CALISTRU Liviu Mihai [620139]

ROMÂNIA
MINISTERUL EDUCAȚIEI NAȚIONALE
UNIVERSITATEA TEHNICĂ ,,GHEORGHE ASACHI" DIN IAȘI
FACULTATEA DE MECANICĂ

Absolvent: [anonimizat]:
Ș.I.univ. dr. ing.Ciprian STAMATE

– 2019 –

ROMÂNIA
MINISTERUL EDUCAȚIEI NAȚIONALE
UNIVERSITATEA TEHNICĂ ,,GHEORGHE ASACHI" DIN IAȘI
FACULTATEA DE MECANICĂ

Absolvent: [anonimizat]:
Ș.I.dr.ing. Ciprian STAMATE

– 2019 –

Platformă robotică cu șenile

Calistru Liviu Mihai Pag. 1

CUPRINS

REZUMAT………………………………………………………………………………………………………………………………..3
CAPITOLUL 1 – INTRODUCERE ……………………………………………………………………………………………………4
1.1 Mecatronică și Robotică …………………………………………………………………………………………………..4
1.1.1 Mecatronica …………………………………………………………………………………………………………….4
1.1.2 Robotica ………………………………………………………………………………………………………………….5
CAPITOLUL 2 – STADIUL ACTUAL ȘI REALIZĂRILE IMPORTANTE ALE SISTEMELOR ROBOTICE …………….7
2.1 Clasificarea roboților ……………………………………………………………………………………………………….7
2.2 Modelarea roboților ………………………………………………………………………………………………………..8
2.3 Arhitectura roboților ……………………………………………………………………………………………………….8
2.3.1 Sistemul senzorial al roboților …………………………………………………………………………………….8
2.3.2 Sisteme de acționare și de transmisie ………………………………………………………………………. 10
2.4 Elemente de inteligență artificială …………………………………………………………………………………. 10
2.5 Aplicații ale sistemelor robotice …………………………………………………………………………………….. 11
CAPITOLUL 3 – PLATFORME ROBOTICE MOBILE………………………………………………………………………… 12
3.1 Platforma Arduino ………………………………………………………………………………………………………. 12
3.2 Shield-uri Arduino ……………………………………………………………………………………………………….. 13
3.3 Tipuri de senzori pentru plăcuțele Arduino …………………………………………………………………….. 14
3.4 Actuatori …………………………………………………………………………………………………………………….. 15
3.5 Sisteme de comunicare ………………………………………………………………………………………………… 15
3.5.1 Bluetooth ……………………………………………………………………………………………………………… 16
3.5.2 Wi-Fi …………………………………………………………………………………………………………………… 17
3.6 Kit-uri de roboți mobili …………………………………………………………………………………………………. 17
3.6.1 Sistem de locomoție pe roți ……………………………………………………………………………………. 18
3.6.2 Sistem de locomoție pe picioare ……………………………………………………………………………… 18
3.6.3 Sistem de locomoție pe șenile ………………………………………………………………………………… 19
CAPITOLUL 4 – PLATFORME ROBOTICE CU ȘENILE …………………………………………………………………….. 21
4.1 Scopul proiectului ………………………………………………………………………………………………………… 21
4.2 Descriere mecanică ……………………………………………………………………………………………………… 21
4.2.1 Descrierea generală a ansamblului ………………………………………………………………………….. 21
4.2.2 Descrierea pe componente a dispozitivului realizat …………………………………………………… 22
4.3 Descrierea electrică ……………………………………………………………………………………………………… 29
4.3.1 Parametrii motorului ……………………………………………………………………………………………… 29

Platformă robotică cu șenile

Calictru Liviu Mihai Pag. 2
4.3.2 Parametri acumulatorului ………………………………………………………………………………………. 32
4.3.3 Puntea H ……………………………………………………………………………………………………………… 33
4.3.4 Placa Arduino Nano ……………………………………………………………………………………………… 35
4.4 Tehnologii software folosite………………………………………………………………………………………….. 37
4.4.1 Arduino IDE ………………………………………………………………………………………………………….. 37
CAPITOLUL 5 – SENZORI UTILIZAȚI ÎN EXPERIMENT …………………………………………………………………… 39
5.1 Senzorul ultrasonic HC-SR04 …………………………………………………………………………………………. 39
5.1.1 Conectarea senzorului HC-SR04 la Arduino ……………………………………………………………… 40
5.1.2 Funcționarea senzorului ultrasonic ………………………………………………………………………….. 40
5.1.3 Calcularea distanței cu ajutorul senzorului HC-SR04 ………………………………………………….. 41
5.1.4 Folosirea senzorului HC–SR04 – Experiment …………………………………………………………….. 42
5.1.5 Aplicații ale senzorului HC–SR04 ……………………………………………………………………………… 44
5.2 Senzorul de temperatură KY-028 ………………………………………………………………………………….. 44
5.3 Senzorul de vibratii (impact) KY-031 ………………………………………………………………………………. 47
5.4 Senzor de lumină fotorezistiv ………………………………………………………………………………………… 49
5.5 Senzorul de sunet KY – 038 …………………………………………………………………………………………… 50
CAPITOLUL 6 – CONCLUZII …………………………………………………………………………………………………….. 53
6.1 Concluzii generale ……………………………………………………………………………………………………….. 53
6.2 Contributii originale …………………………………………………………………………………………………….. 54
6.3 Direcții viitoare de implementare ………………………………………………………………………………….. 54
Bibliografie ………………………………………………………………………………………………………………………….. 55
ANEXE …………………………………………………………………………………………………………………………………. 56

Platformă robotică cu șenile

Calistru Liviu Mihai Pag. 3

REZUMAT

Lucrarea are ca scop comportamentul unei platforme robotice cu șenile , supus unor
senzori conectați la Arduino. Platforma robotică cu șenile va fi comandată printr-o aplicație
web și printr-un modul Wi-Fi, iar pentru deplasarea acesteia se va folosi un acumulator , o
punte H și 4 motoare de curent continuu.
Lucrarea este împărțită în 5 capitole și cuprinde :
– o introducere cu prezentarea generală a Mecatronicii și Roboticii;
– stadiul actual și realizările importante ale sistemelor robotice ;
– descrierea generală a platformelor robotice și a sistemelor de comunicare;
– descrierea ansamblului , descrierea software și modul de programare a platformei robotice
cu programul Arduino;
– descrierea senzorilor utilizați în experiment.
Lucrarea se încheie cu concluzii , indicații bibliografice și anexe.

Platformă robotică cu șenile

Calictru Liviu Mihai Pag. 4

CAPITOLUL 1 – INTRODUCERE

1.1 Mecatronică și Robotică
1.1.1 Mecatronica

Conceptul de mecatronică a apărut pentru prima dată în Japonia , în anul 1969, și a fost
brevetat de către concernul Yasukawa Electric Corporation , descriind fuziunea tehnologică :
mecanică – electrică – informatică. Mecatronica este o știință inginerească care se bazează pe
disciplinele clasice ale mecanicii, electronicii , electrotehnicii și informaticii. Ea s-a născut ca
tehnologie și s-a îmbunătățit continuu , iar în ultimii ani , mecatronica este denumită ca fiind
știința mașinilor inteligente.
Domeniile principale de lucru ale mecatronicii sunt : mecanic, electronic (hardware) și
software (figura 1.1).

Figura 1.1 – Mecatronica.
Suma tuturor conceptelor, metodelor, metodologiilor și tehnicilor de analiză și sinteză
a acțiunilor de deplasare, împreună cu fenomenele mecanice de degradare (frecare, uzură,
oboseală) și solicitare mecanică , reprezintă domeniul mecanic . Totalitatea conceptelor,
metodelor și metodologiilor, care privesc transmiterea, transformarea și prelucrarea semnalelor
electrice , reprezintă domeniul hardware , iar ansamblul conceptelor, metodelor și tehnicilor
care formează nucleul unui comportament rațional sau inteligent reprezintă domeniul
software.
Toate produsele de înaltă tehnicitate sunt produse mecatronice. Sistemele mecatronice
stochează, procesează și analizează semnalele obținute și execută sarcinile dorite. Scopul este
de a crea produse inteligente și fiabile prin extinderea și completarea sistemelor mecanice cu
senzori și microprocesoare.
O clasificarea a producelor mecatronice dată de JSPMI – fosta societate japoneză de
promovare a industriei constructoare de mașini este următoarea :

Platformă robotică cu șenile

Calistru Liviu Mihai Pag. 5
 Clasa 1 – produse mecanice cu electronica încorporată . Ex: mașinile – unelte cu comandă
numerică ;
 Clasa 2 – sisteme mecanice tradiționale cu o componentă electronică modernizată , dar
cu interfața utilizator neschimbată. Ex: mașini de țesut și de cusut ;
 Clasa 3 – sisteme cu mecanismele interne înlocuite printr-un sistem electronic adecvat,
dar care mențin funcționalitatea sistemelor mecanice tradiționale. Ex: ceasul electronic;
 Clasa 4 – produse create printr-o integrare sinergică a tehnologiei mecanice și a
electronicii . Ex: xerox, mașini de spălat și mașini de gătit automate. [1 , 2]

1.1.2 Robotica

Robotica este știința care se ocupă cu tehnologia , proiectarea și fabricarea roboților , ea
fiind o ramură complexă a tehnicii care necesită cunoștințe de mecanică ,electronică și
programare. Cu alte cuvinte , robotica se situează la frontiera mecanicii cu informatica ,
electrotehnica , electronica și știința sistemelor și calculatoarelor . [3]
Cuvântul robotică a fost folosit pentru prima dată de legendarul scriitor de ''science
fiction '' , Isaac Asimov, în anul 1941 în povestirea sa "Liar" . Un an mai târziu publică în
nuvela numită "Runaround Runaround" cele trei legi ale roboticii :
 Un robot nu trebuie să ranească nici o ființă umană , sau, prin inacțiune, să permită
producerea unui rău asupra umanității.
 Un robot trebuie să execute ordinelor date de oameni, cu excepția cazurilor în care
astfel de ordine ar intra în conflict cu prima lege.
 Un robot trebuie să se protejeze pe sine însuși atâta timp cât o astfel de protecție nu
intră în conflict cu prima sau a doua lege.

Roboții au mai multe definiții în funcție de mișcarea sau funcționarea lor în anumite
medii și anume :
 Specialiștii joponezi definesc robotul ca fiind un dispozitiv mecanic acționat cu forțe
motrice cu comandă inteligentă și care acționează după comenzile specificate de om;
 Conform specialiștilor francezi de la Institutul Francez de Standardizare, robotul este
definit ca fiind un aparat automat programabil, capabil să realizeze poziția și orintarea
pieselor printr-o mișcare variabilă și programabilă a brațelor terminale, prin intermediul
unor dispozitive;
 Institutul American de Robotică definește robotul ca fiind un operator reprogramabil și
multifuncțional care deplasează obiectele pe traiectorii stabilite anterior pentru a realiza
sarcinile stabilite;
 În literatura românească de specialitate robotul este definit ca fiind un dispozitiv
automat, care se adaptează prin reprogramare la condițiile de mediu în care acționează.
În esență , un robot este definit ca fiind o mașină programabilă, capabilă să se deplaseze
pentru indeplinirea unor sarcini. Roboții se diferențiază de alte mașini și mașini-unelte , cum ar
fi CNC , prin folosirea codurilor speciale . [4 , 5]

