Specializarea: MECATRONICĂ [623321]

UNIVERSITATEA „LUCIAN BLAGA” DIN SIBIU
FACULTATEA DE INGINERIE
Specializarea: MECATRONICĂ

PROIECTAREA ȘI REALIZAREA
UNUI ROBOT MOBIL PENTRU
SERVICII

Coordonator științific:
Prof. Univ. Dr. Ing. Sever -Gabriel RACZ
Absolvent: [anonimizat]
2018

1

Cuprins
Capitolul 1 ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………… 4
1.1 Introducere ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………….. 4
Capitolul 2 ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………… 9
2.1 Generalități ale roboți lor mobili ………………………….. ………………………….. ………………… 9
2.1.1 Clasificarea roboților ………………………….. ………………………….. …………………. 11
2.2 Stadiul actual al cunoașterii ………………………….. ………………………….. ……………………. 13
2.2.1 Clasificarea mașinilor de tuns gazonul ………………………….. ………………………. 13
2.2.2 Caracteristici tehnice generale ………………………….. ………………………….. …….. 14
2.2.3 Husqvarna Automower ………………………….. ………………………….. ……………….. 15
2.2.4 Bosch Indego ………………………….. ………………………….. ………………………….. … 18
2.2.5 Viking iMow ………………………….. ………………………….. ………………………….. …. 20
2.3 Tipuri de locomoție ………………………….. ………………………….. ………………………….. ….. 21
2.3.1 Sistem de locomoție cu șenile ………………………….. ………………………….. ……….. 22
2.3.2 Sistem de locomoție omnidirecțional cu roți universale sim ple și duble ………… 23
2.3.3 Sistemul de locomoție omnidirecțional cu roți suedeze ………………………….. ….. 24
2.3.4 Sistem ul de locomoție Ackerman ………………………….. ………………………….. …… 24
2.3.5 Sistem ul de locomoție de tip sincron ………………………….. ………………………….. 25
2.3.6 Sistem ul de locomoție de tip triciclu ………………………….. ………………………….. . 26
2.3.7 Sistem ul de locomoție diferențial ………………………….. ………………………….. ….. 27
2.4 Clasificarea motoarelor ………………………….. ………………………….. …………………………. 30
2.4.1 Motorul electric de curent continuu cu perii ………………………….. ……………….. 31
2.4.2 Motorul electric de curent continuu fără perii ………………………….. ……………… 32
2.4.3 Motorul pas cu pas ………………………….. ………………………….. …………………….. 34
2.5 Tipuri de acumulatori ………………………….. ………………………….. ………………………….. .. 36
2.6 Clasificare a senzori lor ………………………….. ………………………….. ………………………….. . 38
Capitolul 3 ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………. 44
Proiectarea constructivă și funcțională a unui robot de tuns gazonul ………………………….. …… 44
3.1 Proiectarea sistemului de locomoție ………………………….. ………………………….. …………. 45
3.1.1 Alegerea motoarelor de curent continuu ………………………….. …………………….. 46
3.2 Proiectarea sistemul ui de reglare a înălțimii ………………………….. ………………………….. . 57
3.2.1 Calcul mecanism șurub -piuliță ………………………….. ………………………….. ……… 61
3.3 Sistemul electronic de comandă ………………………….. ………………………….. ………………. 76
3.3.1 Comanda și controlul sistemului de locomoție ………………………….. ……………. 78
3.3.2 Comanda și controlul sistemului de tăiere ………………………….. …………………… 84
Capitolul 4 ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………. 90
Concluzii ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………………… 90
Bibliografie ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………….. 92
Anexa 1 ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………………….. 94

2

Rezumat
Lucrarea de față își propune să trateze aspectele definitorii ale proiectării co nstructiv –
funcționale a unui robot autonom de tuns gazonul. Aceasta trebuie să se facă respectând
cerințele impuse, cum ar fi: posibilitatea reglării înălțimii de tăiere într -un interval cuprins între
13 și 50 [mm], optimizarea sistemul ui de comandă și con trol, astfel înc ât robotul să dispună de
energia necesară tunderii suprafeței dorite . Flexibilitatea sistemului și autonomia robotului
trebuie să fie ridicate , pentru ca acesta să se poată adapta la diferite configurații ale mediului de
lucru . Sistemul de locomoție , dimensionarea motoarelor și roțile trebuie să fie adecvate , pentru
a corespunde suprafețelor acoperite de gazon , accidentate și , în unele situații , înclinate.
Lucrarea este structurată pe patru capitole, fiecare – la rândul său – fiind împărțit în mai
multe subcapitole, urmate de concluzii și bibliografie.
Capitolul 1 prezintă pe scurt istoria evuluției tehnicii, fiind marcate cele mai notabile
descoperiri și realizări. Capitolul cuprinde și o defini ție a conceptul ui de mecatronică , plecând
de conștientizarea necesității până la indispensabilitatea acestui câmp ingineresc
interdisciplinar.
În capitolul 2 a fost expusă o prezentare generală a domeniului temei , care prevede
clasificarea roboților mobili, stadiul actual al cunoașterii, noțiuni te oretice cu privire la tipurile
de locomoție, actuatori și senzori.
Cel de -al 3-lea capitol este dedicat studiului proiectării constructive a sistemului de
locomoție, a sistemului de reglare a înălțimii de tundere , dar și aleger ii celorlalte subansambl uri
și componente hardware necesare acționării și controlului robotului. Tot în acest capitol a fost
realizată modelarea acestor sisteme în modulul CAD al software -ului CATIA V5 , urmată de
realizarea schemelor electrice și de alegerea metodei de navigare și a strategiilor aferente
acesteia care au stat , apoi, la baza scrierii programului pe microcontrolerul platformei de
dezvoltare Arduino .
Ultimul capitol, al 4 -lea, conține concluziile generale desprinse în urma studiului și
cercetării efectuate, valorificar ea rezultatelor și p osibilitățile viitoare de dezvoltare , pentru a ține
pasul cu evoluția și progresul tehnologic .

3

Abstract
This paper addresses the defining aspects of constructively and functionally designing
an autonomous electric lawn mower. This n eeds to be done according to some specific
requirements, among which: the possibility of adjusting the depth of cut between 13 [mm] and
60mm, the optimizing of the servo -system and control system so that the robot is powered with
sufficient energy for mowi ng the entire wanted area of grass; the robot needs to be flexible
enough and autonomous in order to be able to adapt to different configurations according to the
working environment; the locomotion system, the dimension of the engine and the wheels, need
to be adequate in order to correspond to the areas that need to be mowed, which are sometimes
bumpy or sloping.
This paper consists of four chapters, each of them divided into several subchapters,
followed by conclusions and bibliography.
Chapter 1 brief ly presents the history of technology and points to the most notable
discoveries and achievements. Also, I gave the definition of the term mechatronics , starting
from the awareness of its necessity and ending with the awareness of the crucial role of this
interdisciplinary engineering field.
In chapter 2, I made a general presentation on the field of mechatronics, which comprises
the classification of mobile robots, the current stage of knowledge about them, theoretical
concepts regarding the types of loc omotion, actuators and sensors.
The 3rd chapter is entirely about the study of constructive projection of the locomotion
system, of the system of adjusting the depth of cut, but also of choosing the other hardware
subassemblies and components required to action and control the robot. Also, in this chapter I
shaped these systems in the CAD module of CATIA V5 software, followed by the making of the
electric schemes and the choosing of the navigation method and the strategies related to those,
which, afterwa rds, underlay the microcontroller programming of the prototyping platform
Ardunio .
The 4th and the last chapter comprises the general conclusions that I reached to,
following the study and the research, the capitalization of the results and the future pos sibilities
of development to keep up with the technological evolution and progress.

4

Capitolul 1

1.1 Motivarea alegerii temei

Am decis să realizez și să proiectez un robot de tuns gazonul, întrucât acesta combină
cunoștințele acumulate în domeniu (atât mecanice și electronice, cât și de programare) .
Realizarea acestuia a constituit o provocare, ținând cont de nivelul actual de dezvoltare impus
pe piață de mărci cunoscute , dar și de tendința din ce în ce mai crescută de automatizare în acest
domeniu de ac tivitate.
Consider oportun să menționez și faptul că, în to t acest demers , pasiunea pentru robotică
a îndeplinit principalul rol. Aceasta s -a dezvoltat și datoriă participării la diverse activități și
concursuri extracurriculare: Concursul Național „R Obot X”, „Eurobot ” și „Line follower”.
1.2 Introducere
În multe domenii ale tehnicii poate fi observată o integrare între sistemele mecanice și
electronice, integrare care a fost accentuată în mod special după anul 1980. Aceste sisteme s -au
transformat din sis teme electromecanice, formate din componente mecanice și electrice
distincte, în sisteme mecano -electrice integrate , echipate cu senzori, actuatori și
microelectronică digitală, fiind numite sisteme mecatronice.
Evoluția sistemelor mecanice și electronice este legată de anul 1985, când apar sistemele
mecatronice, și anume integrarea echipamentelor mecanice și electronice. Noile softuri vor
determina funcțiile, vor apărea instrumente noi de proiectare și se vor vedea efectele sinergiei,
cum ar fi roboții in dustriali, fabricația integrată cu calculatorul, controlul autovehiculelor (ABS,
ESP).
În anul 1978 apare microcontrolerul, iar în anul 1980 apar computerul personal, sistemele de
proces, senzorii și actuatorii.
Daca ar fi să o luăm cronologic invers, gă sim sisteme mecanice pure înainte de anul
1900 : motorul cu abur, pompa circulară , motorul cu combustie și mașina de scris mecanică.
Astfel, se observă o creștere a acționărilor electrice începând cu anul 1870, când apare motorul
electric de curent continuu urmat de motorul electric de curent alternativ. Acestea au determiant
aparția sistemelor mecanice cu acționare electrică: releul electric, amplificatoare hidraulice,
pneumatice, electrice , dar și sisteme mecanice cu control automat. Apariția tranzistorulu i a

5

condus la dezvoltarea componentelor și sistemelor electronice. Menționez și apariția, în 1950 ,
a sistemelor mecanice cu control electronic analog și control secvențial. Un exemplu relevant
ar putea fi liftul cu comandă electronică. Odată cu anul 1950 a pare computerul digital urmat de
computerul de proces, din 1959, și de software specializat, capabil să prelucreze informația în
timp real. Începând cu anul 1975, s -a facut trecerea de la sistemele mecanice cu control
electronic la sisteme mecanice cu cont rol digital continuu sau digital secvențial. În această
perioadă apar agregate industriale complexe, mașini unelte , dar și roboți industriali.
Mecatronica reprezintă o treaptă naturală în evoluția proiectării inginerești
contemporane. Dezvoltarea microcom ponentelor , a componentelor incorporate, asociat e cu
tehnologia informației și a software -ului, au făcut ca – în ultima parte a secolului XX –
mecatronica să devină un domeniu deosebit de important. Secolul XXI se așteaptă a fi un secol
în care se vor dezv olta sistemele integrate bio -electronico -mecanice, computere cuantice ,
sistemele pico și nano dar și alte sisteme neprevăzute, ceea ce face ca viitorul mecatronicii să
aibă un potențial deosebit.
Cuvântul mecatronică a fost folosit pentru prima dată în an ul 1969 de către un inginer
japonez, Tetsuro Mori, de la compania japoneză Yaskawa Electric Corporation . El a făcut și
prima încercare de definire a acestuia. Mecatronică provine din Mecatronics , compus din Meca
– mecanism și tronică – electronică . [9] Cu alte cuvinte, tehnologiile și produsele evoluate vor
incorpora în mecanismele lor cât mai multă electronică, fiind imposibil să se stabilească unde
se termină una și unde începe cealaltă.
Mecatronica este definită ca fiind combinația sinergetică dintre ingineria mecanică,
electronică și programare. Scopul acestui câmp ingineresc interdisciplinar este studiul din
perspectiva inginerească a sistemelor automate și servește controlului sistemelor hibrid –
avansate. Este evident că studiul mecatronicii furnizea ză un instrument important pentru
înțelegerea și explicarea proceselor moderne de proiectare și fabricare, pentru definirea,
clasificarea, organizarea și integrarea numeroaselor aspecte. Cu timpul , noțiunea de
mecatronică și-a schimbat sensul și a devenit știința inginerească bazată pe disciplinele clasice
ale construcției de mașini, electrotehnicii, electronicii și informaticii. Scopul acestei științe este
îmbunatățirea funcționalității utilajelor și a sistemelor tehnice, prin unirea disciplinelor
componen te într -un tot unitar. Mecatronica nu este același lucru cu automatica sau cu
automatizarea producției. Acești termeni apar și în afara domeniului mecatronic, dar – în același

6

timp – sunt și incluși în el. Așadar, mecatronica poate fi definită ca o concepț ie inovatoare a
tehnicii de automatizare pentru nevoile ingineriei și educației.
Revoluția informatică – adică a doua revoluție industrială – a marcat saltul de la
societatea industrializată la societatea informațională, generând un val de înnoiri în teh nologie
și educație. Cei care au brevetat pentru prima dată cuvântul mecatronică au fost japonezii, la
începutul deceniului opt din secolul trecut. Termenul de mecatronică a fost utilizat pentru a
descrie fuziunea tehnologică dintre mecanică , electronică și informatică (Fig . 1.1).

Figur a 1.2 Schem a bloc – tehnologii
Tehnologie informatică Software
Tehnologie
mecanicăMecanizareIntegrare
electromecanicăMECATRONICĂ
Tehnologie electronică ElectronicăMecatronicăElectronică
Informatică Mecanică
Figura 1. 1 Schema bloc a mecatronicii

7

Mecatronica este rezultatul evoluției firești în dezvoltarea tehnologică. Tehnologia
electronică a s timulat această evoluție și , astfel , dezvoltarea m icroelectronicii a permis
integrarea electromecanică (Fig . 1.2). În următoarea etapă, prin integrarea microprocesoarelor
în structurile electromecanice, acestea devin inteligente și – în acest mod – s-a ajuns la
mecatronică.

În ceea ce privește conceptu l de sistem mecatronic, acesta este un sistem tehnic care
integrează într -o configurație flexibilă componente mecanice, electronice și de comandă cu
sisteme numerice de calcul pentru generarea unui control inteligent al mișcărilor în vederea
obținerii unei multitudini de funcții. Diagrama bloc ( Fig. 1.3) scoate în evidență trei
caracteristici ale unui sistem mecatronic, și anume: integrarea spațială (care reprezintă
întrepătrunderea constructivă a subsistemelor mecatronice , electronice și de comandă ),
integrarea funcțion ală (ce face referire la software ) și flexibilitatea (care constituie ușurința cu
care sistemul poate fi adaptat sau se poate adapta singur la un mediu nou pe parcursul ciclului
de funcționare ). [2]
Figur a 1.3 Diagrama bloc a unui sistem mecatronic

8

1.2.1 Clasificare a sisteme lor mecatronice

Prin adăugarea și integrarea componentelor electronice și de comandă cu sistemele de
calcul în structurile mecatronice se pot obține sisteme mecatronice corespunzătoare care pot fi
clasificate în:
• Componente mecatronice;
• Mașini mecatronice;
• Vehicule mecat ronice;
• Mecatronică de precizie;
• Micromecatronică.
O altă variantă de clasificare a sistemelor mecatronice poate fi următoarea:
• Sisteme mecatronice convenționale;
• Sisteme micromecatronice;
• Sisteme nanomecatronice.
Se poate observa că în această a doua clasificare apare o nouă clasă de sisteme mecatronice, și
anume sisteme nanomecatronice. Dacă principiile de operare și teoriile fundamentale sunt
aceleași pentru sistemele mecatronice convenționale și sistemele micromecatronice, respectiv
mecanică și elec tromagnetism, sistemele nanomecatronice sunt studiate cu ajutorul unor
concepte și teorii diferite , cum ar fi mecanica cuantică și nanoelectromecanica.
Cea de -a treia clasificare analizează sistemele mecatronice din punct de vedere al
caracteristicilor c omportamentale:
• Sisteme mecatronice automate;
• Sisteme mecatronice inteligente;
• Rețele mecatronice inteligente.
Sistemele mecatronice automate sunt capabile să manevreze materiale și energie ,
comunicând cu mediul înconjurător și au capacitatea de autoreglar e care le permite să
reacționeze la schimbările previzibile ale mediului într -un mod programat anterior. Cele mai
multe sisteme mecatronice fac parte din această categorie.
Sistemele mecatronice inteligente sunt capabile să realizeze un scop impus în condi ții
de incertitudine. Spre deosebire de sistemele mecatronice automate, care sunt programate pentru
a se comporta într -un mod dorit, sistemele inteligente pot atinge un scop specificat într -un mod

9

imprevizibil. Ele sunt înzestrate cu un înalt sistem de fle xibilitate, fiind capabile să răspundă la
schimbări frecvente ale mediului, fără a fi necesară o programare a lor. [2]
Rețelele mecatronice inteligente sunt capabile să răspundă asupra comportamentului lor
prin negocieri între unitățile componente autonom e.

