Conf. Dr. Ing. ION BARBU Riza Paul -Mădălin UNIVERSITATEA TRANSILVANIA DIN BRAȘOV Facultatea de Design de Produs ș i Mediu Departamentul Design de… [627291]

UNIVERSITATEA TRANSILVANIA DIN BRAȘOV
Facultatea de Design de Produs și Mediu

PROIECT DE DIPLOMĂ

Absolvent: [anonimizat] :
Conf. Dr. Ing. ION BARBU

Brașov
2017

Universitatea Tran silvania din Brașov – Facultatea Design de Produs și Mediu 2
DEPARTAMENTUL DE DESIGN DE PRODUS , MECATRONICĂ ȘI MEDIU
PROIECT DE DIPLOMĂ

Coordonator: Student: [anonimizat]. ION BARBU Riza Paul -Mădălin

UNIVERSITATEA TRANSILVANIA DIN BRAȘOV
Facultatea de Design de Produs ș i Mediu
Departamentul Design de Produs, Mecatronică și Mediu

Proiectarea si realizarea unui sistem
mecatronic controlat cu o aplicatie androind
destinat persoanelor ce suferia de autism

PROIECT DE DIPLOMĂ

Riza Paul -Madalin
Mecatronic

Brașov
2017

Universitatea Tran silvania din Brașov – Facultatea Design de Produs și Mediu 3
DEPARTAMENTUL DE DESIGN DE PRODUS , MECATRONICĂ ȘI MEDIU
PROIECT DE DIPLOMĂ

Coordonator: Student: [anonimizat]. ION BARBU Riza Paul -Mădălin

Universitatea Tran silvania din Brașov – Facultatea Design de Produs și Mediu 4
DEPARTAMENTUL DE DESIGN DE PRODUS , MECATRONICĂ ȘI MEDIU
PROIECT DE DIPLOMĂ

Coordonator: Student: [anonimizat]. ION BARBU Riza Paul -Mădălin
REZUMAT

Autismul prezintă o tulburare neuropsihiarică care este caracterizată prin anomalii și
abateri în dezvoltarea socială și de comunicare a persoanei în cauză. Acesta reprezintă o
închidere în sine care duce la o dislocar e de realitatea în care se află , rezultând o stimulare a
vieții imaginare. Această afecțiune este mai des întâlnită la băieți , de obicei apare devreme, până
la vârsta de 3 ani.
În timp ce copiii cu tul burări de spectru autism au adesea probleme în a interacționa cu
colegii lor sau cu adulții, mulți dintre acești copii sunt atrași de tehnologie. Robotul are funcția
de a menține subiectul angajat și concentrat în timpul terapiei.
Această lucrare are ca sc op proiectarea și re alizarea unui sistem mecatronic destinat
asistenței persoanelor ce suferă de autism care să integreze un braț robotic pentru manipularea
obiectelor, și anume : tăblițe de mici dimensiuni cu d iferite forme printate pe ele ( utilizate pentr u
a analiza capacitatea de atenție a persoanei în cauză), un pan ou de calcul aritmetic simplu
(utilizat pentru măsurarea gândirii logice). Controlul acestor două sisteme se va realiza printr -o
aplicație A ndroid de pe o tabletă sau un smartphone, la rândul ei, această aplicație android va
oferii task -uri de rezolvat. Utilizatorul sistemului va avea acces în mod indirect cu ajutorul
aplicației la fiecare articulație a brațului robotic, astfel task -urile devin mai grele. Prin rezolvarea
task-urile pe lângă fap tul că se analizează capacitatea de concen trare și logică, se testează,
dexteritatea și adaptabilitatea la mișcări complexe.
Scopul acestui sistem este de ase menea de a facilita dezvoltarea persoanelor ce suferă de
autism, încercând un nou tip de terapie mult mai antrenant. Robotul fiind mult mai simplu în
comparație cu obiectele din viața reală, compartamentul său poate fi ușor personalizat pentru a se
adapta diferitelor scenarii și deține capacitatea de a oferi o interacțiune preconizată și mai simplă
cu persoanele ce suferă de autism. Acești factori fac robotul să fie mijlocul ideal pentru a fi
utilizat în terapia cu autism.
Aces t sistem reprezintă un prototip, el putând fi ulterior îmbună tățit, atât din punct de
vedere estetic, cât și din punct de vedere funcțional. De asemenea, pot fi adăugate mai multe
elemente.

Universitatea Tran silvania din Brașov – Facultatea Design de Produs și Mediu 5
DEPARTAMENTUL DE DESIGN DE PRODUS , MECATRONICĂ ȘI MEDIU
PROIECT DE DIPLOMĂ

Coordonator: Student:
Conf. Dr. Ing. ION BARBU Riza Paul -Mădălin
SUMMARY
Autism presents a neuropsychiatric disorder characterized by abnormalities and
deviations in the social developmen t and communication of the person concerned. It is a closure
in itself that leads to a dislocation from the reality in which it is, resulting in a stimulation of
imaginary life. This condition is more common in boys, usually occurs early, up to the age of 3
years.
While children with autistic spectrum disorders often have problems interacting with their
colleagues or adults, many of these children are attracted to technol ogy. The robot has the
function of keeping the subject engaged and focused du ring therapy.
This paper aims to design and develop a mechatronic system designed to assist people with
autism to integrate a robotic arm for manipulating objects, such as : small tablets with different
forms printed on them (used to analyze the ab ility of attention of the person concerned), a simple
arithmetic calculation board (used to measure logical thinking). Controlling these two systems
will be done through an Android app on a tablet or smartphone, in turn, this android application
will provi de tasks to solve. The user of the system will have indirect access through the
application to each robotic arm joint, so the tasks become heavier. By solving tasks besides
analyzing concentration and logic ability, dexterity and adaptability to complex mo vements are
tested.
The purpose of this system is also to facilitate the development of people with autism,
trying a new type of therapy that is more engaging. The robot being much simpler compared to
real-life objects, his or her compartment can b e easily personalized to adapt to different scenarios
and has the ability to provide an easier and simpler interaction with people with autism. These
factors make the robot the ideal means for use in autism therapy.
This system is a prototype, and it can be further improved, both aesthetically and
functionally. Also, several elements can be added.

Universitatea Tran silvania din Brașov – Facultatea Design de Produs și Mediu 6
DEPARTAMENTUL DE DESIGN DE PRODUS , MECATRONICĂ ȘI MEDIU
PROIECT DE DIPLOMĂ

Coordonator: Student:
Conf. Dr. Ing. ION BARBU Riza Paul -Mădălin
CUPRINS

REZUMAT ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………. 1
SUMMARY ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………………… 5
CUPRINS ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………………………. 6
LISTĂ FIGURI ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………………. 8
LISTĂ SIMBOLURI ȘI PRESCURTĂRI ………………………….. ………………………….. ………… 9
1.INTRODUCERE ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………….. 10
2.Obiective ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………………… 11
3.Studiu comparativ al sistemelor existente la nivel național și internațional ………………… 12
3.1.DREAM ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………… 12
3.1.1.NAO ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………….. 12
3.1.2.PROBO ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………… 13
4.Alegerea soluției finale ………………………….. ………………………….. ………………………….. ….. 15
4.1.Proiectarea sistemului mecanic ………………………….. ………………………….. ……………… 15
4.1.1.Realizarea bra țului robotic ………………………….. ………………………….. ……………… 15
4.1.2.Realizarea sistemului de prindere (gripper cu vacuum) ………………………….. ….. 20
4.1.3.Realizarea suportului și a protecției brațului robotic ………………………….. ………. 22
4.2.Descrierea și motivarea alegerii componentelor ………………………….. …………………… 23
4.2.1.Placa de dezvoltare Arduino UNO V3 ………………………….. …………………………. 23
4.2.2.Modul Bluetooth HC -06 ………………………….. ………………………….. ………………… 25
4.2.3.Servomotor SG90 ………………………….. ………………………….. …………………………. 26
4.2.4.Servomotor Futaba S3003 ………………………….. ………………………….. ……………… 27
4.2.5.Modul senzor ultrasonic ………………………….. ………………………….. …………………. 28
4.2.6.LED ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………… 29
4.3.Software ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………… 30
4.3.1.Codul Arduino ………………………….. ………………………….. ………………………….. …. 30
4.3.2.Aplicația ANDROID de control al sistemului mecatronic ………………………….. . 33