1.1.2.1 Istoria roboticii

Platformă robotică cu șenile

Calictru Liviu Mihai Pag. 6
În vremurile antice și medievale , multe surse atestă popularitatea automatelor. Grecii
și românii au produs automate simple pentru a le folosi ca instrumente și jucării. În Evul Mediu,
automatele erau cunoscute ca parte a ceasurilor și a ceremoniilor religioase. Între anii 1136 și
1206 , politologul arab Al – Jazari a lăsat texte care descriu diferite mecanisme , printre care ,
un ceas mare sub formă de elefant care se mișcă și sună la oră fixă , o bandă muzicală și un
automat de servit băuturi.
De-a lungul timpului au fost create multe alte automate sub formă de animale în mișcare
și figuri care funcționau pe sisteme simple de camă. În secolul al XVIII-lea , automatele erau
destul de bine înțelese, tehnologia a avansat putându-se face mai multe piese complexe. Astfel
, inginerul francez Jacques de Vaucanson a creat un automat biomecanic de succes , o figură
umană care joacă un flaut. În Europa au fost create ca divertisment , busturi reprezentând șefi
de stat, cum ar fi Frederick cel Mare și Napoleon Bonaparte. Revoluția industrială și
atenția sporită asupra matematicii , ingineriei și științei în Anglia , au contribuit la dezvoltarea
roboticii. La începutul secolului al XIX-lea , Charles Babbage a dezvoltat bazele științei
informaticii, primele proiecte de succes fiind motorul diferențial și cel analitic . Ele au pus
bazele calculelor mecanice. Tot în această perioadă s-au dezvoltat mașinile și motoarele cu
aburi care au contribuit la fabricarea mult mai eficientă și rapidă a producției. Întreprinderile
au folosit aceste mașini pentru a mări precizia și sarcinile de lucru în producerea multor piese.
Karel Capek a introdus pentru prima oară denumirea de ''robot'' în piesa sa ,, Robotii universali
ai lui Rossum " , în anul 1921 plecând de la cuvântul vechi slav ROBOTA care însemna ceva
asemănător cu ''munca monotonă sau forțată'' . ''Liliput'' a fost prima jucărie robot produsă în
Japonia în anul 1932. Era o jucărie făcută din tablă și avea o înălțime de 15 cm . Americanii
Willard Pollard și Harold concep în anul 1938, un mecanism programabil cu rolul de a pulveriza
vopseaua, iar în anul 1940 Grey Walters a creat un robot pe care l-a numit Elsie – broasca
țestoasă.
. În 1950, Alan Turing propune un test, numit "testul Turing", pentru a determina dacă o
mașină are cu adevărat puterea să gândească singură. În anul 1954 , George Devol a proiectat
un dispozitiv cu braț robotizat . Acesta a devenit mai târziu primul robot industrial care
transporta piese turnate pe o linie de ansamblare la General Motors din New Jersey (1962).
Compania Devol fondată de antreprenorul Joseph Engelberger a fost prima companie de
producție a robotului. În 1957 Uniunea Sovietică lansează "Sputnik", primul satelit artificial
pe orbită. Aceasta marchează începutul cursei spațiale. IBM 360 este primul computer produs
în serie în anul 1964.
În 1969 Statele Unite utilizează cu succes cele mai recente tehnologi de calcul,
tehnologia robotică și spațială pentru a ateriza pe Lună. Vicarm, sprijinit de General Motors
crează, în 1978, robotul PUMA – o mașină programabilă pentru ansamblare. Acest robot de
ansamblare este folosit și astăzi de multe laboratoare de cercetare.În 1979 , Nachi crează roboți
pentru sudarea prin puncte, iar în 1981 Takeo Kanade construiește un braț de acționare cu
motoare instalate în articulațiile lui. Primele produse educaționale bazate pe LEGO apar pe
piață în anul 1986 , iar Honda crează un proiect pentru a construi un robot umanoid care merge
pe jos. În 1997 IBM a construit un computer cunoscut sub numele de Deep Blue, care a bătut
campionul mondial de șah Garry Kasparov.
Treptat , robotica a început să se transforme într-un alt instrument în arsenalul industrial
de fabricare , devenind o știință puternică în care s-au investit mulți bani. Odată cu
îmbunătățirea programării și a tehnologiei , roboții își găsesc locul în multe domenii ,cum ar
fi: medicină , divertisment , strategii militare , industri de servicii puplice și private , curățarea
mediului , exploatare spațială și subacvatică . [4 ,5]

Platformă robotică cu șenile

Calistru Liviu Mihai Pag. 7

CAPITOLUL 2 – STADIUL ACTUAL ȘI REALIZĂRILE IMPORTANTE
ALE SISTEMELOR ROBOTICE

Robotul este un sistem compus din mai multe elemente : mecanică, senzori
și actuatori precum și un mecanism de direcționare. Senzorii sunt cele mai importante
componente ale robotului . Mecanica stabilește înfățișarea robotului și mișcările posibile pe
timp de funcționare , iar senzorii și actuatorii permit mobilitatea acestora în mediu și o dirijare
cât mai precisă. Mecanismul de direcționare are grijă ca robotul să-și îndeplinească obiectivul
cu succes, evaluând informațiile senzorilor.
Roboții pot acționa atât în medii cunoscute și invariabile, cât și în medii cunoscute și
variabile, puțin cunoscute sau necunoscute și care au un comportament rațional flexibil, de
tip inteligent.Termenul de robot se referă la sisteme care lucrează doar la nivele creative și
de programare. [2]
Dintre caracteristicile unui sistem mobil amintim : dimensiunea , deplasările efectuate,
precizia , repetabilitatea , sarcina transportată , tipul de acționare și viteza de deplasare. Pe lângă
acestea , robotul mai are și caracteristici specifice cum ar fi : numărul de grade de libertate ,
zona și volumul spațiului de lucru , flexibilitate la mediu , programabilitate și fiabilitate.

2.1 Clasificarea roboților

Roboții se pot clasifica din mai multe puncte de vedere , dar cele mai importante criterii
de clasificare sunt:
1 ) După informația de intrare și a metodei de instruire avem :
 roboți acționați de om
 roboți cu sistem de comandă secvențial
 roboți cu sistem de comandă secvențial cu program modificabil
 roboți repetitori
 roboți inteligenți
2) După gradul de mobilitate pot fi :
 roboți ficși
 roboți mobili
3) După sistemul de comandă :
 comandă punct cu punct
 comandă pe contur
 comandă pe toată traiectoria
4) Din punct de vedere al locomoției avem :
 roboți cu roți
 roboți cu șenile
 roboți pășitori
 roboți târâtori

Platformă robotică cu șenile

Calictru Liviu Mihai Pag. 8
5) În funcție de mediul în care robotul acționează se disting :
 roboți tereștri
 roboți marini
 roboți zburători
6) În funcție de utilizarea lor pot fi :
 roboți industriali
 roboți casnici
 roboți militari
 roboți exploratori
 roboți de companie
 roboți de divertisment
2.2 Modelarea roboților
Metode de modelare a unui robot :
 model geometric – permite calculul pozițiilor structurii mecanice ;
 model cinematic – permite calculul vitezelor structurii mecanice ;
 model dinamic – permite calculul cuplurilor și a forțelor exterioare active și rezistente.
2.3 Arhitectura roboților
Arhitectura unui robot cuprinde cinci sisteme :
 sistemul mecanic de susținere al articulațiilor ;
 sistemul de acționare;
 sistemul de transmisie al mișcării;
 sistemul senzorial;
 sistemul decizional.

\
Figura 2.1 Schema bloc a unui robot
[6]
2.3.1 Sistemul senzorial al roboților

Platformă robotică cu șenile

Calistru Liviu Mihai Pag. 9

Sistemul senzorial al robotului reprezintă ansamblul dispozitivelor și echipamentelor,
care transmit robotului informații despre mediul extern în care operează , informați despre
parametri intrinseci ai robotului (deplasare , viteză , accelerație) și caracterul obiectelor din
vecinatatea spațiului de operare. Senzorii sunt dispozitive tehnice care pot măsura sau înregistra
mărimi fizice cum ar fi : temperatura , umiditatea , rezistența fizică , greutatea , presiunea ,
câmpul magnetic , accelerația , forța , intensitatea sonoră , radiațiile , etc. și le transformă în
semnale care pot fi citite sau prelucrate.
Tipuri de senzori :
 senzori interni – descriu traiectoriile segmentelor mecanice componente și sunt montați
pe buclele interne de reglare;
 senzori externi – coordonează traiectoria generală a robotului și sunt montați pe buclele
externe;
 senzori de securitate – sesizează pericolele și sunt montați pe buclele de reacție interne
sau pe cele externe.
Senzorii interni sunt senzorii de poziție și senzorii de deplasare , iar cei mai utilizați
sunt cei de tip potențiometric și de tip optic. Sistemele cu senzori de tip optic conțin un LED și
un element receptor (fototranzistor , fotocelulă).
Senzorii externi sunt senzorii de efort , de alunecare și tactili. Din această categorie
face parte și pielea artificială care are la bază proprietățile de reflexie și de refracție a luminii.
Cei mai utilizați dintre variantele constructive ce folosesc fascicule luminoase sunt senzorii cu
fibră optică (figura 2.2 – a) și senzorii cu ghid optic tangențial (figura 2.2 – b)

Figura 2.2 Variante constructive de piele artificială cu fibră optică (a) și cu ghid optic tangențial (b)
Senzorii de securitate au rolul de a evita ciocnirile când apar obstacole neprevăzute și
regimuri deficitare de funcționare. Senzorii optici în infraroșu și senzorii cu ultrasunete sunt
formați dintr-un emițător de undă și un receptor comandat în fază cu emițătorul. Senzorii
fluidici, capacitivi sau inductivi și senzorii ce comandă releele care decuplează , în situații
critice, sistemul de acționare , sunt senzori de proximitate.
Sistemul senzorial poate avea următoarele funcții :

 reglarea poziției , vitezei , deplasării , accelerației și a efortului;
 modelează funcția tactilă și vizuală;
 funcția de tip releu pentru securitate și pentru evitarea ciocnirilor.

Platformă robotică cu șenile

Calictru Liviu Mihai Pag. 10
2.3.2 Sisteme de acționare și de transmisie

Sistemul de acționare se stabilește în funcție de tipurile de operații care se vor executa ,
de viteza de deplasare , de modul de lucru și de precizia de poziționare .
Tipuri de sisteme de acționare :

 acționare electrică
 acționare pneumatică
 acționare hidraulică
 acționare mixtă : electropneumatică sau electrohidraulică.
Motoarele de acționare ale roboților trebuie să dezvolte cupluri ridicate , să aibă gabarit
redus , moment de inerție scăzut , să fie insensibil la perturbații , să fie compatibil cu sistemul
senzorial și cu cel de comandă.
Sistemul de transmisie are rolul de a deplasa robotul cu controlul poziției, vitezei ,
forțelor și protecție pentru a asigura integritatea lui. Conform programului , traiectoriile de
mișcare sunt generate automat luând în calcul și obstacolele.

Figura 2.3 Schema unui sistem complex de comandă a unui robot.

