Conducător științific: Prof.dr.ing. Clement FESTILA Autor: Marius BOBEICA Titlul proiectului Enunțul temei: Conținutul proiectului: Locul… [303324]

CONTROLUL BRAȚULUI ROBOTIC

PROIECT DE DIPLOMĂ

Autor: Marius BOBEICA

Conducător științific: Prof.dr.ing. Clement FESTILA

Autor: Marius BOBEICA

Titlul proiectului

Enunțul temei:

Conținutul proiectului:

Locul documentației:

Consultanți:

Data emiterii temei:

Data predării:

Semnătura autorului

Semnătura conducătorului științific

Declarație pe proprie răspundere privind

autenticitatea proiectului de diplomă

Subsemnatul(a) [anonimizat](ă) cu CI/BI seria nr. , CNP ,

autorul lucrării:

elaborată în vederea susținerii examenului de finalizare a [anonimizat] ,

[anonimizat],

sesiunea a anului universitar 2016-2017,

[anonimizat], [anonimizat], și în bibliografie.

Declar, [anonimizat] a convențiilor internaționale privind drepturile de autor.

Declar, [anonimizat] a mai fost prezentată în fața unei alte comisii de examen de licență.

In cazul constatării ulterioare a [anonimizat], respectiv, anularea examenului de licență.

Data Prenume NUME

(semnătura)

SINTEZA

proiectului de diplomă cu titlul:

Titlul proiectului

Autor: Marius BOBEICA

Conducător științific: Prof.dr.ing. Clement FESTILA

1. Cerințele temei:

2. Soluții alese:

3. Rezultate obținute:

4. Testări și verificări:

5. Contribuții personale:

6. Surse de documentare:

Semnătura autorului

Semnătura conducătorului științific

Introducere

Studiu bibliographic

Roboți

Cuvântul „robot” provine din cehă (robota) si a fost folosit de către Karel Čapek și fratele său Josef Č[anonimizat], mai precis în piesa R.U.R (Robotul Universal al lui Rossum) din anul 1921. Robot însemna pentru Karel un muncitor umanoid care trebuie să înlocuiască munca umană.

Ceva mai târziu este folosit termenul de „robotică” [anonimizat]-fiction „Runaround”. Aici Isaac definește cele trei legi ale roboticii.

Cele trei principii enunțate de Asimov sunt:

„Un robot nu poate să rănească o [anonimizat], să permită ca unei ființe omenești să i se facă un rău”

„Un robot trebuie să respecte comenzile date de către o ființă umană atâta timp cât acestea nu contrazic prima lege”

„[anonimizat]”

Putem spune că un robot este o mașinărie proiectată să efectueze automat una sau mai multe sarcini cu o viteză și o precizie superioară omului.

[anonimizat], cum ar fi:

Robot umanoid

Robot industrial

Robot medical

Robot militar

Robotul umanoid

Modelul pentru robotul umanoid a apărut pentru prima dată în viziunea lui Isaac Asimov. Însă în aceea perioadă a fost aproape imposibil de realizat deoarece erau multe probleme ce țin de tehnică și încă nu se deținea răspunsul la ele.

La mijlocul anilor 1980 cei de la Honda încep să lucreze la un model revolutionar de robot umanoid și anume la ASIMO. Aceștia au reușit să rezolve multe dintre problemele tehnice ce stăteam împotriva dezvoltării de roboți umanoizi și nu numai.

Japonezii de la Honda au avut în plan să creeze un robot mobil, adica un robot cu două picioare, capabil sa mearga, să urce și să coboare pe orice tip de teren pe care se deplasează omul. În anul 1986, a apărut primul robot biped funcțional din lume, E0, strămoșul lui Asimo.

După multe cercetări asupra locomoției, au apărut următoarele prototipuri de roboți. Între anii 1987 și 1991 a fost înregistrat succes cu modelele E1, E2 și E3 urmând ca între anii 1991 și 1993 să se prefecționeze prin modelele E4, E5 și E6. Cu toate ca E6 a fost un robot rapid și care avea un mers natural, asemănător cu cel uman, celor două picioare tot le lipsea un corp și o minte care să le controleze. Astfel, în următorul ciclu au aparut roboții P1, P2 și P3, produși între anii 1993 și 1997. Aceștia din urmă au corectat micile neajunsuri, devenind primii roboți umanoizi din lume.