Capitol ul 2
2.1 Generalități ale roboți lor mobili
Roboții sunt un produs al spațiului mecatronic. Aceștia combină tehnologia
computerelor digitale cu servotehnologia și contr olul lanțurilor articulate . [25] Sunt ușor de
reprogramat pentru a efectua o varietate de sarcini și trebuie să aibă senzori care să î i ajute să
reacționeze și să se adapteze la condiții aleatorii. Ideea originală despre „roboți” era aceea de
mașină universală capabilă de a îndeplini o varietate de operații secundare repetitive, im ună la
obdolescență (uzură morală). Aceste sisteme automate reprezintă primele materializări ale ideii
înlocuirii omului în procesul muncii fizice. [26]
Denumirea de Robot a fost introdusă de către scriitorul ceh Karl Capek , în lucrarea sa
Roboții universa li ai lui Rossum (1921), plecând de la cuvântul ROBOTA (muncă, activitate de
rutină). Traducerea acesteia în engleză a consacrat denumirea de robot pe plan interna țional .
[25]
Bazele roboților de ast ăzi au fost puse cu mult timp înainte. Primele modele de mașini
pot fi numite automate (cu proveniență din cu vântul grecesc automatos : „care se mișcă singur ”).
Conform relatărilor, una dintre primele mașini automate , un porumbel propulsat care putea să
zboare singur, a fost construită de către matematicianul gre c Archytas . Aceste prime încercări
aveau ca scop reproducerea mecanică a mișcărilor ființelor vii – oameni, animale. Încercări de
acest fel au fost realizate, de -a lungul secolelor, de oameni de stiință și de ceasornicari. Mult
mai aproape de perioada noas tră, în secolul XX, odată cu dezvoltarea electrotehnicii, au apărut
și primii roboți mobili, printre care sistemul Elmer și Elsie – construit de frații William (Grey
și Walter ), în anul 1948. El reprezenta o tricicletă capabilă să se îndrepte spre o sursă de lumină
și să recunoască coliziunile din împrejurimi. În anul 1954 ia naș tere robotul industrial. George
Devol a patentat un sistem de transfer programat de articole , construit ulterior – împreună cu
Joseph Engelberger – și denumit Unimate , fiind utiliza t în montarea de ic onoscoape pentru

10

televizoare și mai apoi în industria automobilă , în anul 1961 , pe linia de producție a General
Motors . Programele pentru acest robot, sub formă de comenzi direcționate pentru motoare, au
fost salvate pe un cilindru magne tic. Doar după 1980 au apărut pe piață roboți destinați unor
domenii diferite față de cel industrial.
Unul din tre obiectivele esențiale ale roboticii este elaborarea roboților autonomi. Astfel
de roboți ar putea efectua sarcinile de îndeplinit fără alte in tervenții umane. Comenzile primite
vor indica ce dorește util izatorul, nicidecum modul în care robotul să execute comenzile .
Roboții capabili să îndeplinească aceste operații vor fi echipați cu senzori de percepere a
mediului înconjurător, aflați sub contr olul u nui sistem de calcul. [30]
Dezvoltarea roboților autonomi reprezintă un interes ridicat în majoritatea domeniilor
de aplicații, printre care cel militar și cel medical, industriile alimentară și agricolă și, nu în
ultimul rând, în domeniul casnic (roboți pentru servicii) .
Tehnologiile necesare pentru obținerea unor roboți mobili, care să substituie anumite
operații realizate de către om, pot fi dezvoltate doar printr -o asociere a mai multor domenii , ca
cele ale senzorilor, controlului motoarelor, int eligenței artificiale, procesării semnalelor,
sistemelor de calcul, electronicii, științei calculatoarelor și planificării traiectoriei. Mecanica
stabilește aspecul robotului și mișcările posibile. Senzorii și actuatorii sunt folosiți la
interacțiunea cu m ediul, iar mecanismul de direcționare face ca robotul să -și îndeplinească cu
succes obiectivul, evaluând informațiile primite de la senzori.
Robotul mobil este un complex capabil să realizeze diferite activități. Acesta reprezintă
o îmbinare de componente cu senzori și servomotoare care acționează într -un spațiu real, numit
mediu, și care este caracterizat de o serie de proprietăți fizice. În cadrul nivelului decizional,
aceste componente trebuie să ia deciziile corespunzătoare realizării sarcinii robotulu i, pe baza
informațiilor preluate din mediu. Acestea sunt furnizate de către senzori în interiorul nivelului
de recunoaștere a obiectelor. După luarea deciziei, sarcina robotului este împărțită în sarcini
elementare pentru fiecare componentă în parte. Împă rțirea are loc în cadrul nivelului tactic. [1]
Principala sarcină a unui robot este reprezentată de mișcarea acestuia în spațiu. Asadar,
satisfacerea cerințelor depinde de cunoștințele pe care le are asupra configurației inițiale a
spațiului de lucru, evi tarea coliziunilor cu obiectele ce îl înconjoară și planificarea unei
traiectorii optime. Sistemul de acționare cuprinde totalitatea motoarelor, a elementelor de
execuție care produc mișcarea în funcție de deciziile sistemului de comandă. Prin urmare,

11

robotul trebuie să fie capabil să planifice mișcările, în așa fel încât să nu lovească obstacolele
mobile sau fixe din spațiul de lucru. Se recomandă realizarea de protecții mecanice și se
utilizează senzori care măsoară distanța. Modificări pot apărea și din cauza forțelor de reacțiune,
rezultate din contactul fizic al robotului cu obiectele din mediu. Vitezele mari de lucru au efecte
dinamice, iar manipularea sau interacțiunea cu obstacolole pot fi riscante. Astfel, pentru
sistemul de conducere sunt impuse an umite cerințe: generarea traiectori ilor pentru realizarea
mișcărilor, conducerea în circuit închis, conducere compliantă. Navigarea se face , de obicei ,
prin determinarea poziției și orientării robotului în raport cu un sistem fix de coordonate.
Traiectoria poate fi planificată de robot, situație întâlnită la roboții inteligenți, sau poate
să fie marcată pe suprafața de lucru. Sistemul de percepție este cel care colectează în timp real
informația prelucrată de către unitatea centrală.
2.1.1 Clasificarea roboților
2.1.1.1 Clasificare a roboți lor conform I.S.O. [25]
a) După sursa de putere pentru acționare :
– Pneumatică ;
– Hidraulică ;
– Electrică .
b) După comanda mișcării:
– Punct cu punct sau fără comandă a vitezei ;
– Comandă pe traiectorie continuă .
c) După modele de p rogramare:
– Prin învățare directă ;
– Prin generare de traiectorii ;
– Off-line.
d) După tipurile de senzori folosiți:
– Detectori de poziție ;
– Logică liniară simplă ;
– Senzori cu semnale proporționale cu abaterea .
2.1.1.2 Clasificarea roboților mobili se poate face în f uncție de mai multe criterii:
a) În funcție de dimensiune:
– Macro -roboți ;

12

– Micro -roboți ;
– Nano -roboți .
b) Din punct de vedere al sistemului care le permite deplasarea în
mediul în care acționează:
– Roboți pașitori:
o Bipezi ;
o Patrupezi ;
o Hexapozi ;
o Miriapozi .
– Roboți târâtori (care imită mișcarea unui nevertebrate) ;
– Roboți pe roți sau șenile ;
– Roboți de formă sferică (cu deplasare prin rostogolire) ;
– Roboți săritori .
c) În funcție de mediul în care acționează:
– Roboți tereștri (care se deplasează pe sol) ;
– Roboți subacvatici (în apă) ;
– Roboți zburători (în aer) ;
– Roboți extratereștri (care se deplasează în spațiul
cosmic sau pe suprafața altor planete) .
d) În funcție de tipul comunicării:
– Robo ți telecomanda ți periodic ;
– Robo ți telecomanda ți permanent de operatorul uman ;
– Robo ți complet autonom i.
e) În funcție de destinație:
– Roboți pentru cercetări științifice ;
– Roboți industriali ;
– Roboți speciali pentru utilizare în medii agresive ;
– Roboți domestici .
f) După gradul de spcializare:
– Roboți speciali (realizează un singur tip d e operație) ;

13

– Roboți universali (realizează mai multe tipuri de
operații) .
2.2 Stadiul actual al cunoașterii
2.2.1 Clasificare a mașini lor de tuns gazonul

Actualmente , pe piață există un număr relativ ma re de modele de mașini pentru tuns
gazonul. În continu are, voi prezenta câteva tipuri de maș ini de tuns iarba , pe care le -am clasificat
în funcț ie de trei criterii importante: alimentare, propulsie și sistemul de tăiere.
a) Alimentare:
– Manuală: este cel mai simplu tip de mașină de tuns gazonul , deoarece nu n ecesită
motoare, saci de colectare a ierbii sau alte angrenaje. Aceasta este compusă dintr -un cadru
metalic cu două roț i și este dotată cu un sistem de tăiere cilindric. Principal ele avantaj e sunt
lipsa zgomotului și fiabilitatea în timp.
– Motor cu arder e internă : sunt modelele cele mai puternice, dotate cu motor în doi sau
în patru timpi ; ultima varia ntă este performantă în privința zgomotului.
– Electrică: aceasta folose ște pentru antrenarea sistemului de tăiere un motor de curent
alternativ sau de cur ent continuu. Astfel, maș inile electrice pot fi alimentate direct la priză, la
tensiunea de 230 [V], prin intermediul unui cablu sau pot fi conectate la un acumulator de tip
Li-Ion.
b) Sistemul de tăiere :
– Sistem de tăiere cilindric: acest tip de sistem de tăiere este întâlnit în principal pe
modelele manuale și este compus dintr -un set de lame dispuse simetric pe un cilindru, care sunt
antrenate într -o mișcare de rotație și care trec la o distanță mică de o a doua lamă fixă. Firele de
iarbă sunt forfecate prin împingerea generată de lamele în mișcare.
– Sistem de tăiere rotativ: sistem alcătuit din două sau mai multe lame dințate, aflate în
planuri verticale diferite, la o distanță relativ mică unul fa ță de celălalt, acestea fiind suprapuse
ușor în plan or izontal. Firul de iarbă este tăiat în zona în care lamele se întrepătrund.
c) Propulsie :
– Prin împingere : în cazul mașinilor de tuns gazonul manuale, dar , totodată , și în cazul
anumitor mașini de tuns iarba electrice sau cu motor cu ardere internă. Motorul e ste responsabil

14

doar cu rotirea lamelor de tăiere în timp ce deplasarea în plan orizontal se face prin împingerea
de către operatorul uman.
– Autopropulsată : prin intermediul unei curele de transmisie, mișcarea de rotație
generată de motorul electric s au de motorul cu ardere internă este transmisă sistemului de
locomoție. Pentru a creș te cuplu l și a reduce turația se foloseș te un reductor de turație. În cazul
roboților de tuns gazonul, sistemul de locomoție este separat de sistemul de tăiere, fiecare fiind
dotat cu motor/motoare separate.
– Tractată : mașină care foloș este propulsia altui mijloc de transport specializat.
2.2.2 Caracteristici tehnice generale
a) Suprafața de gazon recomandată ;
b) Puterea motorului (exprimată în [Cp] sau în [W]);
c) Turația în gol a lamelo r de tăiere;
d) Înălțimea de tăiere;
e) Lățimea de tăiere (este un parametru fix și determină lățimea pe
care iarba va fi tăiată la o singură trecere);
f) Funcția mulching (dispozitiv de mărunțire și aruncare a ierbii
tăiate în lateral);
g) Sistemul de colectare a ier bii tăiate;
h) Capacitatea sacului colector;
i) Evacuarea laterală a ierbii tocate;
j) Indicatorul nivelului de umplere a sacului colector;
k) Indicatorul nivelului de încarcare a bateri ei și de umplere a
rezervorului de combustibil;
l) Nivelul zgomotului;
m) Greutatea și d imensiunile;
n) Sistemul de siguranță (buton ul de oprire de urgență, frână pe
mâner, sistem giroscopic pentru sesizarea ridicării mașinii de pe
suprafața de lucru, protec ție antifurt) ;
o) Protecție în caz de suprasarcin ă a motor ului.

15

2.2.3 Husqvarna Automower

Mașin a de tuns gazonul Automower (Fig. 2.1) este un produs marca Husqvarna , lider
mondial în domeniul tunderii automate a gazonului. Aceasta este disponibilă în mai multe
variante constructive: Automower 105 , Automower 310 și Automower 450X . Diferența între
aceste modele constă în suprafața de lucru (600 [mp] , 1000 [mp] , respectiv 5000 [mp]), dar și
în caracteristicile tehnice și funcțiile disponibile. [16]
În continuare, o să detaliez modelul premium, dat fiind faptul că acesta dispune de toate
tehnologiile dis ponibile și implementate de firma producătoare.

Figur a 2.1 Husqvarna Automower 450X
Menținerea unui gazon sănătos nu înseamnă multă muncă pentru Husqvarna
Automower . Acest concept de automatizare efectuează sarcina pentru u tilizator, fără
supraveghere permanentă. Un tipar aleator iu de deplasare permite ca Automower să găsească
orice colț din grădină. Acesta poate să gestioneze cu ușurință condițiile de umezeală și vreme
ploioasă, dar și terenul dificil, inclusiv pante, gropi și chiar obstacole temporare, precum
conurile și fructele. Automower este atât de silențios, încât poate funcționa și pe timp de noapte ,
fără să deranjeze pe cineva . [16] Prin intermediul aplicației de tundere, utlizatorul poate avea
acces și control tota l asupra orelor de funcționare.

16

Robotul schimbă anumite reguli vechi, impunând unele noi cu performanțe vizibile.

a) Nu este necesară tăierea în linii drepte :
Față de mașinile tradiționale de tuns iarba, robotul
Automower tunde în tipare neregulate, un fapt
benefic ierbii . Nu este greșit a se tunde iarba în
linii drepte, dar nu este un lucru necesar pentru a
se obține un rezultat perfect. Greutatea redusă
face ca acesta să nu lase dungi pe gazon. Mașina
se poate orienta prin pasaje înguste și poate c hiar
să d etecteze zonele de gazon în care iarba a
crescut mai mult. Rezultatul este un gazon
complet uniform.

b) Fără restricții din cauza vremii sau a perioadei din zi :
Rezultatele s unt la fel de satisfăcătoare , chiar și în cazul în care mașin a tunde pe vreme ploioasă
sau noaptea. Aceasta este dotată cu GPS , făcând posibilă programarea orelor de lucru și
delimitarea zonelor de tundere. Figur a 2.2 Fără linii drepte Figur a 2.3 Mulching
Figur a 2.4 Fără restricții

17

c) Nu este necesară colectarea ierbii tunse:
Acest lucru este posibil , pentru că robotul tunde iarba puțin câte puțin și fre cvent. Discul de
tăiere retează mărunt iarba în bucăți abia vizibile. Acesta este, în mod cert, cel mai „prietenos ”
mod de a tăia iarba. În timp ce tunderea obișnuită taie, de reg ulă, câțiva centimetri de iarbă –
care est e apoi colectată și îndepărtată – tăierile efectuate de Husqvarna Automower au doar
câțiva milimetri lungime. Firele de iarbă vor cădea pe sol, vor forma un strat protector și vor
fertiliza gazonul . [16]
d) Protecție antifurt:
Robotul de tuns gazonul este protejat în câteva moduri împotriva tentativelor de furt. Un cod
PIN este necesar pentru orice intervenție. O alarmă va suna în cazul în care mașina de tuns este
oprită sau ridicată. Mașina este inutilă în cazul furtului, deoarece stația de încărcare este
construită în mod unic , astfel că, dacă este raportat furtul, robotul este blocat și localizat prin
GPS.
e) Delimitarea spațiului de lucru:
Husqvarna Automower funcționează în interiorul unui gard creat de un cablu de delimitare.
Dacă bateriile se descarcă, mașina este capabilă să revină la st ația de încărcare în mai multe
moduri: prin urmărirea firului care delimitează suprafața de tundere, prin unde radio (Fig . 2.7)
sau prin crearea unei traiectorii de deplasare în funcție de coordonatele GPS (Fig . 2.6).
Instalarea firului care împrejmuiește spațiul de lucru se face la nivelul solului sau sub un strat
Figura 2. 5 Anulare a firului dublu

18

superficial de pământ. În cazul montării a d ouă fire unul lângă celălalt, acestea se anulează
reciproc, nemaifiind o barieră pentru robotul autonom (Fig. 2.5). [16]

f) Automower este capabil să tundă iarba pe teren accidentat , dar și înclinat cu până la 45%
(24 °) (Fig. 2.8).
2.2.4 Bosch Indego
Robotul dezvoltat de compania Bosch (Fig. 2.9) impune standarde noi de performanță
prin tehnologia Logicut . Sistemul inteligent de navigare măsoară grădina și calculează ruta
potrivită pentru a realiza o tundere ordonată pe rânduri paralele. Este dotat cu senzori , prin
intermediul cărora evită obstacolele din calea lui și se deplasează către încărcător în mod
autonom. La fel ca în cazul modelel or realizate de către concurență , iarba rezultată în urma
procesului de tundere nu este adunată , ci servește ca îngrășământ, înălțimea ei fiind mică. [15]
Figura 2.6 Ghidare prin GPS Figura 2. 6 Ghidare prin unde radio
Figura 2.8 Teren înclinat

19

Poate fi utilizat pe orice vreme, poate funcționa pe pante cu o înclinare de 35% și este
dotat cu sisteme de sigur anță, precum sistem de alarmă și cod PIN. Are o interfață „prietenoasă ”
cu utilizatorul, după instalare fiind suficiente doar câteva operații simple pentru a -l pregăti de
lucru. Este lipsit de emisii nocive , protej ând astfel mediul înconjurător. Robotul Indego este
disponibil pe piață în mai multe modele . Principalele caracterisici ale acestuia sunt prezentate
în Tabelul 1 :
Tabel 1 Caracteristici Bosch Indego
Lățime de tăiere 260 [mm]
Înălțimea de tăiere (10 trepte) 20-60 [mm]
Înălțimea maximă a ierbii 100 [mm]
Timp încărcare acumulator 60 [min]
Durata de funcționare neîntreruptă 50 [min]
Suprafața maximă de lucru 1000 [m2]
Metoda de tăiere Rând paralel
Tensiune acumulator 32 [V]
Figura 2. 7 Bosch Indego

20

2.2.5 Viking iMow

Tabel 2 Caracteristici Viking IMow
Lățime de tăiere 280 [mm]
Înălțimea de tăiere (15 trepte) 20-60 [mm]
Nivel zgomot 50 [dB(A)]
Turație nominală motor 3150 [n/min]
Durata de funcționare neîntreruptă 90 [min]
Suprafața maximă de lucru 3000 [m2]
Metoda de tăiere Tăiere aleatorie
Tensiune acumulator 29 [V]

Robotul autonom de tuns gazonul dezvoltat de firma Viking (Fig 2.10) are performa nțe
remarcabile în ceea ce privește suprafața de lucr u și timpul efectiv de funcționare. Dacă
umezeala depășește o anumită valo are maximă, robotul se oprește din a tunde iarba și se
deplasează în mod autonom către stația de încărcare , numită și stație de andocare. O funcție
aparte este posibilitea de încărcare rapidă, în situația în care robotul consideră că este necesară
continua rea procesului de tăiere . În caz contrar , încărcarea se realizează în modul econom .
Consola, componenta prin intermediul c ăreia se realizează comanda, este detașabilă de corpul
robotului, dând posibilitatea efectuării programului dintr -o poziție confortabi lă [19]. O altă
funcție importantă prevede ca la fiecare oprire a cuțitului de tăiere să se inverseze sensul de
Figura 2. 8 Viking IMow

21

rotație, fapt care determină o uzură egală a tăișului. Este dotat cu un sistem inteligent antifurt și
cu roți cu profil de tracțiune care să îl poată face utilizabil în zone cu vegetație deasă și pe
terenuri accidentate cu înclinații de până la 35%. Roțiile dispun și de funcția de autocurățare.
Principalele caracterisitici ale robotului de tuns gazonul Viking IMow sunt redate în Tabelul 2 .

2.3 Tipuri de locomoție

Procesul care îi permite robotului mobil să se deplaseze în mediu prin acționarea anumitor
forțe asupra sa se numește locomoție . Studiul acțiunii forțelor se numește dinamic ă, iar studiul
formulelor matematice asociate mișcării, fără a c onsidera forțele fizice, se numește cinematică .
[6]
În atingerea scopului propus, prin funcția robotului mobil, sistemul de locomoție are un
rol esențial. Varianta constructivă (roată, șenile etc.), dar și aspecte le legate de orientare,
manevrabilitate sa u grad ul de mobilitate contribuie, de asemenea, la îndeplinirea scopului.
Construcția robotului poate să fie în legătură directă sau indirectă cu solul:
– cu legătură directă, la roboții mobili cu șenile, ro ți, picioare.
– fără legătură directă, la roboț ii submersibili cu propulsie proprie.
Odometria este tehnica ce utilizează datele senzorilor de mișcare pentru a estima mișcarea
corpurilor în unitatea de timp. Metoda este folosită pentru a afla poziția robotului mobil în
spațiul de lucru. Luând în consid erare situația ideală, la fiecare rotație a roții robotului, se va
parcurge o distanță egală cu 2πr, unde r este considerată raza roții. În realitate, deplasarea este
influențată de forțele de frecare și alunecare ce determină apariția erorilor de estimare a poziției.
Orice robot mobil are trei grade de libertate într -un plan, și anume: o poziție față de un
punct fix, dată în coordonate x, y, dar și o orientare θ față de axa orizontală, de obicei , axa Z.
Aceste trei coordonate ( x, y, θ) formează copoziția robotului mobil , variabila prin care se controlează
sistemul de locomoție. Copoziția poate să fie relativă sau absolută.
Robotul nu poate avea control total asupra celor trei variabile. Astfel, pentru a se deplasa
dintr -o poziție inițială într -o poziție fi nală, acesta trebuie să efectueze mai multe manevre.
Poziția inițială se notează cu ( xi, yi, θi), iar poziția finală este marcată cu ( xf, yf, θf).