2.4 Elemente de inteligență artificială

Inteligența artificială s-a definit ca fiind o combinație între știința calculatoarelor,
psihologie și filosofie la nivelul la care aceasta dă o explicație creației și naturi ființei umane.
Bazele ei au fost puse de Turing , de filosoful și matematicianul Boole și de școala modernă
de medicină.
Pe calculatoarele clasice s-a reușit modelarea rețelelor neuronale, s-au creat sisteme
auto adaptive care recunosc scrisul de mână și amprenta vocală, s-au realizat sisteme
decizionale pe roboții trimiși în cosmos, pe fundul oceanelor pentru explorări sau în corpul
uman pentru analizări și testări. Cele mai noi succese ale inteligenței artificiale sunt realizarea
în 1997 de către firma IBM a computerului Deep Blue și apariția în anul 2000 a unor roboți ce
pot exprima facial emoțiile.
Firma Honda comercializează androidul Asimo care, este cea mai complexă realizare în
materie de ''persoană'' de companie . Acest android este rezultatul unui intens studiu de
cercetare în ceea ce privește copierea mersului uman și controlul continuu al centrului de
greutate pentru păstrarea echilibrului. Asimo (figura 2.4) este considerat cel mai inteligent robot
umanoid. [6]

Platformă robotică cu șenile

Calistru Liviu Mihai Pag. 11

Figura 2.4 – Robotul Asimo

2.5 Aplicații ale sistemelor robotice

Roboții sunt utilizați în multe domenii de activitate cum ar fi : agricultură, silvicultură,
zootehnie , piscicultură , construcții , comerț , medicină , industrie , transport , cercetare ,
educație , etc. În mediile periculoase pentru om , cum ar fi : mediile toxice , mediile cu radiații
, mediile cu temperaturi scăzute și ridicate , un rol important îl au roboții comandați de la
distanță. Spre deosebire de mediile extraterestre , subacvatice , agricole , forestiere și urbane ,
mediile industriale au caracteristici specifice care au condus la dezvoltarea și implementarea
roboților mobili industriali.
Prin dezvoltarea roboților industriali s-a urmărit mărirea eficienței acțiunilor asupra
mediilor tehnologice și înlocuirea parțială sau totală a operatorilor umani care lucrează în medii
nocive sau austere , cu roboții controlați de la distanță. Astfel , la sfârșitul anului 2000 s-au
introdus pe piață roboți domestici cu sistem de vacuum destinați uzului casnic. Între anii 2000-
2003 s-au estimat producerea a peste 49.400 de unități de roboți pentru servicii , din care 40.000
de roboți domestici și aproximativ 5.000 roboți medicali. Apoi a urmat apariția pe piață a
miniroboților care suplineau o parte din activitățile umane.
Tehnologia avansează foarte repede , dezvoltând roboți care suplinesc cu succes
asistenții persoanelor cu handicap și diverse echipamente care , conectate la un PC,vor
coordona muncile în casă prin intermediul roboților de serviciu.
Un robot poate îndeplini mai multe funcții dacă aducem mici modificări făcându-l
flexibil. De exemplu , o dronă militară care are în dotare armament și muniție, poate deveni o
dronă de fotografiat dacă armamentul va fi înlocuit cu un aparat foto.
Pentru a mări aria aplicabilității , o îmbunătățire ar reprezenta un kit al robotului propriu-
zis realizat din materiale de o calitate superioară , cu motoare mai puternice și un sistem de
suspensie bazat pe arcuri și telescoape. O altă îmbunătățire ar fi controlul sincron al roților
roboților pe direcția dorită. Acest lucru poate fi realizat cu ajutorul shield-urilor sau driverelor
pentru Raspberry PI și motoare de curent continuu.
Cercetările recente sunt orientate către mărirea ariei de folosire a roboților în toate
ramurile industriale și creșterea performanțelor roboților în domeniul software și hardware, cu
scopul de a se apropia cât mai mult de capacitățile fizice , intelectuale și afective ale ființei
umane. [7]

Platformă robotică cu șenile

Calictru Liviu Mihai Pag. 12

CAPITOLUL 3 – PLATFORME ROBOTICE MOBILE

Robotica mobilă este un domeniu tehnologic , iar cercetarea în acest domeniu a
înregistrat progrese incredibile în ultimele decenii. În continuare , în cercetarea roboticii , este
simțită nevoia de instrumente de integrare practică. În scopul sprijinirii activității de cercetare
concentrată pe aplicații , au apărut diferite platforme mobile robotizate . În prezent , aproape
orice institut de inginerie are unul sau mai multe laboratoare concentrate pe cercetarea roboticii
mobile. Platforma mobilă Arduino pune la dispoziție experimentarea cu un număr mare de
roboți și este o platformă ideală pentru scopuri educaționale. [8]

3.1 Platforma Arduino

Arduino este o companie open-source. Ea produce atât partea de hardware ( plăcuțe de
dezvoltare bazate pe microcontrollere) cât și partea de software necesară compilării și
programării sistemelor. Platformele Arduino sunt construite astfel încât , să pună la dispoziția
utilizatorului conectori de intrare și de ieșire , care pot fi interfațați cu senzori prin conexiuni
directe sau prin intermediul modulelor de extensie numite shield-uri. Până în 2015 , plăcuțele
Arduino foloseau microcontrollere Altmel AVR de 8 , 16 sau 32 biți , iar după 2015 au fost
adăugate și microcontrollere de la alți producători. [9]
Specificații Arduino
 Procesorul funcționează la 5 V
 Limitele recomandate a voltajului pentru Arduino sunt cuprinse între 7 și 12V.
 Curentul pentru pinii I/O : 20 – 40 mA
 Memoria Flash – memorează programul care trebuie rulat (32K – 256 K)
 Memoria SRAM – este echivalentul memoriei RAM (2K-8K)
 Memoria EEPROM – reține informații (micro HDD : 1K-4K). [10]

Figura 3.1 Arduino UNO

Platformă robotică cu șenile

Calistru Liviu Mihai Pag. 13
Componentele plăcii Arduino sunt redate în figura 3.1 [11]

Pinii digitali oferă feedback în lumea reală , pinii digitali de tip PWM dau semnal
analogic , iar pinii analogici preiau informațiile din mediul înconjurător. Senzorii se conectează
la porturile analogice și pot fi activi și pasivi. [10]
Plăcuțele Arduino sunt comercializate sub formă preansamblată sau sub forma unor kit-
uri de ansamblat. Există mai multe variante de Arduino , iar o parte din ele sunt reprezentate în
tabelul 3.2.

Tabelul 3.2 Tipuri de plăcuțe Arduino.

Arduino
Diecimila
in Stoicheia

Arduino
Duemilanove
(rev 2009b)

Arduino UNO

Arduino Due

Arduino
Leonardo

Arduino Mega

Arduino MEGA
2560 R3

Arduino
LilyPad

Arduino Yun
Arduino Nano

3.2 Shield-uri Arduino

Shield-urile sunt plăcuțe de expansiune cu circuite imprimate , care pot fi conectați la
pinii plăcuței Arduino și au capacitatea de a controla motoare , GPS , LCD , Ethernet și alte
dispozitive.

a) b) c) d) e)

Figura 3.3 Tipuri de Shield-uri Arduino

a) Shield superior cu breadboard; b) Shield cu terminale cu șuruburi dispuse sub formă de aripi ;c)
Shield Adafruit Motor ; d) Shield Adafruit pentru înregistrarea datelor cu slot pentru card SD și cip
ceas RTC ; e) Shield HackARobot Fabric – proiectat pentru Arduino Nano.
[9]

Platformă robotică cu șenile

Calictru Liviu Mihai Pag. 14
3.3 Tipuri de senzori pentru plăcuțele Arduino

În robotică senzorii se pot utiliza pentru monitorizarea mediului sau pentru a determina
poziția robotului față de un obiect. Senzorii se conectează la pinii analogici ai plăcii de
dezvoltare Arduino. După principiul de funcționare ei pot fi activi sau pasivi.
Senzorii activi au proprietatea de a-și mări sau micșora rezistența atunci când stimulul
extern este prezent și de aceea ei au nevoie de alimentare cu energie electrică. Senzorii pasivi
iși produc singuri energia electrică atunci când sunt excitați de un stimul extern. În tabelul 3.4
se regăsesc tipuri de senzori.
La începutul utilizării unii senzori se calibrează , alții au nevoie de ,,debouncing''
deoarece , se pot activa chiar și când stimulul nu este prezent , iar pentru siguranță , senzorul
se masoară de mai multe ori la anumite intervale de timp. Debouncing este o procedură prin
care un senzor este citit un timp mai îndelungat , după care se decide dacă este ON sau OFF.

Tabelul 3.4 Tipuri de senzori.

Accelerometru
Biometric
Curent
Forța
Monitor inimă
(ECG)

Giroscop

Lumină (UV)
IMU
Fascicul IR
Geiger Counter

Laser
Lichide
Lumină
Magnetic
Senzor de ploaie

PIR

Sonar
Sunet
Tensiune
Senzor optic
de praf

Termocuple

Video
Vreme
Senzor puls

GPS

[10 ,12 ]

Platformă robotică cu șenile

Calistru Liviu Mihai Pag. 15
3.4 Actuatori

Actuatorii sunt echipamente comandate de Arduino pentru a oferi un feedback în lumea
reală. Câteva din aceste echipamente sunt reprezentate în tabelul 3.5 .

Tabelul 3.5 Tipuri de actuatori

Actuatori vizuali – Leduri

Actuatori vizuali – Leduri /
VGA out

Actuatoare – Audio (MP3
player)

Actuatoare – Audio (Radio)
/ Buzzer
Actuatoare – Audio
(sintetizator voce)
Actuatoare – Rețea (Ethernet
/ WiFi)

Actuatoare – Telefonie
(GSM shield)
Actuatoare – mecanice
(Imprimante 3D)
Actuatori – pentru putere
mare – relee

[10]
3.5 Sisteme de comunicare

Pentru a raporta dacă o sarcină dată a fost îndeplinită cu succes sau nu , roboții mobili
au fost proiectați cu capacități de comunicare, fie cu alți roboți din mediu, fie cu un operator
uman. Sistemele de comunicare pot fi : cu fir sau fără fir.
Comunicatia cu fir constă în transferul de date între un robot și un operator , iar
comunicația fără fir constă în tehnologii de transfer a datelor prin aer cum ar fi : transmisia
prin unde în spectrul infraroșu , Bluetooth , radio modem-uri , Wi-Fi și altele.
Sistemele de comunicare cu fir transmit și curent electric pe lângă datele transmise între
robot și operatorul uman, eliminând astfel folosirea unei baterii onboard pe robot. Dezavantajul
folosirii unui sistem de comunicare cu fir constă în faptul că, spațiul de lucru al robotului va fi
limitat de lungimea maximă admisă a cablului.
[13]

Platformă robotică cu șenile

Calictru Liviu Mihai Pag. 16
3.5.1 Bluetooth

Tehnologia Bluetooth a fost creată în anul 1994, reprezentând un standard de
comunicare fără fir ( wireless) , pe distanțe scurte , bazat pe unde radio. Prin rețeaua Bluetooth
se face schimb de informații între diverse aparate cum ar fi : telefoanele mobile , calculatoare
personale , camere foto , console video și imprimante , printr-o undă radio de rază mică , cu
condiția ca aceste aparate să fie înzestrate cu Bluetooth. La ora actuală , această tehnologie se
foloseste în interiorul clădirilor , în laboratoare , distanța maximă fără repertor fiind de 20 metri.
Caracteristicile tehnologiei Bluetooth au evoluat în timp adaptându-se la cerințele
moderne. În standardele create de alianța Bluetooth Special Interest Group (SIG) sunt
specificate versiunile Bluetooth. În prezent sunt cunoscute 5 versiuni Bluetooth :
 Bluetooth 1.1 si Bluetooth 1.2 – cu o viteză de transmitere a datelor de 721 kbit/s.
 Bluetooth 2 – cu o viteză de transmitere a datelor de 2.1 Mbit/s lansat în 2004 ;
Bluetooth 2.1 – lansat în 2007 oferind o securitate mai bună și un proces de asociere
a dispozitivelor îmbunătățit.
 Bluetooth 3 – lansat în 2009 – cu o viteză de transmitere a datelor de 24 Mbit/s
 Bluetooth 4 – lansat în 2010 ; Bluetooth 4.1 – lansat în 2013 , Bluetooth 4.2 – lansat în
2014 cu caracteristici noi pentru Internet of Things precum securitate mai bună și
conexiune la internet.
 Bluetooth 5 – lansat în 2016 – conexiunile Bluetooth folosesc mai puțină energie, oferă
viteze mai bune și raze de acțiune mai mari , iar dispozitivele cu Bluetooth 5 pot
transfera date la viteze de max. 2 Mbp/s în sesiuni scurte, pe distanțe de max. 240 de
metri.
[14]

3.5.1.1 Robot mobil cu Arduino, comandat din telefonul mobil folosind Bluetooth

Robotul mobil cu Arduino este controlat de la distanță folosind telefonul mobil sau
laptop-ul, dar distanța în cauză este mult mai mică, datorită limitărilor modulului Bluetooth.
Este un proiect simplu si limitat.

Figura 3.6 Robot mobil cu Arduino.
3.5.1.2 Robot mobil comandat prin telecomandă IR
Acest proiect folosește același kit robot, dar pentru a transmite informația, ea foloseste
o telecomanda cu infraroșu. Dispozitivele care utilizează transmiterea de date în infraroșu
folosesc LED-uri (light-emitting diodes) pentru a emite radiație infraroșie . Această radiație
este direcționată de o lentilă plasticată într-un fascicul îngust.