Universitatea Tran silvania din Brașov – Facultatea Design de Produs și Mediu 7
DEPARTAMENTUL DE DESIGN DE PRODUS , MECATRONICĂ ȘI MEDIU
PROIECT DE DIPLOMĂ

Coordonator: Student:
Conf. Dr. Ing. ION BARBU Riza Paul -Mădălin

Universitatea Tran silvania din Brașov – Facultatea Design de Produs și Mediu 8
DEPARTAMENTUL DE DESIGN DE PRODUS , MECATRONICĂ ȘI MEDIU
PROIECT DE DIPLOMĂ

Coordonator: Student:
Conf. Dr. Ing. ION BARBU Riza Paul -Mădălin
LISTĂ FIGURI

Universitatea Tran silvania din Brașov – Facultatea Design de Produs și Mediu 9
DEPARTAMENTUL DE DESIGN DE PRODUS , MECATRONICĂ ȘI MEDIU
PROIECT DE DIPLOMĂ

Coordonator: Student:
Conf. Dr. Ing. ION BARBU Riza Paul -Mădălin
LISTĂ SIMBOLURI ȘI PRESCURTĂRI
CAD – computer – aided design
SOFT – Software
App – Application
MIT – Massachusetts Institute of Technology
DREAM – Development of Robot -Enhanced therapy for childrean with Autism spectrum
disorders
LED –
ASD – Autism spectrum disorder
° C – Celsius
Mm – milime tru
M – metru
Cm – centimetru
Ml – mililitru
V – Volt
SRAM –
EEPROM –
mA – miliamper
MHZ –
SMD –
Kgf –
Hz –
g – gram

Universitatea Tran silvania din Brașov – Facultatea Design de Produs și Mediu 10
DEPARTAMENTUL DE DESIGN DE PRODUS , MECATRONICĂ ȘI MEDIU
PROIECT DE DIPLOMĂ

Coordonator: Student:
Conf. Dr. Ing. ION BARBU Riza Paul -Mădălin
1. INTRODUCERE

Universitatea Tran silvania din Brașov – Facultatea Design de Produs și Mediu 11
DEPARTAMENTUL DE DESIGN DE PRODUS , MECATRONICĂ ȘI MEDIU
PROIECT DE DIPLOMĂ

Coordonator: Student:
Conf. Dr. Ing. ION BARBU Riza Paul -Mădălin
2. Obiective

Cu ajutorul acestui sistem mecatronic se realizează roboterapia persoanelor ce suferă de
autism, un concept nou despre terapia folosind roboți. În cadrul proiectului au fost elaborate și
dezvoltate următoarele obiective :
 Studiul și analiza sistemelor asemănătoare
 Proiectarea sistemului mecanic î ntr-un soft CAD
 Proiectarea sistemu lui electric într -un soft dedicat
 Scrierea programului de funcționare în soft -ul Arduino
 Crearea aplicației de control Android în MIT App Inventor 2
 Montarea și verificarea componentelor electrice și electronice
 Realizarea unui sistem mecanic functional
 Testarea rezultatului final
 Îmbunătățirea design -ului
 Realizarea gripper -ului

Universitatea Tran silvania din Brașov – Facultatea Design de Produs și Mediu 12
DEPARTAMENTUL DE DESIGN DE PRODUS , MECATRONICĂ ȘI MEDIU
PROIECT DE DIPLOMĂ

Coordonator: Student:
Conf. Dr. Ing. ION BARBU Riza Paul -Mădălin
3. Studiu comparativ al s istemelor existente la nivel
național și internaț ional

În ciuda deficitelor în inteligență și comportamentul cu care se confruntă copiii ce suferă
de autism, acestea nu trebuie văzute ca un obstacol în a reușii să se integreze în societate.
Numeroase studii au analizat aplicațiile clinice ale roboților pentru copii ce suferă de autism.
Aceștia sunt mai receptivi la a intera cționa cu un robot decât cu o persoană vie. Robotul are
capacitatea de a efectua mișcări repetitive și de a cre ea un mediu controlat în timpul reabilitării
copiilor ce suferă de autism.
Atât la nivel național cât ș i internațional există numeroase tipuri de roboți pentru terapie . În
acest ca pitol vor fi prezentați câțiva dintre aceștia.
3.1. DREAM
3.1.1. NAO
Principala platformă experimentală DREAM este modelul NAO al robotului umanoid cu o
înălțime de 58 cm, având o greutate de 5 kg, dezvoltat de Aldebaran Robotics . NA O este un
robot care oferă 25 de grade de libertate, el este echipat cu o gamă vastă de senzori : 2 camere, 4
microfoane, telemetru sonar, 2 emițătoare IR și receptoare, 1 placă inerție, 9 senzori tactili și 8
senzori de presiune. NAO are capacitatea de a d etecta și recunoaște obiecte și fete pre -învățate,
recunoaște cuvinte și propoziții și poate localiza sursa sunetelor. El mai dispune de diverse
dispozitive de comunicare, inclusiv lumini LED, doua difuzoare, un sintetizator de voce cu
intonație și pronun ție specifice limbii selectate.
Un studiu experimental a investigat conștientizarea copiilor ce suferă de ASD de a fi
imitați de un robot într -un scenariu de joc (reprezentat în Fig. 3.1). În cadrul acelui experiment,
robotul NAO a imitat toate mișcările c opilului. În urma unui experiment făcut cu patru copii s-a
observat că acești s -au simțit mai în largul lor, astfel efectuând mai multe mișcări în prezența
robotului decât în prezența unui terapeut uman. Mișcările au fost detectat cu ajutorul unui senzor
Kinect.
Platforma NAO a fost utilizată cu succes ca platformă comună pentru interacțiunea copil –
robot, cu scopul specific de a oferi distracție și educație în clinici, spitale chiar și acasă.
Avantajat de dimensiunea și aspectul său, NAO este bine primit d e către copiii mici. Ei reușesc
să se angajeze cu ușurință în interacțiunile sociale afective.

Universitatea Tran silvania din Brașov – Facultatea Design de Produs și Mediu 13
DEPARTAMENTUL DE DESIGN DE PRODUS , MECATRONICĂ ȘI MEDIU
PROIECT DE DIPLOMĂ

Coordonator: Student:
Conf. Dr. Ing. ION BARBU Riza Paul -Mădălin
Fig. 3.1 – Robotul NAO în timp ce imită mișcăriile copilului [1]

3.1.2. PROBO

A doua platformă DREAM se intitulează Probo. Acest robot a fost conceput pentru a se
concentra pe comunicarea verbală și non -verbală. Robotul este conceput pentru a acționa o
interfață socială prin utilizarea unoi indicii sociale și modalități de comunicare asemănătoare
oamenilor. Probo este potrivit pentru această sar cină, deoarece are un cap complet expresiv și
antropomorf. În capul acestuia sunt 20 de motoare, robotul este capabil sa își exprime atenția și
emoțiile prin expresiile și privirea lui. În prezent, se utilizează un sistem de control non -autonom.
Pentru a g aranta o interacțiune fizică sigură între robot și copii, sunt implementate sisteme de
acționare compatibile și o structură stratificată cu spumă și țesătura. Aceste elemente contribuie
la aspectel e de interacțiune sigura. În urma interacțiunilor, copii su nt foarte dispuși să atingă
robotul fizic (după cum se poate vedea in fig. 3.2).
Fig. 3.2 – Robotul Probo [1]

Universitatea Tran silvania din Brașov – Facultatea Design de Produs și Mediu 14
DEPARTAMENTUL DE DESIGN DE PRODUS , MECATRONICĂ ȘI MEDIU
PROIECT DE DIPLOMĂ

Coordonator: Student:
Conf. Dr. Ing. ION BARBU Riza Paul -Mădălin
Probo a fost deja utilizat cu success. Au fost realizate mai multe studii în care s -a testat
abilit atea copiilor de a recunoaște emoțiile robotului, pentru îmbunătățirea abilitățiilor sociale,
pentru ajutorul copii lor de a învăța emoțiile de bază .