22

De cele mai multe ori, pe lângă roțile motoare mai există și alte roți (adiționale, ajutătoare )
sau puncte d e contact, cu scopul menținerii robotului în echilibru . Prin intermediul acest ora se
creează un contact herțian între robot și suprafața pe care rulează , nefiind, însă, luate în
considerare în ecuațiile cinematice.
Pentru ca un sistem de locomoție să fie cât mai performant, alinierea dintre axele de rotație
a roților motoare și a axelor encoderelor trebuie să fie precisă. Dacă sistemul de locomoție este
modular, modificarea configurației robotului nu este un inconvenient.
Există diferite sisteme de locomoț ie ce pot fi folosite pentru deplasarea roboților mobili,
cele mai importante fiind ilustrate în continuare.
2.3.1 Sistem de locomoție cu șenile

Sistemul de deplasare cu șenile (Fig. 2.11) este realizat din următoarele componente:
a) Roată motoare 1;
b) Roată de î ntindere 2;
c) Roată purtătoare 3;
d) Șenilă 4.
Roata motoare 1 este o roată dințată conducătoare ce are rolul de a angrena lanțul articulat,
șenila 4 . În situația de față, aceeași roată asigură întinderea și ghidarea șenilei.
Roțile purtătoare 3 formează punc tele de rulare ale robotului mobil. Acestea se găsesc pe
partea inferioră a lanțului șenilei (ramura întinsă care vine în contact cu suprafața terenului ), nu
au un număr predefinit și depind de masa și de sarcina pe care trebuie să o manipuleze.
Figura 2. 9 Sistem de locomotie cu șenilă

23

Mai multe eclise de cauciuc cu inserție metalică, montate cu bolțuri formează șenila 4 . Pe
partea interioară a șenilei sunt dinții care fac posibilă angrenarea cu roata motoare, iar pe partea
exterioară sunt prevăzute proeminențe ce contribuie la realizarea aderențe i la sol.
Roata motoare este antrenată de către un motor electric de curent continuu. Sistemul de
locomoție cu șenile permite efectuarea de viraje stânga/dreapta, deplasarea robotului înainte și
înapoi, dar și rotați a în planul orizontal. Șenila formează o cale de rulare care nu se termină și,
totodată, îi permite robotului să se deplaseze pe suprafețe înclinate.
2.3.2 Sistem de locomoție omnidirecțional cu roți universale simple și duble
Roata omnidirecțională universală este alcătuită din mai multe role pa sive, ce sunt
dispuse pe circumferința butucului roții. Acestea se rotesc în jurul axelor proprii , care la rândul
lor formează un unghi de 90° cu axa de rotație a roții. Robotul va suferi vibrații pe direcția
verticală , din cauza spațiilor goale dintre dou ă role consecutive. Aceast ă problemă are soluții
multiple. U na dintre ele poate fi roata omnidirecțională universală dublă (Fig . 2.11), care
dispune de un contact permanent cu suprafața de sprijin . Punctele de co ntact nefiind contin ue
determină apariția vibrații lor orizontale.
Roata universală omnidirecțională (Fig. 2.10) are trei grade de libertate: rotația în jurul
axei proprii, rotația în jurul axei verticale ce trece prin punctul de contact cu solul și rotația
rolelor în jurul axelor proprii. [10]
Avantajul acestora este manevrabilitatea, iar dezavantajul principal constă în dificultatea de a
controla mișcarea. Figura 2. 10 Roată universală
Figura 2. 11 Roată universală dublă

24

2.3.3 Sistemul de locomoție omnidirecțional cu roți suedeze
Similară roții universale, roata Mecanum de origine suedeză, cunoscută și ca roata Ilon
după numele inventatorului său, Bengt Erland Ilon, a fost patentată de compania Mecanum AB .
Ulterior a fost cumpărată de Us Navy , datorită tehnologiei viabile care o face potrivită pentru
spații strâmte. Contactul dintre roată și suprafața pe care se depla sează robotul este permanent,
iar rolele sunt așezate în a șa fel încât axele acestora sunt înclinate cu un unghi oarecare față de
axa centrală a roții. De obicei , acest unghi are valoarea de 45°, dar poate să aibă și alte valori.
Avantajul acestei roți ( Fig. 2 .14) este că se poate deplasa cu frecări foarte mici pe orice
direcție, chiar dacă este antrenată în jurul axei sale principale.
2.3.4 Sistem de locomoție Ackerman

Figura 2. 12 Roata Mecanum
Figura 2. 13 Locomoția Ackerman

25

Sistemul de locomoție Ackerman a
fost dezvoltat de către germanul Georg
Lankensperger î n 1817 și a fost patentat de
agentul său, Rudolph Ackermann , în
Anglia. La început, a fost folosit pentru
vagoanele trase de cai. Este întâlnit la toate
structurile mobile cu două sau patru roți și
are avantajul că roțile din față se pot roti
individual, i ar distanța față de centrul
instantaneu de rotație (CIR), aflat pe
dreapta perpendiculară ce trece prin axele roților din spate, se modifică.
În cadrul acestui sistem de locomoție, robotul se rotește în jurul unui punct localizat pe
dreapta perpendiculară ce trece prin mijlocul roților de pe spate, la o distan ță egal ă cu raza ( R),
dată de următoarea relație: [4]
𝑅+1
2=d ·tan(𝜋
2+𝛼1) (2.1)
Când cea de -a doua roată motoare se rotește cu unghiul α2, robotul se găsește în mișcare
de rotație .
𝑅+1
2=d ·tan(𝜋
2+𝛼2) (2.2)
2.3.5 Sistem de locomoție de tip sincron

Figura 2. 14 Sistemul de locomoție Ackerman
Figura 2. 15 Sistemul de locomoție sincron

26

Sistemul sincron poate avea mai multe configurații. Una dintre cele mai întâlnite
presupune existența a trei roți motoare care sunt așezate pe vârfurile unu i triunghi echilateral.
Acesta se caracterizează prin faptul că toate roțile se rotesc concomiten t și cu același unghi θ
față de centrul lor geometric .
Un robot cu mișcare de tip sincron trebuie să folosească două motoare de curent continuu
pentru a se deplasa înainte și un al treilea m otor care să poată roti toate roțile în aceeași direcție,
uniform și paralel una față de cealaltă.
Robotul cu sistem de locomoție de tip sincron , ce se deplasează cu viteza v și care se
rotește cu viteza unghiulară ω, are următoarele ecuații cinematice car acteristice:
𝑥(𝑡)=∫𝑣(𝑡)𝑐𝑜𝑠[𝜃(𝑡)]𝑑𝑡𝑡
0 (2.3)
𝑦(𝑡)=∫𝑣(𝑡)𝑠𝑖𝑛[𝜃(𝑡)]𝑑𝑡𝑡
0 (2.4)
𝜃(𝑡)=∫ ω(𝑡)𝑑𝑡𝑡
0 (2.5)

2.3.6 Sistem de locomoție de tip triciclu

Acest sistem de locomoție are în structura sa trei roți, dintre care două sunt motoare, iar
cea din față asigură direcția și deplasarea robotului (Fig. 2 .18).
În situația în care robotul are viteza de deplasare v și roata din față poziționată la un
unghi α, acesta se va roti cu viteza unghiulară ω, la distanța R pe direc ția linii perpendiculare
Figura 2. 16 Sistemul de locomoție trici clu

27

care trece prin axa roților din spate. Pentru a determina raza și viteza unghiulară ω, se vor aplica
următoarele formule de calcul:
𝑅=𝑑 ·𝑡𝑎𝑛 (𝜋
2−𝛼) (2.6)
ω=𝑣
(𝑑2+𝑅2)1
2 (2.6)
Se propun două cazuri speci ale pentru analiză:

1. Când α=0, robotul se deplasează înainte, iar poziția lui este dată de următoarea ecuație
cinematică:

(𝑥′
𝑦′
𝜃′)=(𝑥+𝑣𝑐𝑜𝑠 (𝜃)ծ𝑡
𝑦+𝑣𝑐𝑜𝑠 (𝜃)ծ𝑡
𝜃) (2.7)
2. Când roata motoare este la un unghi de +/ – 90°, robotul se î ntoarce pe loc, iar poziția va
fi dată de ecuația de mai jos (2.7). Dacă roata nu poate fi rotită la unghiul specificat, din
motive constructive, orientarea robotului nu este posibilă fară a i se schimba poziția.
(𝑥′
𝑦′
𝜃′)=(𝑥+𝑣𝑐𝑜𝑠 (𝜃)ծ𝑡
𝑦+𝑣𝑐𝑜𝑠(𝜃)ծ𝑡
𝜃) (2.7)
(𝑥′
𝑦′
𝜃′)=(𝑥
𝑦
𝜃±2𝑣ծ𝑡
𝑑) (2.8)
2.3.7 Sistem de locomoție diferențial

Unul dintre cele mai simple sisteme de locomoție, sistemul diferențial, se bazează pe
existența a două roți motoare acționate individual și poz iționate atât pe o parte, cât și pe cealaltă
a robotului. Cele două roți se află pe o axă com ună, în planul orizontal , fixă pe placa de bază a
robotului (șasiu). [4]
Un robot cu sistem de locomoție diferențial poate să -și schimbe poziția, variind viteza ro ților
fără a fi nevoie de o roată motoare adi țională pentru rotație. Așadar, vitezele diferite ale roților
duc la traiectorii circulare față de un centru instantaneu de rotație. Mișcarea rectilinie în spațiul
de lucru este dată de viteza egală a celor două roți (Fig. 2 .19).

28

Relațiile dintre parametrii de control și comportamentul sistemului în spațiul stărilor sunt date
de cinematică. [14]
Prin urmare, vitezele celor două roți trebuie să corespundă următoarelor relații.
{𝜔(𝑅+𝐿
2)=𝑣𝑑
𝜔(𝑅−𝐿
2)=𝑣𝑠 (2.9)
𝑣𝑑=𝑅·𝜔𝑑 (2.10)
𝑣𝑠=𝑅·𝜔𝑠 (2.11)
𝜔=𝑣𝑑−𝑣𝑠
𝐿 (2.12)
𝑣=𝑣𝑑+𝑣𝑠
𝐿 (2.13)
Unde: Vs – viteză roată stânga;
Vd – viteză roată dreapta;
R – distanța dintre centrul instantane u de rotație (CIR) și mijlocul axei celor două roți;
𝜔 – viteza unghiulară;
L – distanța dintre cele două roți ;
𝜃 – unghiul de rotație.
Prin rezolvarea sistemului de ecuații de mai sus, vom ajunge la următoarea soluție:
Figura 2. 17 Sistemul de locomoție diferențial

29

𝑅=𝑙(𝑣𝑑+𝑣𝑠)
2(𝑣𝑑−𝑣𝑠) (2.14)
Din relația (2.14) se determină:
a) Mișcarea rotațională. Raza (R) are valoare finită, mișcarea de pivotare în jurul
punct ului A de coordonate ( x, y) este efectuată dacă și numai dacă raza tinde spre
zero, iar vitezele sunt egale și de sensuri diferite.
b) Mișcarea rectilinie. În această situație , raza (R) tinde spre infinit, iar vitezele sunt
egale și de același sens.
Pentru a atinge multiple puncte din spațiul de lucru al robotului, se dau valori diferite
vitezelor 𝑣𝑑,𝑣𝑠. Cu ajutorul ecuațiilor cinematice directe , se vor determina punctele ce pot fi
atinse de robot prin modificarea parametrilor de control.
[𝑥′
𝑦′
𝜃′]=[cos (𝜔ծ𝑡)−sin(𝜔ծ𝑡)0
sin(𝜔ծ𝑡) cos (𝜔ծ𝑡) 0
0 0 1][𝑥−𝑥𝑐𝑐
𝑦−𝑦𝑐𝑐
𝜃]+[𝑥𝑐𝑐
𝑦𝑐𝑐
𝜃ծ𝑡] (2.15)

Prin ecuația de mai sus este ilustrată mișcarea de rotație a robotului la o anumită distanță
R, considerată mijlocul dintre axa celor două roți și centrul instantaneu de rotație (CIR).
Se impun urm ătoarele condiții ( x0, y0, θ0) și se integrează ecuația (2.15), determinându –
se poziția robotului la un moment dat. Pentru aceasta se ține cont și de parametrii de control
vd(t) și v s(t).
𝑥(𝑡)=1
2∫[𝑣𝑑(𝑡)+𝑣𝑠(𝑡)]·𝑐𝑜𝑠[𝜃(𝑡)]𝑡
0𝑑𝑡
𝑦(𝑡)=1
2∫[𝑣𝑑(𝑡)+𝑣𝑠(𝑡)]·𝑠𝑖𝑛[𝜃(𝑡)]𝑡
0𝑑𝑡 (2.16)
𝜃(𝑡)=1
2∫[𝑣𝑑(𝑡)−𝑣𝑠(𝑡)]𝑡
0𝑑𝑡

Vitezele vs și vd, ce constituie parametrii de control , pot fi determinate prin intermediul
ecuațiilor inverse ale robotului. Se propun două cazuri speciale pentru analiză:
1. În prima situație , vs, vd = v, relația matematică de mai sus se reduce la:
(𝑥′
𝑦′
𝜃)=(𝑥+𝑣𝑐𝑜𝑠 ( 𝜃)ծ𝑡
𝑦+𝑣𝑠𝑖𝑛 ( 𝜃)ծ𝑡
𝜃) (2.17)

30

Așadar, pentru a genera deplasarea robotului din ( xi, yi, θi) în ( xf, yf, θf), θg≠ θi, se poate
utiliza legea a doua de control ( vs = – vd), până când θf = θ i și se contin uă prin a deplasa robotul,
folosind prima lege ( vs = v d).
2. În cea de -a doua situație, vs=-vd=v, iar ecu ația va deveni:
(𝑥′
𝑦′
𝜃)=(𝑥
𝑦
𝜃+2𝑣ծ𝑡
𝑙) (2.18)
2.4 Clasificare a motoare lor
Există o gamă largă de tipuri de motoare care sunt folosite pentru acționarea roboților
mobili și nu numai. În functie de sursa principală de energie, acestea se pot clasifica în:
a) Electrice: des întâlnite în domeniul robo ticii; prezintă o precizie ridicată,
dimensiuni reduse și performanțe sporite. Dintre acestea amintim:
– Motorul de curent continuu cu perii;
– Motorul de curent continuu fară perii;
– Motorul pas cu pas.
b) Pneumatice: efectuează lucrul mecanic printr -o mișcare re ctilinie , în cazul
motoarelor liniare , și sunt folosite datorită forțelor mari pe care le dezvoltă în
comparație cu motoarele electrice. După tipul constructiv, se pot clasifica în:
– Motor liniar cu simplu efect:
• Cu revenire cu arc;
• Cu revenire sub acțiunea sarcinii;
– Motor liniar cu dublu efect:
• Cu tijă unilaterală;
• Cu tijă bilaterală;
– Motor liniar în tandem:
• Cu amplificarea forței;
• Cu cursă în două trepte;
c) Hidraulice: m așinile hidraulice sunt convertizoare de energie care transformă
energia mecanică în en ergie hid raulică (generatoare hidraulice sau p ompe) sau
energia hidraulică în energie mecanică . [24]

31

Se deosebesc în funcție de tipul energiei hidraulice produs ă sau consumat ă:
– Mașini hidrostatice (volumice) la care energia
potențială predomină;
– Mașini hid rodinamice (centrifugale) la care energia
cinetică a lichidului predomină.
Tipuri de motoare liniare hidraulice:
2.4.1 Motorul electric de curent continuu cu perii
Motorul electric de curent continuu cu perii (Fig. 2.21) , cu comutație internă, este
alimen at de la o sursă de energie care generează un curent continuu. Acesta este alcăt uit din
două elemente constructive: stator și rotor. În stator se găse sc înfășurarea de excitație și un set
de magneți permanenți sau electromagneți alimentați la sursa de ener gie.
Figura 2. 18 Clasificarea motoarelor liniare hidraulice [23]
Figura 2. 19 Motorul electric de
curent continuu cu pe rii [18]

32

Principiul de funcționare este următorul: înfășurarea rotorului se alimentează, ceea ce face ca în
jurul lui să se genereze un câmp magnetic. Polul nord al rotorului este respins de polul nord al
statorului către dreapta, iar polul sud al statorului este atras către acesta. În urma deplasări i, se
generează un cuplu mecanic motor ce menține mișcarea de rotație. Rotorul continuă să se
rotească, iar când ajunge în poziție orizontală, colectorul electric, cel care comută sensul
curentului continuu, invers ează sensul acestuia prin înfășurarea rotorului. Acest fapt conduce la
schimbarea polilor câmpului magnetic produs de către rotor, ajungându -se la poziția relativă
inițială, de unde procesul este reluat. [21]
Motoarele de curent continuu cu perii se pot comanda î n tensiune, deoarece viteza
motorului este proporțională cu sursa de tensiune atunci când sarcina nu este variabilă . Astfel,
pentru a comanda momentul motorului, în sistemele de mare performanță se utilizează reglajul
curentului în buclă. Pentru ope rarea bidirecțională, curentul rotorului trebuie să fie inversat ,
pentru a respecta câmpul magnetic a l statorului . [11]
Motoarele de curent continuu pot fi cu excitație în derivație (a), cu excitație în serie (b),
cu excitație mixtă (c) , conform (Fig. 2 .22).

2.4.2 Motorul electric de curent continuu fără perii
Motorul de curent continuu fară colector (fără perii), Brushless DC , are comutația căilor
de curent necesară învârtirii rotorului facută electronic. A șadar, față de motorul de curent
continuu cu perii, l a care colectorul și periile alcătuiesc un dispozitiv complet, acesta nu
Figura 2. 20 Schemele electrice ale motoarelor de curent continuu

33

efectuează o comutare electromecanică. Rotorul este alcătuit din bobine, iar statorul este alcătuit
dintr -un magnet permanent.
Mișcarea se ob ține prin rotirea câmpului magnetic, la fel ca în cazul motorului de curent
continuu cu perii, deoarece nu există o comutație mecanică. Aceasta face ca motorul de curent
continuu fară perii să aibă acționarea mai complexă. Funcția comutatorului în cazul motorului
de curent continu u este preluat ă de către senzor ii care sesizează când magnetul permanent este
în drept ul lor și comandă atât schimbarea stării acestuia, cât și excitația bobinei prin circuit
logic, iar apoi prin circuitul de alimentare.

