In lucrarea de fata este prezentat un robot de tip Rover, ce are in componenta sa un șasiu ce efectuează mișcarea prin intermediul șenilelor, un braț… [309963]

Licență

In lucrarea de fata este prezentat un robot de tip Rover, ce are in componenta sa un șasiu ce efectuează mișcarea prin intermediul șenilelor, un braț… [309963]

Byadmin ianuarie 1, 2024

ROVER EXPLORATOR

IAȘI – 2019

[anonimizat], [anonimizat], un system de transmitere video pentru detectarea si îndrumarea sistemului si un mechanism de siguranța format din senzori de proximitate.

Șasiul este piesa de rezistență a robotului, pe el vin montate toate componentele. Structura șasiului este din aluminiu deoarece este un material ușor si in același timp si rezistent pentru ce ne propunem noi să facă. [anonimizat].

Ideea de senile a venit din cauza terenului accidentat si cum se comportă ele pe un teren accidentat fata de roti normale. Având in vedere pentru ce este făcut roverul si pentru terenurile necunoscute si accidentate cea mai buna soluție este cea cu senile.

Comanda lui pentru deplasare este dată prin Bluetooth ca si la braț. Pentru deplasarea înapoi sau înainte sunt montate două drivere L298N care au rolul de punte-H.

Pentru a [anonimizat].

Bratul robotic a fost asamblat cu o structura din aluminiu pentru a fi ușoara dar in același timp si destul de rezistenta. Pentru controlul acestuia se folosesc 6 [anonimizat]. [anonimizat], sunt date prin Bluetooth.

Pentru sistemul de orientare si de transmitere video s-a folosit o placa Raspberry Pi 3 împreuna cu un modul de camera specific plăcii. Acest sistem este folosit pentru orientarea roverului la distanta (in momentul intrării într-o zona in care acesta iese din câmpul nostru vizual), pentru alegerea obiectului țintă si pentru manipularea acestuia.

[anonimizat], [anonimizat] o [anonimizat] (exemplu: gropi, șanțuri, etc…) acesta sa nu permită avansarea Roverului astfel încât acesta sa ajungă avariat si sa nu mai poată fi recuperate.

1. Introducere

1.1 [anonimizat] a introdus acest cuvânt în anul 1921 într-una din scenetele lui. Tema acestui scenariu era despre dezumanizarea persoanei într-o civilizație care era bazată mai mult pe tehnologie. Sceneta a avut foarte mare succes în vremea aceea. Revoluția informatică a marcat saltul de la societatea industrializată la o societate avansată foarte bine informatizată (societate informațională), generând un nou val de înnoiri în domeniul de tehnologie și de educație.

Termenul de „mecatronică” a fost utilizat în anul 1975 de către compania japoneză Yaskawa Electric Corporation fiind o prescurtare a [anonimizat]-Informatică.

[anonimizat] a fost înțeleasă ca o completare a [anonimizat] a mecatronicii este aparatul de fotografiat cu bliț.

[anonimizat]-a schimbat sensul și s-a extins aria de definiție: mecatronica a devenit știința inginerească bazată pe discipline ale construcției de mașini, electrotehnicii, electronicii și informaticii. Scopul acestei științe este îmbunătățirea funcționalității utilajelor și a sistemelor tehnice prin unirea disciplinelor componente într-un ansamblu unitar.

Totuși, mecatronica nu este același lucru cu automatica sau cu automatizarea producției. Aceștia sunt termeni care apar și în afara domeniului mecatronicii, dar sunt și incluși în el. Mecatronica poate fi definită ca o concepție inovatoare a tehnicii de automatizare pentru inginerie și pentru educație.

Mecatronica s-a născut din tehnologie și a devenit filosofie care s-a răspândit în întreaga lume. În ultimii ani, mecatronica este definită simplu: știința mașinilor inteligente.

Ca o concluzie se poate spune că mecatronica este o sferă a științei și tehnicii care se ocupă în general de problemele mecanicii, electronicii și informaticii. Totuși în ea sunt incluse mai multe domenii care formează baza mecatronicii și care acoperă multe discipline cunoscute, cum ar fi: electrotehnica, energetica, tehnica microprocesării informației și a imaginilor, tehnica reglării și a sistemelor și multe altele.