Universitatea Tran silvania din Brașov – Facultatea Design de Produs și Mediu 15
DEPARTAMENTUL DE DESIGN DE PRODUS , MECATRONICĂ ȘI MEDIU
PROIECT DE DIPLOMĂ

Coordonator: Student:
Conf. Dr. Ing. ION BARBU Riza Paul -Mădălin
4. Alegerea soluției finale

Sistemul mecatronic realizat pentru copii i ce suferă de autism este un sistem menit să
sprijine meditatorii umani în terapia copiilor, acesta fiind folosit ca agent de atragere în timpul
terapiei. În momentul în care copilul observă sistemul, acesta devine mai atent și este mai
deschis asupra tera piei, grăbind astfel procesul de învățare.
Proiectul urmărește realizarea unui sistem cu menirea de a funcționa pe post de agent de
atrage re în timpul terapiei, fiind folosit în paralel cu o aplicație ANDROID, care este concepută
în același scop.
Chiar da că în momentul actual au fost realizate sisteme ce au același scop, s -a ales această
soluție deoarece sistemul ales implică o complexitate redusă, un nivel mediu de programare, iar
costurile de realizare sunt minime .

Sistemul ales este alcătuit din următoarele părți componente :
– Placă de dezvoltare Arduino UNO V3
– 7 servomotoare SG90
– 1 servomotor Futaba S3003
– 1 senzor ultrasonic
– 2 LED -uri
– 1 modul Bluetooth HC -06
– 1 breadboard
– Switch ON/OFF
– 1 sursa alimentare PC
4.1. Proiectarea sistemului mecanic
4.1.1. Realizare a brațului robotic
La proiectarea sistemului mecanic s -a urmărit ca acesta să fie simplu, să aibă o greutate
redusă și să fie cat mai fiabil.
Brațul robotic este format din 5 elemente principale, acestea fiind realizate dintr -un
plastic buretos uniform car e are o structură celulară inchisă astfel prezentând o rezistență mare la
zgârieturi și lovituri. Datorită propietățiilor sale, acest tip de plastic prezintă modalități de
prelucrare foarte ușoare, utilizând unelte obișnuite. În tabelul de mai jos se pot o bserva
propietățiile materialului folosit.

Universitatea Tran silvania din Brașov – Facultatea Design de Produs și Mediu 16
DEPARTAMENTUL DE DESIGN DE PRODUS , MECATRONICĂ ȘI MEDIU
PROIECT DE DIPLOMĂ

Coordonator: Student:
Conf. Dr. Ing. ION BARBU Riza Paul -Mădălin
Brand HOBBYCOLOR
Culoare Alb
Temperatură deformare termică 76 (°C)
Protecție UV Nu
Coeficient dilatare termică (mm/m) 0,076
Tab. 4.1 .1 – Specificații tehnice [3]

În Fig. 4.1.1 ne sunt prezentate cele 5 elemente constructive ce formează sistemul
mecanic al brațului robotic.
1. Baza brațului
2. Umărul
3. Partea superioară a brațului
4. Antebrațul
5. Suportul pentru ventuză
Fig. 4.1.1 – Elementele brațului robotic

Universitatea Tran silvania din Brașov – Facultatea Design de Produs și Mediu 17
DEPARTAMENTUL DE DESIGN DE PRODUS , MECATRONICĂ ȘI MEDIU
PROIECT DE DIPLOMĂ

Coordonator: Student:
Conf. Dr. Ing. ION BARBU Riza Paul -Mădălin
Elementele brațului robotic ajută la buna funcționare a acestuia, acestea fiind realizate
dintr -un plastic buretos foarte ușor de prelucrat, dar în același timp având o rezistență crescută.
Baza susține intregul braț, acesta fiind prins cu 6 șuruburi M4 pe placajul d e lemn ce are rol de
suport al î ntregului sistem realizat, astfel cre scând stabilitatea brațului si atenuând balansarea
întregului sistem în momentul folosirii acestuia. A ceasta are un locaș pentru poziționarea
servomotorului SG90 (locaș r eprezentat in Fig. 4.1.2) . Cu ajutorul servomotorului SG90 plasat în
bază se realizează rotația de la 0 la 180 de grade a elementului 2 (umărul) , locașul a fost
conceput pentru fixarea stabilă a servomotorului .
Fig. 4.1.2 – Reprezentarea locașului pentru servomotor
Pe planul vertical al bazei este conectat elementul 2, și anume umărul. A cesta servește
drept suport pentru servomotorul elementului 3 (partea superioară a brațului). Forma acestuia
oferă o stabilitate foarte bună si posibilitatea de a rotii complet servomotorul, și anume o rotație
de la 0 la 180 de grade. În Fig. 4.1.3 , sunt prezentate cele doua elemente (baza și umărul)
formând un asamblu, tot odată putem observa si servomotoarele atașate.
Fig. 4.1.3 – Reprezentarea asamblului bazei cu umărul

Universitatea Tran silvania din Brașov – Facultatea Design de Produs și Mediu 18
DEPARTAMENTUL DE DESIGN DE PRODUS , MECATRONICĂ ȘI MEDIU
PROIECT DE DIPLOMĂ

Coordonator: Student:
Conf. Dr. Ing. ION BARBU Riza Paul -Mădălin
În continuarea asamblului, avem elementul 3 reprezentat in Fig. 4.1.1 sub denumirea de
„parte superioară a brațului ”, acesta măsoară 11 cm iar cu ajutorul său se realizează continuarea
conectivit ății brațului robotic, acesta reprezinta elementul de conectare dintre umăr și antebraț.
Pe acesta regăsim 2 accesorii pentru servomotoare și șurubul cu ajutorul căruia se realizează
fixarea între servomotor și accesoriu, pe acestea le putem observa în Fig. 4.1.4.
Fig. 4.1.4 – Accesorii servomotor SG90
În construcți a elementului 3, s -a luat în considerare faptul că acesta trebuie sa fie rigid dar
în același timp foarte ușor, pentru a nu solocita servomotorul. Datorită propietățiilor materialului
folosit, s -a putut recurge la dublarea formei acestuia, astfel se creeaz ă o structură solidă și
stabilă. P așii de construcție a elementului îi putem regăsi în figurile de mai jos.
Fig. 4.1.5 – Construcția elementului 3 Fig. 4.1.6 – Elementul 3 asambat
Îmbinarea celor doua părți care se observ ă în Fig. 4.1.5 s -a realizat folosind un adeziv
puternic. Între cele două elemente a fost introdus un despărțitor de 0,8 mm. La final s -a aplicat
autocolant verde pe toată suprafața elementului pentru a îmbunătăți calitatea estetică.