Există două tipuri de motoare fără perii:
a) Trape zoidal : caracteristica trapezoidală îi dă și denumirea ; în acest mod , se
urmărește reducerea pulsațiilor momentului prin liniarizarea (aplatizarea)
caracteristicii.
b) Sinusoidal : poate fi numit și servomotor de curent alternativ și are caracteristica
nemo dificată.
Figură 0-21 Motor de curent continuu fară perii
Figura 2. 22 Caracteristică trapezoidală/sinusoidală Figura 2.23 Motorul de curent continuu fără perii

34

Principalul avantaj al acestui tip de motor este comutarea fără scântei de perii care, în
cazul motorului de curent continuu, este un factor de distorsiune ce introduce impulsuri parazite
în sens invers, afectând alți consumatori aparținători ace leiași rețele. Pe de altă parte, durata de
viață a acestuia este mare, pentru că nu apare uzura mecanică a periilor grafitoase. Este eliminată
și limita de viteză dată de încălzirea periilor.
Sesizarea poziției rotorului aflat în mișcare de rotație , dar și măsurarea turației
(numărului de rotații pe unitatea de timp) se fac folosind următoarele metode:
a) Senzori Hall;
b) Senzori optici;
c) Comutare nesenzorizată.
În cazul comutării nesenzorizate, poziția instantanee a rotorului se percepe utilizând
contratensiunile induse în bobinele statorului. Acestea sunt modificate și valorificate de circuit.
Problema principală apare la pornirea motorului, deoarece tensiunile induse în bobine pot fi
folosite doar după ce rotorul ajunge la o anumită turație. Astfel, motoarele de curent continuu
fară perii , la care comutarea sensului curentului este nesenzorizată , nu au control al poziției pe
perioada pornirii.
2.4.3 Motorul pas cu pas
Motorul pas cu pas este un dispozitiv electromecanic care convertește impulsurile
electrice în mișcări mecanice discrete. [12]
Caracteristicile impulsurilor electrice influențează rotația motorului. Direcția de rotație
este în legătură cu secvența în care sunt aplicate impulsurile, iar mișcarea unghiulară depinde
de numărul acestora.
Rotația unghiulară a axului motorului la aplicarea unui impuls de comandă este un pas.
Un pas unghiular se măsoară în grade și este rotația axului motorului la fiecare pas. Numărul de
grade la care se rotește axul motorului după un impuls este caracteristic fiecărui tip de motor.
Motoarele pas cu pas pot fi clasificate după pasul unghiular.
Din punct de vedere al configurației electrice există trei tipuri de motoare pas cu pas
după cum urmează:

35

1. Cu reluctanță variabiă :
Rotorul este din fier moale, iar înfășurările sunt pe stator. Mișcarea de rotație
a axului între 5 ˚ și 15 ˚ se face cu viteză ridicată, dar odată cu eliminarea
tensiunii de alimentare a bobinelor, își pierde poziția.
2. Cu magnet permanent :
Rotorul este realizat din magneți permanenți , magnetizați pe direcție
perpedinculară față de axa care separă polii . Înfășurările sunt realizate pe
stator. Mișcarea axului la acest tip de motoare se face cu un cuplu ridicat , dar
cu viteză mică între 45 ˚ și 90 ˚.
3. Hibride :
Acest tip de motoare , aspect evident din denumire, sunt o combinație a celor
două tipuri prezentate mai sus. Dezvoltă un cuplu mare și sunt capabile să
păstreze poziția axului și pe durata lipsei tensiunii de alimentare a bobinelor.
Pe langă acestea , mai există un al patrulea tip de motor pas cu pas care are o construcție specială.
Rotorul este un disc și , în același timp, este și un magnet permanent , fapt ce determină ca
valorile inerțiil or să fie mici . Totodată, f luxul magnetic este optim , pentru că nu există o legătură
între bobinele statorului (Fig. 2 .23).
După tipul înfășurărilor din stator , motoarele pas cu pas pot fi:
a) Motoare pas cu pas unipolare :
Statorul este compus din c âte două bobine pe pol , care au începuturi le legat e
împreună.
b) Motoare pas cu pas bipolare :
Acest tip de moto are are o singură înfășur are pe pol. Prin schimbarea sensului
curentului prin bobine , se obține mișcarea de rotație a axului. Pentru aceasta se
Figura 2. 23 Motorul pas cu pas cu rotorul disc

36

utilizează o punte H, folosită și pentru comanda motoarelor de curent conti nuu
în două cadrane.
c) Motoare pas cu pas cu opt fire:
Acestea s unt caracterizate de faptul că au opt fire, patru bobine, două pe fiecare
pol, capetele fiind orientate spre exterior. Se pot face multiple conexiuni , iar
motorul poate fi fol osit ca unipolar sau bipolar.
Motorul pas cu pas dispune de o serie de avantaje. Acesta este fiabil , datorită lipsei
periilor de contact la motor, dă posibilitatea obținerii unei game foarte largi de viteze de rotație,
poate func ționa cu viteze mici în sarcină și este capabil să răspundă prompt la porniri /opriri și
schimbări de direcți e. Totodată , motorul pas cu pas are o poziționare precisă . Eroare a este mică
la fiecare pas și nu se cumulează de la un pas la altul. [11]
Controlul difici l la viteze mari , apariția rezonanței în cazul unui control anevoios, dar și
lipsa menținerii poziție i la întreruperea tensiunii , în cazul motoarelor pas cu pas cu relucta nță
variabilă, sunt c âteva dintre dezavantajele acestui tip de motor.
2.5 Tipuri de acumulatori
Din momen t ce în interiorul bateriei are loc fenomenul de curgere de electroni, efect al
reacțiilor chimice, și pentru că numărul moleculelor din aceasta este finit, se impune limitarea
cantității totale de electroni ce sunt „ împinși ” în circuit, astfel încât rezervele de energie să nu
se epuizeze. Capacitatea unei baterii poate fi măsurată țin ând cont de numărul total de electroni,
lucru greu de realizat din cauza numărului mare al acestora. Se poate folosi Coulombul , care
este egal cu 6,25·1018 electroni, pentru a se obține o valoare cu mai puține zecimale , dar varianta
optimă este diferită de mărimile de mai sus. Amper -oră reprezintă unitatea de măsură a sarcinii
electrice și este definită ca fiind cantitatea de sarcină transferată de un curent electric constant
de un amper , timp de o or ă. Așadar, 1 [A] (amper) este cantitatea de sarcină elect rică – Q de 1C
(coulomb) ce trece prin circuitul electric în unitatea de timp 1 [s] (secundă). Q =1 [A]·1[h]
=1[Ah] – amper oră, Q(coulomb) =1 [A]· 3600 [s] =3600 coulomb.
I. Acumulator NiCd (Nichel -Cadmiu) [22]
Anod: Cadmiu Cd + 2OH – —> Cd(OH)2 + 2e – 0,81 [V];
Catod: Oxi-Hidroxid de nichel Ni(OH)2 ; NiO2 + 2H2O + 2e – —> Ni(OH)2 + 2OH – 0,49 [V];
Electrolit: Hidroxid de potasiu KOH ;

37

Tensiunea electrochimică pe fiecare element: 1.3 [V].
O caracteristică a acestui tip de acumulator poate fi e fectul de memorie, ca re înseamnă
schimbarea parametrilor celulei la parametrii anteriori, adică ai ultimului ciclu din punct de
vedere al capacități i, deci , reducerea temporară a capacității celulei în situația în care aceasta
este încărcată fară a fi fost descărcată anterior.
Acumulatorul Nichel -Cadmiu are o comportare bună la autodescărcare, are o durată
mare de exploatare și rezistă la utilizarea în medii cu temperaturi scăzute.
II. Acumulator NiMH (Nichel – Meta l-Hydrid )
Anod: Aliaje metalice diferite de nichel; MH + OH – —> M + H2O + e – 0,83 [V];
Catod: Oxi -Hidroxid de Nichel Ni(OH)2; NiOOH + H2O + e – —> Ni(OH)2 + OH – 0,52 [V];
Electrolit: Hidroxid de potasiu ;
Tensiunea electrochimi că pe fiecare element : 1,35 [V].
Acest tip de acumulator este apropiat de cel NiCd, anodul fiin d diferit. Are o capacitate
mai mare fa ță de cel enunțat mai sus , dar un ciclu de viață mai scăzut și un preț mai ridicat. Este
puțin dispus să dezvolte efectul de memorie și , totodată, acesta nu conține metale toxice.
III. Acumulator cu Gel (SLA)
Anod: Plumb p oros sub formă metalică; Pb + SO42 – —> PbSO4 + 2e – 0,356 [V];
Catod: Dioxid de plumb (PbO2); PbO2 + SO42 – + 4H+ + 2e – —> PbSO4 + 2H2O 1,685 [V];
Electrolit: Acid sulfuric diluat;
Tensiunea electrochimic ă pe fiecare element : 2.05 [V].
Acest tip de acumul ator este răspândit pe scară largă la nivel global datorită prețului
redus. Principala problemă a acestuia apare atunci când tensiunea celulei depășește 2.39 [V].
Apa se separă de oxigen , iar acesta se acumulează în celulă. În cazul în care concentrația crește,
pot apărea explozii. Nu în ultimul rând emanațiile electrolitului sunt toxice și corozive. Ca
răspuns la aceste probleme, construcția actuală a acestor acumulatori este etanșă , iar pentru
eliberarea gazelor în exces sunt prevăzute supape de ventilați e.
IV. Acumulator Li – ion (Litiu – ion) [3]
Anod: Grafit
Catod: Oxid de Litiu
Electrolit: LiPF6 sau LiBF4

38

Principalul avantaj al acestui tip de acumulator este densitatea mare de energie , care
poate ajunge până la 250 [Wh/Kg ]. La momentul actual este sursa standard de alimentare pentru
dispozitivele portabile. Produce ac eeași energie ca acumulatorul NiMH , dar este mai ușor cu
20% – 35%. Electrolitul acestuia este dezavantajos , deoarece corodează aluminiul. Construcția
sa chimică face ca forma unică de constr ucție să fie prismatică. Temperatura de operare este
cuprinsă în intervalul -20 [șC] – 60 [șC].
Tipuri de acumulatori Li – ion:
– LiCoO2 (LiCoO2 la catod, grafit la anod)
– LiMn2O4 (LiMn2O4 la catod, grafit la anod)
– LiNiMnCoO2 (LiNiMnCoO2 la catod, grafit la anod)
– LiFePO4 (LiFePO4 la catod, grafit la anod)
V. LiPo (Litiu – polimer )
Anod: Li sau C -Li; C–Lix → C + xLi+ + xe− ;
Catod: LiCoO2 sau LiMnO4 ; Li1−xCoO2 + xLi+ + xe− → LiCoO2 ;
Electrolit: P olimer electro -conductiv (PEO, oxid de polietile nă) LiPF6 sau s ăruri conductive ce
conțin SiO2 .
Tensiunea electrochimic ă pe fiecare element : 3.7 [V].
Principalul avantaj al acestui tip de acumulator este masa redusă în comparație cu
acumulatorul Li – ion. Permite un număr mult mai mare de cicluri de încărcare – descărcare în
comparație cu acumulatorii Li – ion. Dar pe de altă parte , este inflama bil și sensibil la șocuri și,
totodată , este prevăzut cu un circuit electronic care nu permite descărcarea acestuia sub limita
minimă , dar nici încărcarea peste pragul maxim. Datorit ă prezenței polimerilor, acesta poate fi
realizat sub diverse forme , chiar și în forme flexibile de grosimi de un milimetru , ceea ce îi dă
un mare avantaj în comparație cu cel elalte tipuri de acumulatori.
2.6 Clasificare s enzori
Un robot trebuie să execute un număr mare de mișcări în concordan ță cu sarcinile
tehnologice impuse în diverse condiții determinate de specificul mediului său de operare și să
își modifice corespunzător caracteristicile fun cționale odată cu modificările survenite în factorii
interni și externi în spațiul cărora activează. [8]

39

Astfel, sistemul robotic trebuie să fie capabil să își schimb e legile de mișcare în
concordanță cu modificările survenite în mediul de lucru.
Acest obiectiv se poate obține cu ajutorul unor dispozitive speciali zate, senzori care pot
asigura monitorizarea atât a stării interne a sistemului , cât și a mediului înconjurător. Sistemul
senzorial al robotului este alcătuit din toate aceste dispozitive și elemente componente care
permit realizarea unei imagini de ansamb lu a lumii externe în care robotul își desfășoară
activitatea și care fac posibilă comportarea adaptivă a acestuia față de schimbările survenite.
Există diferențe între sistemele senzoriale cu care sunt echipați roboții. Complexitatea
acestora este strâns legată de funcția pe care trebuie să o îndeplinească. De aceea, echipamentul
senzorial poate obține informații despre obiectel e și obstacolele din imediata apropiere sau poate
furniza parametrii intrinseci , precum viteză, accelerație, deplasare etc.
Pentru atingerea acestui deziderat, senzorii din dotarea roboților mobili , și nu numai ,
trebuie să aibă o viteză de răspuns mare, să fie fiabili , preciși, cu o construcție robustă și
reproductibili.
Traductorul este un ansamblu alcătuit din mai multe element e și are rolul de a transforma
în mărime electrică, tensiune sau curent, o mărime fizică. [29]
Un traductor (Fig. 2.26) este compus dintr -un element sensibil (ES) numit și senzor sau
detector, captor, un element de legătură și transmitere (ELT), un adap tor (AD) și o sursă de
energie auxiliară (SEA).
Senzorii sunt ansambl e de dispozitive sensibile care permit determinarea unui câmp de
valori ale unei mărimi fizice.
Mărimi le de intrare x(t), în funcție de natura lor, pot fi:
a) Mărimi mecanice :
– Deplasare, v iteză, accelerație, turație, forță, presiune, volum, masă, debit etc.
Figura 2. 24 Structura generală a unui traductor

40

b) Mărimi electrice :
– Tensiune, intensitate, energie electrică.
c) Mărimi termi ce:
– Temperatură, căldură, entropie, flux de căldură.
d) Mărimi radiante :
– Semnal optic, semnal electromagnetic, semna l nuclear .
e) Mărimi magnetice :
– Intensit ate, câmp mag netic, permeabilitate magnetică, magnetizare.
I. După modul de acțiune , senzorii pot fi clasificați în:
a) Senzori parametrici (pasivi) :
Aceștia modulează un parametru de circuit electric: rezistență (R), inducta nță
(L), capacitate (C).
b) Senzori generatori (activi) :
Pot genera dire ct un semnal el ectric sub formă de sarcină electrică sau
tensiune.
II. După tipul semnalului de ieșire y(t), senzorii pot fi clasificați în:
a) Senzori cu semnale analogice ;
b) Senzori discreți ;
c) Senzori numerici (digitali) .
III. După modulația semnalului de ieșire , senzorii pot fi clasificați în:
a) Senzori cu semnal de ieșire nemodulat ;
b) Senzori cu semnal de ieșire modulat .
IV. După forma caracteristică de transfer , senzorii pot fi clasificați în:
a) Senzori nelin iari;
b) Senzori liniari .
V. După poziționarea lor în cadrul sistemului :
a) Interni ;
b) Externi .
Aceștia au diferite caracteristici care îi diferențiază între ei și care îi cataloghează ca
având performanțe ridicate sau scăzute. Dintre acestea , cele mai importante sun t:

41

– Caracteristica de tranfer , care înseamnă dependența dintre mărimea de ieșire (y)
și mărimea de intrare (x);
– Domeniul de măsurare , ce reprezintă intervalul în care variază mărimea de
intrare (x) și în care traductorul are precizia cerută ;
– Precizia , definită ca fiind eroarea relativă a senzorului ;
– Rapiditatea , ce face referire la timpul de răspuns al senzorului ;
– Sensibilitatea , care stabilește rapiditatea dintre variația mărimii de ieșire c e
corespunde unei variații a mărimii de intrare.
În continuare, voi prezenta o descriere a diferitelor tipuri de senzori utilizați în monitorizarea și
automatizarea roboților mobili.
2.5.1 Senzori de proximitate

Senzorii de proximitate au rolul de a detecta gradul de apropiere din tre două obiecte,
unul fiind considerat refer ință.
1. Traductoare de proximitate inductive
La acestea, elementul sensibil are rolul de a converti inf ormația despre poziția unui
obiect metalic, în raport cu fața sensibilă, în semnal electric. Semnalul este prelucrat în cadrul
adaptorului și se comandă u n etaj final cu ieșire pe sarcină de tip releu. Tensiunea necesară
circuitelor electronice este furnizată de blocul de alimentare.
Prin câmpul magnetic alternativ , oscilatorul întreține oscilațiile în jurul bobinei ce
formează fața sensibilă a detectorului , împreună cu un miez de ferită. Variația inductivității
bobinei duce la modificarea curentului de ieșire. Această variație apare a tunci când în zona
activă se introduce un obiect. Caracteristica acestor traductoare este dimensiunea bobinei. Cu
cât aceasta este mai mare, cu atât distanța de comutare este mai mare. Acestea au un electrod
de calibrare standardizat pentru determinarea distanței de comutare. Zona de acțiune 3 -40 [mm]
Figura 2. 25 Traductor inductiv de poximitate

42

este cuprinsă între curba de oprire a oscilați ilor și curba de pornire a oscil ațiilor. Această zonă
utilă este influențată de dimensiunea obiectului, de temperatră , de câmpul magnetic etc.
2. Traductoare de proximitate capacitive
Acest tip de senzori este utiliza t pentru sesizarea apropierii de obiecte neferomagnetice
și funcționează d iferit în funcție de natura obiectului. A șadar, la detectarea obiectelor
conducătoare, acest ea formează cu fața sensibilă un condensator , a cărui capacitate crește odată
cu micșorarea distanței dintre obiect și suprafața utilă. În cea de -a doua situație, c ând obiectul
este izolant, fața sensibilă și obiectu l se vor comporta ca un condensator. Capacitatea acestuia
crește cu permitivitatea dielectrică .
3. Traductoare cu fibră optică
Traductoarele cu fibră optică f uncționează pe baza modificării fluxului de radia ții ce se
stabilește între sursa ( E) – emițător și ( R) – receptor , datorită prezenței sau absenței obiectului.
O primă variantă constructivă face ca emițătorul și receptorul să fie pe de o parte și de alta a
obiectului. O a doua variant ă constructivă este cea în care elementul sensibil este de tip reflector .
În această situație, fasciculul emis de emițător se reflectă prin intermediul unui paravan
reflectorizant (reflector). Dacă obiectul are proprietăți reflectorizante, poate juca rolul de
paravan.
Sursele sunt realizate cu diode electroluminișcente, leduri cu fascicul vizibil sau
inflaroșu. Variația de semnal electric, ce este furnizată la ieșirea din elementul sensibil și
datorată modificării poziției obiectului detectat, este prelucrată de adaptorul trad uctorului.
Variația de semnal este transmisă etajului de ieșire care este de tip releu sau contactor static
(tiristor, triac). Erorile acestor traductoare pot apărea din cauza mediului umed, aburi sau obiecte
strălucitoare din zona de lucru a traductorului .
2.5.2 Senzori pentru măsurarea distanței

1. Senzori cu ultrasunete
Figura 2. 26 Senzor cu ultrasunete

43

Ultrasunetele sunt unde acustice cu o frecvență de aproximativ 1 5 [kHz], care au proprietatea
de a se propaga rectiliniu până la detectarea unui obiect în mediul înconjurător. Senzorul ce
utilizează ultrasunetele (Fig. 2.2 6) este alcătuit dintr -un emițător care generează un semnal
eletric ce este transformat de c ătre un traductor electrostatic în semnal acus tic și un receptor
care captează semnalul ce s -a reflectat în obstacol.
– G – generator d e impulsuri;
– EC – comutator emisie -recepție;
– CE – capsulă electrostatică ;
– MT – element ce măsoară timpul scurs dintre impulsul emis și cel recepționat,
proporțional cu distanța până la obiect în raport cu robotul.
2. Senzori optici de tip laser
Senzorii lase r sunt una dintre cele mai precise categorii de traductoare pentru măsurarea
distanței. Cu aceștia , se poate măsura atât viteza , cât și accelerația obiectelor din mediu.
Funcționarea lor este similară cu cea a unui sonar, diferența constând în faptul că aceștia trimit
un fascic ul luminos.
Distanța este determinată prin calculul timpului necesar întoarcerii fascic ulului luminos.
Cu aceștia , se pot măsura distanțe foarte mari, de ordinul kilometrilor , cu o precizie ridicată.
Acesta este principalul avantaj al senzor ului laser față de cel ultrasonic. Din acest considerent ,
costul său de achiziție este unul ridicat.
În figura de mai jos est e prezentată influența condițiilor de mediu asupra senzorilor. [8]
Figura 2. 27 Influența condițiilor de mediu asupra senzorilor