Conceptul de mecatronică este sugestiv ilustrat in figura 1.1.

Fig.1.1 Conceptul de mecatronica [6]

Din figura 1.1 se observa ca integrarea componentelor principale se realizează in baza unui management performant, in acord cu nevoile pieței cu scopul de a produce.

Robotica

Robotica este știința care se ocupă cu tehnologia, proiectarea și fabricația roboților. Robotica necesită cunoștințe despre electronică, programare și mecanică, iar persoanele care profesează în acest domeniu sunt cunoscute ca robotician sau ca inginer în robotică. Denumirea de robot a fost folosită pentru prima oară de Karel Capek în anul 1921 în lucrarea sa „Roboții universali ai lui Rossum”. Roboții sunt mecanisme care îndeplinesc diferite sarcini singure, programate de către operator.

Termenul de „robotics” (în traducere liberă robotică) se referă la știința care se ocupă de studiul și utilizarea roboților. Acest cuvânt „robotică” a fost folosit de către scriitorul și omul de știință de origine rusă, Isaac Asimov, într-o scurtă poveste pe care a denumit-o „Runaroud” în anul 1942. Povestea lui a fost preluată și inclusă într-o colecție numită „I, Robot” care a fost publicată în anul 1950.

Roboții sunt realizați prin mai multe combinații de discipline cum ar fi: mecanică, electrotehnică și informatică. Din legătura acestor domenii s-a creat domeniul de mecatronică. Pentru a realiza sisteme autonome care să fie capabile să ia soluții singure și să le găsească este necesară legătura a cat mai multe discipline de robotică. [28]

În principal, cele mai importante componente ale unui robot sunt senzorii care permit controlarea și mobilitatea acestor roboți într-un mediu necunoscut și cât mai precis. Un robot nu trebuie să fie obligatoriu autonom pentru a se putea face diferența dintre roboții teleghidați și cei autonomi. [28]

Cuvântul robot provine din limba cehă („robota”) și înseamnă muncitor sau rob.

Tipuri de roboți: [28]

Robot mobil

Robot autonom

Robot umanoid

Robot industrial

Robot de servicii

Robot de jucărie

Robot explorator

Robot pășitor (hexapod)

Robot militar

In fig. 1.2 se poate înțelege evoluția roboticii.

Fig. 1.2 Robotica [28]

1.2 Domenii de utilizare a platformelor

Cele mai des întâlnite domenii de utilizare a roboților sunt:

acțiuni ce necesită precizie;

se deplasează în medii ostile, inaccesibile omului sau în medii de mare puritate

(camere curate, medicină, fabricația medicamentelor, semiconductoarelor, etc.);

beneficiază de îmbunătățiri de performanță prin adăugarea de diferite tipuri de module sau alte extensii.

În cele ce urmează sunt prezentate câteva domenii de utilizare a roboților:

1.3 Stadiul actual și realizări importante ale sistemelor robotice

Oamenii au căutat întotdeauna metode prin care să își facă munca mai ușoară, mai sigură și mai eficientă. Din acest motiv au apărut roboții sau sistemele robotice. De exemplu, a fost creat un robot pentru a descoperi mai multe despre planeta Marte zisă și planeta roșie. Oamenii au trimis un robot pe care l-au denumit Curiosity sau MSL (Mars Science Laboratory) și roboți militari pentru a ajuta soldații să aibă o viziune de ansamblu mai detaliată, pentru depistarea explozibilului.

Robotica Mobilă

Robotica mobilă este o subcategorie a disciplinei robotică, care se ocupă cu realizarea, implementarea și îmbunătățirea roboților mobili. Ca o comparație între roboții normali și cei mobili, roboții mobili se pot deplasa prin diverse mijloace. [28]

Primii roboți mobili care au fost creați au fost Elmer în anul 1948 și Elsie în anul 1949 de către Wiliam Gray Walter, in care constructorul lor Wiliam i-a construit să fie capabili să caute orice sursă de lumină și să evite orice obstacol pe care îl întâlnesc în cale.

Fig.1.3 Robotul Elsie [28]

Roverul spațial Curiosity [14]

Roverul Curiosity are o masă de 899 kg și este de mărimea unui autoturism de teren (2,9 m lungime; 2,7 m lățime și 2,2 înălțime).