Universitatea Tran silvania din Brașov – Facultatea Design de Produs și Mediu 19
DEPARTAMENTUL DE DESIGN DE PRODUS , MECATRONICĂ ȘI MEDIU
PROIECT DE DIPLOMĂ

Coordonator: Student:
Conf. Dr. Ing. ION BARBU Riza Paul -Mădălin
În construcția antebr ațului s -a luat în considerare același lucru ca și mai sus, doar ca de
data asta în locul spațiului de 0,8 mm s -a ales un spațiu de 12 mm, pentru a putea fi introdus cu
ușurință servomotorul. În Fig. 4.1.7 este prezentat antebrațul în stadiul final, având cele 2
servomotoare conectate. C u ajutorul servomotorului 1 se realizează conectarea între antebraț si
partea superioară a brațului (elementul 3) , iar cu servomotorul 2 se controlează rotirea gripper –
ului de la 0 la 180 de grade.
Fig. 4.1.7 – Antebrațul împreuna cu cele 2 servomotoare
Ultimul element de construcție a brațului robotic, constă în suportul ventuzei, acesta
având formă triunghilară pe care avem un accesoriu de prindere pentru servomotor (Fig. 4.1.4) și
un orificu pe unde se introduce furtunul de aer. Acest element îl putem observa în Fig. 4.1.8.
Fig. 4.1.8 – Suportul pentru ventuză
La finalul realizării elementelor, s-a aplicat autocolant verde, albastru și rosu pe elemente
având scopul de “agent de atragere ” în timpul tera piei copiilor. S -a considerat că o culoare neutră
(albul din fabrică) nu va fi la fel de atrăgătore precum o combinație de culori deschise, dar în
același timp relaxante și calde.

Universitatea Tran silvania din Brașov – Facultatea Design de Produs și Mediu 20
DEPARTAMENTUL DE DESIGN DE PRODUS , MECATRONICĂ ȘI MEDIU
PROIECT DE DIPLOMĂ

Coordonator: Student:
Conf. Dr. Ing. ION BARBU Riza Paul -Mădălin
4.1.2. Realizarea sistemului de prindere (gripper cu vacuum )

Un gripper este un dispozitiv care permite manipularea unui obiect. Cea mai ușoară
modalitate de a descrie un gipper, este aceea de a îl compara cu mâna umană, un gripper permite
menținerea, strângere a, manevrarea și eliberarea unui obiect. Un gripper este doar o mică
componentă a unui sistem mecatronic, el poate fi atașat unui braț robotic, după cum este cazul și
în cadrul acestui proiect, sau poate face parte dintr -un sistem mult mai complex. Există multe
tipuri și mărimi ale acestora, astfel încât modelul corect poate fi selectat pentru o anumită
aplicație. [4]
În cadrul acestui proiect, s -a ales folosirea unui gripper prin absorție , din cauza bugetului
limitat nu s -a putut achiziționa un gripper cu v acuum de pe piață (acesta depășind bugetul
proiectului). Așa ca s -a recurs la realizarea sa.
Acest gripper utilizează o seringă ca sur să de vacuum , iar ca element de prindere avem o
ventuză. Mișcarea seringii pentru a creea vacuum este realizată cu un ser vomotor Futaba S3003.
În Fig. 4.1.9 sunt prezentate detaliat componentele.
Fig. 4.1.9 – Elementele component e a sistemului de gripper cu vacuum

1. Seringă 20ml
2. Extensie braț servomotor
3. Furtun conectare seringă – ventuză
4. Servomotor Futaba S3003
5. Suport seringă
6. Suport a întregului sistem de vacuum
7. Șurub ce permite mișcarea suportului pentru seringă

Universitatea Tran silvania din Brașov – Facultatea Design de Produs și Mediu 21
DEPARTAMENTUL DE DESIGN DE PRODUS , MECATRONICĂ ȘI MEDIU
PROIECT DE DIPLOMĂ

Coordonator: Student:
Conf. Dr. Ing. ION BARBU Riza Paul -Mădălin
Gripper -ul se apropie de obiect în momentul în care servomoto rul este acționat. A cesta își
schimbă poziția de la 0 la 90 de grade, astfel brațul său iși schimbă direcția și trage după el
elementul 2 (extensia brațului servomotor) care este prins de capătul seringii. La rândul ei
seringa creează un vid, iar obiectul rămâne ata șat de ventuză. În acest moment putem muta
obiectul cu ajuto rul brațului robotic unde dorim, iar pentru eliberarea obiectului este necesară
eliminarea presiunii din seringă. A cest lucru il efectuăm prin poziționarea servomotorului la 0
grade, fapt care duce la poziția inițială a seringii.
Acest tip de gripper va putea prelua orice obie ct ușor care are o supr afață netedă/mată (fără
denivelă ri) de până la 150 de grame (greutatea medie a unui telefon mobil) și il poate susține
până la maxim 5 minut e, un timp suficient pentru task -urile ce trebuie îndeplinite cu ajutorul
acestui gripper.
Fig. 4.1.10 – Prezentarea funcționării sistemului gripper

În Fig. 4.1.10 ne sunt prezentate cele două stări ale gripper -ului:
A. Poziție inițială, în care seringa nu creează vid
B. Poziția de prindere, în care seringa a creeat vid astfel obiectul poate fi ridicat
Putem observa din schemă că, în momentul în care brațul servomotorul ui se rotește cu 90
de grade în sensul opus a acelor de ceasornic, trage după el extensia brațului, acționând astfel
seringa. Pentru prinderea seringii pe element ul de suport s-au folosit 2 panduiți, aceștia
folosindu -se și la extensia brațului de servomotor si capătul seringii, doar că legătura a fost
întărită folosind un pistol de lipit cu silicon.
Nu s -a lucrat foarte mult la estetizarea acestui sistem , deoarece nu va fi pus la vedere.
Acesta va f i amplasat într -o cutie, sub brațul robotic, c onsiderându -se că funcționalitatea este mai
importantă decât aspectul.

Universitatea Tran silvania din Brașov – Facultatea Design de Produs și Mediu 22
DEPARTAMENTUL DE DESIGN DE PRODUS , MECATRONICĂ ȘI MEDIU
PROIECT DE DIPLOMĂ

Coordonator: Student:
Conf. Dr. Ing. ION BARBU Riza Paul -Mădălin
4.1.3. Realizarea suportului și a protecției brațului robotic
Elementele prezentate mai sus, sunt montate într -o cutie realizată din lemn. Cutia a fost
concepută cu scopul de a proteja sistemul mecatronic de mediul exterior și de a nu pune în
pericol utilizatorul acestuia, având elemente în mișcare care sunt alimen tate de către o sursă de
curent. I nteracțiunea cu acestea poate fi periculoasă. Cutia a fost realizată folosind 4 cor niere
exterioare pentru lambriu.
Fig. 4.1.11 – Profil L lemn folosit în construcția cadrului [5]
În crearea cutiei s -a luat în calcul faptul ca aceasta trebuie să servească drept protecție
pentru sursa de alimentare a întregului sistem si pentru protecția gripper -ului prezentat mai sus.
Închiderea cutiei s -a realizat folosind un placaj de lemn cu grosimea de 3mm. Pe late ralul
unui panou s -a realizat un orificiu pentru aerisirea sursei de alimentare, ceea ce permite aerului
să circule în interiorul cutiei. Deasupra cutiei realizate au fost amplasate 4 profile tip L, pre cum
în Fig 4.1.11 pentru a serv i sprijin panourilor de plexiglas . S-a ales închiderea brațului robotic
pentru a nu pune în peri col utilizatorul acestuia, cât ș i pentru protejarea brațului și a
componentelor electrice. În Fig. 4.1.12 se observa cutia inferioară (zona unde vor fi depozitate
sursa de alimentar e și sistemul pentru gripper) iar deasupra este brațul robotic. În momentul
realizării fotografiei, sistemul pentru gripper nu se afla în poziția finală, și anume în partea
inferioară a cutiei.
El va fi amplasat in poziție verticală, datorită faptului ca tubul de aer are o lungime
limitată, 30 cm, iar acest lucru împiedica amplasarea sa în poziție normală. Se poate observa
lungimea limitată a furtunului, acesta va fi pus pe toata lungimea brațului robotic.
Avantajul folosirii a 4 panouri de plexiglas pent ru închiderea brațului este acela că
utilizatorul poate să vadă clar prin ele dar nu poate să atingă componentele.