44

Capitol ul 3
Proiectarea constructivă și funcțională a unui robot de tuns gazonul

Lucrarea de față își propune studiul asupra proiectării și realizării unui robot mobil ,
autonom, pentru servicii, acționat de un sistem de locomoție diferențial care să dispună de
posibilitatea reglării înălțimii de tăiere a ierbii și care să fie dotat cu un sistem senzorial
corespunzător, astfel încât acesta să fie capabil să î și atingă scopul într -un mod c ât mai eficient.
Rezultatele studiului și cercetării în domeniul de specia litate au dus la proiectarea unui
ansamblu format din două componente: hardware și software. Acestea au fost dezvoltate pentru
a satisface cerințele inițiale care descriu felul în ca re se delimitează spațiul de lucru, autonomia
robotului, suprafața activă , tipul cuțitului de tăier e, dar și alte aspecte legate de explo atarea în
condiții de siguranță, protecția muncii, depozitare și întreținere. Toate acestea au condus către
un produs care se dorește a fi unul calitativ, fiabil și ușor de folosit. În acest capitol , se vor
expune atât variantele constructive și componentele utilizate , cât și partea software care conține
Figura 3. 1 Robotul de tuns gazonul

45

strategiile de navigare și problemele ridicate de acestea. În figura 3.1 este prezentată o imagine
de ansamblu a robotului de tuns gazonul.
3.1 Proiectarea Sistemul ui de locomoție
După o analiză a tipurilor de siste me de locomoție, am decis să aleg sistemul de locomoție
diferențial , care răspunde cel mai bine cerințelor i mpuse și care dispune de o serie de avantaje
în comparație cu cel elalte tipuri de sisteme de locomoție luate în calcul în momentul deciziei .
Această alegere a determinat mai depart e forma constructivă a șasiului.
Figur a 3.3 afișează reperele din componența șasiului robotului pentru servicii.
Placa de bază , punctul de legătură al tuturor componentelor , pe care sunt poziționați suporții de
motoare este realizată din tablă de aluminiu (AlMg3) laminată la cald. A re o formă neregulată
Figura 3. 2 Șasiul robotului de tuns gazonul
Figura 3. 3 Componentele sistemului de locomoție

46

și o grosime de 8 [mm], suficient de groasă pentru a se putea realiza filet în majoritatea găurilor
din componență. Prelucrarea acesteia s -a făcut printr -un procedeu neconvențional , și anume
tăiere cu plasmă.
3.1.1 Alegerea motoarelor de curent continuu
Când se dorește construcți a unui robot mobil , alegerea motoarelor electrice (1)
reprezintă o decizie importantă . Trebuie luate în calcul anumite aspecte legate de caracteristicile
robotului mobil , cum ar fi: dimensiunea, masa totală, viteza de deplasare, accelerația, tipul
suprafeț ei de rulare. Calculul forțelor care acționează asupra robotului în timp ce acesta este în
deplasare pe o anumită suprafață duce la predimensionarea tracțiuii și la alegerea tipului de
motor electric corespunzător. Tracțiunea are la bază două roți motoare, antrenate de două
motoare electrice de curent continuu cu perii, alimentate la o tensiune de 12 [V]. Robotul trebuie
să învingă forțele de frecare dintre roți și suprafața de contact – iarba în situația noastră – forțele
de inerție , dar și fo rțele de frec are din interiorul motorului. Se ține cont de faptul că robotul
trebuie să ruleze pe suprafață înclinată.
Calculul pentru dimensionarea motoarelor are în vedere, în primă fază, determinarea
turației și cuplului necesar. Pentru ca viteza de deplas are să fie constantă, se cere ca motorul
electric să dezvolte un cuplu motor mai mare decât momentul rezistiv de la axul motorului. În
caz contra r, când momentul motor este mai mic decât momentul rezistent, se poate produce
arderea înfășurării motorului electric , dacă acesta este în continuare alimentat.
Figura 3 .4 prezintă schematic forțele care acționează asupra robotului în plan ul
orizontal :
N – normala la suprafață
G – forța de greutate
Ff – forța de frecare
Ft – forța de tracț iune
F – forța de inerție

47

Mom entul necesar pentru mișcarea robotului este determinat din calculul forțelor ce
acționează asupra lui.
Forța de frecare :
Ff = N · µ (3.1)
unde:
N – reprezintă forța normală la suprafață ;
µ – reprezintă coeficientul de frecare și are valoarea aproxi mativ egală cu 0.9 .
N = G = m · g (3.2)
unde:
m – reprezintă masa totală a robotului: 2 0 [Kg];
g – reprezintă accelerația gravitațională , care are valoarea de 9.81 [m/s2].
Luând în considerare cele de mai sus, forța de frecare are următoarea formă :
Ff = m · g · µ = 20 · 9.81 · 0.9 = 176,58 [N] (3.3)
Forța de inerție :
F = m · a = 2 0 · 0.7 = 14 [N] (3.4)
unde:
a – reprezintă accelerația maximă pe care poate să o atingă robotul ; în situația de față ,
are valoarea de 0.7 [m/s2].
În continuare , vom calcula forța de tracțiune necesară deplasării robotului :
Ft > F + F f > 14 + 176,58 = 190,58 [N] (3.5)
Figura 3. 4 Acțiunea forțelor asupra robotului î n plan orizontal

48

Forta de tractiune are expresia :
Ft =
rMm = 190,58 [N] (3.6)
unde:
Mm – reprezintă momentul motor ;
r – raza roții , care este de 100mm.

Momentul necesar pentru deplasarea robotului , exercitat de axul motorului la roată este:
Mm =
2r ·tF = 190 ,58·100
2 = 9520 [N · mm] = 9,52 [N · m] (3.7)

Viteza unghiulară a motorului se determină cu urm ătoarea expresie:
ω =
rv = 0.4
0.1= 4 [rad/s] (3.8)
unde: v = viteza limit ă egală cu 0. 4[m/s] .
Turația motorului electric este dată de următoarea expresie:
n =
30 · = 4·30
3.14 = 38,21 [rot/min] (3.9)
Puterea necesară mo torului electric:
P = M n · ω = 9,52 · 4= 38,08 [W] (3.10)
Aplicarea forțelor care acționează asupra robotului în rampă (Fig. 3 .5).
Figura 3. 5 Acțiunea forțelor asupra robotului în rampă

49

Suprafața pe care se va deplasa robotul de tuns gazonul este una accidentată și poate să
aibă un unghi de înclinare de până la 10o. În continuare , se vor calcula forțele rezistente care
acționează asupra robotului pe un plan înclinat de 10o :
Gx – componenta forței de greutate pe axa x ;
Gy – componenta forței de greutate pe axa y ;
Momentul necesar pentru mișcarea rob otului este determinat din calculul forțelor ce
acționează asupra lui.
Forța de frecare :
Ff = N · µ (3.11)
unde:
N – reprezintă forța normală la suprafată ;
µ – reprezintă coeficientul de frecare; are valoarea aproximativ egal ă cu 0.9 .
N = G y = m · g · cos 10o (3.12)
unde:
m – reprezintă masa totală a robotului : 20 [kg];
g – reprezintă accelerația gravita țională care are valoarea 9.81 [m/s2].
Forța de greutate :
G = m · g
Gx = G · sin 10= m · g · sin 10o (3.13)
Gy = G · cos 10 = m · g · cos 10o
Luând în considerare cele de mai sus, forța de frecare are urm ătoarea formă:
Ff = m · g · (µ · cos 10o + sin 10o) (3.14)
Ff = 20 · 9.81 · (0.9 · 0. 98 + 0.17) = 206,40 [N]
Forța de iner ție:
F = m · a = 20 · 0.7 = 14 [N] (3.15)
unde:
a – reprezintă accelerația maximă pe care poate să o atingă robotul ; în situația de față ,
are valoarea de 0.7 [m/s2].
În continuare , vom calcula forța de tracțiune necesară deplasării robotului :

50

Ft > F + F f > 206,40 + 14 = 220,4 [N] (3.16)
Forța d e tracțiune are expresia :
Ft =
rMm = 220,4 [N] (3.17)
unde:
Mm – reprezintă momentul motor ;
r – raza roții care este de 100 [mm].

Momentul necesar pentru deplasarea robotului, exercitat de axul motorului la roată este:
Mm =
2r ·tF = 220 ,4·100
2 = 11020 [N · mm] = 11,02 [N · m] (3.18)

Viteza unghiulară a motorului se determină cu următoarea expresie:
ω =
rv 0.4
0.1= 4 [rad/s] (3.19)
unde: v = viteza limită egală cu 0, 4[m/s] .

Turația motorului electric este dată de urm ătoarea expresie:
n =
30 · = 4·30
3,14 = 38,21 [rot/min] (3.20)
Puterea necesară motorului electric :
P = M n · ω = 11,02 · 4 = 44,08 [W] (3.21)

Aplicare a forțelor care ac ționeaz ă asupra robotului în pant ă:
Se realizează calculul forțel or rezistente care acționează asupra robotului pe un plan înclinat , și
de această dată cu o înclinație de 10o.

51

Momentul necesar pentru mișcarea robotului este determinat din calculul forțelor ce
acțio nează asupra lui.
Forța de frecare :
Ff = N · µ (3.22)
unde:
N – reprezintă forța normală la suprafa ță;
µ – reprezintă coeficientul de frecare; are valoarea aproximativ egal ă cu 0.9 .
N = G y = m · g · cos 10o (3.23)
unde:
m – reprezintă masa tota lă a robotului: 20 [Kg];
g – reprezintă accelerația gravita țională care are valoarea 9.81 [m/s2].
Forța de greutate :
G = m · g
Gx = G · sin 10= m · g · sin 10o (3.24)
Gy = G · cos 10 = m · g · cos 10o
Luând în considerare cele de mai s us, forța de frecare are urm ătoarea formă:
Ff = m · g · (µ · cos 10o + sin 10o) (3.25) Figura 3. 6 Acționarea forțelor asupra robotului în pantă

52

Ff = 20 · 9.81 · (0.9 · 0.98 – 0.17) = 139,69 [N]
Forța de inerție :
F = m · a = 20 · 0.7 = 14 [N] (3.26)
unde:
a – reprezintă accelerația maximă pe care poate să o atingă robotul ; în situația de față,
are valoarea de 0.7 [m/s2].
În continuare , vom calcula forța de tracțiune necesară deplasării robotului :
Ft > F + F f > 139,69 + 14 = 153,69 [N] (3.27)
Forța de tracțiune are expresia :
Ft =
rMm = 153,69 [N] (3.28)
unde:
Mm – reprezintă momentul motor ;
r – raza roții care este de 100 [mm].

Momentul necesar pentru deplasarea robotului, exercitat de axul motorului la roată este:
Mm =
2r ·tF = 153 ,69·100
2 = 7684 [N · mm] = 7,6 [N · m] (3.29)

Viteza unghiulară a motorului se determină cu următoarea expresie:
ω =
rv 0.4
0.1= 4 [rad/s] (3.30)
unde: v = viteza limită egală cu 0,4 [m/s] .

Turația motorului electric este dată de urm ătoarea expresie:
n =
30 · = 4·30
3,14 = 38,21 [rot/min] (3.31)
Puterea necesară motorului electric :
P = M n · ω = 7,6 · 4 = 30,4 [W] (3.32)

53

În urma calcului de dimensionare a motoarelor electrice de curent continuu din care au
rezult at valorile momentului motor, a forțelor care acționează asupra robotului și a puter ii
motororului, am ales două motoare de curent continuu cu perii realizat e de către producătorul
spaniol Doga (Fig. 3.7). Acestea au atașat la axul motor dou ă reductoare de tip melc roată
melcată cu un raport de transmisie de 62:1. Acest tip de motor prezintă o serie de avantaje , pe
care doresc să le expun în ceea ce urmează :
– Posibilitatea de schimbare a periilor face ca viața acestuia să fie prelungită ;
– Este mai ușor de controlat, fiind alimentat doar cu două fire ; turația este reglată
prin tensiune .

Figura 3. 7 Motor curent continuu Doga

54

Tabel 3 Caracterisicile motorul ui de curent continuu cu perii Doga
Număr referință 111.3761.20.00 Tip conexiune Fig. 3 .9
Tensiune alimentare 12 [V] Circuit cablaj Fig. 3 .8
Cuplu nominal 5 [N.m. ] Rată de transformare 62:1
Rotații nominale 40 [r.p.m. ] Masă aproximativă 1.25 [Kg]
Curent consumat 5 [A] Protecție la apă IP53
Cuplu la pornire 25 [N.m. ] Material roată PLA
Curent la pornire 25 [A] Model constructiv a, Fig. 3.11
Tip ax Fig. 3 .10 Diagramă Fig. 3.12

Motorul de curent continuu 111.3761.20.00 este alimentat la o tensiune de 12 [V], prin
intermediul unui conector XT60 care permite conectarea mufei într -un singur sens, împiedic ă
schimbarea polarit ății și care rezistă la curenți de până la 65 [A] (Fig. 3 .10). Axul motorului
este lăgăruit cu un rulment radial care preia mișcările relative de rotație și sarcinile radiale. A re
un diametru Ø 9 [mm]. (Fig. 3.9), iar pentru transmiterea mișcării de rotație și a momentului de
torsiune este prevăzut cu o pană longitudinală montată fară strâ ngere (2). Angrenajul reductor
este format din roată melcată cilindrică cu dinți înc linați, realizată din acid polilactic și melc
cilindric realizat din oțel.
Modelul constructiv este de tip a (Fig. 3 .8), cu axul orientat către partea stângă . Învelișul
exterior este metalic , iar – conform pro ducătorului – acesta î i oferă o protecție împotriva apei
IP53 .
Figura 3. 9 Modelul constructiv
Figura 3. 8 Circuitul
cablajului
Figura 3. 11
Tipul conexiun ii
Figura 3. 10
Tipul axului

55

Diagrama din figura 3 .12 prezintă parametrii de funcționa re a motorului. Pentru acesta ,
valorile pe care le ia turația sunt d ate de modelul liniar definit de ecuația dreptei, fiind invers
proporționale cu consumul de curent. A șadar, la turație m aximă , atât consumul de curent , cât și
cuplul motor și puterea motor ului sunt minime . În situația în care cuplul motor este maxim, și
consumul de curent este maxim , iar turația este la valoare minimă. Puterea motorului, curba P2
[W], ilustrează variația puterii. Valoarea maximă a acesteia este apropiat ă de mijlocul gamei d e
turații și de valoarea de mijloc a cuplului motor. Către extremitatea stângă , valoarea puterii este
minimă .
Suporții motoarelor (3) sunt la rândul lor confecționați din Aluminiu (EN AW -5083 ),
(AlMg4,5Mn0,7 ), aliaj dur, anticorodal, care se comportă exce lent la prelucrare. Aceștia au fost
obținuți pe centru de prelucrare CNC , datorită complexitătii ridicate și a numărului mare de faze
și treceri. Asigurarea poziției relative a suporților față de placa de bază se face cu ajutorul a
două știfturi de centrar e pentru fiecare suport, astfel anulându -se toate gradele de mobilitate.
Figura 3. 12 Diagram a Moment – turație – curent –
putere
Figura 3. 13 Suport motoare

56

Asamblarea cu placa de bază se face cu ajutorul a șase șuruburi cu cap hexagonal M6x20 [mm]
(DIN 912 GR 10.9 ). Totodată , s-a considerat oportună eliminarea de material din partea
inferioară a suportului , pentru a se reduce masa totală , fără a influ ența, însă, rezistența.
Motorul este asamblat cu suportul , prin intermediul a trei șuruburi cu cap hexagonal
M6x16 [mm] (ISO 4017) (4), dar – în același timp – este constrâns prin forma supo rtului, care
copiază raza carcasei motorului, și prin alezajul care ghidează carcasa rulmentului radial. Astfel ,
se realizează o asamblare precisă fa ță de suport, care la rândul său a fost montat exact pe placa
de bază, ceea ce face ca liniile axurilor mot oarelor să fie coincidente și paralele.
Pentru transmiterea mișcării de rotație și a momentului de torsiune de la arborele
motorului la roată, a fost necesar un element intermediar, butucul (5). Asamblarea cu pană
longitudinală are ca scop fixarea piesei de tip butuc pe arborele motorului. Pana, din punct de
vedere al formei geometrice, este cilindrică și este folosită în scopul diminuării efectului
concentratorului de tensiuni . Canalul de pană din arbore s -a executat prin frezare (cu freză disc ),
iar cana lul de pană din butuc a fost realizat prin broșare. Pentru că acestea produc slăbirea
rezistenței, din cauza micșorării sec țiunii, și introduc concentratori de eforturi unitare , a fost
necesară racordarea fețelor vecine canal ului de pană. S -a mai hotărât ș i adăugarea unui element
de siguranță suplimentar, un știft filetat (ISO 7434) (6), care să elimine o posibilă mișcare axială
a butucului imobilizat pe arbore.
Roata (7) are un diametru de 200 [mm]. Este realizată dintr -un material termoplast și
este împăr țită în două părți: o parte prevăzută cu un profil cramponat pentru a mări aderența la
suprafată și una netedă cu un canal specializat care să ajute robotul să -și păstreze traiectoria
rectilinie în timpul deplasării. Alezajul acesteia este executat astfel încât să formeze cu butucul
un ajustaj cu joc . Asamblarea acesteia este filetată, roata este str ânsă între umărul butucului și
șaiba plată M27 (ISO 7089 / 7090 ) (8), prin intermediul piuliței hexagonale (9) M27 cu pasul
fin de 1 [mm] .
În partea din față a șasiului sunt montate două roți ajutătoare cu înalțimea maximă de
Hmax = 63[mm], prevăzute cu un lagăr de rostogolire axial , pentru a se putea realiza rotația cu
360° față de axa verticală , și cu un rulment radial cu bile care să preia sarcinile radiale.

57

3.2 Proiectarea s istemul de reglare a înălțimii
Sistemul de reglare a înălțimii, în care este cuprins și sistemul de tăiere, înfățișează
ansamblul activ ce contribuie la procesul de tundere a ierbii. Obiectivul acestuia este de a
apropia sau dista nța sist emul de tăiere față de placa de bază a robotului. Împreună cu acesta
culisează motorul de curent continuu f ără perii , care antrenează arborele principal ce transmite
mișcarea de la motor către discurile c are compun , alături de cuțite, sistemul de tăiere.
În continuare , voi prezenta componentele care alcătuiesc ansamblul de reglare a înălțimii :
(Fig. 3.14, Fig. 3 .15, Fig. 3 .16).