Pentru a-și procura energie, Curiosity folosește un generator termoelectric cu radioizotopi, ce produce energie electrică prin descompunerea naturală a plutoniului 238.

Fiind imposibil să aducă roci de pe Marte pentru a le analiza, oamenii de știință au fost nevoiți să echipeze robotul cu un întreg laborator pentru ca acesta să realizeze analizele pe Marte, iar informațiile să le transmită cu ajutorul undelor electromagnetice pe Pământ.

Roverul Curiosity sau MSL (Mars Science Laboratory) este ultimul și cel mai avansat robot trimis vreodată pe planeta Marte de către Agenția Spațială Americană, NASA. El este un robot explorator trimis pe Marte pentru a îndeplini patru obiective:

– primul este identificarea potențialilor compuși biologici sau orice urmă a acestora și a vieții;

– al doilea obiectiv este de a identifica geologia locului de amortizare, elemente chimice, compuși și minerale din sol sau rocile de la suprafață și a proceselor ce au avut loc în formarea acestora.

– al treilea, dar nu și cel din urmă este stabilirea evoluției atmosferei, compoziția acesteia, ciclul apei și al dioxidului.

– și ultimul obiectiv cel de al patrulea este de a identifica întregul spectru de radiații din atmosfera marțiană a planetei.

După 1.856 de zile pe Marte, roverul Curiosity s-a oprit pe zona unui fost lac și a privit înapoi către cei cinci ani ai călătoriei sale. Recent, NASA a publicat o compoziție cu imaginile surprinse în ultimul timp de Curiosity.

Într-o imagine, roverul a reușit să surprindă întreaga sa aventură pe Planeta Roșie, de la pantele abrupte ale Muntelui Sharp, până la craterul aflat la 18 kilometri distanță, unde a aterizat în urmă cu cinci ani.

Conform Science Alert, Curiosity este cel mai complex instrument amplasat de NASA pe Marte și are la bord un sistem de forare, un laser și un set pentru teste chimice. În urma probelor de sol analizate, roverul a furnizat către Pământ informații cu privire la trecutul în care planeta era verde cu râuri și lacuri.

Fig.1.4 Roverul Curiosity [14]

Vehiculul spațial Spirit

Vehiculul spațial Spirit, denumit oficial Mars Exploration Rover – A sau MER-A, este primul dintre cele două vehicule spațiale de tip „rover” ale misiunii Mars Exploration Rover a organizației NASA. „Rover” e un cuvânt englez cu traducerea „vagabond” și care aici se referă la un automobil pentru teren accidentat. [7]

A amartizat cu succes la ora 04:35 UTC în ziua de 4 ianuarie 2004. A fost urmat de „fratele său geamăn”, Opportunity (MER-B), care după trei săptămâni a amartizat pe cealaltă parte a planetei. Numele lor au fost alese printr-un concurs de eseuri sponsorizat de NASA.

Spirit a absolvit cu succes misiunea sa planificată de 90 de zile marțiene. Însă curățarea naturală a panourilor sale solare de către vânt a avut ca rezultat o producție sporită de energie electrică, astfel că a continuat să funcționeze de peste douăzeci de ori mai mult decât prevăzuseră cei de la NASA. Spirit s-a deplasat 10 km pe suprafața lui Marte, față de 1 km cât se planificase inițial, reușind să studieze extensiv rocile marțiene și geografia zonei.

Rezultatele științifice inițiale ale primei faze a misiunii au fost publicate într-un număr special al revistei Science.[7]

La 1 mai 2009 (5 ani, 3 luni, 27 de zile terestre după amartizare și de 21,6 ori mai mult decât durata planificată) Spirit s-a împotmolit într-un sol moale. Evenimentul se mai întâmplase și timp de opt luni NASA a analizat situația cu grijă, rulând simulări teoretice și practice pe Pământ, după care a programat în cele din urmă „Spirit” să efectueze manevre de eliberare. Eforturile au continuat până la 26 ianuarie 2010 (6 ani și 22 de zile după amartizare; de 24,6 ori mai mult decât durata planificată), când oficialii NASA au anunțat că Spirit este blocat fără ieșire în solul moale, dar că va continua să efectueze cercetări științifice din această poziție.

În iulie 2010 echipa Spirit continua să aștepte mesaje ale vehiculului, care însă nu mai transmisese de la 22 martie 2010.