Platformă robotică cu șenile

Calistru Liviu Mihai Pag. 17
Pentru a putea funcționa , telecomenzile prin infraroșu utilizează protocoale precum
RC-5, SIRC, NEC etc. Pentru a asigura lumina pentru sistemele de comunicație prin fibra optică
se folosesc laserele infraroșii.

Figura 3.7 Robot mobil, comandat prin telecomandă IR

3.5.2 Wi-Fi

Wi-Fi este o tehnologie utilizată pentru realizarea de rețele locale de comunicație 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 sistemele de operare
moderne pentru routere, telefoane mobile, console de jocuri și cele mai avansate televizoare.
Caracteristica importantă a rețelelor Wi-Fi o constituie aria de acoperire care depinde de
capabilitățile antenelor și de topografia particulară a zonei. Tehnologiile Wi-Fi sunt
consumatoare de energie , fapt neprielnic roboților mobili.
Ermanno Pietrosemoli de la Escuela Latinoamerica de Redes a realizat transmisiunea
la cea mai mare distanță cu ajutorul unor dispozitive Wi-Fi , folosind antene puternice și
semnale direcționate. El a transferat 3 MB de date între vârfurile El Aguila și Platillon din
Venezuela, aflate la o distanță de 382 km.

3.5.2.1 Robot mobil comandat de la distanță prin Raspberry Pi, cu redare Video

Acest robot se poate conecta la o rețea wireless, prin modulul Wi-Fi integrat pe
Raspberry Pi. Daca robotul se afla într-o zonă fără rețea wireless, cu ajutorul unui router portabil
montat pe el, a unei cartele GSM și a unui abonament de date, robotul nu mai cunoaște limite
impuse de distanță, atâta timp cât ISP-ul dispune de semnal în zona în care se află .
[7]
3.6 Kit-uri de roboți mobili

Pentru a satisface diverse cerințe de divertisment ale oamenilor , au fost create o gamă
largă de platforme robotice. La fel ca și plăcuțele Arduino , kit-urile robot pot fi achiziționate
sub formă de kit sau ansamblate.
Cea mai importantă parte a unui robot o constituie șasiul. În domeniul roboticii există
mai multe tipuri de șasiuri , dar cele mai importante sunt :
 șasiul pe bază de roți
 șasiul pe bază de șenile
 șasiul pe bază de picioare.

Platformă robotică cu șenile

Calictru Liviu Mihai Pag. 18

3.6.1 Sistem de locomoție pe roți

Avantaje :
 ușor de folosit și de controlat
 au puține probleme de stabilitate
 consum mic de energie
 viteză mai mare de deplasare față de cei cu șenile.
 costuri reduse de întreținere

Dezavantaje :
 se deplasează doar pe terenuri plate , asfaltate sau pietruite
 nu pot depăși obstacole mai mari decât raza roților

Tabelul 3.8 Tipuri de platforme robotice cu roți

FlexyBot – Patru motoare

FlexyBot – Doua motoare
cu senzor obstacole

SZDoit 4WD Electric RC –
Telecomanda Toy Cars pe
Radio

SZDoit VC-200 4WD
SZDoit C300- Bluetooth
/Handle/WiFi RC
SZDoit C3 4WD- robot
inteligent

[15].

3.6.2 Sistem de locomoție pe picioare

Roboții pășitori au o mobilitate superioară , necesită consum de energie redus , sunt
mai lenți și mai dificilli de controlat , însă sunt cei mai potriviți pentru terenuri accidentate și
moi , și pentru ocolirea obstacolelor.
Datorită numărului mare de grade de libertate ,controlul mersului este complicat. În
prezent acești roboți sunt utilizați în următoarele domenii de activitate : întreținerea mediilor
nucleare , exploatări forestiere și submarine , inspecția și curățirea suprafețelor greu accesibile,
explorări planetare , etc. [16].

Platformă robotică cu șenile

Calistru Liviu Mihai Pag. 19

3.6.3 Sistem de locomoție pe șenile

Locomoția pe șenile permite deplasarea robotului înainte și înapoi , efectuarea virajelor
la stânga și la dreapta , efectuarea unei rotații în plan orizontal , urcarea și coborârea pantelor
de până la 45°.
Sistemul de deplasare cu șenile este format din :

 roată motoare
 roată de întindere
 două sau mai multe roți purtătoare
 una sau două roți de susținere a șenilei
 șenila sub formă de lanț articulat plan . [17]

Locomoția vehiculelor pe șenile oferă un contact mai mare cu solul și o mai bună
tracțiune decât roțile pentru vehicule , pe terenuri naturale. Astfel , roboții cu șenile pot fi utili
în: agricultură , silvicultură , exploatare minieră , căutare și salvare de vieți omenesti , etc.
Direcția vehiculelor pe șenile are o caracteristică unică , diferită de cea a vehiculelor cu
roți. La fel ca și vehiculele cu roți cu transmisie diferențială , principiul direcției de deplasare a
celor cu șenile se bazează pe controlul vitezelor relative ale ambelor șenile. Controlul
locomoției prezintă o problemă complexă deoarece , variația vitezei relative a celor două șenile
duce la alunecare , forfecare și compactarea solului pentru a se realiza.
Cinematica nu este simplă , deoarece nu se poate prevede mișcarea exactă a vehiculului
numai de la intrările de comandă. De-a lungul timpului au fost elaborate soluții analitice și
experimentale pentru a îmbunătății controlul mișcărilor șenilelor.

Figura 3.9 Principiul direcției de deplasare.
Platformele cu șenile au viteze mici datorită frecării și a sistemului mecanic complex ,
sunt mai puțini preciși în manevrabilitate și necesită multă putere pentru a se se roti. Șenilele
pot fi rupte ușor sau dislocate , au timp de funcționare mai mic și sunt mai greu de reparat sau
de înlocuit decât roțile. [18]

Platformă robotică cu șenile

Calictru Liviu Mihai Pag. 20
3.6.3.1 Tipuri de platforme robotice cu șenile . Modele reprezentative

În tabelul 3.10 sunt reprezentate câteva exemple de platforme robotice cu șenile.
Tabelul 3.10 Tipuri de platforme robotice cu șenile

A4WD1 MTS 12T –
RC(radioconvertibil) Robot Jaguar – urcă pante
sau scări de 45 °

Kit robot – se poate roti și
poate urca pante

Owi 3 in 1 ATR: Kit de
robot multifuncțional pentru
teren

Kit robot pentru experimente
Smartphone

Zumo 32U4 Robot Kit –
ATmega32U4MCU

Platformă robotică mobilă –
Mobilitate bună pe terenuri
dificile .
Tamiya vehicul cu șenile –
Traverseaza obiectele din
cale și terenul dur
Pololu Zumo – Platformă
pentru concursurile Mini
Sumo

Iron Man-5 Indoor

Robot Jimu -Ruleaza pe
trepre
Mini Kit DFRobotShop
Rover
[19]

Platformă robotică cu șenile

Calistru Liviu Mihai Pag. 21

CAPITOLUL 4 – PLATFORME ROBOTICE CU ȘENILE

4.1 Scopul proiectului
Pentru această lucrare am ales să studiez comportamentul unei platforme robotice cu
șenile , supus unor senzori conectați la Arduino.
Piese necesare pentru realizarea acestui studiu :
1 x kit robot
1 x acumulator
1 x punte H
1 x placa Arduino NANO
1 x set de senzoti pentru Arduino
Denumirea platformei robotice :
,,DOIT RC Metal Tank Chassis 4wd Robot Crawler Tracked Caterpillar Track Chain Car
Vehicle Mobile Platform Tractor Toy'' .

4.2 Descriere mecanică
4.2.1 Descrierea generală a ansamblului
Specificații :
 Nume Brand -SZDoit
 Tip – Tank
 Număr canale de control : 2
 Stare – Neansamblat
Caracteristici:
 Material – Metal
 Certificare 3 C
 Aspect – Nou și elegant
 Structură – Solidă
 Forță – Puternică
 Rapid , stabilitate , flexibilitate
Parametrii :
 Nume : T800 Automobil cu șenile inteligente și șasiu
 Material : Aliaj de aluminiu
 Roți : Metal
 Șenile : Plastic
Dimensiunea produsului :

Platformă robotică cu șenile

Calictru Liviu Mihai Pag. 22
 lungime 550 mm
 lățime 280 mm
 înălțime 110 mm
Greutate : 3800 g ; Culoare : Argintie

a) b)

Figura 4.1 Platforma robotica după ansamblare : a) față , b) spate

4.2.2 Descrierea pe componente a dispozitivului realizat
4.2.2.1 Descrierea motorului

 Nume Brand- SZDoit
 Unitate de tracțiune pe 4 motorașe
 Stare motor – ansamblat
 Conectori – cablați

Figura 4.2 Motorul platformei

Platformă robotică cu șenile

Calistru Liviu Mihai Pag. 23
4.2.2.2 Sistemul de transmisie

Elementele coponente ale sistemlui de transmisie sunt :

 Roți conduse : 20 bucăți
 Roți conducătoare : 4 bucăți
 Șenile : 2 bucăți

a) Roata condusă

Caracteristici :

 Roată metalică
 Culoare : argintie
 Material : aliaj de aluminiu
 Tip : cu rulment
 Dimensiune : 20,75 mm (distanța dintre două piese rotunde) ,47.5 mm diametru, 38 mm
(cuplare).

Componentele roții conduse sunt reprezentate în figura 4.3.

Figura 4.3 Componentele roții conduse

b) Roata conducătoare

Caracteristici :
.
 Roată de antrenare metalică
 Material : aliaj de aluminiu
 Culoare : argintie
 Tip : cu conector
 Diametru interior : 4 mm (dimensiunea interioară pentru cuplarea roții)

Platformă robotică cu șenile

Calictru Liviu Mihai Pag. 24
 Dimensiune : 31,85 mm (distanța dintre două piese rotunde); 48,3 mm (diametru); 34,08
mm (cuplaj)
Componentele roții conducătoare sunt :

 șurub M3 * 6 : 12 bucăți
 șurub M4 * 16 : 2 bucăți
 șurub Jack : 2 bucăți
 cilindru de cupru : 6 bucăți
 cuplaj din aliaj de aluminiu : 2 bucăți (distanța este de 34,08 mm)

a) b)

Figura 4.4 Roata condusă (a) , Roata conducătoare (b)

c) Șenilele

Parametrii șenilelor

 Material – plastic special
 Culoare – neagră
 Dimensiuni : 4.5 cm/ 78 cm/1 șenilă (100 legături)

Figura 4.5 Șenilele platformei robotice

Platformă robotică cu șenile

Calistru Liviu Mihai Pag. 25

4.2.2.3 Descrierea acumulatorului

Denumire produs : 4S 30A 12.8V W/Balance 3.2V LiFePo4 LiFe 18650 Battery BMS
Protection PCB Board
Caracteristici:
 Este un produs 100% de brand nou și de înaltă calitate
 Placa conține 4 fire (cabluri) de 3.2V
 Bandă de protecție a bateriei cu fosfat de fier de litiu
 Placă de protecție ridicată, current continuu de 30A, cu circuit de echilibrare

Acumulatorul LiFePO4 (Lithium Iron Phosphate) se livrează cu încărcător și BMS
(Battery Management System) care monitorizează și egalizează fiecare celulă în timpul
încărcării și descărcării. Ele sunt dezvoltate pentru aplicații ciclice, în cazul în care sunt
descărcate și încărcate frecvent. Sistemul de management al bateriei va funcționa pentru toate
bateriile LiFePO4.
Acesta este configurabil în hardware și software. Are un design modular care permite
sistemului să fie extins în funcție de necesități, reconfigurându-l după cum este necesar. Aceste
acumulatoare prezintă următoarele avantaje:
 Dimensiuni reduse și greutate mai mică: cu 70% mai ușoară decât o baterie plumb acid
;
 Ușor de instalat și folosit ;
 Performanțe mari la temperaturi scăzute ;
 Performanțe deosebite la încărcare și descărcare ;
 Nu explodează și nici nu ard în urma supraîncărcării sau a unui scurt-circuit ;
 Fără efect de memorie ;
 Ecologic: nu sunt toxice, nu poluează și nu conțin metale rare ;
 Pot înlocui direct bateriile SLA în multe aplicații ;
 Durată mare de viață : pâna la 2000 cicluri;
 Protecție profundă la supraîncărcare și descărcare.