1. Șurub cu cap hexagonal DIN 933 , M6x60 [mm];
2. Suport prindere motor fară perii;
Figura 3. 14 Ansamblul sistemului de reglare a înalțimii

58

3. Șurub cu filet trapezoidal;
4. Piuliță cu filet tra pezoidal;
5. Mâner;
6. Rulment KFL 000 10 [mm] oscilant ;
7. Placă centrare;
8. Motor electric fară perii Magnum A4120/7 -Bl;
9. Tampon de vibrație tip 2, M6xh/M6 ;
10. Suport motor tăiere;

Figura 3. 15 Secțiune în ansamblul sistemului de tăiere

59

11. Cuplaj elastic 6 [mm] – 8 [mm];
12. Inel elastic d1 23 [mm], DIN 741 ;
13. Rulment SKF 608 RS ;
14. Bucșă interioară rulment liniar;
15. Arbor e principal;
16. Inel elastic d1 46 [mm], DIN 741 ;
17. Rulment liniar LM30UU ;
18. Bucșă exterioară rulment liniar;
19. Contrapiuliță;
20. Disc D 300 [mm] ;
21. Cuțit tăiere ;
22. Distanțier disc tăiere ;
23. Piuliță M14 ;
24. Rulment liniar cu bile;
25. Axă de gidare Ø10 [mm];
26. Suport SHF10 .

Figura 3. 16 Sistemul de tăiere

60

În urma studiului posibilităților constructive, a analizei formei constructive, a an alizei
tehnologic e și funcțional e, a rezultat s istemul de reglare a înălțimii . Acesta este compus din
două axe ( 25) de ghidare de Ø10 [mm], orientate vertical c e ghidează cu ajutorul rulmen ților
liniari cu bile ( 24) suportul motorului de tăiere (10) . Centrarea suportului se face prin alezajele
acestuia , care sunt tolerate și în care sunt introdu și rulmeții liniari în carcasă cu flan șă
LMK10 UU. Axele de ghidare, at ât în placa de sus (10) care are rolul de a ri gidiza sistemul, c ât
și în placa de bază sunt montate prin intermediul suporți lor SHF10 (26), prevăzuți cu posibilitate
de str ângere. Am luat în considerare realizarea sistemului șurub -piuliță , care transformă
mișcarea de rotație în mișcare de translație. Acesta are o construcție simplă , iar prin filetul atașat
șurubului și piuliței și prin geometria sa caracteristică permite cuplei elicoidale două mișcări
simultane – rotație și translați e. Între aceste mișcări există o relație de dependență, astfe l încât
– la o rotație completă – deplasarea axială este egală cu mărimea pasului filetului. Randamentul
mic al cuplei elicoidale determină folosirea sistemului îndeosebi la mecanismele acționate
manual, ca în cazul de față. Utilizatorul antrenează mecanismul , acționând mâneru l (5) care este
asamblat cu șurubul principal de mișcare .
Modelul cinematic ales pentru cupla elicoidală prevede ca piulița să fie fixă , iar rotația
să fie realizată de șuru b. În această situație s -a prevăzut pivotarea capului șurubului , care se face
utilizând lagărul de rostogolire oscilant KFL 000 cu flan șă (6). Același rulment face trecerea
șurubului prin placa (7).
Există mai multe tipuri de filete de mișcare. Toate se g enerează exclusiv pe suprafețe
cilindrice în sistemul de măsurare metric. După o analiză a tipurilor de filete existente , am optat
pentru filetul trapezoidal , ale cărui caracteristici sunt expuse în cele ce urmează :
Avantajele filetului trapezoida l: [7]
• Față de filetul pătrat , are o rezistență și o rigiditate mai mare ;
• Asigură o bună centrare a piuliței pe șurub;
• Prelucrarea prin frezare este mai productivă fa ță de strunjire;
• Prin folosirea piulițelor radial reglabile, se elimină jocul axial apărut din cauz a uzării
flancurilor.
Dezavantajele filetului trapezoidal :
• Mecanismul șurub -piuliță cu filet trapezoidal are randamentul transmisiei mai mic
decât al filetului pătrat . [20]

61

Mărimea pasului definește diametrele interioare diferite cu valori mari la pași mic i, dar și
unghiuri mai mici de înclinare a spirei. Astfel , condiția de autofrânare este îndeplinită la pași
mici, iar rezistența tijei șurubului este mai mare datorită secțiunii mari. Randamentul transmisiei
crește odată cu mărimea pasului , dar este influe nțat atât de alegerea perechii de materiale prin
care se definește coeficientul de frecare, cât și de calitatea suprafețelor care intră în contact și –
nu în ultimul rând – de execuție. Prin urmare , se alege ca pasul filetului să fie normal ,
îndeplin ind cel mai bine condițiile impuse acestei transmisii. Totodată , precizez faptul că filetul
trapezoidal este cel mai utilizat filet de mișcare , iar combinațiile diametre nominale – pași se
găsesc în SR ISO 2902 , SR ISO 2904 . Profilul de bază este reglementat de SR ISO 2901 , iar
dimensiunile de bază pentru filetele metric ISO – în SR ISO 2904 . S-a realizat proiectarea
corespunzătoare a ansamblului, folosind elementele tipizate pentru a asigura execuția mai
ușoară , dar și reparația. În cele ce urmează, sunt prezent ate calculele de dimensi onare a
șurubului și a piuliței conform metodologiei de proiectare specifică, calcule efectuate după
stabili rea sarcinil or care încarcă șurubul și piulița :
3.2.1 Calcul mecanism șurub -piuliță
3.2.1.1 Calculul șurubului
Alegerea material ului:
Se recomandă: OL 37, OL 42, OL 50, OLC 35, OLC 45.
Se alege din lista de mai sus materialul OL 50 pe baza caracteristicilor din tabelul 2.
Cele mai importante caracteristici mecanice ale oțelurilor de uz general (STAS 500/2) :
Tabel 4 Caracteristici le mecanice ale oțelurilor de uz general
Marca
oțelului Produse cu grosimea sau diametrul a, [mm]
a≤16 16<a≤40 40<a≤100 a≤100
Limite de curgere R eH (R p02),
[MPa ] Rezistențe la rupere la tracțiune R m,
[MPa ]
OL 37 240 230 210 360…440
OL 40 260 250 230 410…490
OL 50 290 280 270 490…610
OL 60 330 320 310 610…710

62

Calculul de predimensionare :
Sarcina de calcul Q c, N
Qc = Q , Q c = 3000·1,1 = 3300 [N]
 = 1,05….1,1 – pentru cuplă cu frecare cu aluneca re; (3.33)
Diametrul interior al filetului d 3, [mm]:
𝑑
3=√4𝑄𝑐
𝑎𝑐=√13200
125 ,6=10,25 [𝑚𝑚 ] (3.34)
ac = 40…60 [Mpa] – pentru sarcini de lucru Q 20000 [N]
ac = 40…60 [Mpa] – pentru sarcini de lucru Q≥20000 [N]
Aleg erea filetului standardizat :
Se alege filetul trapezoidal standardizat cu pas normal, cu mărimea diametrului interior ,
mărime apropiată (d 3STAS ≥ d 3), și anume:
Tabel 5 Dimensiunile profilului nominal al filetului exterior și inte ror
Diametrul
nominal d Pasul P Diametrul
mediu d 2=D 2 Diametrul
exterior D 4 Diametrul interior
d3 D1
16 [mm] 4 [mm] 14,00 [mm] 16,500 [mm] 11,500 [mm] 12,00 [mm]

Pentru acesta , se prezintă notarea conform STAS a schiței filetului:

Figura 3. 17 Profilul de bază

63

Profilul de b ază (SR ISO 2901) este profilul teoretic corespunzător dimensiunilor de bază , și
anume: diametrul exterior, diametrul mediu și diametrul interior (Fig 3 .17).
Notații:
• D, D 4 – diametrul exterior al profilului de bază, al filetului piuliței;
• d – diametrul exterior al filetului șurubului (diametrul nominal);
• D2 – diametrul mediu al filetului piuliței;
• d2 – diametrul filetului șurubului (d 2 = D 2);
• D1 – diametrul interior al filetului piuliței;
• d1,d3 – diametrul interior al filetului șurubului ;
• P – pasul filet ului;
• Ph – pasul elicei (P h = P· numărul de începuturi).
Profilele reale ale filetelor șurubului (exterior) și piuliței (interior) , profilele cu joc la
fundul filetului (a c) și fără joc pe flancuri, numite – în SR ISO 2901 – profilele la maximum de
materi al [20], au dimensiunile prezentate în figura (Fig. 3 .18).
Unghiul profilului filetului este de α =30 °

Elementele geometrice ale filetului:
H1 = 0,5P, H 1=2
h3 = H 4 = H 1 + a c = 0,5P + a c = 2,25, unde:
Figura 3. 18 Profilele reale

64

ac = 0,25 [mm] – pentru 2 [mm] ≤ P≤ 12 [mm]; ac = 1,0 [mm] – pentru P≥14
[mm];
z = 0,25P = H 1/2 =1;
R1max = 0,5a c = 0,125;
R2max = a c = 0,25;
S= 0,26795 es = – 0,05 – unde es este abaterea superioară pentru filetul exterior.
Verificarea condiției de autofrânare :
Unghiul de înclinare al spirei filetului 2, grade:
2=𝑎𝑟𝑐𝑡𝑔𝑃
𝑑2=5,19 (3.35)
Unghiul aparent de frecare ’, grade:
’=𝑎𝑟𝑐𝑡𝑔
𝑐𝑜𝑠
2=7,07 (3.36)
 = 0,11…0,12 – pentru oțel/oțel
Condi ția de autofrânare:
2<′,5,19<7,07 (3.37)
Verificarea la solicitări compuse :
Momentul de torsiune care solicită șurubul M t, [Nmm ] pentru cuplă cu frecare cu
rostogolire :
𝑀𝑡=𝑀𝑓=𝑟𝑢𝑙𝑄𝑑𝑟𝑢𝑙
2=150 (3.38)
𝑟𝑢𝑙=0,008 …0,01
Tensiunea efectiv ă de compresiune c [MPa ]:
c=4𝑄
𝑑32=28,89 (3.39)
Tensiunea efectivă de torsiune t, [MPa ]:
𝑡=16𝑀𝑡
𝑑33=0,50 (3.40)
Tensiunea echivalent ă e, [MPa ]:
𝑒=√𝑐2+4𝑡2=28,30≤𝑎𝑐 (3.41)
Verificarea la flambaj
Coeficientul de zvelt ețe :

65

𝜆𝑙𝑓
𝑖𝑚𝑖𝑛=34,84 (3.42)
lf = Kl = 200·0,5 =100 – lungimea flambajului
K = 0,5
l – se măsoară pe desen
imin =√Imin
A≈√πd34
64
πd32
4=d3
4=2,87 (3.43)

Domeniul de flambaj:
𝜆≥𝜆0 – flambaj e lastic
𝜆<𝜆0 – flambaj plastic
𝜆0 = 89 – pentru OL 50
Coeficientul de siguranță la flambaj c:
Flambaj plastic :
𝐶=𝜎𝑓
𝜎𝑐=10,84≥𝑐𝑎 (3.44)
𝜎f = 335 – 0,62 𝜆 = 313,4 – pentru OL 50
Coeficientul de sigurantă admisibil c a = >3
3.2.1.2 Calculul piuli ței
Alegerea materialului
Se recomandă: OL 37; OL 42; OL 50; OLC 35; OLC 45; Fc 200; CuSn 10; CuSn 11.
Se alege CuSn 10.

Tabel 6 Caracteristicile mecanice principale ale aliajelor Cu -Sn – SR ISO 197/1
Marca ali ajului Rezistența la rupere la tracțiune R m, [MPa ] Duritatea Brinell
CuSn 14T 220…230 75…80
CuSn 12T 220…250 80…90
CuSn 10T 220 65

Figura 3 .19 Coeficientul
de zveltețe

66

Calculul numărului de spire
Numărul de spire z

𝑧=4𝑄
𝜋(𝑑2−𝐷12)𝑃𝑎=5,68=>𝑧=6 (3.45)
Pa = 5…6 [MPa] pentru oțel – fontă
6 ≤ z ≤ 10, număr întreg

Lungimea piuliței H p, [mm]:
Hp = zP = 4·6 = 24 (3.46)
Verificarea spirei
Verificarea la încovoiere 𝜎i și forfecare τf, [MPa ]:

Încovoiere :
Piuliță din fontă sau bronz
𝜎𝑖=3𝑄(𝑑2−𝑑3)
𝜋𝑑3ℎ2𝑧=21,63≤𝜎𝑎𝑖 (3.47)
h= 0,634 P
𝜎ai = 40…45 [MPa ]
Forfecare :
Piuliță din fontă sau bronz
𝜏𝑓=𝑄
𝜋𝐷4ℎ𝑧=4,19≤𝜏𝑎𝑓 (3.48)
τaf = 30…35 [MPa]

Alegerea dimensiunilor piulițelor
Diametrul exterior al piuliței D e, [mm]:
De = D 4 +10=26,5 (3.49)
Figura 3. 20 Numărul
de spire
Figura 3. 21
Verificarea la
încovoiere 𝜎i și
forfecare τf

67

Diametrul exterior al gurelului D g, [mm]:
Dg = D e + (24…32) [mm] (3.50)
Dg = 50,5
Înălțimea gurelului h g, [mm]:
Hg = 8…12 [mm] (3.51)
Hg = 8

Verificarea piul iței la solicitări compuse.
Tensiunea efectivă de tracțiune 𝜎e, [MPa ]:
𝜎𝑡=4𝑄
𝜋(𝐷𝑒2−𝐷42)=8,88 (3.52)
Tensiunea efectivă de torsiune τ t, [MPa ]:
𝜏𝑡=𝑀𝑡
𝜋
16𝐷𝑒(𝐷𝑒4−𝐷44)=0,048 (3.53)
Mt = M f
Tensiunea echivalentă 𝜎e, MPa
𝑒=√𝑡2+4𝑡2=8,88≤𝑎𝑡 (3.54)
𝜎at=40…50 [MPa] – pentru fontă sau bronz .
Verificarea gulerului
Verificarea la strivire 𝜎s, [MPa ]:
𝜎𝑠=4𝑄
𝜋(𝐷𝑔2−𝐷𝑒2)=34,76≤𝜎𝑎𝑠 (3.55)
𝜎as = ≤60 [MPa ]
Verificarea la forfecare τ f, [MPa]:
𝜏𝑓=𝑄
𝜋𝐷𝑒ℎ𝑔=1,78≤𝜏𝑎𝑓 (3.56)
τaf = <35 [MPa] – pentru fontă sau bronz
Figura 3. 22 Diame trul exterior
al piuliței

68

Pentru antrenarea sistemului de tăiere , am optat pentru un motor de curent continuu fară
perii Magnum A4120/7 -Bl (8). Acesta dispune de o serie de avantaje care reușesc sa îl pună pe
o treaptă superioară față de motorul de curent continuu cu perii. Față de acesta, motorul
brushless este lipsit de forțele de fr ecare dintre perii și arbore, n edisip ând energie prin încălzire ,
ceea ce face ca turația și cuplul obținute să fie mai mari. Nu are ne voie de mentenanță în ceea
ce privește periil e colectoare , întrucât acesta nu introduce impulsuri parazite în sistemul de
alimentare. Un dezavantaj al acestui tip de motor poate fi controlul mai comple x, necesit ând o
componentă suplimentară specializată , un regulator electronic ESC (Electronic speed control ).

Tabel 7 Caracteristici le motor ului electri c fără perii Magnum A4120/7 -Bl
Rotații 610 [V] Diametru ax lăgăruit 6 [mm]
Rezistență internă 41 [mOhm ] Dimensiuni 50×55 [mm]
Curent fară sarcină 2,0 [A] Masă 309 [g]
Curent în sarcină max. 55-60 [A/60s ] Putere 1100 [W]

Motorul este montat pe suportu l (10) prin intermediul a patru șuruburi cu cap hexagonal
DIN 933 (1) care trec prin suportul (2). Pentru că fiecare construcție are o pulsație proprie, am
ținut cont de fenomenul de rezonanță . Din acest motiv , am optat pentru arcul din cauciuc cu
armătură metalică de legătură, element de tip elastic, tampo n de vibrație tip 2, M6xh/M6 (9)
care să absoarbă din vibrații și șocuri, diminu ând propagarea lor în componentele sistemului.
Este recomandat ca la punerea în funcți une sau la oprirea motorului , trecerea prin turația critică
să fie rapidă. De asemenea, nivelul vibrațiilor este limitat și de protecția muncii . În cazul de
față, este sub nivelul admisibil d in cauza dispozitivelor de amortizare. Transmiterea mișcării de
rotație de la arborele motorului la cuți tele sistemului de tăiere se face astfel (Fig . 3.16): Cuplajul
elastic (11) preia abaterile axiale și radiale și transmite mișcarea de rotație și momentul de
torsiune între cei doi arbori paraleli [arborele motorului și arborele principal (15)]. Acesta
constituie o componentă importantă în cadrul sistemului. Am efectuat , deci, o analiză
structurală, cu scopul determinării stării de tensiune și deformație în programul Ansys , un produs
software de analiză cu elemente finite, prin intermediul căruia se simulea ză sistemul fizic
solicitat. Mai mult, vor fi enunța te etapele și rezultatele analizei:
1. S-a exportat modelul geometric din programul Catia V5 în programul Ansys workbench :

69

2. A fost realizată rețe aua de elemente finite (mesh):
3. Au fost impuse constrânge rile și încărcările pe modelul importat :
Figura 3. 23 Modelul geometric al arborelui principal
Figura 3. 24 Rețeaua de elemente finite
Figura 3. 25 Constrângeri și încărcări

70

4. S-a rulat analiza și s -au obținut următoarele informații:
Figura 3.26 Tensiunea echivalentă von -Misses
Figura 3. 27 Deformația echivalentă von -Misses
Figur3 3. 28 Deplasarea totală /săgeat ă

71

Se poate observa că factorul de siguranță este mai mare decat 1 (2,51<1), ceea ce înseamnă
că arborele rezistă la solicitările impuse.
La terminarea an alizei statice , am rulat o analiză la oboseală , în urma căreia am
determinat numărul de cicluri de v iață la care rezistă piesa (peste un million ).