În anul 2000 a fost prezentat pentru prima dată publicului larg ASIMO (Advanced Step in Innovative MObility) iar de atunci dezvoltarea și perfectionarea roboților umanoizi s-a desfășurat într-un ritm alert. Toată lumea fiind uimită și impresionată de caracteristicile robotului.

Ultima versiune a robotului merge și aleargă cu o naturalețe uimitoare, urcă scările, sare într-un picior și chiar dansează. În plus este foarte sociabil, poate să salute, să rețină numele persoanei cu care vorbește și să o recunoască ulterior.

Figura 2.1.1. Robotul umanoid ASIMO

Robotul industrial

Roboții industriali trebuie să corespundă necesitătilor mediului industrial, astfel ei sunt caracterizați prin: flexibilitate (pentru a putea fi supuși diferitelor serii de fabricație), fiabilitate, productivitate, cost cât mai mic. Roboții industriali sunt folosiți în acele munci industriale unde importante sunt repetabilitatea, cadența foarte mare sau în mediile nocive.

Principalele aplicații în care utilizarea roboților industriali are avantaje sunt: încărcarea și descărcarea mașinilor unelte, sudură prin puncte sau pe contur, operații de asamblare, vopsire, turnarea în forme a pieselor mari, controlul calității.

După cum spune dr. ing. Cezar Dumitru Popa în lucrarea „Roboți industriali” robotul industrial este definit în prezent ca și un manipulator tridimensional, multifuncțional, reprogramabil care este capabil să deplaseze materiale după traiectorii programate, în scopul efectuării unor operații diversificate de fabricație.

Principalele caracteristici ale roboților industriali se pot enumera pe mai multe categorii:

Geometrie

Spațiu de lucru

Configurația articulațiilor

Numărul de grade de libertate

Încărcătură

Capacitatea de ridicare și manipulare

Cinematică

Viteza și accelerația

Viteza pe traiectorie

Timpul de mișcare

Precizia

Repetabilitatea

Precizia de poziționare

Controller

Hardware

Software

Interfață

Programare

Figura 2.1.2

Robotul medicalIntroducerea roboților în domeniul medicinii a fost un real ajutor și un mare pas în dezvoltarea acestui domeniu. Primii roboti folosiți în medicină au fost experimentați prin anii 1980, în domeniul urologiei, unde aceștia erau folosiți pentru realizarea operațiilor de prostată. După anii 1980, cei de la NASA au fost conștienți de acest potențial ridicat, anume al roboților folosiți în medicină, și au cercetat și dezvoltat roboți care să efectueze operații și tratamente de la distanță. Astfel medicul nu este nevoit să se deplaseze în zonele izolate sau unde timpul în care acesta ajunge acolo este crucial pentru pacient. Un alt avantaj pentru folosirea de la distanță a roboților este în cazul asistenței medicale pe câmpul de luptă.

Un mare dezavantaj al roboților medicali este costul ridicat. Prețul unui astfel de robot poate ajunge la un milion de dolari iar costurile de întreținere la 100.000 de dolari pe an.

Există mai multe tipuri de roboți medicali fiecare specializat pe o anumită latură a medicinii, cum ar fi:

Roboți chirurgicali, care sunt folosiți pentru ajutoare medicale, terapie cu radiații, ghidare și poziționare sau tele-roboții, care sunt controlați de om și oferă o precizie mult mai ridicată și un risc redus de apariție a complicațiilor.

Figura 2.1.3

Nanoroboți, roboți de dimensiuni foarte reduse capabili să calătorească prin interiorul organismului uman. Aceștia sunt roboți microscopici folosiți pentru a curăța vasele de sânge și pentru a întări sistemul imunitar.

Figura 2.1.4

Robotul militar

Armata a avut mereu parte de cea mai avansată tehnologie, acest lucru este valabil și în cazul roboților militari.