Universitatea Tran silvania din Brașov – Facultatea Design de Produs și Mediu 23
DEPARTAMENTUL DE DESIGN DE PRODUS , MECATRONICĂ ȘI MEDIU
PROIECT DE DIPLOMĂ

Coordonator: Student:
Conf. Dr. Ing. ION BARBU Riza Paul -Mădălin

Fig. 4.1.12 – Brațul robotic amplasat pe cutia de protecție

4.2. Descriere a și motivarea alegerii componentelor
4.2.1. Placa de dezvoltare Arduino UNO V3
Placa Arduino UNO reprezintă o platformă open -source, care se bazează pe software și
hardware flexibil, fiind usor de utilizat.
Ea constă într -o platformă de mici dimensiuni (6.8cm / 5.3cm – varianta mai des întâlnită),
construi tă în jurul unui procesor de semnal, ea este capabilă de a prelua date din mediul
înconjurător prin intermediul unei serii de senzori și de a efectua acțiuni asupra mediului prin
intermediul luminilor, servomotoarelor, motoarelor, precum și prin alte tipur i de dispozitive
mecanice.

Universitatea Tran silvania din Brașov – Facultatea Design de Produs și Mediu 24
DEPARTAMENTUL DE DESIGN DE PRODUS , MECATRONICĂ ȘI MEDIU
PROIECT DE DIPLOMĂ

Coordonator: Student:
Conf. Dr. Ing. ION BARBU Riza Paul -Mădălin
Procesorul prezintă posibilitatea rulării unui cod scris într -un limbaj de programare, foarte
asemănător cu limbajul C++. [2 ]

Fig. 4. 2.1 = Placă dezvoltare Arduino UNO [2]

Specificațiile plăcii utilizate în cadrul acestui proiect de diplomă sunt puse în evidență prin
intermediul tabelului de mai jos.
Microcontroller AT mega 328
Tensiune de lucru 5V
Tensiune de intrare (recomandată) 7-12V
Tensiune de intrare (limită) 6-20V
Pini digitali 14
Pini analogici 6
Intensitate de ieșire 40 mA
Intensitate de ieșire pe 3.3 V 50 mA
Flash Memory bootloader 32KB (AT mega 328)
SRAM 2KB (AT mega 328)
EEPROM 1KB (AT mega 328)
Clock Speed 16Mhz
Tab. 4.2 .1 – Specificații placă de dezvoltate Arduino Uno [6]

Universitatea Tran silvania din Brașov – Facultatea Design de Produs și Mediu 25
DEPARTAMENTUL DE DESIGN DE PRODUS , MECATRONICĂ ȘI MEDIU
PROIECT DE DIPLOMĂ

Coordonator: Student:
Conf. Dr. Ing. ION BARBU Riza Paul -Mădălin
S-a folosit acest tip de placă de dezvoltare deoarece oferă un mediu de programare
asemănător cu C++, un mediu foar te ușor de programat . Datorită numărului de pini digitali (a se
vedea Tab. 4.2 pentru specificații) putem conecta până la 14 servomotoare pe această placă. Unul
dintre avantajele folosirii plăcuței Arduino UNO este acela că microcontroller -ul AT mega 328
nu este doar în varianta SMD, astfel schimbarea sa se poate face cu ușurintă în cazul de teriorării
acestuia. Arduino UNO este recomandat începătorilor iar librăriile acestuia oferă un sprijin foarte
important în timpul programării.
Un alt avantaj major îl constituie faptul că în decursul celor 4 ani de studiu în cadrul
facultății, s -a folos it această placă de dezvoltare astfel lucrul cu această platformă nu a fost ceva
nou. Fiind cel mai răspândit tip de placă de dezolvatare din cadrul Arduino, s -a pus foarte mult
accent pe rezolvarea bug -urilor, iar riscul de erori din timpul compilării est e minim. Conectarea
modulelor și a restul componentelor electrice se face foarte ușor cu ajutorul conectorilor mama –
tată. .
4.2.2. Modul Bluetooth HC -06
Pentru conectarea plăcii de control cu aplicația Android s -a folosit un modul bluetooth HC –
06 (Fig. 4.2.2). Cu ajutorul acestui modul realizăm o conexiune bluetooth între cele două
dispozitive.
S-a ales folosirea acestui tip de control pentru a evita folosirea tradițională de
potențiometre, se va ușura partea electrică, și pentru a scăpa de multitudinea de fir e ce vin odată
cu folosirea clasică a potențiometrelor. Un alt avantaj este faptul că prin intermediul modului
bluetooth, exista o rază de acțiune până la 10m, distanță suficientă în cadrul proiectului realizat
(fiind folosit de către copii între 3 -9 ani, aceștia se vor afla la maxim 2m). Pentru conectarea
modulului bluetooth este nevoie doar de 4 pini de pe plăcuța Arduino (RX, TX, VCC, GND).
Pentru VCC s -a ales conectarea la 3.3V .
Fig. 4.2.2 – Modul bluetooth HC -06 (față și spat e) [7]

Universitatea Tran silvania din Brașov – Facultatea Design de Produs și Mediu 26
DEPARTAMENTUL DE DESIGN DE PRODUS , MECATRONICĂ ȘI MEDIU
PROIECT DE DIPLOMĂ

Coordonator: Student:
Conf. Dr. Ing. ION BARBU Riza Paul -Mădălin
După cum se poate observa în Fig. 4.2.2, avem 4 pini de conectare tip tată la 90 de grade ,
aceștia sunt detaliați de la stânga la dreapta în tabelul de mai jos, Tab. 4.2.2.
VCC +5V (recomandat 3.3V)
GND Arduino Ground
TXD Arduino Transmit Serial
RXD Arduino Transmit Serial (3.3 nivel HIGH)
Tab. 4.2.2 – Specificații pini modul Bluetooth HC -06 [7]
Pentru conectare, au fost urmat e indicațiile:
– VCC -VCC
– GND -GND
– RX-TX (pinul RX al modulului la pinul TX de pe placa Arduino)
– TX-RX (pinul TX al modulului la pinul RX de pe placa Arduino)

4.2.3. Servomotor SG90
Acest mini servomotor este proiect special pentru aplicații de mică putere, cum ar fi roboți
sau jucării telecomandate. De exemplu, se poate folosi la o mașinuță pent ru a mișca roțile din
față pentru a vira, sau la realizarea unor mici roboți umanoizi sau a micro brațelor robotice. [8]
Fig. 4.2.3 – Servomotor SG90 împreună cu accesoriile de conectare [8]
Datorit ă dimensiunilor foarte mici (21.5 x 11.8 x 22.7m m) [8], folosirea acestui
servomotor în cadrul proiectului realizat a adus beneficii atât pe plan estetic, cât si pe planul
funcțional.