Fig. 1.5 Vehiculul spațial Spirit [7]

Vehiculul spațial Opportunity

Vehiculul spațial Opportunity, denumit oficial Mars Exploration Rover – B sau MER-B, este al doilea dintre cele două vehicule spațiale de tip „rover” ale misiunii Mars Exploration Rover a organizației NASA. „Rover” e un cuvânt englez cu traducerea „vagabond” și care aici se referă la un automobil pentru teren accidentat.

A aterizat cu succes în Meridiani Planum de pe Marte la 25 ianuarie 2004 ora 05:05 UTC (circa 13:15 ora locală), la trei săptămâni după ce vehiculul spațial geamăn Spirit (MER-A) a aterizat pe cealaltă parte a planetei la 4 ianuarie 2004. Numele său a fost ales printr-un concurs de eseuri ale elevilor.

Opportunity a rămas activ, la iulie 2, 2019 el depășind planul de operare cu 15 ani, 67 zile (în timpul Pământului). Opportunity a continuat să se miște, să adune observații științifice și să raporteze înapoi pe Pământ de peste 50 de ori durata sa de viață proiectată. La data de 7 august 2017, roverul călătorise 44,97 kilometri. Această dată a reprezentat Sol 4793.[37]

Deoarece nu a mai răspuns la comenzile transmise de NASA, la 12 februarie 2019, sonda Opportunity care a parcurs 45,16 km pe Marte, a fost declarată nefuncțională în ziua Sol 5352 și misiunea încheiată.

Fig. 1.6 Vehiculul spațial Opportunity [11]

1.4 Elemente componente și construcții pentru platforma rover

Robotul poate fi definit ca o instalație pentru automatizarea operațiilor pe care în condiții „clasice” le realizează omul, cu mâna sa, sub supravegherea ochiului, coordonarea ochi-mână realizându-se de către creier. Pe lângă roboți, operații de manipulare execută și manipulatoarele.

Potențialul unui robot poate să ajute la dezvoltarea, cercetarea sau explorarea în diferite domenii științifice și nu numai. Poate elibera forța de muncă pe care o depune un om prin roboții mecanizați.

După cele specificate robotul nostru este compus din două părți:
– robot mobil, șasiu
– robot de tip manipulator, brațul robotic

Robotul are o structură mecanică mai complexă (mai multe grade de mobilitate) și este condus după un program flexibil.

Manipulatoarele au o structură mecanică mai simplă (mai puține grade de mobilitate) și este condus după un program rigid (greu modificabil).

Șasiul robotului

Pentru a putea defini un robot cu șenile trebuie în primul rând să ne întoarcem puțin în urmă pentru a putea vedea una din definițiile de bază ale unui robot: „un dispozitiv mecanic care poate fi programat pentru a îndeplini anumite sarcini ce îi sunt date prin control automat.”

Un robot cu șenile este echipat cu un mecanism de acționare și cu capacitatea de a fi programat pentru o anumită comandă pe care o alegem noi.

Fig. 1.6 Șasiul robotului

Avem doua mari categorii de roboți:

– Fixe, cei care sunt imobili față de anumite componente ale mediului în care evoluează.

– Mobili, cei care se pot deplasa folosind în acest scop următoarele categorii:

– roți;
– șenile;
– prin pășire;

– târâre

Vehiculele care sunt ghidate automat se numesc roboți mobili, cu deplasare pe roți/șenile.

Șasiul robotului este format din mai multe piese, materialul fiind din aluminiu pentru cadru iar pentru șenile materialul este din plastic.

Șasiul este acționat de patru motoare DC cu perii care la rândul lor sunt alimentate de la acumulatori. Pentru motorașe am folosit un driver L298N, acesta este un driver de înaltă tensiune, cu curent dublu complet, conceput pentru a accepta niveluri logice standard și pentru a acționa sarcini introductive, cum ar fi releele, senzorii, DC și motoarele pas cu pas.

Brațul robotic cu gheară de tip prehensor

Sistemul mecanic al robotului are rolul să asigure realizarea mișcărilor acestuia și transmiterea energiei mecanice necesare interacțiunii cu mediul. Adică are sarcina de a deplasa un obiect. Partea din sistemul mecanic care realizează această deplasare se numește dispozitiv de ghidare sau manipulator.