Din cauza faptului că lungimea arborelui este relativ mare, a fost nevoie de
constrângerea acestuia la trece rea prin placa de bază. Totodată , s-a ținut cont de faptul că acesta
trebuie să realizeze o mișcare de translație verticală. Rulmenții radiali SKF 608 RS (13) sunt
montați în interiorul bucșei interioare (14), formând un ajustaj cu strângere , …..
și au rolul de a prelua mișcarea relativă de rotație și sarcinile radiale . Astfel , rezemarea se face
pe cele două lagăre. Pentru împiedicarea deplasărilor axiale a rulmenților , a fost necesară
Figura 3. 29 Factorul de siguranță pentru analiza statică
Figura 3. 30 Analiză la oboseală

72

adăugarea a două inele elastice (16). Cămașa interioară a rulmentului din partea inferioară a
bucșei este , la rândul ei , rezemată pe umărul arborelui principal.
Rulmentul liniar este montat în interiorul bucșei exterioare (18) prin intermediul inelelor
elastice (16) care anulează mișcarea axială a acestuia. Bucșa exterioar ă este montată tot pe placa
de bază a robotului . Prin interiorul acestuia culisează bucșa interioară , astfel realizându -se
mișcarea de translație a arborelui prin șasiul robotului .
Sistemul de tăiere este alcătuit din două discu ri (20) de aluminiu, cu gro simea de 1 [mm],
distanțate unul față de celălalt de componenta (22), la rândul ei realizată din aluminiu cu
grosimea de 3 [mm]. Între cele două discuri sunt dispuse la un unghi de 120 ° trei cuțite din oțel
supuse unor tratamente termice (21). Acestea pot executa o mișcare de rotație în jurul axei
bolțului de prindere, în cazul în care lovesc un obiect dur. Pe parcursul procesului de tăiere,
asupra acestora acționează forța centrifugă, deoarece cuțitul de masă M se rotește împreună cu
discurile în jurul axe i arborelui principal cu o viteză constantă la o distanță de R = 300 [mm].
Forța centrifugă acționează pe direcția dreptei ce unește centrul de rotație și centrul cuțitului de
tăiere și are sensul dinspre centrul de rotație către cuțit. Acesta generează au tomat și lățimea de
tăiere , cu dimensiunea de 330 [mm].
Pentru cuțitul de tăiere s -a realizat , la fel ca în cazul arborelui principal , o analiză
structurală, cu scopul determinării stării de tensiune și deformație pentru o forță F = 20 [N],
urmărind pașii amintiți anterior:
1. S-a exportat modelul geometric din programul Catia V5 în programul Ansys workbench :

Figura 3. 31 Modelul geometric al cuțitului de tăiere

73

2. A fost realizată rețe aua de elemente finite (mesh):
3. Au fost impuse constrângerile și încărcările pe modelul importat:
4. S-a rulat analiza și s -au obținut următoarele rezultate : Figura 3. 32 Rețeaua de elemente finite
Figura 3. 33 Constrangeri/încărcări
Figura 3. 34 Tensiunea echivalentă von -Misses

74

Figura 3. 37 Deformația echivalentă von -Misses
Figura 3. 36 Deplasarea totală/săgeat ă
Figura 3. 35 Factorul de siguranță pentru analiza statică

75

Și în această situație se poate observa că factorul de siguranță este mai mare dec ât 1
(6,59<1). În concluzie, cuțitul rezistă la solicitările impuse.
La terminarea analizei statice , am determin at numărul de ciclu ri de viață la care rezistă
piesa și am constatat că acesta depășește un milion .
După realizarea tuturor componentelor , acestea au fost asamblate pe placa de bază
(șasiu) , conform (Fig. 3 .38):
Am proiectat și un element care să ofere protecție împotriva prafului , șocurilor și apei,
și anume carcasa robotului (Fig. 3 .39). Ea este realizată din 18 piese din tablă de aluminiu
(AlMg3 ) laminată la cald, de grosime 3 [mm], asamblate nedemontabil , fiind sudate prin
procedeul TIG. Elementele care se regăsesc și la exteriorul carcasei de protecție sunt:
– Mânerul de reglare a înălțimi i, la care, pentru acoperirea alezajului de trecere al
arborelui principal , am folosit un simering;
– Cele două butoane de pornire și potențiometrul sunt acoperite , pentru protecție
împo triva apei.
– Butonul de urgență este realizat cu protecție la apă IP 67 .
– Senzorii ultrasonici Parallax PING depășesc limita maximă a barei exterioar e
din fața robotului, fiind montați într -un suport proiectat special , care este prins
magnetic de placa de ba ză. Astfel, la demontarea carcasei de protecție, senzorii Figura 3. 38 Poziția componentelor pe placa de bază

76

se po t deplasa odată cu aceasta, fară a fi nevoie să se desfacă alte șuruburi
decât cele prin care se realizează asamblarea carcasei cu placa de bază.
3.3 Sistemul electronic de comandă
Robotul mobil are nevoie de un sistem adecvat pentru comand ă. Aceasta depinde direct
de componentele implementate și de performanțele lor. Pentru a crea un mediu adecvat, curat,
lipsit de praf și de umezeală , dar și pentru a proteja componentele electronice de lo vituri și
șocuri mecanice , am constat at nevoia realizării un ei cutii (Fig. 3 .40) Figură 0-40
Figura 3.40 Cutie componente electronice
Figura 3. 39 Carcasă robot

77

Cutia (9), suportul pentru
componentele electronice , este
proiectată în asa fel încât să atribuie
un spațiu personalizat fiecărei piese
electronice. Este realizată din
polioximetilen ă sau poliacetal
(POM) , care face parte din clasa
copolimerilor și homopolimerilor
de acetal neaditivați. Are o bună
rezistență mecanică la fluaj, șoc,
temperaturi scăzute, rigiditate și
duritate . Este izolator electric și are
o absorbție scăzută a apei. A fost
obținută prin prelucrare prin
așchiere pe centru CNC. Cutia
pentru componente ele ctronice este
prevăzută cu un capac (5) din
același material, montat prin
intermediul a patru șuruburi cu cap
fluture, pentru a permite accesul cu
mai multă uș urință în interiorul ei.
În partea centrală a capacului este
prevăzut un orificiu în care este
montat un ventilator (4) axial
alimentat la o tensiune de 12 [V], cu
o putere de 1,92 [W] și cu
dimensiunile 60x60x15 [mm].
Deasupra acestuia , am printat din
acid polilactic (PLA) un tub de
Figura 3.41 Componente electronice

78

absorbție (3) cu legătură în exteriorul robotului, în interiorul căruia se găseste un filtru din burete
(2), pentru a împiedica absorbția de corpuri străine cu dimensiuni mari din aer . În același scop ,
pe carcasa exterio ară est e montat un capac cu aleja ze pe laterale (1), poziționate la 3 [mm] față
de suprafața carcasei , pentru a elimina posibilitatea pătrunderii apei în filtru . Prin acesta ,
ventilatorul are legătură directă cu exteriorul, aerul aspirat fiind folosit la răcirea componentelor,
prin formarea unui curent continuu. Aerul suflat în cutie este eliminat prin intermediul orificilor
din pereții exteriori ai fiecărei încăperi.
3.3.1 Comand a și control ul sistem ului de locomoție
Comanda și controlul sistemului de locomoție depind de mai multe componente
electronice – fiecare cu un rol bine definit – care sunt conectate între ele . Astfel, se face legătura
între acumulator și driver , motoarele de curent continuu și senzori etc. (Fig 3 .42)
1 2+
-VENTILATOR_212V
12VV_BATT
S_PING10
S_PING2
AREF1
GND2
PWM133
PWM124
PWM115
PWM106
PWM97
PWM88
PWM79
PWM610
PWM511
PWM412
PWM313
PWM214
TX/115
RX/016
TX3/1417
RX3/1518
TX2/1619
RX2/1720
TX1/1821
RX1/1922
SDA/2023
SCL/2124
5V25
D2326
D2527
D2728
D2929
D3130
D3331
D3532
D3733
D3934
D4135
D4336
D4537
D4738
D4939
D5140
D5341
GND425V43
D2244
D2445
D2646
D2847
D3048
D3249
D3450
D3651
D3852
D4053
D4254
D4455
D4656
D4857
D5058
D5259
GND60
AN1561AN1462AN1363AN1264AN1165AN1066AN967AN868AN769AN670AN571AN472AN373AN274AN175AN076VIN77GND785V803V381RESET82
GND79U1
ARDUINO_MEGA
VCC1
GND3OUT4U3
IFM5058R1
1k1
2
3 4
U9 PC817R2
10K
BlackBrown22.2V
Blue5VS_PING3
M2B1
M2A2
VIN3
GND4
M1B5
M1A6
M2CS7
M1CS8
GND9
GND10
VDD11M1INA12
M1INB13
M1EN/DIAG14
M2INA15
M2INB16
M1PWM17
M2PWM18
M2EN/DIAG19
GND20U2
DUAL_VNH5019VIN1
GND2
PG3
MOD4
GND5
GND6
EN7
GND8
VOUT9U4
D24V150F66VPWM12
M1_APWM9PWM10
M2_B
PWM6PWM7PWM8
PWM2PWM4
1 2+
-M11 2+
– M2GND1
5V2
SIG3U5
PING1GND1
5V2
SIG3U6
PING2GND1
5V2
SIG3U7
PING3LIPO_BATT
22.2V1 2EMERGENCY
NC
1 2START
NO
V_BATT22.2V
V_BATT
VIN1
GND2
PG3
MOD4
GND5
GND6
EN7
GND8
VOUT9U8
D24V150F12
6V 12VM2_A
M1_B12VAN1
PWM8
PWM9
PWM12PWM4
PWM6
PWM7AN0
PWM25V
5V
5V5V
5V 5V5V
PWM10S_IND
A0_NANOF11
F33
F22
GND5
CONTROL65V4
VIN
8GND
7ESC
FLY60PRO1
3
2BLS_Motor
A4120/7
R3
10K
F3
F1
22.2V
F2
TX11
RX02
RST3
GND4
D25
D36
D17
D58
D69
D710
D811
D912
D1013
D1114
D1215D13163V317REF18A019A120A221A322A423A524A625A7265V27RST28GND29VIN30
A_Nano
D8_NANO
1 2EN_TAIERE
NO5V1 2+
-VENTILATOR_1
Figura 3. 41 Schemă electrică generală

79

Acumulatorul utilizat pentru alimenta rea robotului mobil de tuns gazonul este produs de
Tattu , având o tensiune nominală de 22. 2 [V], o capacitate de 16000 [mAh] și dezvolt ând un
curent de descărcare de 240 [Ah]. Acesta este format din 6 celule ce au la bază tehnologia LiPo .
Poate menține un voltaj constant până la 80% din capacitatea sa. Are o masă de 1940 [g].
Necesită încărcarea cu încărcător special pentru Litiu Polymer și egalizator , având protecție
pentru supradescărcare , dar și protecție la scurtcircuit . Curentul maxim de încărcare este de 80
[A]. Are , totodată , un gabarit redus pentru densitatea mare de energie pe care o oferă . Acesta
este mo ntat pe placa de bază între patru suporți din acid polilactic care îi anulează mișcarea de
translație pe orizontală. Fiind o componentă inflamabil ă, pentru a crește siguranța utilizatorului,
l-am introdus într -un sac de protecție.

Butonul de urgență, care este normal închis , și butonul de pornire, care este normal deschis, sunt
contectate în serie , aliment ându -se – în acest mod – circuitul. Deoar ece tensiunea
acumulatorului este de 22.2 [V], cea la care alimentăm motoarele este de 12 [V], iar pentru
circuitul de comandă , placa de dezvoltare Arduino Mega 2560 și senzorii ultrasonici este nevoie
de o tensiune mai scăzută , s-a impus folosirea u nor co mponente electronice care s ă facă acest
lucru, acestea fiind cunoscute sub denumirea de regulatoare de tensiune DC-to-DC convertors .
Regulatorul D24V150F12 (6) (Fig. 3 .42 a), fabricat de producătorul polonez Pololu , este
componenta pe care am ales -o să rea lizeze această sarcină. Printre altele , aceasta poate fi
alimentată cu o tensiune de până la 40 [V]. Tensiunea de ieșire generată este de 12 [V], iar
Figura 3. 42 Acumulator LiPo GENS ACE
TATTU 22.2 V/ 16000 mA/ 15C

80

curentul de cca 15 [A]. Are o eficiență de 80% – 90% conform producătorului, ceea ce îl face o
alegere bun ă, fiind capabil să susțin ă sarcini mari. Este dotat cu protecție atât pentru inversare a
conexiuni lor de intrare și ieșire , cât și pentru scurtcircuit . Poate să susțin ă pe durată scurtă un
consum de curent de 32 [A]. Pentru un curent de ieșire continuu înt re 5 [A] și 20 [A] nu este
necesară răcire a. În cazul în care temperatura depășește limita normală, acesta se oprește și
repornește după răcire. Având acel eași caracteristici, diferența constând în tensiunea de ieșire
(de 6 [V]), regulatorul D24V150F6 (7) (Fig. 3 .42 b) este componenta la care este conectată
placa de dezvoltare Arduino Mega 2560 .

Eficiența robotului mobil depinde de platforma folosită pentru control. Așadar , pentru
aceasta s -a folosit placa de dezvoltare Arduino Mega 2560 (13). Fiind o pl atformă open -source ,
a devenit , în timp, foarte accesibilă, întrucât este un mediu de dezvoltare integrat care poate fi
programat cu ușurință de pe computerele personale , folosind limbajul C și C++.
Am ales această placă de dezvoltare datorită limbajului d e programare și pentru că e ste o
componentă electronică echipată cu un microprocesor AVR, ATmega2560 , și conține 54 de
intrări sau ieșiri digitale , dintre care 15 pot fi utilizate ca ieșiri PWM , 16 intrări analogice, 4
porturi seriale hardware (UART), un buton de reset, un port USB tip B și un oscilator (cristal
Figura 3. 44 Arduino Mega 2560
Figura 3. 43 a,b

81

de quartz) de 16 [Mhz]. Alimentarea se poate face în intervalul 6 -20 [V], recomandat fiind
intervalul 7-12 [V]. Cele 54 de intrări digitale pot fi utilizate ca ieșiri sau intrări , folosind
funcțiile : digitalWrite(), pinMode(), digitalRead (). Funcția analogWrite() furnizează ieșiri pe
pinii 2 -13 și 44 -46.
Tabel 8 Caracteristici principale Arduino Mega 2560
Microcontroller ATmega2560 Intrări analogice 16
Tensiune alimentare 5 [V] Curent maxim pe intrări/ieșiri 40 [mA]
Interval tensiune alimentare
recomandat 7-12 [V] Memoria flash 256 [KB]
Intrări/ieșiri digitale 54 Frecvența de ceas 16 [MHz]

Placa de dezvoltare Arduino nu este capabilă să genereze pe ieșire un curent car e să
poată antrena în mișcare de rotație axul motorului. Este chiar contraindicată alimentarea directă
a motorului la aceasta , deoarece se poate produce arderea procesorului . Prin urmare , este nevoie
de o altă componentă care să fie capabilă să ia putere d in acumulator și să o transmită motoarelor
în funcție de comanda dată de Arduino . Dual VNH5019 (8) (Fig.3 -44) este driverul de motoare
care îndeplinește deziderat ul pus în discuție . Acesta p oate alimenta două motoare de curent
continuu și poate opera cu te nsiuni cuprinse între 5.5 [V] și 24 [V] . Pe ieșire generează un curent
continuu de 12 [A] , cu valoare maximă 30 [A] per motor , sau 24 [A] , cu valoare maximă 60 [A]
pe un singur motor de curent continuu conectat la ambele ieșiri. Ledurile de pe plăcuța
electronică indică dacă motorul prime ște sau nu curen t. Driverul este dotat cu protecție la
scurtcircuit sau inversare a conexiunilor, poate monitoriza curentul consumat și opereaz ă cu
frecven țe PWM de 20 [kHz]. În cazul de fa ță, motoarele de curent contin uu cu perii M 1, M2
sunt conectate la pinii de ieșire M1A, M1B , respectiv M2A, M2B.
Figura 3. 45 Driver motor Dual VNH5019

82

Control erul furnizează „inteligența ” de care este nevoie pentru a controla sistemul. Dar acesta
primește informațiile de la sistemul senzoristic. După ce prelucrează informația , evaluează
comenzile de control care vor fi trimise către elementele de acționare în scopul îndeplinirii
sarcinilor.
Informația în cadrul robotului mobil de tuns gazonul este dată de senzor ul inductiv de
proximitate IFM 5058 și de trei senzori ultrasonic i Parallax PING . Sistemul de control este
unul cu buclă deschisă (Fig. 3 .46), deoarece controlerul măsoară independent valoarea tensiunii
sau curentului necesar motorului de curent continuu cu perii pentru a îndeplini cerința, ca mai
apoi s ă o trimită aces tuia. Pentru că nu există un feedback , o reacție inversă din partea
elementului ac ționat, controlerul nu va ști dacă sarcina a fost efectuată.

Motorul reprezentat este cel care acționează robotul mobil, procesul fiind roata care execută
mișcarea de rotați e, iar variabila controlată – viteza.
Am ales senzorii ultrasonici Parallax PING (Fig 3.4 7), datorită performanțelor ridicate
în comparație cu cel elalte modele care s -ar fi pretat acestui obiectiv . măsoară timpul de la emisia
semnalului până la recepta rea lui, având capacitatea de a detecta obstacole la o distanță aflată
în intervalul 20mm -3000 [mm]. Sunt alimentați la tensiunea de 5 [V], pe care o generează
Arduino Mega 2560 și consumă un curent de 20 [mA]. Pinii pentru semnal sunt conectați la
pinii 44, 45, 46 , conform schemei electrice. Poziționarea lor s -a făcut în partea din față a
platformei mobile , dispuși pe semicerc la un unghi de 150 °, pentru a acoperi o suprafață cât mai
mare de detecție.
Figura 3. 46 Sistem cu buclă deschisă
Figura 3. 47 Parallax PING

83

Spațiul de lucru al robotului trebuie să fie unul cunoscu t și limitat. În urma analizei
posibilităților de limitare a spațiului de lucru prin sisteme ca:
– Circuit electric cu frecvență 5 -30 [kHz], instalat în iarbă prin care se creează un câmp
magnetic cu linii de forță amplasate concentric, ce intră în interac țiune cu spirele unei bobine
de inductie montate pe robotul mobil ;
– Bandă de culoare albă care să fie sezizată de un traductor fot oelectric,
am decis implementarea unui simplu cablu oțelit cu un diametru de 4 [mm]. Acesta este montat
fie la nivelul solu lui, fie acoperit cu un strat superficial de păm ânt, fiind detectat de un senzor
de proximitate inductiv. Distanța de montaj fa ță de perete, obiecte, arbuști este de 300 [mm].
Toate a cestea cerea u un senzor cu caract eristici deosebite , care s -au regăsit în componen ta
producătorului IFM, modelul ID5058 (Fig. 3 .47). Valoarea tensiunii de lucru este cuprinsă în
intervalul 10 -36 [V] , are un consum de energie de 20 [mA] la tensiunea de 24 [V] și protecție
la polaritate inversă de tip PNP cu o frecvență de comuta re egală cu 70 [Hz]. O caracteristică
foarte importantă pentru aplicația de față este distanța de comutare , care este egală cu 50 [mm] ,
și distanța de operare , cuprinsă în intervalul 0 -40,5 [mm] . Factorul de core cție pentru oțel este
1. Conform producătoru lui, senzorul poate fi folosit într -un mediu a căr ui temperatur ă poate fi
cuprinsă între -25 – 70 [°C] și este protejat împotriva apei: protectiție IP67 . [17]

Precum prevede și schema electrică , alimentarea senzorului se face la tensiunea de 12 [V], iar
pentru a putea folosi semnalul pe placa de dezvoltare amintită mai sus, am decis realizarea unui
circuit electronic (Fig. 3 .49) care să poată transforma tensiunea semnalului de ieșire (de 12 [V])
într-o tensiune de 5 [V] , aplicată ulterior unei intrări digi tale. Pentru aceasta , s-a folosit un
optocuplor, componentă care transferă un semnal electric între două circuite izolate prin
Figura 3. 48 IFM 5058

84

utilizarea luminii. A șadar, prin intermediul optoizolatorului , împiedicăm tensiunea de 12 [V] să
afecteze placa de dezvoltare, l egătura directă nefiind permisă.
3.3.2 Comand a și control ul sistem ului de tăiere

Sistemul de tăiere este conceput cu un circuit separat, punctele comune fiind
acumulatorul LiPo GENS ACE TATTU 22.2 [V]/ 16000 [mA] / 15C și butonul de urgență
Eaton/Moeller M2 2. Am prevăzut în paralel și un buton normal , deschis pentru alimentarea
circuitului , care este expus în (Fig. 3 .50):
GNDVCC1
GND3OUT4U1
IFM5058R1
1k1
2
3 4
U2 PC817R2
10K
GNDBlueBlackBrownA_MEGA_D5222.2V5VFigura 3. 49 Schemă electrică circuit optocuplor -senzor inductiv
F11
F33
F22
GND5
CONTROL65V4
VIN
8GND
7ESC
FLY60PRO1
3
2BLS_Motor
A4120/7
R3
10K
F1F3
F2
22.2VTX11
RX02
RST3
GND4
D25
D36
D17
D58
D69
D710
D811
D912
D1013
D1114
D1215D13163V317REF18A019A120A221A322A423A524A625A7265V27RST28GND29VIN30
A_Nano
D8_NANOA0_NANO
1 2EN_TAIERE
NO5V
Figura 3. 50 Schemă electrică sistem tăiere

85

Fiind construit ca un sistem independent, pentru comanda acestuia am ales placa de
dezvoltare a aceluiași producător, Arduino Nano (Fig. 3.51), care este construită în jurul
microcontrolerului ATmega 328P , arhitectura AVR . Diferența esențială față de Arduino Mega
2560 este numărul de intrări/ieșiri (22), dintre care 8 intrări analogice, 6 ieșiri PWM , dar și
portul Mini USB.