Cei mai avansați roboți din lume sunt construiți cu scopuri în aplicații militare. Ei au fost dezvoltați foarte mult pentru a prelua sarciniile din mediul periculos de muncă al soldațiilor și pentru a reduce, în acest mod, pierderea de vieți omenești. Ei sunt autonomi și sunt conduși să meargă în locurile periculoase precum câmpurile minate, în zonele de conflict, sau în taberele inamice. În acest mod dacă ceva nu merge conform planului nu este riscată atât de mult viața soldaților ci se pierd doar banii investiți în acel robot.

Figura 2.1.5

Fie ei roboți industriali care deplasează, sudează, vopsesc și ridică, astfel înlocuind munca fizică a zeci de muncitori și lucrând în medii periculoase pentru om, roboți medicali care lucrează cu o precizie și o finețe superiară, roboți militari care sunt folosiți în acțiuni periculoase de salavare sau de atac sau roboți de cercetare a spațiului extraterestru, acolo unde nu este posibilă cercetarea umană. Aceștia sunt tot mai prezenți în viața noastră și nu mai reprezintă doar o viziune science fiction, ci o realitate tot mai răspândită.

Robotul industrial

Robotul industrial a fost conceput ca mecanisme care să preia o parte semnificativă din efortul fizic uman sau să îndeplinească o varietate de sarcini. Sunt folosiți pentru a îndeplinii sarcini repetitive, în medii cu siguranță scăzută sau neplăcute.

Aceste automate de mișcare complexă, numiți în mod obișnuit roboți industriali, au apărut la fuziunea dintre automatică și acționări electrice. Deși sunt numeroși roboți cu acționare pneumatică și hidraulică, totuși cea mai bună perspectivă a implementării roboților este cea electromecanică, din cauza avantajlor programării infromatice, care aduce un nivel ridicat de flexibilitate și interabilitate.

Un robot este de regulă un mecanism care prin succesiunea mai multor articulații în lanțul cinematic, sunt obținute mai multe grade de libertate la efectuorul final, căruia îi este atribuită o anumită sarcină.

Astfel cerințele de lucru specifice implementării automatizării unui robot sunt:

Executarea unei sarcini repetitiv și cu o mișcare complexă, în general în liniile de fabricație în serie mare

Acolo unde condițiile de lucru sunt grele pentru om, toxicitate mare, temperatară extremă sau radiație electromagnetică, de exemplu in turnătoriile de oțel, vopsitorie, furnale

Alegerea linilor de producție automatizate într-o fabrică se face raportând costul necesar pentru forța de muncă dacă se folosesc muncitori la costurile ce sunt implicate în cazul în care se dorește folosirea roboților. Pentru o linie de asamblare in masă este de preferat sistemul robotizat spre deosebire de linia de asamblare a unui produs unicat sau care se produce în unități mici și necesită îndemânarea și atenta supraveghere umană, spre exemplu producția de mașini de lux.

Din perspectiva inginerească/managerială, în implementare roboților industriali, este foarte mult pus accentul asupra termenului de sistem flexibil de producție sau SFP. Când un robot este flexibil pentru sistemele de producție atunci el se poate adapta mult mai ușor la schimbările ce apar în proces, la trasee, viteze, gabarite, stări. Astfel trăsăturile esențiale pentru un sistem flexibil de producție sunt: eficiența, controlabilitatea și siguranța.

Multe alte cerințe inginerești pot aparea în implementarea unui robot industrial, precum: gabaritul si masa proprie a robotului, batiul (fix sau mobil), precizia de lucru, viteza de lucru, consumul de energie, timpul de acționare la un ciclu, numărul de cicluri fără oprire pentru revizie/mentenanță, capabilitățile de programare și anume sistemul de control și eventual integrabilitatea în echipe de roboți și nu în ultimul rând rezistența la condițiile de lucru. La rândul lor fiecare dintre aceste caracteristici dezvoltă o serie de probleme, spre exemplu pentru precizia de lucru a unei mișcări care se repeta de mii sau sute de mii de ori depinde de o multitudine de condiții tehnice: sensibilitatea structurală la dificultăților din mediul de operare(temperatura, impurități, vibrații etc), stabilitatea elementelor (traductori, conductori, codificatoare, decodificatoare, senzori, actuatoare etc), fiabilitatea cinematică a articulațiilor (toleranțe de asamblare). Un bun exemplu fi ca pentru a obține o acuratețe coborând la sutimi de milimentru liniar sau la o zecime de grad rotațional, encoderele digitale vor avea nevoie de o rezoluție de 16 biți.

