program. Pe langă această interfață este necesară instalarea unui
update de firmware LIFA BASE pentru microcontroler astfel încât să facă posibilă comunicarea.

37

5.1. REALIZAREA SCHEMEI BLOC

Conexiunile blocurilor folosite :
„Open Serial” permite deschiderea unei conexiuni seriale cu microcontrolerul.

Fig.37 Blocul LINX „Open Se rial”
„Servo Open One Channel” permite deschiderea unui canal specific unui servo motor.

Fig.38 Blocul LINX “Servo Open One Channel”
Buclă „While” permite repetarea codului care este scris in diagrama pan ă apare o nouă condiție .
O astfel de buclă execu tă o operație cel puțin o singură dată.

Fig.3 9 Bucla While
Blocul „Servo Set Pulse Width One Channel” seteaz ă lățimea pulsului de pe canalul unui servo
specific. Un puls de 1500 μs este asociat cu unghiul de 90 ° al servo motorului .

Fig.3 4 Blocul “Ser vo Set Pulse Width One Channel”

38
Blocul „CLOSE” inchide conexiunea pentru fiecare periferic conectat la interfața LINX și
eliberează orice ieșire sau intrare .

Fig. 41 Blocul LINX “Close”
Schema bloc
Această schema permite controlul unghiurilor de poziție ale servo motoarelor conectate .

Fig.4 2 Schema bloc LabView
Interfața pentru controlul poziție servo motoarelor este prezentată in figura 41.

Fig. 4 3 Interfața LabView de control a poziției servo motoarelor

39
6. OBSERVATII SI CONCLUZII

Obiectivul p rincipal al acestui proiect este de a realiza o machetă pentru o proteză de mână
capabilă să ajute persoanele pentru care funcționabilitatea mâinii este redusă in totalitate sau
parțial.Din cauza prețurilor uriașe , persoanele afectate nu -și pot permite ac hizitionarea unei
proteze , iar prin acest proiect am vrut sa demonstrez că o proteză se poate realiza la preț minim .
Aplicațiile realizate în MIT App Inventor si LabView au scopul de a oferi o accesibilitate cât
mai mare utilizatorilor , acestea fi ind simplu de folosit .
Acest tip de proiect poate fi folosit și de către persoane pentru care funcționabilitatea
mâinilor este nor mala , putând fi folosit ca un braț suplimentar capabil să ajute in diverse
activități ca manipularea diverselor obiect e sau un ajutor suplimentar în spații greu accesibile
omului . Rolul principal este de a elimina cât mai mult riscul unui accident.
Moduri de dezvoltare al acestui proiect :
• Controlul servo motoarelor sa fie realizat cu ajutorul unui senzor muscular pr in
impulsuri;
• Implementarea de senzori suplimentari pentru atingere ;
• Dezvoltarea unui antebra ț si adaugarea unui nou servo motor pentru un control cât mai
flexibil ;
• Implementarea unei camere cu rolul in detec ție al unor obiecte ;
• Materialul folosit pentru printare s ă fie mult mai dur, adaugând protecție suplimentară;

40
7. BIBLIOGRAFIE

• “How robotic hands are evolving to do what our can” , MAE RYAN ,CODE METZ
,RUMSEY TAYLOR -2018
https://www.nytimes.com/interactive/2018/07/30/technology/robot -hands .html
• “Robotics in hazardous enviroments” , OEM Update Editorial – 2017
https://www.oemupdate.com/feature/robotics -in-hazardous -environments/
• “Building a super r obust robot hand” ,Erico Guizzo -2011
https://spectrum.ieee.org/automaton/robotics/humanoids/dlr -super -robust -robot -hand
• Alegerea materialului pentru printar e https://store3d.ro/care -este-diferenta -intre-
filamentele -abs-si-cele-pla/
• Componente 3D InMoov http://inmoov.fr/build -yours/hand -and-forarm -assembly -3d-
views/
• Manual de utilizare MODUL BLUETOOTH HC -05
https://www.gme.cz/data/attachments/dsh.772 -148.1.pdf
• Manual servo motor MG996R
https://www.electronicoscaldas.com/datasheet/MG996R_Tower -Pro.pdf
• Manual senzori flex https://learn.sparkfun.com/tutorials/flex -sensor -hookup –
guide/all#flex -sensor -overview
• MIT APP INVENTOR https://appinventor.mit.edu/explore/
• LabView – interfa ța LINX https://www.labviewmakerhub.com/
• “Simple Robotic Hand in Motion Using Arduino Controlled Servos ” , Tran Vanhuy , Dao
Tuan Minh , Kien Nguyen Phan ,Tran Anh Vu- Martie 2017
https://www.researchgate.net/publication/315383588_Simple_Robotic_Hand_in_Motion
_Using_Arduino_Control led_Servos