Prin manipulare se înțelege modificarea situării în spațiu a unui obiect. Utilizarea mâinii de către om a determinat formarea cuvântului de manipulare. Manipularea obiectului se realizează prin modificarea situării bazei efectorului final, cu care obiectul este solidarizat. În acest scop, baza efectorului final este solidarizată cu un element al dispozitivului de ghidare.

Dispozitivul de ghidare are rolul de a da efectorului final mișcările și energia mecanică necesară mișcării în conformitate cu acțiunea necesitată asupra mediului.

Modulul de robot corelat cu o singură cuplă cinematică poartă o denumire care este definită după funcția lui în cadrul robotului.

Astfel, există module de:
–        translații de bază;
–        de pivotare de bază;
–        de ridicare a brațului;
–        de basculare a brațului;
–        de extensie a brațului;
–        de flexie – extensie.

Subsistemul din cadrul sistemului mecanic dedicat acestei interacțiuni este efectorul final. Efectorul final al robotului care manipulează obiecte se numește dispozitiv de prehensiune. Din punct de vedere al teoriei mecanismelor, obiectul și partea de bază a dispozitivului de prehensiune formează o cuplă cinematică de clasa a VI-a, închisă de obicei prin forță.

Fig. 1.7 Braț robotic

2. Structura mecanică a sistemului

Pentru realizarea șasiului acestui robot cu șenile, s-a plecat de la ideea că acest robot trebuie să se deplaseze pe un traseu mai dificil și necunoscut. Acest robot s-a construit pentru a explora lucruri în care omul nu poate să ajungă în siguranță sau chiar deloc, de exemplu peșterile unde nu știi ce te așteaptă în interior, nu știi ce te așteaptă sau țevile pentru explorarea lor, daca s-a întâmplat ceva cu ele cum ar fi spargerea lor sau blocarea lor, el face munca omului mai ușoară prin mărimea lui și prin avantajul că are un braț robotic la care este atașat o camera pentru transmiterea imaginilor video live chiar din momentul acționarii.

Pe robot sunt și o gama de senzori pentru a parcurge un traseu în siguranță și fără incidente pe care nu le putem vedea prin transmiterea imaginilor.

Robotul dispune de un modul Bluetooth pentru mișcarea lui atât pentru partea de șasiu cât și pentru partea de braț.

2.1 Schema părții mecanice a platformei

Fig. 2.1 Componentele de bază ale șasiului

Componentele de bază ale șasiului:

Roata conducătoare x8

Roata condusa x16

Senila x4

Fig. 2.2 șasiul robot privit de sus

Arduino Mega

L298N Dual motor Controller Module

Acumulatori

Bluetooth

2.2 Rolul funcțional și componentele sistemului mecanic

Rolul funcțional

Rolul funcțional se refera la deplasarea robotului, precum și comportamentul acestuia în mediul cunoscut pe unde o să fie trimis și comandat.

Șasiul este un robot cu șenile conceput atât pentru aplicații în exteriorul clădirilor cât și în interiorul acestora și nu numai. Acesta este prevăzut cu patru șenile cu patru motorașe DC cu perii, fiecare șenilă fiind independenta una față de cealaltă.

Roțile de curea sunt împărțite astfel:

– roțile motoare

– roțile conduse

Roțile motoare sunt fixate mai sus față de celelalte, care dau și forma șenilelor.

Roțile conducătoare sunt conectate direct la motoare. Sunt opt roți care conduc șenilele, cate doua pe fiecare șenilă.

Roțile sunt dințate pentru a putea realiza transmiterea mișcării mai ușor dintre roata dințată către șenilă.

Fig. 2.3 Roata conducătoare sau rotile motor

Roata condusă este situată la nivelul solului, ea face contact cu solul și susține toată greutatea robotului. Preia forțele de rotație de la șenilă și din această cauză ea se poate învârti cât mai simplu fără a opune rezistență.

Fig. 2.4 Roata condusa

Atât roțile conducătoare cât și cele conduse sunt fixate cu ajutorul unui șurub pe o componentă a șasiului din care face parte.

Deplasările și întoarcerile robotului cu șenile:

Deplasarea înainte

Pentru deplasarea înainte vom acționa toate cele patru motoare spre direcția înainte cu o viteză unghiulară egală una față de cealaltă.