Un obiectiv al roboticii este de a contrui roboți autonomi, ei trebuie să ia singuri decizii în funcție de informațiile primite și să execute comenzi fără alte intervenții umane.

Dezvoltarea masivă a roboților industriali a dus la apariția a diferite forme si funționalități a acestora. În principal roboții se clasifică în roboți seriali sau paraleli. Totuși clasificările acestora pot varia după mai multe criterii:

După structura mecanică:

Principiul și structura cinematică a acestor tipuri de roboți se poate vedea in Figura 2.2.1

Figure 2.2.1

Robot de tip cartezian sau roboții liniari

Sunt acei roboți care pot efectua 3 mișcări de translație folosind spațiul

tridimensional X, Y, Z, în schimb nu pot efectua mișcări de rotație. Unghiul între fiecare dintre cele 3 axe este de 90 de grade și astfel mișcări corespund mutării încheieturii sus-jos, față-spate și înăuntru-afară.

Avantajul lor este că pot fi programați mai ușor decât celelalte tipuri de roboți din acest motiv sunt cei mai folosiți în aplicațiile de control numeric, la mașinile CNC sau la imprimante 3D. În figura 2.2.2 este reprezentat atât principiul de funcționare al robotului liniar cât și o fotografie cu acesta.

Figure 2.2.2

Robotul de tip SCARA

Acronimul SCARA provine de la Selective Compliance Assembly Robot Arm sau Selective Compliance Articulated Robot Arm, sunt folosiți ambii termeni. Robotul de tip SCARA are două articulați pe axe paralele, lucru care îi oferă posibilitatea de operare într-un anumit punct din plan, de exemplu pentru inserarea unui pin într-o gaură.

Roboții industriali au fost folosiți până în prezent pentru producția în masă dar precum tehnologia avansează foarte rapid în domeniul electronicii și electrotehnicii iar piesele se schimbă mult mai repde, este nevoie de o precizie foarte ridicată și de un robot ușor de implementat și adaptat noilor producții, aici roboții de tip SCARA oferă un avantaj major față de roboții liniari.

Există roboți de tip SCARA cu două brațe, care oferă o rapiditate mai mare și de asemnea și o funcționalitate mai variată, putânduse folosi mai multe tipuri de scule în același timp.

În figura 2.2.3 este prezentat un robot de tip SCARA cu un singur braț, lucrând într-o linie de asamblare.

Figura 2.2.3

Robotul articulat

Este robotul care poate să își poziționeze unealta în orice poziție având 3 axe de translație și 3 axe de rotație. El poate avea una sau mai multe articulații în funcție de cerința ce trebuie să o îndeplinească. Acest tip de robot este folosit în special în linile de producție, unde ei își folosesc flexibilitatea pentru a ajunge în mai multe direcții, acest lucru se poate observa in figura 2.2.4, unde este prezentat un robot cu 3 articulații și o baza fixă.

Pentru aplicațiile mai avansate sunt folosiți roboți cu mai multe brațe, astfel se obține un control mai bun și se pot realiza mai multe sarcini în același timp. Articulațiile pot fi programate astfel încât acestea să interacționeze una cu cealaltă, permițând robotului să obțină un grad și mai ridicat de control iar pe acest lucru este pus accentul în dezvoltarea viitorilor roboți deoarece permit un nivel mai înalt de funcționalitate.

Robotul articulat poate avea chiar și așa zise picioare, care să îi permită să se deplaseze, defapt el este o consolă mobilă cu brațe care se deplasează pe roți sau pe senile.

Figura 2.2.4

Pentru a realiza acest tip de robot, fiecare braț al său este acționat cu motoare electrice, toate fiind coordonate astfel încât mișcarea efectuorului final să fie cea dorită. Fiecare coordonare a brațelor se realizează cu ajutorul unui controller, un sistem hardware și software. Avantajul major al acestui sistem este faptul că se poate modifica rapid și astfel nu apar întârzierile în producție.