Aplicații.
 Vehicule Electrice
 Stocare de energie
 Automobile Electrice
 Scutere , biciclete

[20, 21, 22

Platformă robotică cu șenile

Calictru Liviu Mihai Pag. 26

Figura 4.6 Acumulatorul LiFePO4 – în diferite poziții

a)

b)

Figura 4.7 Platforma mobilă cu șenile cu acumulatorul montat ( a – față ; b – spate)

4.2.2.4 Pachetul de senzori
Denumire : ,,SZDoit 45 In 1 Modules Starter ''
Caracteristici :
Nume Brand-SZDoit

Platformă robotică cu șenile

Calistru Liviu Mihai Pag. 27
Număr model – 45 în 1
Pachetul conține următorii senzori (figura 4.8 ) :

1 x modul de sol
1 x modul receptor de senzori infraroșii
1 x modul senzor cap de laser
1 x Modul senzor de temperatură și umiditate
1 x modul senzor de emisie în infraroșu
1 x Modul releu de 5V
1 x modul de giroscoape
1 x modul de detectare a inimii
1 x modul senzor de sensibilitate pentru microfon
1 x modul senzor tactil metalic
1 x modul senzor de flacără
1 x modul de 3 culori LED
1 x Modul senzor de vânătoare
1 x senzori liniari
1 x module de codare rotativă
1 x modul Buzzer activ
1 x module Magic Light Cup
1 x modul buzzer mic pasiv
1 x modul senzor digital de temperatură
1 x modul de comutare înclinare
1 x senzor magnetic Holzer analogic
1 x modul ultrasonic
1 x modul de deschidere a mercurului
1 x modul senzor magnetic de cameră
1 x modul RGB LED SMD
1 x modul Mini Reed
1 x Modul catod cu LED-uri Bicolor 3MM
1 x mașină inteligentă evita senzorul de obstacol senzor infraroșu comutator fotoelectric
1 x modul de comutator cheie
1 x modul fotorezistor
1 x modul de alimentare Breadboard
1 x modul senzor de lovire
1 x modul senzor de temperatură
1 x modul de comutare vibrații
1 x modul senzor de sunet pentru microfon
1 x Modul mare de stuf
1 x modul LED cu două culori
1 x modul optic de rupere
1 x modul senzor de temperatură
1 x modul MP1584EN buck
1 x modul cititor de carduri SD
1 x modul Joystick PS2
1 x Modul LED intermitent automat
1 x modul de ceas DS1302
1 x Modul nivel de apă

Platformă robotică cu șenile

Calictru Liviu Mihai Pag. 28

Figura 4.8 Pachetul de senzori

Platformă robotică cu șenile

Calistru Liviu Mihai Pag. 29
4.3 Descrierea electrică

4.3.1 Parametrii motorului

 Denumire: motor de transmisie de 25 mm
 Viteza de ieșire : 150 ± 10% rpm
 Curent de încărcare : 200mA (Max)
 Curent de descărcare : 4500mA (max)
 Cuplul de cuplare : 9,5kgNaN
 Viteză nominală : 100 ± 10% rpm
 Cuplu nominal : 3000gNaN
 Curent nominal : 1200mA (Max)
 Zgomot : 56dB
 Tensiune de lucru : 9V
 Lungimea arborelui exterior : 14,5mm
 Redarea jocului arborelui : 0,05-0,50mm
 Dimensiunea șurubului : M3.0
 Diametrul arborelelui : de 4 mm, D3.5
 Codificator : 2 impulsuri / cerc

Figura 4.9 Motorul platformei
Unde :
 VM: putere pentru motor
 GM: GND pentru motor
 V : putere pentru senzorul Hall
 G : GND pentru senzorul Hall
 S1 : primul semnal de la senzor
 S2 : semnalul 2 de la senzor

Platformă robotică cu șenile

Calictru Liviu Mihai Pag. 30
Tabelul 4.10 Parametrii motorului

M25-370-24140-75-145D10
Condiții de funcționare standard
Articol Specificație Metoda de testare
Tensiunea nominal ă DC 9.0V multimetru
Raport de transmisie 1/75
Rotație CW mâner
Poziția motorului toate pozi țiile orizontale mâner
Temperatur ă 0 0- 30 0 termometru
Umiditate 30% – 95% Higroscopic
Performanța motorului
Viteza de încărcare 11500 ± 10% rpm Indicatorul de viteză al
blitzului
Curentul de încărcare 180 mA Sursă de alimentare curent
continuu
Curentul standard 4500 mA Sursă de alimentare
Cuplul de cuplare 160 g.cm Masurarea cuplului
Performanța motorului cu angrenaj
Viteza de ieșire 150± 10% rpm Indicatorul de viteză al
blitzului
Curentul de încărcare 200mA Sursă de alimentare
Curentul standard 4500 mA Sursă de alimentare
Cuplu standard 9.5Kg.cm Măsurarea cuplului
Rata cuplului 3000 g.cm Măsurarea cuplului
Curentul nominal 1200mA Sursă de alimentare
Viteza nominală 100± 10% rpm Indicatorul de viteză al
blitzului
Zgomot 56dB Sunet digital
Dimensiuni
Lungimea arborelui
exterior 14.5 mm șubler
Jocul final al arborelui 0.05-050 mm manta
Dimensiunea șurubului M3.0 manta
Diametrul axului Ǿ4mm D3.5 șubler
Contur Dimensiunea de
montare Se referă la contur desen șubler

Platformă robotică cu șenile

Calistru Liviu Mihai Pag. 31

Figura 4.11 Schița motorului

Figura 4.12 Desenul curbei

Platformă robotică cu șenile

Calictru Liviu Mihai Pag. 32
4.3.2 Parametri acumulatorului

Specificații :
 Tensiunea unei baterii LiFePO 4 este de 3.2V / celulă. Tensiune va rămâne între 3.2V –
3V pe parcursul a 85% din timpul de descărcare.
 Temperatura : de la -20°C la +45°C pentru descărcare și de la 0°C la +45°C pentru
încarcare.
Descărcare :
 Curent de descărcare continuu : 30A (MAX)
 Curent de descărcare instantaneu : 56A
Încărcare :
 Tensiune de încărcare : 14.8V
 Curentul de încărcare : 20A (MAX)
 Protecția împotriva supraîncărcării (scurtcircuitelor)
 Detectarea supraîncărcării : 3,75 ± 0,05V
 Protecția întârzierii : 1300MS
 Suprasarcină : 3,60 ± 0,05V
Echilibru:
 Tensiunea de detectare : 3,60 ± 0,05V
 Tensiunea de eliberare : 3,59 ± 0,05V
 Curentul de echilibru : 58mA
Protecție împotriva descărcării
 Detectare la descărcare : 2.1 ± 0.08V
 Supra-descărcare Detectare întârziere : 145S
 Tensiunea de eliberare : 2.3 ± 0.1V
Protecție la depășirea curentului:
 Tensiunea de detectare : 200mV
 Detectarea întârzierii : 20mS
 Detectarea curentului : 56 ± 10A
 Starea de deblocare : fără încărcare
 Rezistența interioară : ≤20mΩ
Consum propriu :
 Curent de lucru : ≤30uA
 Curentul de oprire (când este solicitat curentul de lucru) : ≤20uA
 Interval de temperatură de lucru : -30 + 80 ℃
 Dimensiune Placă PCB : 56x47mm / 2.2×1.85 "

Platformă robotică cu șenile

Calistru Liviu Mihai Pag. 33

Figura 4.13 Grafic de descărcare – AGM12-44Ah / LiFePO4 12.8V 40Ah

4.3.3 Puntea H

Pentru a produce o mișcare, motoarele necesită o intensitate semnificativă a curentului.
Din acest motiv ele nu pot fi conectate direct la pinii de ieșire a unui microcontroller. Prin
folosirea puntei H se realizează separarea semnalelor de comandă de circuitul de putere.
Punțile H sunt circuite care conțin 4 comutatoare (de obicei tranzistori) , numerotate cu S1 , S2
, S3 și S4 ( figura 4.14).

Figura 4.14 Circuitul puntii H ( S1-S4 sunt comutatoarele , iar M este motorul)

Platformă robotică cu șenile

Calictru Liviu Mihai Pag. 34

Figura 4.15 Punte H dubla – L298N

L298N din figura 4.15 este un circuit integrat monolitic de curent și voltaj mare, în dublă
punte H, proiectat să accepte nivele logice standard TTL pentru control. Modulul mai conține
și un circuit stabilizator de tensiune (5V) care permite funcționarea la tensiuni mari.

Figura 4.16 Schema de funcționare a circuitului integrat L298N

Platformă robotică cu șenile

Calistru Liviu Mihai Pag. 35
Specificații :
 Tensiune de operare : până la 40V
 Curent de operare : până la 3A (25W în total)
 Curent mic de saturație
 Protecție la supraîncingere
 Poate opera cu 2 motoare simultan
 Imunitate mare la zgomot : Nivel logic "0" input până la 1,5V
 Încorporat regulator de tensiune 78M05

Cum se controlează un motor :

ENA IN1 IN2 Starea motorului A (în curent continuu)
0 X X Stop
1 0 0 Frână
1 0 1 Rotație în sensul acelor de ceasornic
1 1 0 Rotație în sensul invers acelor de ceasornic
1 1 1 Frână

Pinul ENA se leagă la un pin PWM de la Arduino pentru a controla viteza motorului.
Fiecare punte poate fi activată sau dezactivată independent de la pinii ENA, ENB.

Aplicații :

L298N poate fi folosit pentru a controla :
 relee
 solenoide
 motoare în curent continuu sau pas cu pas.
[23, 24]

4.3.4 Placa Arduino Nano

Arduino Nano este o placă cu microcontroller mică, flexibilă , compatibilă și dezvoltată
de Arduino.cc în Italia, bazată pe ATmega 328p / ATmega 168.
Caracteristici principale :
 Tensiunea de funcționare este de 5V , însă tensiunea de intrare poate varia de la 7 la
12V.

Platformă robotică cu șenile

Calictru Liviu Mihai Pag. 36
 Conține 14 pini digitali , 8 pini analogici , 2 pini de resetare și 6 pini de alimentare.
 Pinii digitali și analogici sunt desemnați cu mai multe funcții , dar funcția lor principală
se configurează ca intrare sau iesire.
 Ei sunt folosiți ca pini de intrare atunci când sunt conectați cu senzorii și ca pini de ieșire
atunci când conduc o sarcină.
 Funcția analogRead () este folosită pentru a controla pinii analogici, iar funcțiile
printMode () și digitalWrite sunt folosite pentru a controla operațiile pinilor digitali.
 Pinii analogici au o rezoluție totală de 10 biți care măsoară valoarea de la zero la 5V.
 Această placă este dotată cu suport Mini USB.
 Memoria flash este folosită pentru stocarea codului , iar 2KB de memoria totală flash
este folosită pentru un bootloader. Bootloader-ul este codul care se execută înainte ca
sistemul de operare să pornească.
 ATmega 328 are o memorie flash de 32KB , iar ATmega 168 are o memore flash de
16 KB.
 SRAM este cuprins între 1KB și 2KB , iar EEPROM este de 1KB.
 Arduino Nano cuprinde și un oscilator de cristal de frecvență 16 MHz.

Specificații :
 Pentru programare foloseste mediul integrat de dezvoltare Arduino IDE care rulează
offline și online.
 Pentru a transfera programul de la computer la placă se folosește cablul USB.
 Pentru a compila și a arde programul nu este nevoie de un arzător separat deoarece ,
placa are încorporată un boot-loader.