41
8. ANEXE

ANEXA 1 – PROGRAMUL FOLOSIT PENTRU SIMULAREA ÎN PROTEUS
#include <Servo.h> // declararea bibliotecii Servo.h
Servo myservo1; // declarare servo 1
Servo myservo2; // declarare servo 2
Servo myservo3; // declarare servo 3
Servo myservo4; // declarare ser vo 4
Servo myservo5; // declarare servo 5
Servo myservo6; // declarare servo 6
int potpin1 = 0; // se declara pinul A0 pentru intrarea analogica
int potpin2 = 1; // se declara pinul A1 pentru intrarea analogica
int potpin3 = 2; // se declara pinul A2 pen tru intrarea analogica
int potpin4 = 3; // se declara pinul A3 pentru intrarea analogica
int potpin5 = 4; // se declara pinul A4 pentru intrarea analogica
int potpin6 = 5; // se declara pinul A5 pentru intrarea anal ogica
// se declara valorile de intrare
int newval1, oldval1;
int newval2, oldval2;
int newval3, oldval3;
int newval4, oldval4;
int newval5, oldval5;
int newval6, oldval6;
void setup()
{
// se declara pinii PWM corespondenti servo motoarelor

42
Serial.begin(9600);
myservo1.attach(3);
myservo2.attach (5);
myservo3.attach(6);
myservo4.attach(9);
myservo5.attach(10);
myservo5.attach(11);
Serial.println("testare multipla a servo motoarelor");
}
void loop()
{
newval1 = analogRead(potpin1);
newval1 = ma p(newval1, 0, 1023, 0, 179);
if (newval1 < (oldval1 -2) || newval1 > (oldval1+2)){ //banda moarta
myservo1.write(newval1); //pozitia servo motorului
Serial.print(newval1); //printeaza noua valoare pentru testare
Serial.print("a,");
oldval1=newval1; //seteaza valuarea curenta
}

newval2 = analogRead(potpin2);
newval2 = map(newval2, 0, 1023, 0, 179);
if (newval2 < (oldval2 -2) || newval2 > (oldval2+2)){
myservo2.write(newval2);
Serial.print(newval2);

43
Serial.print("b,");
oldval2=newval2;
}

newval3 = analogRead(potpin3);
newval3 = map(newval3, 0, 1023, 0, 179);
if (newval1 < (oldval3 -2) || newval3 > (oldval3+2)){
myservo3.write(newval3);
Serial.print(newval3);
Serial.print("c,");
oldval3=newval3;
}

newval4 = analogRead(po tpin4);
newval4 = map(newval4, 0, 1023, 0, 179);
if (newval4 < (oldval4 -2) || newval4 > (oldva l4+2)){
myservo1.write(newval4);
Serial.print(newval4);
Serial.print("d,");
oldval4=newval4;
}

newval5 = analogRead(potpin5);
newval5 = map(newval5, 0, 1023, 0, 179);
if (newval5 < (oldval5 -2) || newval5 > (oldval5+2)){

44
myservo5.write(newval5);
Serial.pri nt(newval5);
Serial.print("e,");
oldval5=newval5;
}

newval6 = analogRead(potpin6);
newval6 = map(newval6, 0, 1023, 0, 179);
if (newval6 < (oldval6 -2) || newval6 > (oldval6+2)){
myservo6.write(newval6);
Serial.print(newval6);
Serial.print("e,");
oldval6=ne wval6;
}
delay(50); // pentru incetinirea buclei de testare
}

45
ANEXA 2- PROGRAMUL FOLOSIT PENTRU APLICAȚIA MIT APP INVENTOR
#include< SoftwareSerial.h>
#include<Servo.h>
Servo myservo1,myservo2,myservo3,myservo4,myservo5,myservo6;
int bluetoothTx = 7;
int bluetoothRx = 0;
SoftwareSerial bluetooth(bluetoothTx, bluetoothRx);
void setup()
{
myservo1.attach(9);
myservo2.attach(10);
myservo3.attach(11);
myservo4.attach(3);
myservo5.attach(5);
myservo6.attach(6);
}
void loop()
{
if(bluetoo th.available()>=2);
{
unsigned int servopos = bluetooth.read();
unsigned int servopos1 = bluetooth.read();
unsigned int realservo = (servopos1 *256) + servopos;
Serial.println(realservo);

46
if(realservo >= 1000 && realservo<1190){
int servo1= realservo;
servo1 = map(servo1,1000,1180,0,180);
myservo1.write(servo1);
Serial.prin tln("servo 1 on");
delay(10);