Robotul paralel

Este un sistem mecanic cu lanț cinematic închis care suportă o platformă, sau element final. Cel mai cunoscut tip de robot paralel este cu 6 actuatoare liniare care conduc la actionarea platformei. Unul dintre avantajele acestui robot este ca eroarea nu se propagă de la un actuator la altul ca și în cazul roboților seriali, deoarece fiecare actuator se mișcă conform gradului său de libertate si se raportează la bază nu la un alt braț.

Sunt foarte populare pentru viteza și acuratețea foarte mare, într-un spațiu limitat, pe care o au și mai sunt supranumiți și sisteme în buclă închisă.

Cele mai importante aplicații pe care le au roboții paraleli sunt:

Simulatoare de zbor (figura 2.2.5)

Simulatoare de automobile

Alinierea fibrei fotonice sau optice

Figura 2.2.5[14]

Dupa informația de comandă:

Manipulator manual

Un mecanism articulat, acționat direct de către om. Este folosit în general pentru ridicarea și transportarea obiectelor grele

Robot secvențial

Acest tip de robot lucrează după o procedură predeterminată de instrucțiuni seriale

Robot repetitor

Robotul repetitor memorează procedura de lucru, pe care trebuie să o urmeze, înregistrand secvențele primite de la manipularea sa de către om

Robot cu control numeric

Pentru acest tip de comandă, robotul primește comenzile de lucru de la o unitate de control, care ii transmite informații referitoare la poziție, deplasare și succesiuni de manevre, însă fără citirea informațiilor din spațiul de lucru, de aceea este nevoie de o programare atentă pentru a nu avea loc coliziuni

Robot inteligent

Acest tip de robot este superior celorlanți din punct de vedere al informației de comandă. El primește obiective și le îndeplinește după un algoritm implementat primind informații din spațiul său de lucru, informațiile venind de la senzori.

După nivelul inteligenței artificiale(AI):

Prima generație, unde programul software al robotului nu se poate schimba în timpul lucrului și doar de către programator

A doua generație robotul avansează iar codul acestuia se poate modifica în mică măsură pe baza unor reacții cu mediul de lucru

În a treia generație a inteligenței artificiale a roboților aceștia își pot adapta sinuri programul de lucru pe baza unor algoritmi logici interne, ce iau în calcul condițiile concrete ale mediului de lucru.Logica lor de operare poate implica aloritmi vizuali precum: „2D image recognition” (recunoașterea formelor) sau „3D mapping” (cartografierea mediului).

Matlab

Matlab este un mediu de lucru interactiv unde utilizatorul poate să execute operații matematice foarte complexe cu doar câteva comenzi. Este dezvoltat la început de către Cleve Muller, șeful departamentului de informatică de la Universitatea din New Mexico, în anii 1970. Programul conceput initial a fost gândit în limbajul Fortran iar peste timp mulți și-au dat seama despre potențialul său și a evoluat în mod continuu. Ultima versiune a programului folosește limbajul C.

Matlab este un mediu de dezvoltare specific pentru calcul numeric și analiză Matlab permite plotarea funcțiilor, implementarea de algoritmi, procesarea de imagini, manipularea matricilor și poate să interacționeze cu programe scrise in alte limbaje, cum ar fi: C.C++,C#, Java. Pyton.

Matlab oferă sprijinul a multor funcții și librării ceea ce elimină programarea cerințelor de rutină și astfel ușurează munca utilizatorului. Rezultatatele calculelor pot fi vizualizate atât numeric cât si în formă 2D sau chiar grafice 3D.

Figura 2.2.1. Funcția sinus

Modul de programare în Matlab se realizează prin fișiere script numite script „m”. Un script se poate apela prin numele său dar și prin apelul din alt fișier script. Iar prin acest fel o serie de fișiere sunt apelate în spate, acest lucru permite executarea unor comenzi mult mai ușor.

Analiză, proiectare, implementare

Asamblarea brațului robotic

Brațul robotic pe care s-a realizat aceasta lucrare de licență se numește KSR10 de la producătorul și distribuitorul belgian de electronice Velleman. Compania Velleman a fost înființată în anul 1975.