În figura 4.17 sunt reprezentate elementele componente ale plăcii Arduino Nano.

Figura 4.17 Arduino Nano

Platformă robotică cu șenile

Calistru Liviu Mihai Pag. 37
Placa conține următorii pini :

 Vin – este o tensiune de alimentare a plăcii atunci când se utilizează o sursă externă de
alimentare de 7 până la 12 V.
 5V – este o tensiune de alimentare regulată a plăcii și este utilizată pentru alimentarea
controllerului și a altor componente situate pe placă.
 3.3V – este o tensiune minimă generată de regulatorul de tensiune de pe placă.
 GND – sunt pinii de pe panou (masa).
 Reset – resetează placa. Este foarte util atunci când rulează un program prea complex
și închide placa. Valoarea LOW pentru pinul de resetare va reseta controllerul.
 A0 ÷ A7 – pini analogici folosiți pentru a măsura tensiunea analogică (între 0 și 5V).
 Rx, Tx – pini utilizați pentru comunicarea serială , Tx reprezintă transmiterea datelor,
iar Rx reprezintă receptorul de date.
 D0 ÷ D13 – pini digitali INPUT / OUTPUT. [25]

4.4 Tehnologii software folosite

4.4.1 Arduino IDE

Pentru programarea platformelor Arduino și pentru dezvoltarea programelor, se
utilizează mediul de programare Aduino IDE. Acest mediu este un mediu de dezvoltare integrat
bazat pe Processing , care asigură suport pentru limbajul C și C++ , și poate fi instalat pe
sistemele de operare Windows , Linux și Mac OS.
Arduino este un program open-source care folosește cipurile ATmega. Codul se scrie
în Arduino IDE, după care va fi încărcat pe microcontrollerul ATmega. Microcontrollerul la
rândul lui execută întregul cod de la vârf către bază.

4.4.1.1 Arhitectura pentru un program Arduino
Programele scrise pentru platformele Arduino se numesc ,, sketch-uri". Aceste sketch-
uri sunt divizate în 5 părți :
1. Prima parte cuprinde antetul în care se explică ce face sketch-ul respectiv;
2. În partea a doua se declară variabilele globale;
3. Partea a treia cuprinde funcția ''setup'' ;
4. Partea a patra este partea principală și cuprinde funcția ''loop'' ;
5. În partea a cincea se găsesc funcțiile utilizatorului care pot fi apelate atât în funcția
''main'', cât și în funcția ''loop''.

Funcțiile ,,setup '' și ,,loop '' sunt funcțiile principale și au următoarea structură :

void setup ()
{
// instrucțiunile se execută o singură dată , la pornire
// se foloșeste pentru setări și inițializări
}

Platformă robotică cu șenile

Calictru Liviu Mihai Pag. 38
void loop ()
{
// instrucțiunile se execută ciclic , bucla se reia de la ultima instrucțiune
}

Prima funcție se folosește pentru inițializarea variabilelor , pentru declararea pinilor de
intrare sau de ieșire (exemplu : pentru citirea informațiilor din mediu de la un senzor sau pentru
a controla un dispozitiv) , diferite funcții pentru inițializarea senzorilor.
A doua funcție se execută ciclic, de la ultima instrucțiune se reia bucla , se execută în
mod repetat până când placa este alimentată. Această funcție este similară cu funcția ,,main()"
din limbajul ,,C'' . [26, 27]

Scurt rezumat al pinilor analogici / digitali și funcțiilor de citire / scriere :
 pinMode (0-13 | A0-A7, INPUT | OUTPUT) : Setați pinul la INPUT sau OUTPUT.
 (0-13 | A0-A7), digitalWrite (0-13 | A0-A7, HIGH | LOW) : se aplică tuturor pinilor
digitali și analogici.
 analogWrite (3 | 5 | 6 | 9 | 10 | 11, dutyCycle) : este valabil doar pentru pinii digitali
PWM, unde dutyCycle = [0,255].
 analogRead (A0-A7): citiți intrarea de 10 biți în intervalul [0, 1023] pentru 0-5V de la
pinii de intrare analogici.

Inainte de a începe scrierea codului propriu-zis pe Arduino IDE , se selectează tipul de
placă folosit și portul serial prin care se realizează conexiunea. Codul trebuie scris
corespunzător astfel încât să poată fi înțeles de toți programatorii. [11]

Platformă robotică cu șenile

Calistru Liviu Mihai Pag. 39

CAPITOLUL 5 – SENZORI UTILIZAȚI ÎN EXPERIMENT

5.1 Senzorul ultrasonic HC-SR04

Ultrasunetele sunt vibrații sonore cu frecvențe cuprinse între 20 kHz și 10 MHz. În aer,
la presiune atmosferică , ultrasunetele au lungimi de undă mai mici sau egal cu 1.9 cm.
Cantitatea de energie care străbate unitatea de suprafață în unitatea de timp, reprezintă
intensitatea ultrasunetelor.
Senzorul ultrasonic HC-SR04 este un senzor reflexiv , cu raza de acțiune lungă , folosit
pentru detectarea obiectelor sau pentru măsurarea distanței dintre senzor și diferite obiecte .
Modulul cuprinde un transmițător ultrasonic, un circuit de comandă și un receptor . Principiul
de lucru este similar cu cel al liliecilor și delfinilor – proces numit Ecolocație.

Figura 5.1 Gamele de frecvență corespunzătoare ultrasunetelor.

Figura 5.2 Diagrama de directivitate a senzorului.

Caracteristici tehnice :
 Tensiune de alimentare : 5V;
 Curent de consum : 15mA;
 Distanță de detecție : 2cm – 4m;
 Unghiul de inducție : 15o;
 Precizie mare : până la 3mm;
 Durată semnal input : 10μs.
 Dimensiuni : 45mm x 20mm x 15mm.

Platformă robotică cu șenile

Calictru Liviu Mihai Pag. 40
5.1.1 Conectarea senzorului HC-SR04 la Arduino
Senzorul are 4 pini și anume :

 VCC – alimentare , +5V
 TRIG – output , inițiere semnal
 CHO – input ,semnal răspuns
 GND – masa.

Pinul VCC se cuplează la +5V de pe placa Arduino ; pinii TRIG și ECHO se cuplează
la oricare din pinii digitali I/O de pe placa Arduino, iar pinul GND se cuplează la unul din
pinii GND de la Arduino.

Figura 5.3 Arduino Nano + Senzorul ultrasonic- Conectarea pinilor

Figura 5.4 Senzorul ultrasonic

5.1.2 Funcționarea senzorului ultrasonic
HC-SR04 trimite la pinul TRIG un puls sonic de 40.000 Hz , în 8 cicluri. Acest puls se
deplasează prin aer cu viteza sunetului și va fi recepționat la pinul ECHO, după reflexia lui de
un obiect . La rândul lui , pinul ECHO afișează timpul efectuat de undele sonore , în
microsecunde. Durata impulsului obținut la terminalul ECHO este cuprins între 150 μs și 25
ms, corespunzătoare distanței de 2,58 cm , respectiv , 431 cm.
Pentru a genera și recepționa ultrasunetele și ulterior interpreta datele, urmărind și
comenzile dintr-un program Arduino, trebuie să parcurgem următorii pași :

1) Setarea pinului Trig la un nivel înalt (HIGT) timp de cel puțin 10 μs după asigurarea
unui high curat prin setarea pinului la nivel jos (LOW) ; Modulul emite o explozie
sonică de 8 cicluri cu frecvența de 40.000 Hz.

Platformă robotică cu șenile

Calistru Liviu Mihai Pag. 41
digitalWrite (TRIG_PIN, LOW) ;
delayMicroseconds (4) ;
digitalWrite (TRIG_PIN, HIGH) ;
delayMicroseconds (10) ;
digitalWrite (TRIG_PIN, LOW) ;

2) Modulul setează semnalul de ieșire Echo pe 5V (HIGH) , iar microcontrollerul pornește
cronometrul pentru a începe sincronizarea;
3) Undele sonore sunt expediate și reflectate de obiecte, iar primul ecou este considerat ca
fiind dat de cel mai apropiat obiect ;
4) Primul ecou recepționat va determina modulul să seteze semnalul de ieșire Echo pe 0V
(LOW);
5) Microcontrollerul trebuie să cunoască cât timp semnalul Echo de la unitate este ridicat
(HIGH) pentru a determina timpul ecoului;
duration = pulseIn (ECHO_PIN, HIGH) ;
6) Microcontrollerul convertește timpul (în microsecunde) în distanță, utilizând formulele
inserate în program, direct sau grupate într-o funcție , el cunoscând că acest timp este
timpul până la cel mai apropiat obiect și înapoi.

Figura 5.5 Formele de semnal ale senzorului ultrasonic la inițializare

5.1.3 Calcularea distanței cu ajutorul senzorului HC-SR04
s = v * t (5.1)
unde : s – spațiul ; v – viteza sunetului; t – timpul.
Valoarea vitezei sunetului în aer uscat , la ~ 14°C , este de 0.034 cm/μs , este obținută cu formula
:
340 ୫
ୱ * 100 ௖௠
௠ * ଵୱ
ଵ଴ల ஜୱ = 0,034 cm/ μs (5.2)
Timpul necesar semnalului pentru a parcurge 1 cm se poate exprima în microsecunde
cu formula :
ଵ
ଷସ଴ ୫/ୱ * ଵ ଴଴଴ ଴଴଴ ஜୱ
ଵ ୱ * ଵ ୫
ଵ଴଴ ୡ୫ = 29,41μs/ cm (5.3)

Platformă robotică cu șenile

Calictru Liviu Mihai Pag. 42
Pentru calcularea distanței de la sursa sunetului la obiectul reflactant se folosesc
următoarele formule și linii de cod :

D = (T tot * Vμs) / 2 (5.4)

D = (T tot * Vcm) / 2 (5.5)

Linie de cod pentru relația (4) : distance = (microseconds * 0.034 ) / 2
Linii de cod pentru relația (5) : distance = (microseconds / 29.41 ) / 2
distance = microseconds / 58.82 ; (29.41*2)

Legenda :
D = distanța până la obiect ; T tot = durata totală a semnalului , în microsecunde
V μs = viteza sunetului exprimată în cm/μs ; T cm = timpul, în μs, cât un semnal parcurge
un centimetru.

Viteza sunetului în aer și în alte gaze , depinde de temperatură , presiune și umiditate.
Presiunea atmosferică și umiditatea au un efect redus asupra vitezei sunetului. Viteza de
propagare a sunetelor în funcție de temperatură (în jur de 0°C) se calculează cu formula
următoare :

C aer= (331,4 + 0,607 *t )ms-1 (5.6)

5.1.4 Folosirea senzorului HC–SR04 – Experiment

Piese necesare :
 1 x placa Arduino NANO
 1 x senzor de distanță cu ultrasunete HC–SR04
 3 x LED (plus 3 rezistențe de 1 kΩ pentru fiecare led)
 cabluri de legătură necesare între piese și placă
Algoritm :
Inițial toate ledurile sunt oprire , la fel și la distanța cea mai mare (peste valoarea de 3000 ,
respectiv 30 – 40 cm distanță , specificată în cod) , ele sunt oprite.
Am setat să se aprindă :
 un led când se detectează un obstacol între valorile 2001 și 3000 ;
 două leduri când se detectează un obstacol între valorile 1000 și 2000 ;
 trei leduri când obiectul este aproape de senzor (sub 1000 , aproximativ 10-15 cm
distanță).

Platformă robotică cu șenile

Calistru Liviu Mihai Pag. 43
Montare :
 Conectarea senzorului HC–SR04 la Arduino NANO este specificată mai sus;
 Pentru pinul TRIG am setat pinul 2 de pe placa Arduino ;
 Pentru pinul ECHO am setat pinul 3 de pe placa Arduino;
 Ledurile se cuplează prin intermediul rezistențelor de 1 kΩ , la pinii 8, 9 și 10 ;
 Negativul de la leduri la GND de la Arduino.

