ANALIZA VARIANTELOR POSIBILE ȘI ALEGEREA VARIANTEI OPTIME [628436]

CAP 3
ANALIZA VARIANTELOR POSIBILE ȘI ALEGEREA VARIANTEI OPTIME

Pentru realizarea proiectului de față sunte necesare elemente din arii diferite ale ingineriei,
fapt evidențiat anterior. Analiza variantelor posibile precum și alegerea variantei optime s-au
desfășurat prin căutarea ecipamentelor necesare întocmirii acestui proiect.

3.1 Elemente Hardware
Termenul este un cuvânt englez care se pronunță aproximativ hard-uer și se traduce uzual
cu echipament solid sau și cu articole de fierărie (de menaj).
Hardware -ul este partea fizică a unui sistem informatic , constituită din ansamblul de
componente electrice, electronice și mecanice care împreună pot primi, prelucra, stoca și reda
informații, sub diverse forme de semnale electrice, acustice sau optice.

3.1.1 Placa de dezvoltare ARDUINO MEGA 2560
Arduino este o platformă electronică open -source, care are la bază o arhitectură hardware
și software ușor de utilizat atât pentru utilizatori cu experiență vastă în domeniul electronicii și al
programării cât și pentru pasionați ce nu au o înțelegere amplă a acestor domenii. Acest lucru
reprezintă un fapt important în alegerea acestui echipament pentru realizarea unui număr ma re de
proiecte.
Pentru acest proiect, am optat pentru plăcuța ARDUINO MEGA 2560, deoarece, prin
numărul mare de pini de intrare /ieșire (54) precum și a unui spațiu sificient de extins pentru a
realiza programarea, această placa de dezvoltare este ideala p entru realizarea unor proiecte de o
complexitate mai mare.

Fig 3.1 Placa Arduino Mega 2560 -partea superioară

Fig 3.2 Placa Arduino Mega 2560 -partea inferioară

Placa ARDUINO MEGA 2560 se bazează pe microcontrolerul ATmega2560. Aceasta are
54 de intrări /ieșiri digitale, dintre care : 15 pot fi folosite ca ieșiri de tip PWM, iar 16 ca și intrări
analogice. Are un oscilator de cuarț, ce operează la o frecvență de 16MHz, un port de conectare
USB și o mufă de alimentare.

Fig 3.3 Fișă tehnică pentru ARDUINO MEGA 2560

Placa operează la o tensiune de 5V și un curent de 20mA, la pinii de intrare /ieșire, sau de
50mA la pinii de 3.3V. Dispune de o memorie FLASH de 2 56KB, o memorie SRAM de 8KB și
o memorie EEPROM de 4KB.
Are un led inclus în arhitectură ce poate fi controlat prin pinul 13, pentru a semnala
prezența curentului de la o sursă de alimentare, sau la cerința utilizatorului, diferite funcționări
personale.
Comunicarea cu calculatorul se realizează prin cablu USB.

3.1.2 Senzori de îndoire
Un senzor simpl u ce își modifică rezistența în funcție de gradul de îndoire. Pe măsură ce
senzorul este îndoit, rezistența acestuia (măsurată între cei doi pini metalici) se modifică. Acest
tip de senzori este folosit de companii cunoscute precum Nintendo pentru realizar ea unor proiecte
similare cu cel de față, având aplicații în industria jocurilor video ce implică realitatea virtuală.
Senzorii sunt întâlniți în diferite variante în funcție de lungimea lor, fiind ușor de atașat
degetelor unui utilizator.

Fig 3. 4 Senzor de îndoire (Flex Sensor)

Caracteristicile senzrului :
 Durata de via ță: >1 milion de cicluri
 Înălțime : ≤0.43mm
 Temperatura de func ționare : -35oC până la +80oC
 Rezistența când este drept : 25KOhm
 Rezistența în momentul îndoirii : 45KOhm -125KOhm

Fig 3.5 Funcționare senzori de îndoire

Modul de funcționare
Când senzorul este liber (întins), rezistența lui este cea nominală, iar pe măsură ce acesta
este supus unei forțe ce determină modificarea unghiului sub care este îndoit, rezistența variază
între limitel e senzorului și astfel curentul citit la pinii de la capăt va fi și el variabil.

3.1.3 Potențiometru liniar
O alternativă la folosirea unor senzori de îndoire este folosirea de potențiometre liniare
împreuna cu fire legate la vârfurile degetelor utilizatorului. Varianta aceasta este mai
provocatoare, deoarece rezultatele trebuiesc interpretate atent, dar are avantajul de a reduce pretul
de cost al echipamentelor.

Fig 3.6 Potențiometru liniar

Ca mod de funcționare este asemanator celui de la senzorii de îndoire: prin mișcarea
cursorului se marește rezistența și astfel și valoarea intensității curentului prin circuit.