Universitatea Tran silvania din Brașov – Facultatea Design de Produs și Mediu 27
DEPARTAMENTUL DE DESIGN DE PRODUS , MECATRONICĂ ȘI MEDIU
PROIECT DE DIPLOMĂ

Coordonator: Student:
Conf. Dr. Ing. ION BARBU Riza Paul -Mădălin
Elementele realizate pentru brațul robotic (vezi subcapitolul 4.1.1) fiind foarte ușoare,
acestea nu au necesitat un servomotor mare. Costul redus al servomotorului a constituit și el un
criteriu de alegere, raportul preț -calitate fiind unul foarte bun.
Specificațiile evidențiate în tabelul de mai jos, au dus la alegerea acestui tip de
servomotor, punctele forte ale ace stuia fiind, dimensiunea redusă, tensiunea de alimentare și
costul foarte redus de curent.
Greutate 9g
Dimensiune 21.5 x 11.8 x 22.7mm
Cuplu în blocare la 4.8V 1.8 kgf*cm
Viteză de funcționare
0.1sec / 60grade (4.8v)
Tensiune de lucru 4.8-6V
Frecvență PWM 50Hz
Temperatură de funcționare
-30° C – +60° C.

Tab. 4.2.3 –Specificții servomotor SG90 [9]
Aceste servomotoare s -au folosit la bra țul robotic și la panoul artmetic, pentru sistemul de
vacuum gripper folosindu -se un tip de servomotor mult mai puternic, prezentat mai jos.
4.2.4. Servomotor Futaba S3003
Acest model de servomotor este puțin mai puternic decât cel prezentat mai sus , și anume
modelul SG90, vezi Fig.4.2.3. El este folosit la sistemul de gripper, pentru a acționa seringa care
crează vacuumul necesar ventuzei. Având mai mult cuplu de lucru, acest lucru înseamnă și un
consum mai mare de curent, lucru care putea fi evitat dacă se achi ziționa un gripper cu vacuum
de pe piață. În tabelul de mai jos ne sunt prezentate specificațiile tehnice a acestui tip de
servomotor.
Greutate 37g
Dimensiune 41 x 20 x 36mm
Cuplu 3.2 kgf*cm
Viteză de funcționare 0.19sec/60 grade, fară sarcină
Temperatură de funcționare 20 to +60 ° C
Tab. 4.2.4 – Specificații tehnice servomotor Futaba S3003 [10]

Universitatea Tran silvania din Brașov – Facultatea Design de Produs și Mediu 28
DEPARTAMENTUL DE DESIGN DE PRODUS , MECATRONICĂ ȘI MEDIU
PROIECT DE DIPLOMĂ

Coordonator: Student:
Conf. Dr. Ing. ION BARBU Riza Paul -Mădălin
S-a ales folosirea unui alt model de servomotor pentru sistemul de gripper cu vacuum
deoarece crearea vidului cu ajutorul seringii necesită un cuplu foarte mare. Servomotorul SG90
neputând face fată acestei sarcine. Chiar daca servomotorul SG90 a reușit sa acționeze seringa,
creând vid, acesta nu a reușit să o mențină pe poziție blocată. Fapt care ducea la eliberarea
vidului iar automat ventuza nu mai ținea obiectul prins.
Servomotorul Futaba S3003 are un consum mult mai ridicat decât cel inițial și anume
modelul SG90. Dar el poate fi folosit cu ușurință în cadrul proiectului realizat. Sursa de
alimentare aleasă este capabilă să ofere necesarul de consum al tuturor componentelor.
4.2.5. Modul senzor ultrasonic
În componența sistemului creat regăsim și un modul se nzor ultrasonic, care este folosit
pentru a asigura păstrarea unei distanțe sigure între brațul robotic și utilizator.
S-a ales folosirea acestui tip de senzor, deoarece prețul său este foarte accesibil iar
programarea acestuia se face foarte ușor. Totod ată, cu ajutorul acestui senzor, putem controla
diferite componente, cum ar fi: LED -uri, mini difuzoare sau buzzere. În cadrul proiectul s -a ales
atenționarea prin LED, acesta fiind mai accesibil ca preț decât restul componentelor enumerate.
Fig. 4.2.4 – Modul senzor ultrasonic HC -SR04 [11]
În figura de mai sus este prezentat senzorul ultrasonic, având cei 4 pini cu ajutorul căruia
se realizează alimentarea acestuia și transmiterea datelor.
Semnificația pinilor este următoarea de la stânga la dreapta:
– VCC – alimentare la 5 V
– GND – Arduino ground
– Trigger – semnal intrare
– Echo – semnal ieșire [12]
Ca măsuratoarea să fie cât mai corectă posibil, acest senzor trebuie folosit intr -o incăpere
de minim 1m pătrat, iar suprața de anali zat trebuie să fie cât mai dreaptă, în caz contrat datele
primite de senzor nu vor fi exacte. [12]

Universitatea Tran silvania din Brașov – Facultatea Design de Produs și Mediu 29
DEPARTAMENTUL DE DESIGN DE PRODUS , MECATRONICĂ ȘI MEDIU
PROIECT DE DIPLOMĂ

Coordonator: Student:
Conf. Dr. Ing. ION BARBU Riza Paul -Mădălin
Chiar dacă acest tip de senzor nu este cel mai indicat pentru proiectul realizat, acesta a fost
ales deoarece costului redus ce îl implică acesta. Fiind un pr oiect prototip, pe viitor se poate
îmbunătății cu versiuni mult mai noi, dedicate detectării unei persoane și nu a unui obiect.
4.2.6. LED
Pentru atenționarea utilizatorilor în cazul în care aceștia se apropie prea mult de sistemul
mecatronic, s -a ales folosirea unui LED albast ru de tip brick . LED -ul ales emite o culoare
albastră.
Fig. 4.2.5 – Led tip brick albastru [13]
LED -ul brick este o component care emite o lumină albastră atunci când portul Arduino la
care e ste conectată trece în HIGH (1). [13]
S-a ales un tip de antenționare prin LED deoarece avem posibilitatea de a aleger dintre o
varietate de culori, galben, roșu, verde, sau chiar un model RGB cu care putem creea orice
culoare. În cazul de față s -a ales cul oarea albastră deoarece este o culoare caldă. Nu s -a optat la
folosirea unui buzzer sau a unui mini difuzor, din motive de siguranță. Fiind un sistem folosit de
către copii, acesta are menirea de ai atrage, nu de ai îndepărta, chiar dacă este vorba despre o
atenționare. Culoarea albastră este ușor vizibilă pe sistem creat în cadrul proiectului, acesta se
face ușor observat.
Culoarea albastru face să crească capacitatea de apărare imunitară și facilitează foarte mult
regenerarea celulară . Culoarea albastru este în general indicată în stări infecțioase și în afecțiuni
virale, în stă ri febrile, insolație, stă ri de voma, spasme nervoase, crize a cute de reumatism,
bufeuri de căldura (senzații de încălzire brusca de jos în sus, insoțite de transpirații care apar în
unele dis pepsii digestive sau dupa mese încarcate. [14]
Culoarea albastru ne permite sa ne deschidem cu entuziasm față de tot ceea ce este elevat și
minunat în jurul nostru. Totodată ea ne ajută să trăim într -o deplină armonie î n anturajul
nostru .[14]

Universitatea Tran silvania din Brașov – Facultatea Design de Produs și Mediu 30
DEPARTAMENTUL DE DESIGN DE PRODUS , MECATRONICĂ ȘI MEDIU
PROIECT DE DIPLOMĂ