Tabel 9 Caracteristi principale Arduino Nano
Microcontroller ATmega328 Intrări analogice 8
Tensiune alimentare 5 [V] Curent maxim pe intrări/ieșiri 40 [mA]
Interval tensiune alimentare
recomandat 7-12 [V] Memoria flash 32 [KB]
Intrări/ieșiri dig itale 22 Frecvența de ceas 16 [MHz]

Pentru controlul motorului de curent continuu fară perii Magnum A4120/7 -Bl, am optat
pentru regulatorul electronic Brushless Fly Pro 60A (Fig. 3 .53), prin intermediul căruia se
realizează controlul fin al turației cu liniaritate și răspuns rapid la rotirea potențiometrului. Oferă
un circuit de alimentare separat BEC (battery eliminator circuit) ce generează o tensiune de 5
[V] și un curent de 6 [A], la care a fost concetată și placa de dezvoltare Arduino Nano . Dispune
de protecție Cut-Off la tensiunea scăzută a bateriei, la blocarea axului sau la pierderea
semnalului din receptor. Tot pentru siguranța utilizatorului, regulatorul oferă protecție la pornire
accidentală. Ajustarea automată a sincronizării (timing ), modifi carea sensului de rotație sau
protecția circuitului anti -interferențe sunt doar c âteva caracteristici ale regulatorului electronic.
Nu în ultimul rând, poate sus ține constant un curent de 60 [A].
Figura 3. 51 Arduino Nano

86

Componenta software este cea care susține performanțele ro botului mobil de tuns
gazonu l. Aceasta cuprinde algoritmii de comandă și control care , după ce sistemul de percepție
transmite informația , sunt folosiți pentru a lua – în cadrul nivelului decizional – o hotărâre legată
de modul în care se realizează sarcin ile impuse.
Robotul ca ansamblu de componete hardware și software este proiectat pentru a tunde
iarba pe o suprafață cu formă variabilă. Astfel , voi lua în considerare pentru analiză o formă
dreptunghiulară , în care voi explica procedura și strategia de na vigare. Tăierea nu se face după
un tipar rectiliniu, ci după unul aleator iu care are avantajul eliminării liniilor lăsate de roțile
robotului.
– Obstacolele sunt notate cu: a, b, c , d;
– B, C, D, E, F, G , H sunt variante posibile de navigare;
– A reprezintă „mers înapoi ”;
– Cu linie neagră continuă este reprezentat cablul oțelit;
– C1, C2, C3 sunt poziții intermediare ale robotului .
1. O primă variantă (F) poate fi considerată situația în care robotul trece perpendicular
peste cablul oțelit , iar senzorul inductiv din si stemul senzorial detectează prezența
acestuia. Strategia de navigare prevede o mișcare rectilinie a robotului cu sensul opus
direcției curente de d eplasare , pentru ca mai apoi să realizeze o mișcare de rotație față
de centrul instantaneu de rotație (CIR) cu un unghi de 45 ° spre dreapta .
Figura 3. 52 Regulatorul electronic

87

2. O altă variantă regăsită în (Fig. 3 .54) este cea în care senzorul ultrasonic din partea
stângă sesizează un obstacol (a) la o distanță mai mică de 300 [mm]. În acest caz, se va Figura 3. 53 Variante de navigare

88

repeta deplasarea înapoi ( A), urmată de o mișcare de rotație față de centrul instantaneu
de rotație cu un unghi de 45° spre dreapta (D).
3. Dacă obstacolul este în fa ță (b) sau în partea dreaptă (c), robotul se va deplasa în spate
cu o distanță prestabilită , după care va efectua o mișcare de rotație spre stanga față de
centrul instantaneu de rotație cu un unghi de 45° (B).
4. În situatia în care robotul a ajuns într -un col ț care are un unghi de 90° (H), strategia
aplicată de platforma mobilă este ac eeași cu cea din situația ( F).
5. Pentru situația (C) am exemplifica t o variantă de navigare care necesită mai multe poziții
intermediare ale robotului. Astfel , se efectuează deplasarea în sensul opus (A), urmată
de viraj la dreapta cu un unghi de 45°, mișcare ce se repetă succesiv de trei ori C1, C2,
C3. De fiec are dată , senzorul inductiv este cel care sesizează prezența cablului metalic .
Controlerul , pe baza informației primite , ia hotăr ârea și comandă a cționarea motoarelor
ce alcătuiesc sistemul de locomoție diferențial .

În continuare , este expusă o secvență din programul scris pe placa de dezvoltare Arduino ,
care cuprinde strategiile de navigare prezentate mai sus. Varianta integrală a codului se găsește
în anexa 1.

void deplaseazaRobotInapoi()
{
md.setSpeeds(400, -200);
delay(4000);
}
void rotesteRo bot45GradeDreapta()
{
md.setSpeeds(400,400);
delay(1000);
}
void rotesteRobot45GradeStanga()
{
md.setSpeeds( -400,-100);

89

delay(1600);
}
void setup() {
md.init();
Serial.begin(115200);
}
void loop() {
citesteSenzoriUltrasonici();
md.setSpeeds( -400,200);
if (pingFataCM < DISTANTA_OBSTACOL && pingFataCM>0 )
{
deplaseazaRobotInapoi();
rotesteRobot45GradeDreapta();
}

Pentru sistemul de tăiere , programul comandă regulatorului electronic modificarea
turației în funcție de p oziția potențiometrului după cum urmează:

#include <Servo.h>
Servo esc;
void setup()
{
esc.attach(8);
esc.writeMicroseconds(1000);
Serial.begin(9600);
}
void loop()
{ int val;
val= analogRead(A0);
val= map(val, 0, 1023,1000,2000);
esc.writeMicroseconds(val); }

90

Capitolul 4
Concluzii

În lucrarea de fa ță am tratat problema proiectării constructiv -funcționale a unui robot
autonom pentru servicii . Pentru început, am r ealizat un studiu amănunțit a literaturii de
specialitate , pe baza căruia am întocmit partea teoretică . Aceasta cuprinde clasificarea
sistemelor mecatronice a roboților mobili în funcție de mai multe criterii , cum ar fi mediul de
acționare, tipuri de locomo ție etc.
Pe baza studiului , am decis alegerea sistemului de locomoție di ferențial, c aracterizat prin
faptul că roțile motoare sunt acționate independent , ceea ce face ca pentru a realiza mișcarea de
translație să fie nevoie de acționarea ambelor roți în acela și sens și cu ac eeași tensiune . Pentru
realizarea unei mișcări de rot ație, se vor acționa roțile în sensuri diferite.
Utilizând pachetul CAD al platformei Catia V5 , am realizat modelarea constructivă a
întregului produs, pentru a putea stabili variantele constructive optime , dar și pentru
poziționarea corectă a componentel or pe placa de bază.
Am ales să utilizez sistemul de locomoție diferențial și, după calculul de dimensionare,
motoare de curent continuu cu perii. Pentru acestea , am realiza t doi suporți care , împreună cu
celelalte piese mecanice, butucul, roțile și sistem ele de asamblare demontabile stabilite, să poată
crea un subansamblu stabil, cu performanțe ridicate.
În ace eași categorie de proiectare a componentelor hardware, am construit sistemul de
reglare a înălțimii care este capabil să realizeze o mișcare de tr anslație, în plan vertical, de 50
[mm], determinând ca înălțimea minimă de tăiere să fie de 13 [mm], iar în ălțimea maximă de
63 [mm]. Am realizat calculul organologic de predimensionare a mecanismului șurub-piuliță ,
cu acționare manuală, prin intermediul c ăruia culisează sistemul de tăiere, ghidat de două axe
și lăgăruit cu ajutorul a doi rulmenți liniari cu bile. Tot în ac eeași etapă , am ales motorul de
curent continuu fară perii care să antreneze sistemul și să fie capabil să realizeze tăierea chiar și
a vegetației lemnoase. Tot în acest scop, am realizat analize cu element finit pentru arborele
principal și cuțitul de tăiere.
Alegerea componentelor electronice și dezvoltarea celor specializate a fost următorul pas
în proiectarea robotului. De proprietățil e acestora depinde stabilirea cu ușurință a legăturii dintre

91

componenta hardware și cea software. Tot în această etapă , am ales tipurile de senzori care intră
în componența sistemul ui de percepție.
Am realizat programele pentru sistemul de locomoție și de tăiere , iar pe baza algortimilor
și a strategiilor de navigare, controlerul dă comenzi elementelor de execuție pentru ca robotul
să-și atingă obiectivul cu promptitudine.
Pe viitor , se dorește îmbunătățirea robotului autonom de tuns gazonul . Aceasta se po ate
face prin automatizarea sistemului de reglare a înălțimii, prin montarea de noi senzori , precum
cel GPS , pentru o orientare mai precisă , dar și pentru posibilitatea navigării autonome a acestuia
la stația de încărcat. Senzori precum cel de umiditate sa u temperatură pot fi introduși pentru a
se evita tunderea pe timp ploios sau a iebii ude. Nu un ultimul rând , un senzor giroscopic poate
detecta ridicarea robotului de pe suprafața de lucru, moment în care o alarmă poate sesiza
tentativa de furt. Întregulu i ansamblu îi pot fi aduse modificări în scopul creșterii calității și a
performanțelor .

92

Bibliografie
[1]Bogdanov, Ivan: Conducerea roboților , Timișoara , Editura Orizonturi universitare, 2010.
[2]Chicea, Anca Lucia, Mihai Crenganiș: Bazele sistemelor m ecatronice , Editura Universității
„Lucian Blaga” din Sibiu, 2017.
[3]Crompton, T. R.: Baterry reference book: third edition , Newnes, 2000.
[4]Czech Institute of Informatics, Robotics and Cybernetics: Mobile robot locomotion and
kinematics principles .
[5]Dolga, V.: Senzori și traductoare , Timișoara, Editura Eurobit, 1999.
[6]Dudek, G., M. Jenkin: Computational Principles of Mobile robotics , Cambridge University
Press, 2000.
[7]Florea, Radu, Viorel Florea, Adriana Florea, Marius Cristescu: Organe de mașini , București,
Editura Tehnică, 2007.
[8]http://iota.ee.tuiasi.ro/~mpobor/doc/Cursuri/RICurs4.pdf .
[9]http://mecatronica.ro/definitie_mecatronica.html .
[10]http://ro.scribd.com/doc/217913155/Curs2 -Rob-Mob -13-14#.
[11]http://web.ulbsibiu.ro/laurean.bogdan/html/ Motoare.pdf .
[12]http://web.ulbsibiu.ro/laurean.bogdan/html/MPP_Constructie_Functionare.pdf .
[13]https://docs.google.com/viewer?a=v&pid=sites&srcid=dWxic2liaXUucm98bGF1cmVhbi
1ib2dkYW58Z3g6NjExNWQwMjExOGRlNTMxZg .
[14]https://pdfs.semanticscholar.org/present ation/9e9f/62328b8bd643e6cdf3dc0495f1331af2b
9f3.pdf .
[15]https://www.bosch -garden.com/gb/en/garden -tools/indego -home.jsp .
[16]https://www.husqvarna.com/ro/products/masini -robotizate -de-tuns-gazonul/ .
[17]https://www.ifm.com/cn/en/product/ID5058 .
[18]https: //www.scribd.com/doc/50020674/Motorul -de-Curent -Continuu .
[19]https//www.viking -garden.com/imow -robotic -mowers.aspx#imow .
[20]Jula, A., E. Chișu: Mecanisme șurub – piuliță îndrumar de proiectare, Editura Lux Libbis,
Brașov 2000.

93

[21]Laurean, Bogdan: Automa tizarea în sisteme de producție , Editura Universității „Lucian
Blaga” din Sibiu, 2003.
[22]Pistoia, Gianfranco: Baterries for portable devices , Elsevier, 2005.
[23]Racz, S.G ., Claudia Gîrjob, Cristina Biriș: Sisteme hidraulice de acționare: îndrumar de
laborator , Editura Universității „Lucian Blaga” din Sibiu, 2016.
[24]Racz, S.G., Claudia Gîrjob: Sisteme hidraulice de acționare , Editura Universității „Lucian
Blaga” din Sibiu, 2016.
[25]Telea, Dorin: Bazele Roboticii, Editura Universității „Lucian Blaga” di n Sibiu, 2010.
[26]Telea, Dorin: Sisteme flexibile de producție, Editura Universității „Lucian Blaga” din Sibiu,
2014.
[27]Tera, Melania, Bogdan Laurean, Radu -Eugen Breaz: Acționări și comenzi electrice:
Îndrumar de laborator , Editura Universității „Lucian Blaga” din Sibiu, 2010.
[28]Traductoare de poziție și deplasare :
https://docs.google.com/viewer?a=v&pid=sites&srcid=dWxic2liaXUucm98bGF1cmVhbi1ib2
dkYW58Z3g6N2NjNTc0NDk0NDljZTRmMA .
[29]Traductoare – Principii :
https://docs.google.com/viewer?a=v&pid=sites&s rcid=dWxic2liaXUucm98bGF1cmVhbi1ib2
dkYW58Z3g6NjExNWQwMjExOGRlNTMxZg .
[30]Țârulescu, R.: Contribuții privind optimizarea configurației senzorilor utilizați la roboții
mobili : teză de doctorat , Universitatea Transilvania din Brașov, 2014 .

94

Anexa 1

#include "DualVNH5019MotorShield.h"
#include <NewPing.h>

//Distanța maximă care poate fi citită de către senzori
#define MAX_DISTANCE 200

//Setarea pinilor senzorilor ultrasonici
#define PING_STANGA 24
#define PING_FATA 26
#define PING_DREAPTA 22

#define SENZOR_INDUCTIV 52

//Distanța la care este sesizat obstacolul
#define DISTANTA_OBSTACOL 20

//#define DEBUG_SENZORI

NewPing pingStanga(PING_STANGA, PING_STANGA, MAX_DISTANCE);
NewPing pingFata(PING_FATA, PING_FATA, MAX_DISTANCE);
NewPing pingDre apta(PING_DREAPTA, PING_DREAPTA, MAX_DISTANCE);

DualVNH5019MotorShield md;

//Variabile de intrare
float pingStangaCM;
float pingFataCM;
float pingDreaptaCM;

int senzorInductiv;

void citesteSenzoriUltrasonici()
{
// Citirea distanței de pe senzorul di n stânga
pingStangaCM=pingStanga.ping_cm();
#ifdef DEBUG_SENZORI
Serial.print("Ping_stanga: ");
Serial.print(pingStangaCM);
Serial.println("cm");

#endif
delay(10);

// Citirea distanței de pe senzorul din față

95

pingFataCM=pingFata.ping_c m();
#ifdef DEBUG_SENZORI
Serial.print("Ping_fata: ");
Serial.print(pingFataCM);
Serial.println("cm");

#endif
delay(10);
// Citirea distanței de pe senzorul din dreapta
pingDreaptaCM=pingDreapta.ping_cm();
#ifdef DEBUG_SENZORI
Serial.pr int("Ping_dreapta: ");
Serial.print(pingDreaptaCM);
Serial.println("cm");

#endif
delay(10);

}

void deplaseaz ăRobot Înapoi()
{

//dă robotul înapoi
md.setSpeeds(400, -200);
delay(4000);

}

void rotesteRobot45Gr adeDreapta()
{
//Rotire 45 grade la dreapta
md.setSpeeds(400,400);
delay(1000);
}

void rote șteRobot45GradeStanga()
{
//Rotire 45 de grade stanga
md.setSpeeds( -400,-100);
delay(1600);
}

96

void setup() {
// Inițializare driver mo toare
md.init();

//Setam band rate p entru comunicația pe serial
//ca sa putem citi valoarea senzorilor
Serial.begin(115200);
}

void loop() {

//Procedura care cite ște senzorii ultrasoni
//Senzorul stanga, față și dreapta
citesteSenzoriUltr asonici();

// Se comand ă motoarele
// Robotul se deplasează în față
md.setSpeeds( -400,200);

//Verific ăm dac ă senzorul fa ță dă o distan ță mai mic ă decât DISTAN ȚA_O BSTACOL
if (pingFataCM < DISTANTA_OBSTACOL && pingFataCM>0 )
{
//> dista nța este mai mic ă
//Robotul se deplaseaz ă înapoi
deplaseaz ăRobot Înapoi();

//Rotire 45 de grade la dreapta
rotesteRobot45GradeDreapta();
}

// Verific ăm dacă senzorul stanga dă o distanta mai mică decât DISTANTA_OBSTACOL
if (pingS tangaCM < DISTANTA_OBSTACOL && pingStangaCM>0)
{
//> distan ța este mai mi că
//Robotul se deplasează înapoi
deplaseazaRobotInapoi();
//Rotire 45 de grade la dreapta
rotesteRobot45GradeDreapta();
}

// Verific ăm dacă senzorul stanga dă o distan ța mai mică decât DISTANTA_OBSTACOL
if (pingDreaptaCM < DISTANTA_OBSTACOL && pingDreaptaCM>0)
{
//- distan ța este mai mic ă
//Robotul se deplasează înapoi
deplaseaz ăRobot Înapoi();

97

//Rotire 45 de grade stânga
rotesteRobot45GradeStanga();
}

// Citim valoarea dată de senzorul inductiv
// poate sa fie 0 sau 1
// 0 – nu a detectat nimic
// 1 – detecteaz ă metal
senzorInductiv=digitalRead(SENZOR_INDUCTIV);

#ifdef DEBUG_SENZORI
Serial.print("SENZOR_IND UCTIV = ");
Serial.println(senzorInductiv);
#endif

// Verificăm dacă senzorul inductiv a detectat metal
if (senzorInductiv == 1)
{

// Senzorul d ă valoare 1
// Robotul se deplaseaz ă înapoi
deplaseazaRobotInapoi();

// Rotire cu 45 de grade la dreapta
rotesteRobot45GradeDreapta();
}
}

98

OPIS:
Prezenta lucrare de licență conține:
Partea scrisă:
– 99 pagini format A4;
– 100 de figuri în text;
– 56 de relații matematice;
– 8 tabele.
Partea grafică:
– echivalentul a 1 fo rmat A1 – desen de ansamblu;
– echivalentul a 1 format A4 – desen de execuție.
Absolvent:
Morariu Fineas