Brațul robotic KSR10 este format din 5 motoare DC și 5 articulații, pentru a alimenta aceste motoare este nevoie de 4 baterii de tip D. Kit-ul vine cu un control manual al robotului cu ajutorul unei telecomenzi cu 5 butoane, fiecare dintre aceste butone controlează un anumit motor, lucru care este responsabil de o anumită mișcare a robotului. Motorul 1 deschide sau închide gripper-ul, acesta se poate deschide la o distanță de aproximativ 4,5 cm. Motorul 2 este responsabil pentru rotirea ultimei articulații la un unghi de 120 de grade. Motorul 3 realizează rotirea celei de a treia articulații sau a cotului, dacă se face comparație cu anatomia brațului uman, acesta se poate rotii la un unghi de 300 de grade. Motorul 4 rotește brațul robotic la un unghi de 180 de grade pe planul orizontal. Iar motorul 5 rotește brațul la un unghi de 270 de grade în jurul bazei. Toate aceste mișcări pot fi vizualizate în figura 3.1.

Figura 3.1

Robotul poate acționa pe o rază de 32 cm în jurul bazei iar brațul se poate întinde până la o înălțime de 38 cm.

Materialele necesare pentru asamblarea robotului sunt:

Șurubelniță

Cutter

Patent

Sfic

Clește cu nas lung

Lista cu materialele mecanice folosite pentru asamblarea este listată în manualul de utilizare cu care vine brațul robotic și se poate consulta în figura 3.2.

FIgura 3.2

Primul pas este asamblarea locașurilor unde se asează motoarele și printr-un mecanism de roți dințate amplasate pe tije de metal se amplifică puterea acestora, putere care este transferată articulațiilor.

Principiul de funcționare este simplu, motoarele DC, care prin conversia energiei electrice în cuplu mecanic pun în mișcare roțiile dințate.

Apoi după ce au fost asamblate cele 4 mecanisme, se trece la construcția bazei, care a constat în suprapunerea unor platane de distanțiere, iar în mijlocul acestora se asează unul dintre cele 4 mecanisme, reprezentând motorul 5 de pe telecomanda de control.

La baza robotului se mai află și lăcașul pentru așezarea celor 4 baterii.

Pentru fixarea pieselor de plastic s-au folosit mai multe tipuri de șuruburi și piulițe.

După ce s-a terminat de asamblat toate acestea, s-a trecut la unirea elementelor între ele și formarea articulațiilor.

Următorul pas reprezintă construcția elementului de prindere, unde este încapsulat ultimul motor și la fel ca și la celellalte, printr-un sistem de roți dințate se acționează gripper-ul. Acest sistem se poate vedea în figura 3.3

Figura 3.3

Ultimul pas este legarea firelor de placuța care face conexiunea cu telecomanda și a firelor ce vin de la baterii. Firele ce vin de la baterii sunt legate înseriat astfel încât sa putem obține 6V ( sunt 4 baterii de 1.5 V) dar și -3 V, respectiv 3 V, pentru schimbarea direcției de rotație a motoarelor și respectiv a articulațiilor. Pentru alimentarea placuței se folosește mufa cu fire roșu si negru iar mufa cu un singur fir portocaliu este folosita pentru a obține diferența de potențial -3 V, +3 V.

Asamblarea brațului robotic nu a fost concepută să fie foarte grea, ci a fost gândită să poată fi realizată chiar și de un copil cu ajutorul părinților. Toate instrucțiunile de asamblare, cu detalii amănunțite, vin odată cu robotul și sunt afișate în manualul de utilizare.

După asamblarea tuturor componentelor robotul realizat arată ca în figura 3.4.

3.3

Figura 3.4

În continuare, deoarece se dorește un control automat al brațului robotic în defavoarea celui manual, am realizat acest lucru printr-un microcontroller Arduino Uno și o punte H dublă, anume circuitul integrat L293D.

Microcontrollerul Arduino UNO

Arduino Uno are la bază microcontrollerul ATmega328. Plăcuța este dotată cu 14 pini de intrări sau ieșiri digitale, dintre care 6 pot fi folosiți ca și ieșiri PWM, dar și cu 6 intrări analogice. Totodată mai dispune si de un cristal oscilator de 16 MHz, un buton de reset, o mufă de alimentare și o conexiune USB. Microcontrollerul se conectează la calculator printr-un cablu USB și se poate alimenta de la o sursă de curent continuu sau de la o baterie.