Codul (sketch – ul) pentru Arduino :

/*
* Ultrasound model: HC-SR04
* Senzor pins | Arduino Board
* VCC la 5V
* TRIG la Digital pin 2
* ECHO la Digital pin 3
* GND la GND
* LED1 la Digital pin 8
* LED2 la Digital pin 9
* LED3 la Digital pin 10
*/
// initialize the necessary ports
int usTrigger = 2;
int usEcho = 3;
int led1 = 8;
int led2 = 9;
int led3 = 10;

void setup() {
// start ultrasound
pinMode(usTrigger, OUTPUT);
pinMode(usEcho, INPUT);
// start leds
pinMode(led1, OUTPUT);
pinMode(led2, OUTPUT);
pinMode(led3, OUTPUT);
}
void loop() {
// Initiate ultrasonic speaker
digitalWrite(usTrigger, HIGH);
delayMicroseconds(10);
digitalWrite(usTrigger, LOW);
// Reading out the signal strength
long timecount = pulseIn(usEcho, HIGH);

Platformă robotică cu șenile

Calictru Liviu Mihai Pag. 44
// if more than 3000 all LEDs stop.
if ( timecount > 3000 ) {
digitalWrite(led1, LOW);
digitalWrite(led2, LOW);
digitalWrite(led3, LOW);
}
// If it’s between 2001 and 3000 start LED 1
if ( timecount > 2000 && timecount <= 3000 ) {
digitalWrite(led1, HIGH);
digitalWrite(led2, LOW);
digitalWrite(led3, LOW);
}
// If it’s between 1000 and 2000 start LED 1 and 2
if ( timecount >= 1000 && timecount <= 2000 ) {
digitalWrite(led1, HIGH);
digitalWrite(led2, HIGH);
digitalWrite(led3, LOW);
}
// If it’s under 1000 turn all LEDs
if ( timecount < 1000 ) {
digitalWrite(led1, HIGH);
digitalWrite(led2, HIGH);
digitalWrite(led3, HIGH);
}
// Wait 0.1 seconds before the next reading.
delay(100);
}

5.1.5 Aplicații ale senzorului HC–SR04

Senzorul HC-SR04 se poate utiliza în montaje de :
 alarmă casnică ;
 controlul luminii pe sala scării ;
 detectarea obstacolelor ;
 senzor de parcare ;
 controlul nivelului apei ;
 declanșarea camerei video în securitatea unei case;
 avertizare când intră un client în magazine sau în casă.
[28, 29]

5.2 Senzorul de temperatură KY-028

KY-028 este un senzor digital de temperatură pentru Arduino care măsoară modificările
de temperatură cu ajutorul rezistenței termistorului.

Caracteristici tehnice :

Platformă robotică cu șenile

Calistru Liviu Mihai Pag. 45
 Temperaturi de funcționare : -55°C / +125°C
 Curent de alimentare : 3.3V – 5V
 Potențiometru pentru reglarea sensibilității
 Precizia măsurării ± 0,5 °C
 Dimensiuni : 7.0 x 5.0 x 2.0 cm
Acest modul este alcătuit din următoarele elemente :
 un termistor
 un comparator diferențial dual LM393
 un potențiometru care ajustează pragul de detecție pe interfața digitală
 șase rezistențe
 două LED-uri indicator.
Placa dispune de ieșiri digitale și analogice.

Figura 5.6 Modul senzor de temperatură KY-028 Figura 5.7 Schema modulului KY-028

Conectarea senzorului KY–028 la Arduino :
KY- 028 Arduino
AO-ieșirea analogică AO
G – masa GND
(+) linia de alimentare 5V
DO – ieșirea digitală Pinul 2

Când se atinge pragul de temperatură, interfața digitală va transmite un semnal HIGH
activând LED-ul de pa Arduino (pinul 13). Interfața analogică returnează o valoare numerică
care depinde de temperatură și de poziția potențiometrului. Pentru a mării pragul de detectare
se rotește potențiometrul în sensul acelor de ceasornic, iar pentru a-l micșora , potențiometrul
se rotește în sens contrar acelor de ceasornic.

Platformă robotică cu șenile

Calictru Liviu Mihai Pag. 46
Codul Arduino :
int led = 13; // define the LED pin
int digitalPin = 2; // KY-028 digital interface
int analogPin = A0; // KY-028 analog interface
int digitalVal; // digital readings
int analogVal; // analog readings

void setup()
{
pinMode(led, OUTPUT);
pinMode(digitalPin, INPUT);
// pinMode(analogPin, OUTPUT);
Serial.begin(9600);
}
void loop()
{
// Read the digital interface
digitalVal = digitalRead(digitalPin);
if(digitalVal == HIGH) // if temperature threshold reached
{
digitalWrite(led, HIGH); // turn ON Arduino’s LED
}
else
{
digitalWrite(led, LOW); // turn OFF Arduino’s LED
}
// Read the analog interface
analogVal = analogRead(analogPin);
Serial.printIn(analogVal); // print analog value to serial
delay(100);
}

Figura 5.8 Afișarea temperaturii pe ecranul LCD
[ 30, 31, 32]

Platformă robotică cu șenile

Calistru Liviu Mihai Pag. 47
5.3 Senzorul de vibratii (impact) KY-031

Figura 5.9 Senzor de impact KY-031

Senzorul de impact KY-031 este un d ispozitiv care detectează șocuri sau vibrații în zonă.
Acest dispozitiv constă dintr-un senzor cu arc care detectează vibrațiile , o rezistență și pinii :
VCC (+5V) , GND și S (semnal).
Dispozitivul este configurat ca un comutator normal deschis care, este ținut în sus cu o
rezistență de tracțiune și este trimis la masă atunci când este înregistrată lovitura sau șocul.

Figura 5.10 Schema modulului senzorului de impact KY – 031

Platformă robotică cu șenile

Calictru Liviu Mihai Pag. 48

Figura 5.11 Conexiunea la Arduino

[33]
Un exemplu de cod Arduino va cuprinde :

a) Declaratia variabilelor senzorului și LED-ului:
b) În funcția de setare setăm senzorul de impact ca intrare și LED-ul ca ieșire.
c) În funcția buclă se stabilește "valoarea" pentru a citi starea senzorului de impact. Dacă
se citește o valoare HIGH, LED-ul va porni. În caz contrar, LED-ul este oprit.

int ledPin = 2; // declares the LED @pin 2
int knockPin = 3; // defines the Knock sensor @pin 3
int value; // defines the variable value

void setup ()
{
pinMode (knockPin, INPUT); // sets the sensor as INPUT
pinMode )ledPin, OUTPUT); // sets the LED as the OUTPUT
}

Void loop ()
{
value = digitalRead (knockPin); // value will read the status of the knock sensor
if (value == HIGH) // if it reads a HIGH value
{
digitalWrite (ledPin, HIGH); // the LED will turn on
delay(5000); // duration of 5 seconds
}
else // otherwise
{
digitalWrite (ledPin, LOW); // the LED is turned off
}
}
[34]

Platformă robotică cu șenile

Calistru Liviu Mihai Pag. 49
5.4 Senzor de lumină fotorezistiv

Figura 5.12 Senzor de lumină fotorezistiv
Caracteristici tehnice :
 Tensiunea de operare : 3.3V-5V
 Lungimea pinului este de 2.54 mm
 Modelul KY- 018
 Greutate 4g
 Dimensiune : lungime 20 mm, lățime 17 mm și înălțime 8 mm
 Culoare neagră
[35]

Rezistențele dependente de lumină (LDR) sunt dispozitive neliniare utilizate pentru a indica
prezența sau absența luminii sau pentru a măsura intensitatea lumunii. KY–018 este un modul
fotorezistor folosit pentru măsurarea intensității luminii .
Diagrama de conectare la Arduino :
KY-018 Arduino
Semnalul S Pin A2
Linia de alimentare (mijloc) + 5V
Masa (-) GND
Exemplu de cod :
// KY 018 Photo rezistor module
int senzorPin = A5; // select the input pin for the potentiometer
int ledPin = 13; // select the pin for the LED
int sensorValue = 0; // variable to store the value coming from the sensor
void setup ()
{
pinMode (ledPin, OUTPUT);
Serial.begin (9600);
}

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

Platformă robotică cu șenile

Calictru Liviu Mihai Pag. 50
digitalWrite (ledPin, HIGH);
delay (sensorValue);
digitalWrite (ledPin, LOW);
delay (sensorValue);
Serial.printIn (sensorValue, DEC);
}

Fotorezistorul a citit și tipărit doar valoarea tensiunii analogice de ieșire a
modulului. Dacă există o lumină, tensiunea de ieșire este ridicată, iar dacă nu există lumină
tensiunea este scăzută.
Senzorul de lumină fotorezistiv (LDR) este utilizat pe scară largă în camerele de luat
vederi, lumini solare de grădină, gazon, detectori, ceasuri, muzică, cutii cadou, mini lumini de
noapte, switch-uri de voce ușoare, control iluminat, lămpile și alte sisteme de deschidere sau
închidere automată a luminii. [36]

5.5 Senzorul de sunet KY – 038

Figura 5.13 Senzorul de sunet KY – 038

În figura de mai sus sunt prezentate elementele componente ale senzorului de sunet KY – 038
În partea din stânga sunt pinii de conectare :
 În centru avem conexiunea la 5V și la GND ( + și G);
 DO este o ieșire digitală care acționează ca un comparator. Acesta este setat la HIGH
dacă sunetul recepționat de microfon depășeste un anumit nivel;
 AO este o ieșire analogică care ne dă o valoare între 0 și 1023 în funcție de volumul
sunetului.

Placa conține două LED-uri , unul care ne spune dacă există o putere în sensor și altul
care se aprinde dacă DO este la HIGH. Sensibilitatea microfonului se reglează cu ajutorul unui
potențiometru.
Circuit de iluminat activat de sunet :

Platformă robotică cu șenile

Calistru Liviu Mihai Pag. 51
Prima dată conectăm pinul DO și cei doi pini de alimentare (așa cum se vede în diagrama
electronică din figura 5.14 ), apoi folosim ieșirea digitală DO ca semnal pentru a porni un LED,
astfel încât, când face puțin zgomot, pornește sau stinge LED-ul.