Pentru deplasarea înainte și virajul la dreapta șenilele din partea stângă se rotesc înainte în timp ce șenilele din partea dreaptă se rotesc în direcția de sens înapoi pentru a efectua virajul la dreapta.

Pentru mersul înainte și virajul la stânga șenilele din partea dreaptă se rotesc înainte în timp ce șenilele din partea dreaptă se rotesc în direcția de sens înapoi pentru a efectua virajul la stânga.

Fig.2.5 a. Fig. 2.5 b.

În fig. 2.5 a. este reprezentată deplasarea înainte a robotului.

În fig. 2.5 b. este reprezentată deplasarea robotului spre dreapta.

Deplasarea înapoi

Pentru deplasarea înapoi se vor acționa toate cele patru motoare ale șasiului pe direcția înapoi cu o viteză unghiulară egală una față de cealaltă.

Fig. 2.6 a. Fig. 2.6 b.

În fig. 2.6 a. este reprezentată deplasarea înapoi a robotului.

În fig. 2.6 b. este reprezentată deplasarea robotului spre dreapta.

Pentru deplasarea înapoi și virajul la dreapta a robotului, șenilele din partea stângă se vor roti înapoi în timp ce cele de pe partea dreaptă se vor roti înainte pentru a efectua virajul la dreapta. Pentru deplasarea înapoi și la stânga a robotului, șenilele din partea dreaptă se vor roti înapoi în timp ce cele de pe partea stângă se vor roti înainte pentru a efectua virajul la stânga.

2.3 Elemente cinematice ale roboților mobili

Modelarea sistemului mecanic al unui robot industrial este o etapă de maximă importantă pe parcursul procesului care pornește de la concepția robotului și se finalizează cu implementarea sa industrială. Scopul acestei etape este acela de a furniza o serie de modele reprezentată prin ecuații matematice, care să caracterizeze fie din punct de vedere al pozițiilor (modelul geometric), fie al vitezelor (modelul cinematic), fie al forțelor care îl solicită (modelul dinamic), robotul studiat.

Punerea la punct al sistemului de comandă, alegerea elementelor de structură mecanică, a transmisiilor și a motoarelor de acționare, studiul performanțelor robotului sunt de neconceput fără utilizarea lor. Primele două modele (geometric și cinematic) sunt cel mai des utilizate pentru calculul transformărilor de coordonate permițând programarea robotului în spațiul operațional de lucru și obținerea coordonatelor articulare corespunzătoare, comenzii motoarelor de acționare.

Roata reală, cu alunecare

În cazul roții reale, alunecarea laterală a roții face că aceasta să nu se deplaseze pe direcția y, de rostogolire, ci pe direcția axei z fig.2.7. De asemenea, frecarea insuficientă dintre roată și sol face că aceasta să alunece pe direcția de rostogolire. Dar la viteze reduse, roata ideală cu mișcare de rostogolire pură reprezintă un model rezonabil.

Fig.2.7 Rostogolirea rotii

Ipoteze

– Robotul este alcătuit din elemente rigide;

– Nu apar alunecări pe direcția perpendiculară celei de rostogolire;

– Nu există alunecări ale roții pe direcția de rostogolire (rostogolire pură);

– Robotul conține șase roți dințate pentru transmiterea mișcării;

– Toate axele de orientare sunt perpendiculare pe suprafața terenului pe care se deplasează robotul;

– Orientarea roții are loc fără frecare între roată și sol, punctul de contact este acela dintre șenilă și roata dințată;

3. Sistemul de acționare

În cadrul proiectului nostru, am ales pentru propulsia roverului explorator autonom de patru motoare de curent continuu cu perii (Brushed DC).

3.1 Definirea motoarelor DC cu perii

Un motor electric DC cu perii este un motor electric comutat intern proiectat pentru a fi alimentat de la o sursă de curent continuu. Motoarele cu perii au fost prima aplicație importantă din punct de vedere comercial a energiei electrice pentru a conduce energia mecanică, iar sistemele de distribuție DC au fost utilizate de peste 100 de ani pentru a opera motoare în clădiri comerciale și industriale.