Caracteristicile tehnice ale microcontrollerului Arduino Uno se pot vedea în tabelul 3.1

Tabelul 3.1

Pe plăcuță, pe langă pinii analogici și cei digitali, mai sunt și pini de putere, și anume:

5 V – Tensiune de alimentare a componentelor microcontrollerului. Această tensiune se poate obține fie de la pinul V-IN printr-un regulator de tensiune fie de la USB sau altă sursa de tensiune care furnizează 5 V

3.3 V – La pinul de 3.3 V este generată acestă tensiune de către regulatorul de pe placă

V IN – Reprezintă tensiune ce se află la intrarea plăcuței Arduino, atunci când se folosește o sursă de alimentare externă

GND – Sunt 2 pini de ground

Pentru a folosii cei 14 pini digitali se apelează funcțiile pinMode(), digitalWrite() și digitalRead(). Aceștia funcționează la o tensiune de 5 V și fiecare pin poate oferi sau primi maxim 40 mA, fiind dotați cu un rezistor de siguranță de 20 -50 kOhm.

O parte dintre acești pini au și funcții particulare:

Seriali – pinul 0 (RX) și pinul 1 (TX) sunt folosiți pentru primirea și transmiterea de date seriale TTL.

PWM – pinii 3, 5, 6, 9, 10, 11 pot fi folosiți ca și pini de ieșire PWM cu rezoluția pe 8 biți. Pentru acest lucru se apelează funcția analogWrite() iar acești pini sunt marcați pe plăcuță printr-un semn sinusoidal în dreptul numărului respectiv

Comunicația SPI – pinul 10 (SS), pinul 11(MOSI), pinul 12(MISO), 13 (SCK)

Pinul 13 – are particularitatea că la acest pin este conectat LED-ul integrat pe plăcuță.

Cât despre pinii analogici, ei au o rezoluție de 10 biți și măsoară o tensiune cuprinsă între 0 și 5 V. Pe plăcuță sunt numerotați de la A0 la A5, iar pinii A4 și A5 au o funcționalitate particulară și anume comunicația I2C (A4 – SDA, A5 – SCL)

Chip-ul ATmega328 dispune de o memorie de 32 KB, 2 KB de memorie SRAM și 1 KB de memorie EEPROM.

Când vine vorba despre comunicație, Arduino Uno oferă posibilitatea de comunicare cu un calculator, o altă placă Arduino sau un alt tip de microcontroller. Pe pinii digitali 0 și 1 (RX și TX), Arduino furnizează comunicație serială UART TTL (5 V). Un microcontroller ATmega8U2 direcționează comunicația serială către USB și de aceea apare ca un port serial virtual pe calculator, de aceea nu mai este nevoie de un driver din exterior. Software-ul Arduino recunoaște și prelucrează date de tip text în comunicația cu placa Arduino. Microcontrollerul ATmega328 suportă pe langă comunincația serială și comunicație I2C și SPI. Software-ul Arduino include o bibliotecă de conexiuni pentru a simplifica ulizarea și acestor două tipuri de comunicație.

Microcontrollerul Arduino Uno se programează cu ajutorul aplicației software Arduino, care este disponibilă pentru descărcare pe site-ul oficial. Pentru a seta tipul de placă Arduino pe care se va lucra, din meniul Tools se selectează Board și apoi tipul de placă corespunzător.

Microcontrollerul ATmega328 de pe placa Arduino Uno are un program de bootare, anume bootloader, care permite încărcarea unui nou program fără a fi nevoie de utilizarea unui compilator. Comunicația se face folosind protocolul STK500.

Arduino Uno dispune de o resetare automata, pentru a nu fi nevoie de o resetare manuală înainte de a încărca un nou program. Principiul de funcționare a acestei resetări este că una din liniile de control a funcționării hardware a microcontrollerului ATmega8U2 este conenctată la linia de reset a microcontrollerului Atmega328 iar atunci când această linie este activată se activează și linia de reset. Această capacitate permite încărcarea unui cod prin simpla apăsare a unui buton din software-ului Arduino.

Această funcționalitate a microcontrollerului poate fi dezactivată în două moduri. Primul este prin întreruperea unui traseu și anume RESET_EN, iar pentru reactivare, acel traseu se lipește din nou. Cel de al doilea mod este prin conectarea unui rezistor de 110 ohm între linia de 5V și linia de reset.