Figura 5.14 Diagrama electronică a senzorului KY-038

Dacă am conectat corect senzorul , LED-ul de alimentare trebuie să se aprindă. Pentru a
regla limita de ardere trebuie să pornim potențiometrul cu o șurubelniță.
Programul de control este următorul : dacă senzorul detectează un sunet peste limită, va
trimite un semnal pe care îl vom ridica la intrarea digitală 2.
int LED = 13;
int sensor = 6;
bool state = false ;
void setup()
{
pinMode( LED, OUTPUT);
pinMode( sensor, INPUT_PULLUP);
digitalWrite( LED, LOW); // We turn off the LED when we start
}
void loop ()
{
bool value = digitalRead (sensor); // we read the status of the sensor
if (value == true); // If the DO output is activated
{
state =! state; // we change the state of the LED
digitalWrite (LED, status); // we write the new value
delay (1000);
}
}

Platformă robotică cu șenile

Calictru Liviu Mihai Pag. 52
Programul pentru afișarea măsurătorilor senzorului pe monitorul serial este următorul :

void setup ()
{
serial.begin(9600);
}
void loop ()
{
int Read = analogRead (AO);
serial.printIn(Reading);
delay(200);
}

[37]

Platformă robotică cu șenile

Calistru Liviu Mihai Pag. 53

CAPITOLUL 6 – CONCLUZII

6.1 Concluzii generale

Cercetarea și dezvoltarea mecatronicii și roboticii în ultimul deceniu , a condus la
realizarea de sisteme mecatronice complexe și a multor tipuri de roboți mobili , industriali și
de uz casnic. Astfel , roboții s-au introdus în diferite activități , înlocuind parțial sau total munca
oamenilor . Datorită activităților care trebuiau să se desfășoare în locuri periculoase , cu
temperaturi ridicate sau scăzute și pe terenuri accidentate , s-au dezvoltat roboți cu diferite
mecanisme de locomoție și anume : roboți cu roți , roboți cu șenile și roboți pășitori.
În comparație cu roțile, șenilele au o performanță ridicată și un sistem de tracțiune
optimizat. Roboții cu șenile pot funcționa pe un teren accidentat, pot să urce și să coboare scări,
să depășească obstacole sau să traverseze șanțuri.
Pentru a transmite informații despre parametrii robotului (deplasare , viteză, accelerație)
și caracterul obiectelor, s-au dezvoltat o serie de dispozitive și echipamente. Ansamblul acestor
dispozitive și echipamente formează sistemul senzorial al roboților.
Senzorii sunt dispozitive care pot măsura sau înregistra mărimi fizice cum ar fi :
temperatura , umiditatea , rezistența fizică , greutatea , presiunea , câmpul magnetic , accelerația
, forța , intensitatea sonoră , radiațiile , etc. și le transformă în semnale care pot fi citite sau
prelucrate. Tot senzorii oferă posibilitatea de a preleva informații cu privire la starea procesului
tehnologic, a mediului în care acesta operează si modificări ale unor caracteristici funcționale
ale dispozitivului.
Introducerea modulelor software transformă sistemul mecatronic într-un sistem
avansat, complex, automat, flexibil și inteligent.
Platforma mobila Arduino pune la dispoziție experimentarea cu un număr mare de
roboți și este o platformă ideală pentru scopuri educaționale. Arduino este o platformă cu
microcontroller foarte simplă de utilizat pentru dezvoltarea aplicațiilor interactive.
Pentru a realiza un proiect bazat pe Arduino, se conectează mai multe module la placa
de dezvoltare. Tipurile mari de module sunt : platforma de dezvoltare ( placa electronică cu
microcontroller programabil ) ; module de intrare ( senzori) ; module de ieșire ( relee , difuzoare,
etc) ; module de date ( module radio , module USB , module Ethernet , module GSM . etc.) și
diverse accesorii ( expl. cablu de alimentare cu energie electrică). Platformele Arduino por fi
alimentate la porturile USB ale oricărui calculator.
Pentru a raporta dacă o sarcină dată a fost îndeplinită , roboții mobili au fost proiectați
cu capacități de comunicare cu alți roboți din mediu, sau cu un operator uman. Sistemele de
comunicare sunt cu fir sau fără fir. Comunicația cu fir constă în transferul de date între un robot
și un operator , iar comunicația fără fir constă în tehnologii de transfer a datelor prin aer cum
ar fi : transmisia prin unde în spectrul infraroșu , Bluetooth , radio modem-uri , Wi-Fi și
altele.Un dezavantaj al folosirii sistemului de comunicare cu fir, constă în faptul că, spațiul de
lucru al robotului va fi limitat de lungimea maximă admisă a cablului.
Pentru a satisface diverse cerințe de divertisment ale oamenilor , au fost create o gamă
largă de platforme robotice. Ele pot fi achizitionate sub formă de kit-uri sau ansamblate.
În prezent cercetările sunt orientate către mărirea ariei de folosire al roboților în toate
ramurile industriale și creșterea performanțelor roboților în domeniul software și hardware, cu
scopul de a se apropia cât mai mult de capacitățile fizice , intelectuale și afective ale ființei
umane.

Platformă robotică cu șenile

Calictru Liviu Mihai Pag. 54

6.2 Contributii originale

Scopul acestei lucrări a fost de a proiecta , realiza și urmării comportamentul unei
platforme robotice cu șenile, cu ajutorul unor senzori conectati la Arduino , folosind mediul de
programare Arduino IDE.
Pentru a putea realiza această lucrare am comandat și cumpărat de pe un site din China
un kit robot , un set de senzori , un acumulator și un modul WiFi.
După ansamblarea pieselor din kit și a acumulatorului , am obținut o platformă robotică
cu șenile de dimensiuni mici ( sub 1 m) care folosește pentru deplasare, 4 motoare de curent
continuu. Aceste motoare necesită o intensitate mare a curentului și din acest motiv , ele nu pot
fi conectate direct la pinii de ieșire a unui microcontroller. Pentru a realiza separarea semnalelor
de comandă de circuitul de putere, am folosit o punte H dublă.
Pentru a determina comportamentul platformei la anumiți factori din mediu , am montat
pe ea următorii senzori : senzorul de temperatură , senzorul ultrasonic , senzorul de vibrații,
senzorul de lumină fotorezistiv și senzorul de sunet. În continuare am conectat pe rând, fiecare
senzor la pini analogici ai plăcuței de dezvoltare Arduino Nano. Pentru testare am plasat
platforma într-un mediu cu obstacole. Pentru programarea platformei Arduino am utilizat
mediul de programare Arduino IDE.
Înainte de a începe scrierea codului propriu-zis pe Arduino IDE , am selectat tipul de
placă folosit și portul serial prin care se realizează conerxiunea. Am scris codul specific fiecărui
senzor în Arduino IDE, după care a fost încărcat pe microcontrollerul Atmega al plăcuței
Arduino Nano. Microcontrollerul la rândul lui execută întregul cod de la vârf spre bază.
Construirea propriului robot a fost o experiență distractivă și interesantă. Pentru a realiza
acest proiect , am consultat literatura de specialitate , documentații tehnice , jurnale cu
experimente din domeniul mecatronicii și roboticii.

6.3 Direcții viitoare de implementare

Aplicațiile acestui robot sunt de tip educațional, ele pot fi îmbunătățite atât din punct de
vedere constructiv cât și software .
Senzorii ultrasonici pot fi folosiți în montajul diferitelor sisteme electronice de
avertizare , măsurare , control al luminii , al apei și al radiațiilor.
Cu ajutorul senzorul de lumină se pot crea diverse sisteme de iluminat cu diferite forme
și culori , pe care le putem folosi la construcția jucăriilor (pentru copii sau animale de
companie), în scop distractiv.
Pentru ca platforma să se deplaseze pe distanțe mai lungi , o putem conecta la o rețea
Wireless prin modulul WiFi integrat pe Raspberry Pi, să montăm pe el un router portabil și sa
avem o cartelă GSM și a unui abonament de date.
În continuare voi monta pe platformă și ceilalți senzori din pachetul de senzori
achiziționat, și voi urmări și analiza, comportamentul platformei robotice. Noțiunile teoretice
și practice acumulate in urma acestor experimente, îmi vor folosi mai departe pentru a realiza
noi proiecte.

Platformă robotică cu șenile

Calistru Liviu Mihai Pag. 55

Bibliografie

[1].https://image2.slideserve.com/4001210/ce-este-mecatronica-n.jpg
[2].https://www.scribd.com/document/56166360/proiect-mecatronica3
[3].https://ro.wikipedia.org/wiki/Robotic%C4%83
[4].https://www.thomasnet.com/articles/engineering-consulting/robotics-history
[5].http://www.sciencekids.co.nz/sciencefacts/technology/historyofrobotics.html
[6].http://manuelcheta.ro/wp-content/uploads/2010/08/roboti.pdf
[7].https://mctr.mec.upt.ro/wp-content/uploads/2018/01/Lucrare_Bissinger.pdf
[8].https://home.isr.uc.pt/~davidbsp/publications/Journal_2014_APCR_JINT2014.pdf
[9].https://ro.wikipedia.org/wiki/Arduino
[10].https://profs.info.uaic.ro/~vcosmin/pagini/resurse_arduino/Cursuri_2018/1/Arduino1.pdf
[11].https://www.ntu.edu.sg/home/ehchua/programming/arduino/arduino.html
[12].https://www.robofun.ro/senzori
[13].https://www.unitbv.ro/ documente/ cercetare/doctorat-postdoctorat/sustinere-teza/2014/
tarulescu-radu TarulescuRadu-Rezumat.pdf
[14].https://www.digitalcitizen.ro/intrebari-simple-este-bluetooth-cum-l-ai-pe-calculator
[15].https://www.robofun.ro/kit-roboti + https://www.aliexpress.com/af/szdoit-in-RC-Cars.
[16].http://www.scritub.com/tehnica-mecanica/ROBOTI-PASITORI74695.php
[17].https://www.scribd.com/document/26947850/studiu-de-caz-I
[18].https://www.researchgate.net/publication/220122080_Approximating_Kinematics_for_T
racked_Mobile_Robots
[19].https://www.robotshop.com/en/tracked-development-platforms.html
[20].http://rusic.ro/wp-content/uploads/2016/03/baterii-Litiu-Ion.pdf
[21].https://www.aliexpress.com/item/33020313447.html
[22].https://www.amazon.co.uk/12-8V-Balance-LiFePo4-Battery-
Protection/dp/B07LG3F6G7
[23].http://users.utcluj.ro/~rdanescu/pmp-lab09.pdf
[24].https://ardushop.ro/ro/electronica/84-l298n-punte-h-dubla-dual-h-bridge-motor-
dcsteppe.html
[25].https://www.theengineeringprojects.com/2018/06/introduction-to-arduino-nano.html
[26].http://speed.pub.ro/speed3/wp-content/uploads/2016/07/2016-Proiect-Diploma-
Gheorghe-Alin.pdf
[27].https://biblioteca.utcluj.ro/files/carti-online-cu-coperta/341-7.pdf
[28].https://robodomit.blogspot.com/2017/10/senzor-ultrasonic-de-distanta-hc-sr04.html
[29].https://iknowvations.in/ro/Arduino/ultrasonic-sensor-hc-sr04-arduino/
[30].https://www.emag.ro/senzor-de-temperatura-arduino-cl202/pd/DMPBWJBBM/
[31].https://arduinomodules.info/ky-028-digital-temperature-sensor-module/
[32].https://getlink.pro/v/rY_BRxmKTpo
[33].http://henrysbench.capnfatz.com/henrys-bench/arduino-sensors-and-input/keyes-ky-031-
arduino-knock-impact-sensor-manual-and-tutorial/
[34].https://steemit.com/utopian-io/@ted7/arduino-101-using-a-knock-impact-sensor-ky-031
[35].https://contactelectric.ro/senzori-arduino/1757-modul-senzor-fotorezistiv-oky3101-
compatibil-cu-arduino.html
[36].https://tkkrlab.nl/wiki/Arduino_KY-018_Photo_resistor_module
[37].https://www.prometec.net/sensor-sonido-ky038/

Platformă robotică cu șenile

Calictru Liviu Mihai Pag. 56
ANEXE

ANEXA 1: Construcția platformei robotice

Platformă robotică cu șenile

Calistru Liviu Mihai Pag. 57
ANEXA 2: Structura mecanică

Platformă robotică cu șenile

Calictru Liviu Mihai Pag. 58
ANEXA 3: Pachetul de senzori

Platformă robotică cu șenile

Calistru Liviu Mihai Pag. 59
ANEXA 4: Descriere senzori

Platformă robotică cu șenile

Calictru Liviu Mihai Pag. 60
ANEXA 5: Platforma robotică

Platformă robotică cu șenile

Calistru Liviu Mihai Pag. 61
ANEXA 6 :Tabel caracteristici motor

Platformă robotică cu șenile

Calictru Liviu Mihai Pag. 62
ANEXA 7: Desenul de execuție motor si diagramă functională

Platformă robotică cu șenile

Calistru Liviu Mihai Pag. 63
ANEXA 8: Desen de execuție-șenila

Platformă robotică cu șenile

Calictru Liviu Mihai Pag. 64
Anexa 9:Desen de execuție roată conducătoare

Platformă robotică cu șenile

Calistru Liviu Mihai Pag. 65
ANEXA 10: Desen de ansamblu șenila

Platformă robotică cu șenile

Calictru Liviu Mihai Pag. 66
ANEXA 11: Desen de execuție șenila, vedere laterală

Platformă robotică cu șenile

Calistru Liviu Mihai Pag. 67
ANEXA 12: Diplomă obtinută la Cercul Stiințific studențesc

Platformă robotică cu șenile

Calictru Liviu Mihai Pag. 68
ANEXA 13: CV