}

if (realservo >=2000 && realservo <2180){
int servo2=realservo;
servo2=map(servo 2,2000,2180,0,180);
myservo2.write(servo2);
Serial.println("servo 2 on");
delay(10);

}

if (realservo >=3000 && realservo <3180) {
int servo3=realservo;
servo3=map(servo3,3000,3180,0,180);
myservo2.write(servo 3);
Serial.println("servo 3 on");
delay(10);
}

47
if (realservo >=4000 && realservo <4180) {
int servo4=realservo;
servo4=map(servo4,4000,4180,0,180);
myservo4.write(servo4);
Serial.println("servo 4 on");
delay(10);
}
if (realservo >=5000 && realservo <5180) {
int servo5=realservo;
servo5=map(servo5,5000,5180,0,180);
myservo5.write(servo5);
Serial.println("servo 5 on");
delay(10);
}
if (realservo >=6000 && realservo <6180) {
int servo6=realservo;
servo6=map(servo6,6000,6180,0,180);
myser vo6.write(servo6);
Serial.println("servo 6 on");
delay(10);
}
}
}

48
ANEXA 3 – PROGRAMUL FOLOSIT PENTRU CONTROLUL WIRELESS
Codul pentru receptor

#include <Servo.h> // librăria care ajută la controlul servo motoarelor
#include < SPI.h> // intefața de comunicare
#include "RF24.h" // librăria care ajuta la controlul modulului

//definirea servomotoarelor
Servo myServo1;
Servo myServo3;
Servo myS ervo4;
Servo myServo2;
Servo myServo5;

RF24 radio(9,10); /* Acesta reprezintă modelul conectat la Arduino .
9,10 sunt pinii conectați

const uint64_t pipe = 0xE8E8F0F0E1LL; // definirea adresei modemului

int msg[5];

void setup(){

//inițierea pinilor servo motoarelor
mySe rvo1.attach(15); //A1
myServo2.attach(16); //A2
myServo3.attach(17); //A3
myServo4.attach(18); //A4
myServo5.attach(19); //A5

radio.begin(); // activeaza modemul
radio.openReadingPipe(1, pipe); // determina adresa modemulu i care primește semnal
radio.startListening(); // porneste funcția de primire a semnalului
}

49

void loop(){
if(radio.available()){
bool done = false;
while (!done ){
done = radio.read(msg, sizeof(msg));

myServo1.write(msg[2]); //A1
myServo2.write(msg[4]); //A2
myServo3.write(msg[3]); //A3
myServo4.write(msg[1]); //A4
myServo5.write(msg[0]); //A5
}
}
}

50
Codul pentru emițăto r (manușa)

#include <SPI.h> //interfața de comunicare cu modemul
#include "RF24.h" // librăria care ne ajuta pentru cuminicarea cu modemul

int msg[5]; // Numărul total de date care sunt transmise

//Inițierea pinilo r pentru flex senzori
int flex_5 = A5;
int flex_4 = A4;
int flex_3 = A3;
int flex_2 = A2;
int flex_1 = A1;

//definirea variabilelor pentru valorile flex senzorilor
int flex_5_val;
int flex_4_val;
int flex_3_val;
int flex_2_val;
int flex_1_val;

RF24 radio (9,10); // CE si CSN sunt conectați la pinii 9 si 10

const uint64_t pipe = 0xE8E8F0F0E1LL; // adresa modemului de la care primește semnal

void setup(void){
Serial.begin(9600);
radio.begin(); //activarea modemului
radio.openWritingPipe(pipe); // seteaza adresa receptorului
}

void loop(void){

flex_5_val = analogRead(flex_5);

51
flex_5_val = map(flex_5_val, 630, 730, 80, 20);

flex_4_val = anal ogRead(flex_4);
flex_4_val = map(flex_4_val, 520, 710, 70, 175);

flex_3_val = analogRead(flex_3);
flex_3_val = map(flex_3_val, 510, 680, 140, 10);

flex_2_val = analogRead(flex_2);
flex_2_val = map(flex_2_val, 580, 715, 90, 175);

flex_1_val = analogRead( flex_1);
flex_1_val = map(flex_1_val, 550, 700, 90, 175);

msg[0] = flex_5_val;
msg[1] = flex_4_val;
msg[2] = flex_3_val;
msg[3] = flex_2_val;
msg[4] = flex_1_val;
radio.write(msg, sizeof(msg));
}

52
ANEXA 4-PROCES PRINTARE/ASAMBLARE

Fig. 44 Printarea articula țiilor degetului mare

Fig.45 Modelul mecanic asamblat parțial

53

Fig. 46 Printarea componentei de sus ținere al degetelor