Arduino Uno oferă o protecție la scurtcircuit și suprasarcină, care protejează porturile USB ale computerului. Dacă este detectat un curent mai mare de 500 mA, conexiunea va fi întreruptă până la îndepărtarea suprasarcinii sau supracurentului.

Figura 3.5

După cum poate fi observat în figura 3.5, plăcuța Arduino Uno are 4 orificii cu ajutorul carora se poate atașa la o carcasă sau într-un alt loc unde este nevoie.

Schema electrică a microcontrollerului Arduino Uno poate fi consultată în figura 3.6

Figura 3.6

Motorul de curent continuu

Un motor electric transformă energia electrică primită de la sursă în energie mecanică. Dacă procesul se efectuează invers, adică o transformare a energiei mecanice în energie electrică, atunci dispozitivul care realizează acest lucru poartă numele de generator electric. Același dispozitiv poate să îndeplinească amândouă funcțiile.

Motoarele electrice funcționează pe baza forțelor electromagnetice ce acționează asupra unui conductor aflat în câmp magnetic și care este parcurs de curent electric.

Dacă ar fi să clasificăm motoarele electrice după tipul de curent electric ce le parcurge, am avea următoarele tipuri:

Motor de curent continuu

Motor de curent alternativ

Motor de inducție asincron

Motor de inducție(sincron)

Principalele părți constructive ale unui motor sunt statorul și rotorul. Rotorul este partea mobilă a motorului și de obicei este plasată în interior. Acesta este format dintr-un ax și o înfășurătură rotorică. Statorul reprezintă partea fixă a motorului care de obicei este plasată la exterior și include carcasa, bornele de alimentare și înfășurătura statorică.

Între stator și rotor există o porțiune de aer care este numită întrefier și care permite mișcarea rotorului. Performanțele motorului sunt stabilite în mare măsură și de către grosimea întrefierului.

Figura 3.7

Motorul de curent continuu are pe polii magnetici și bobine polare care creează un câmp magnetic de excitație. Sensul curentului prin înfășurarea rotorică se schimbă astfel încât câmpul magnetic să exercite în permanență o forță față de rotor.

După modul de conectarea înfășurării de excitație clasificăm motoarele de curent continuu în felul următor:

Motor cu excitație independentă – la acest tip de motor înfășurarea rotorică este conectată la o sursă de tensiune diferită față de înfășurarea statorică

Motor cu excitație paralelă – unde înfășurarea rotorică este conectată la aceași sursă de tensiune în paralel cu înfășurarea statorică

Motor cu excitație serie – unde înfășurarea rotorică este conectată la aceași sursă de tensiune în serie cu înfășurarea statorică

Motor cu excitație mixtă – unde înfășurarea statorică este divizată în două înfășurări, una conectată în paralel și una în serie

Modul de funcționare este următorul, rotorul se deplasează în câmpul magnetic până în momentul în care polii rotorici se aliniază cu polii statorici opuși. În acest moment, colectorul schimbă sensul curenților rotorici astfel încât polaritatea rotorului se inversează iar rotorul va continua să se deplaseze până când se produce următoarea aliniere a polilor.

Dacă nu este nevoie de motoare de putere mare, se folosesc în loc de înfășurările statorice, magneți permanenți.

Concluzii

.

Referințe bibliografice

Se recomandă ca citarea referințelor bibliografice să fie făcută în formatul IEEE.

În secțiunea Bibliografie sunt prezentate exemple pentru: o citare a unui capitol dintr-o carte , un articol publicat într-o revistă și un articol publicat la o conferință .

Detalii cu privire la formatul citării diverselor tipuri de referințe pot fi găsite în sau .

Referințele bibliografice se pot insera în text utilizând facilitățile Word de a adăuga surse și bibliografie unui document (References -> Citations & Bibliography). Dacă formatul IEEE pentru bibliografie nu este instalat implicit în Word, se poate descărca gratuit de la:

https://bibword.codeplex.com/wikipage?title=Styles&referringTitle=Home

Instrucțiunile de instalare pentru diferite versiuni de Word se pot obține de la aceeași adresă.

https://ro.scribd.com/document/342431971/Proiect-de-Diploma-automatizare-brat-robotic