Coordonator: Student:
Conf. Dr. Ing. ION BARBU Riza Paul -Mădălin

4.3. Software
4.3.1. Codul Arduino
Programele scrise în acest soft -ul Arduino, poartă denumirea de sketches (schițe), aceste
schițe sunt scrise în editorul de text și sunt salvate cu extensia .ino. [14]
După p roiectarea sistemului mecanic , realizarea acestuia și alegerea componentelor ce
vor ajuta la funcționarea acestuia , este momentul să le punem în mișcare. Pentru asta s-a scris
programul de funcționare a acestora. Scrierea programului s -a realizat în soft -ul Arduino (IDE).
S-a ales acest soft, deoarece est e compatibil Arduino. Programul de funcționare a sistemului
mecatronic realizat este foarte asemănător cu C++. Un alt motiv pentru care s -a optat pentru
programarea în Arduino, este numărul mare de exemple, pe care le putem găsii în File-
Examples. Datorită internetului, această platformă open -source de programare este accesibilă
unei comunități foarte mari, iar acest lucru ajută la crearea unui cod de funcționare foarte bun
datorită persoanelor care iși împărtășesc munca online.
Având posibilitatea de a accesa numeroase bloguri în care regăsim tutoriale și explicații
ale unor programe complexe, putem câștiga timp în momentul în care scriem un cod, evitând să
facem greșelile pe care alții le-au făcut. Totodată, dacă ne aflăm într -un blocaj de a solu ția o
problemă apărută, se poate foarte ușor căuta problema pe forumurile ce aparțin comunitățiilor.
Legătura strânsă între membrii comunității și ajutorul pe care aceștia îl pot oferii au contribuit la
alegerea acestui mediu de programare în cadrul realiz ării acestui proiect.
În scrierea unui program în mediul de programare Arduino se iau în calcul acoperirea
celor trei pași importanți, declarare, setup, loop.
În secțiunea de declarare, definim, inițializăm variabilele și încărcăm bibliotecile externa,
în cazul în care programul necesită folosirea lor. În partea de setup, se pune codul de inițializare
iar loop -ul conține partea principală a programului, care funcționează încontinuu.
Sistemul creat în cadrul proiectului, include șapte servomotoare, un led și un senzor
ultrasonic .
Pentru a începe scrierea programului, a fost necesară includerea unei librării pentru
servomotoare, acest lucru s -a efectuat din meniul programului „Sketch” – „Include Library” –
„Servo”. Având un număr foarte mare de servomotoare, această librărie ajută la buna funcționare
a acestora. Aceasta introduce o mică întârziere în timpul funcționării acestora, reducând riscul de
a încurcare a comenzilor. În figura de mai jos putem observa locația de unde este introdusă
librăria necesară pro gramului.

Universitatea Tran silvania din Brașov – Facultatea Design de Produs și Mediu 31
DEPARTAMENTUL DE DESIGN DE PRODUS , MECATRONICĂ ȘI MEDIU
PROIECT DE DIPLOMĂ

Coordonator: Student:
Conf. Dr. Ing. ION BARBU Riza Paul -Mădălin

Fig. 4.3.1 – Includerea librărieri pentru servomotor
Această librărie este generată automat , iar în momentul in care o selectăm ne va apărea în
editor, următoarea linie de cod #include <Servo.h> .
. În Fig. 4.3.1 put em observa definirea elemente precum și a variabilelor folosite de către
senzorul ulrasonic . Pentru definirea servomotoarelor s -a folosit denumirea „Servo” și fiecare
servomotor inclus în program a fost denumit „myservo1”, următorul schimbându -și doar cifra,
de exemplu: myservo1, myservo2, …., myservo7; în cazul în care se vor adăuga servomotoare în
viitoarele îmbunătățiri, se va continua numărătoarea, până la ocuparea numărului de pini digitali ,
obligatoriu la fiecare final de linie de cod s -a adăuga t “ ; ”.
Fig. 4.3.2 – Definirea servomotoarelor, led -ului brick și a senzorului ultrasonic

Universitatea Tran silvania din Brașov – Facultatea Design de Produs și Mediu 32
DEPARTAMENTUL DE DESIGN DE PRODUS , MECATRONICĂ ȘI MEDIU
PROIECT DE DIPLOMĂ

Coordonator: Student:
Conf. Dr. Ing. ION BARBU Riza Paul -Mădălin
Pentru senzorul ultrasonic, s -a ales conectarea pe pinii 9 și 10, iar LED -ul brick este
poziționat pe pinul 13. Acesta trece din LOW în HIGH atunci când distan ța recepționa tă de
senzor este mai mică de 15 cm.
Mai departe s -au declarat variabilele pentru senzorul ultrasonic, “duration” pentru timpul
de parcurgere pe care îl primim de la senzor și o variabilă denumita „distance ”.
Pentru senzorul ultrasonic am def init cei doi pini ai săi, și anume trigPin și echoPin ca
ieșire respectiv intrare și pentru a testa funcționarea acestui senzor, am testat rezultatul pe
monitorul serial. În figura de mai jos se observă restul codului de funcționare pentru senzor.
Fig. 4.3.3 – Programul senzorului ultrasonic
În cazul în care o biectul este la mai puțin de 15 cm față de senzor acesta va trimite
semnalul HIGH la pinul 13, iar LED -ul albastru se va aprinde în momentul în care senzorul
recepționează o valoare mai mare de 15 cm, pinul 13 primeste LOW iar LED -ul albastru se va
stinge. Se poate observa și partea codului pentru scrierea pe monitorul serial, odată la 0.032
secunde acesta va scrie pe monitor informațiile primite.
Pentru servomotor avem următoarea secțiu ne, în Fig. 4.3.4 ne este prezentat codul pentru
un singur servomotor, pentru restul fiind la fel, schimbăndu -se doar variabilele din 1000 în 1000.

Universitatea Tran silvania din Brașov – Facultatea Design de Produs și Mediu 33
DEPARTAMENTUL DE DESIGN DE PRODUS , MECATRONICĂ ȘI MEDIU
PROIECT DE DIPLOMĂ

Coordonator: Student:
Conf. Dr. Ing. ION BARBU Riza Paul -Mădălin
Fig. 4.3.4 – Codul pentru servomotorul 1 (servomotorul bazei)

Pe monitorul serial apare s ervo 1 ON, în cazul în care acesta este acționat, lucru ce se
poate observa greu, deoarece datele primite de la senzorul ultrasonic apar odata la 0.032 secunde.
Deoarece acest cod trebuie să funcționeze împreuna cu o aplicație Android s -a introdus
următoarea instrucțiune pentru a realiza conectarea modulului bluetooth HC -06 cu aplicația
creată pe Android.
Fig. 4.3.5 – Transmiterea datelor între modulul bluetooth și aplicație
Folosim MIT App Inventor 2 să transmitem 2 byte la arduino cu ajutorul modulului
bluetooth HC -06, iar numărul interval este de la 1000 la 1080, acesta crescând cu fiecare
servomotor cu câte 1000, de exemplu: 2000, 2180, 3000,3180, etc.
Din cauza faptului că serialul funcționează doar la 1 byte, este necesar să înmulțim byte –
ul cu 256, iar așa byte -ul mic îl transformăm în byte înalt, și anume 2 byte. F aptul ca
transformăm din binar î n zecimal, nu schimbă calculul acestuia, doar ne permite să reprezentăm
diferit acel ași număr.
4.3.2. Aplicația ANDROID d e control al sistemului mecatronic

Aplicația de control pentru sistemul mecatronic dezvoltat în cadrul acestui proiect, a fost
realizată pe platforma open -source a celor de la MIT Inventor App 2.
MIT Inventor app 2, este o aplicație web furnizată inițial de către cei de la Google,
menținută acum de cei de la MIT. Aceasta platformă permite utilizatorilor care sunt noi în
domeniul programării OS. Ea utilizează o interfață grafică asemănătoare cu cea de la StarLogo

Universitatea Tran silvania din Brașov – Facultatea Design de Produs și Mediu 34
DEPARTAMENTUL DE DESIGN DE PRODUS , MECATRONICĂ ȘI MEDIU
PROIECT DE DIPLOMĂ