3.1.4 Accelerometru
Este folosit pentru a detecta rotația mâinii prin detect area accelerației gravitaționale și
calculând unghiul de rotație, acest principiu fiind prezent și în telefoanele mobile pentru rotirea
imaginilor.

Fig 3. 7 Accelerometru

Caracteristici :
 Scala: ±2g/±4g/±8g
 Rezoluție: 8 sau 12 b iți
 Curent : 6 μA – 165 μA
 Interfa ță I2C

Fig 3. 8 Schemă electrică accelerometru

3.2 Elemente software
Prin software se înțelege un sistem de programe pentru calculatoare incluzând procedurile
lor de aplicare, sistem furnizat odată cu calculatorul respectiv sau creat ulterior de către utilizator
sau și cumpărat din comerț de -a gata. Compone nta software poate include toată gama de produse
de programare, uzual formată din sistem de operare , drivereși programe de aplicație.

3.2.1 Creo 4.0
Este un mediu de proiectare 3D destinat în special inginerilor , pentru a realiza modele pe
baza unor date tehnice. Are o interfață ușor de înt eles, fiind intuitivă, și oferind o gamă largă de
posibilități de modelare.

Fig 3.9 Interfața Creo 4.0

3.2.2 CATIA V5
Este un soft ce poate fi folosit în locul lui CREO 4.0, în funcție de nivelul cunoștintelor și
al familiarității cu acesta.

Fig 3.10 Interfață CATIA V5

Ambele medii de proiectare reprezintă investiții substanțiale dar firmele producătoare
oferă diferite moduri prin care studenții sa le utilizeze fara nici un cost, fiind un mare ajutor
pentru a dobândi experiența necesară pentr u a lucra în domeniul proiectării 3D. Din acest motiv,
cele două variante reprezintă alegeri foarte bune pentru a realiza modelele necesare diferitelor
proiecte.

3.2.3 Arduino IDE
Software -ul celor care au realizat placa de dezvoltare Arduino . Este gratis, și are o
arhitectură asemănătoare cu cea a limbajului de programare C, fiind bazat pe biblioteci. Acesta
oferă posibilitatea de a programa microcontrolerul cu o mare ușurință, nefiind necesare diferite
moduri de a realiza comunicare a între d ispozitivul hardware și cel software .
Un număr mare de biblioteci sunt incluse implicit în aplicație, acestea oferind și exemple
utile pentru a te familiariza cat mai repede și ușor cu mediul de programare.

Fig 3.11 Interfța Arduino IDE

3.2.4 V -REP
Este o aplicație destinată simulării roboților dar nu numai, oferind capacitatea de a crea o
legătură între o realizare 3D și un program scris de utilizator, pentru a realiza tipul de mișcare
dorită.
Aplicația este open source, fiind realizată cu scopu l de a facilita un mediu de învațare
persoanelor pasionate precum și inginerilor din multiple domenii.

Fig 3.12 Interfața V -REP

3.2.5 Unity
Este o aplicație open source destinată industriei jocurilor video, în special celor bazate pe
realitate virtual ă. Acest soft permite importarea unor fișiere de tip CAD și realizarea în mediul
virtual a unor diferite moduri de interacțiune/ misșcare a elementelor, pe baza unui program scris
de utilizator. Programarea este ușor de înțeles, firma creatoare oferind mult iple tutoriale pentru a
facilita înțelegerea cat mai rapidă a modului de funcționare a acestei aplicații.
Pentru proiectul meu, Unity reprezintă o alternativă la V -REP, fiind ușor de folosit și de
înțeles chiar și fără experiență anterioară.

Fig 3.13 Interfața Unity

Concluzii:
Pentru realizarea proiectului am optat sa folosesc placa de dezvoltare Arduino Mega2560,
fiind potrivită datorită caracteristicilor tehnice cât și a ușurinței de programare în mediul Arduino
IDE.
În ceea ce privește partea hardware am ales potențiometre liniare în detrimentul unor
senzori flexibili datorita prețului de cost al acestora, urmărind relizarea proiectului cu elemente ce
implică costuri minime. Includerea accelerometrului în proiect e justificata de ușurința de
extragere a informațiilor din mediu cu un echipament compact.
Ca și software am folosit programul CREO 4.0 pentru modelarea 3D a mâinii atât datorită
faptului că, în calitate de student am acces liber la el (la fel ca și la CATIA V5), dar și din cauza
famil iarizării cu acesta în proiecte anterioare.
Pentru reprezentarea mișcării, ambele softuri reprezintă alegeri bune, dar limbajul de
programare prezent în Unity a facut din acesta candidatul ales, din nou datorită unei experiențe
anterioare cu acest tip de programare.