Coordonator: Student:
Conf. Dr. Ing. ION BARBU Riza Paul -Mădălin
TNG, care permite utilizatorilor să foloseas că Drag&Drop pe blocurile de program. Astfel se pot
creea aplicații pentru Android . [15]
S-a ales folosirea unei aplicații Android deoarece smartphone -ul este un dispozitiv foarte
răspândit în ziua de azi. În cadrul dezvoltării unui sistem de comandă și co ntrol atrăgător, s -a
optat pentru folosirea unui dispozitiv cun oscut de către copii, chiar dacă este vorba doar despre
recunoașterea fizică a acestuia. Fiind un obiect des observat de către ei, fie la părinți, fie la cei
din jurul lor (străini pe stradă, r eclame TV, afișe etc) aceștia sunt obișnuiți cu el și vor fi mai
deschiși cu privire la acesta. Pe plan economic, este mult mai rentabilă folosirea unui dispozitiv
ce poate fi refolosit sau achiziționat ieftin, decât crearea unei telecomenzi pentru fiecare sistem
mecatronic. În cazul deteriorării sau a pierderii acestuia, aplicația de control se poate instala de
pe Google Market (în cazul în care a fost făcută public) sau instalarea sa de pe site -ul MIT
folosind codul QR.
În ziua de azi telefoanele sunt co ncepute să fie rezistente la șocuri, zgărieturi, lovituri, apă,
unele fiind chiar foarte greu de distrus până și cu unelte folosite în construcție. Astfel șanșele ca
un copil de 3 -9 ani să deterioreze un smartphone, sunt reduse. Se poate îmbunătății rezist ența
telefonului folosind o husă protectoare, lucru recomandat în cazul folosirii acestuia de către un
copil. Nefiind conceput pentru copii, telefonul este destinat unei mâini de mărime medie, astfel
copilul trebuie să stea în șezut în timpul folosirii ace stuia. Este recomandat ca telefonul să fie
fixat pe un suport special conceput sau un suport clasic auto .
În cadrul proiectului nu este recomandat folosirea telefonului fără un suport pentru acesta,
având un suport acesta va fi mult mai stabil, copilul va putea controla mai exact brațul robotic,
iar riscul de deterioarare va scădea drastic. S-a ajuns la această concluzie în timpul realizării și
testării aplicației pentru sistemul mecatronic.
Pentru a începe crearea aplicație, mai întâi este necesară auten tificarea pe site -ul celor de la
MIT Inventor. Acest lucru se poate face f oarte ușor având un cont gmail. După autentificare, din
meniu selectăm „Project” – „Create new project”după cum se poate observa în Fig. 4.3.6.
Fig. 4.3.6 – Creeare a unui nou proiect în MIT Inventor App 2
Pentru a deosebii proiectele între ele, este necesar să denumim proiectul creat, se poate
alege orice nume, atâta timp cât nu exista spațiu între cuvinte. În cadrul acestui proiect, aplicația
de contro s -a denumit „AplicatieLicenta ”

Universitatea Tran silvania din Brașov – Facultatea Design de Produs și Mediu 35
DEPARTAMENTUL DE DESIGN DE PRODUS , MECATRONICĂ ȘI MEDIU
PROIECT DE DIPLOMĂ

Coordonator: Student:
Conf. Dr. Ing. ION BARBU Riza Paul -Mădălin
Fig. 4.3.7 – Denumirea proiectului creat
Pentru a se ușura crearea aplicație i, s-a descărcat pe telefonul mobil, din Google Market,
aplicația MIT AI2 Companion. Cu ajutorul acesteia put em conecta telefonul mobil pe platforma
de creare a aplicației, astfel putând să se lucreze în timp real pe smartphone.
Fig. 4.3.8 – Aplicație de conectare MIT și telefonul personal
Realizarea conectării telefonului cu ajutorul aplicației MIT AI2 Companion, s -a realizat
scanând codul QR generat de site, prin selectarea „Connect” – „AI Companion”
În continuare s -a denumit ecranul (screen1) cu numele autorului – licenta – universitatea
de apartenta, facultatea și grupa . Astfel „screen1” a devenit „Riza Paul -Madalin Licenta
UNITBV DPM MT 9LF732” (nu au fost folosite diacriticele deoarece platforma nu suportă
limba română). Acest lucru s -a realizat s electând Screen1 iar din meniul „Proper ties” s-a
schimbat conținutul căsuței „Title ” cu titlul dorit .
Pasul următor a fost adăugarea elementelor ce vor contribuii la conectarea bluetooth -ului
și afișarea acestui eveniment. Pentru aceasta, s -au selectat din partea stângă a ecranului trei
elemen te „BluetoothClient1” „Clock1” „ActivityStarter1”. Acestea sunt elemente non -vizibile,
și vor apărea în partea de jos al ecranului virtual, după cum observăm în Fig. 4.3.9.
Fig. 4.3.9 – Elementele de conectare a Bluetooth -ului

Universitatea Tran silvania din Brașov – Facultatea Design de Produs și Mediu 36
DEPARTAMENTUL DE DESIGN DE PRODUS , MECATRONICĂ ȘI MEDIU
PROIECT DE DIPLOMĂ

Coordonator: Student:
Conf. Dr. Ing. ION BARBU Riza Paul -Mădălin
Aceste elemente contribuie la conectarea bluetooth -ului dar nu și la afișarea acestuia,
pentru a afișarea conectării mai este nevoie de un „Labe l” și un „ListPicker ”. Opțional se poate
adăuga o fotografie pentru a îmbunătății aspectul aplicației, lucru ch iar recomandat deoarece
aplicația a fos t dezvoltată pentru folosirea de către copii. Aceste elemente se pot lua din meniul
Paletei de comenzi, reprezentată în figura de mai jos (Fig.4.3.10), iar în figura alăturată (Fig.
4.3.11) se pot observa cele două el emente ce fac vizibilă conectarea bluetooth -ului de către
utilizator.
Fig. 4.3.10 – Paleta de comenzi Fig. 4.3.11 – Cele 2 elemente
Din meniul Properties putem schimba caracteristicile elementelor introduse, cum ar f i
fundalul color, personalizarea scrisului, prin cele doua caracteristici foarte cunoscute, și anume
Bold și Italic. Schimbarea stilului de text, adăugarea unui text, modificare dimensiunii. O parte
din aceste caracteristici se pot regăsii în figura de mai jos.
Fig. 4.3.12 – Meniul properties pentru Label1

Universitatea Tran silvania din Brașov – Facultatea Design de Produs și Mediu 37
DEPARTAMENTUL DE DESIGN DE PRODUS , MECATRONICĂ ȘI MEDIU
PROIECT DE DIPLOMĂ

Coordonator: Student:
Conf. Dr. Ing. ION BARBU Riza Paul -Mădălin
După introducerea acestor elemente și modificarea caracteristicilor după nevoie, s -a mers
în secțiune a „Blocks” , pentru a începe programarea. Exact ca și în secțiunea anterioară, aici se
găsește un meniu de unde putem lua funcții logice, de control, matematice, culori, etc. Mai jos se
regăsește fiecare element care s -a introdus în compoziția ecranului. În cazul de față se regăsesc
următoarele elemente, Label1, ListPicker1, BluetoothClient1, clock1, ActivityStarter1.
Programare acestor elemente, a fost realizată prin Drag&Drop asupra funcțiilor logice
necesare pentru îndeplinirea cerinței, și anume conectarea bluet ooth-ului automat pe telefonul
mobil și evidențierea acestuia. Reprezentarea programării elementelor enumerate mai sus se
regăsește în figura de mai jos.
Fig. 4.3.13 – Program conectare Bluetooth în MIT App Inventor 2