Motoarele DC periate pot fi modificate în viteză prin schimbarea tensiunii de operare sau a intensității câmpului magnetic. În funcție de conexiunile câmpului la sursa de alimentare, caracteristicile de turație și de cuplu ale unui motor periat pot fi modificate pentru a asigura o viteză constantă sau o viteză invers proporțională cu sarcina mecanică.

Motoarele periate continuă să fie utilizate pentru propulsie electrică, macarale, mașini de hârtie și laminare de oțel. Deoarece periile se încarcă și necesită înlocuire, motoarele DC fără perii care utilizează dispozitive electronice de putere au deplasat motoarele periate din mai multe aplicații.

Fig. 3.1 a) b) c)

a) Un motor electric simplu DC. Când bobina este alimentată, în jurul armăturii se generează un câmp magnetic. Partea stângă a armăturii este împinsă de magnetul din stânga și trasă spre dreapta, provocând rotația.

b) Armătura continuă să se rotească.

c) Atunci când armătura se aliniază orizontal, cuplul devine zero. În acest moment, comutatorul inversează direcția curentului prin bobină, inversând câmpul magnetic.

Rotorul motorului CC cu perii include o bobină alimentată la o sursă de tensiune continuă prin perii de carbon. Circuitul statorului conține un magnet permanent o bobină. Dacă statorul include o bobină, aceasta poate fi conectată mai târziu cu bobina rotorului în serie sau paralel sau pot fi excitate separat.

Motoarele CC cu perii pot fi comandate în mod tensiune deoarece viteza motorului este proporțională cu sursa de tensiune atunci când sarcina este menținută constantă. Astfel, pentru a comanda momentul motorului, în sistemele de mare performanță se utilizează reglajul curentului în buclă. Pentru operare bi-direcțională, curentul rotorului trebuie să fie inversat pentru a respecta câmpul magnetic al statorului.

3.2 Construcția motorului de curent continuu cu magneți permanenți

După cum este indicat în numele motorului de curent continuu cu magneți permanenți, polii de câmp ai acestui motor sunt, în esență, realizați din magneți permanenți. Un astfel de motor constă în principal din două părți, stator și o armătură. Statorul poate fi un cilindru de oțel, iar magneții sunt montați la periferia interioară a acestui cilindru. [13]

Magneții permanenți sunt montați în așa fel încât polul N și polul S al fiecărui magnet se confruntă alternativ cu armătura. Asta înseamnă că, în cazul în care polul N al unui magnet se află în direcția armăturii, atunci polul S al magnetului următor vă fi așezat în direcția armăturii.

În plus față de păstrarea magnetului pe periferia sa interioară, statorul cilindric, din oțel servește, de asemenea, drept cale de întoarcere cu reținere redusă pentru fluxul magnetic. Cu toate că bobina câmp nu este necesară în motorul de curent continuu cu magneți permanenți, aceasta este încă, uneori utilizată împreună cu magnetul permanent.

Fig. 3.2 Elementele constructive ale unui motor cu perii [13]

Acest lucru se datorează faptului că, în cazul în care magneții permanenți își pierd puterea, aceste forțe magnetice pierdute pot fi compensate prin câmpul de excitație produs de către aceste bobine de câmp. În general, materialele magnetice dure, rare sunt utilizate pentru acești magneți permanenți.

Rotor: Rotorul motorului cu magneți permanenți este similar cu cel al altor motoare de curent continuu. Rotorul sau armătura motorului de curent continuu cu magneți permanenți este formată, de asemenea, din miez, bobine și comutator. Miezul pentru armătură este realizată dintr-un număr de fante de laminare circulară din tablă de oțel, izolate termic cu lac.

Prin fixarea acestor plăci de oțel circulare, una câte una, o formă cilindrică de bază, cu fantă este formată pentru armături. Lamelele de oțel laminate izolate termic cu lac sunt utilizate pentru a reduce pierderile datorate curenților turbionari din armătura unui motor de curent continuu cu magneți permanenți.

Aceste fante de la periferia exterioară a miezului armăturii sunt utilizate pentru a găzdui conductoarele pentru armături în ele. Conductoarele armăturii sunt conectate într-un mod adecvat, care dă naștere la armătura de înfășurare. Terminalele de capăt ale înfășurării sunt conectate la lamelele colectorului plasate pe arborele motorului.

Ca și alte motoare electrice de curent continuu, perii de cărbune sau grafit sunt plasate cu presiunea unor arcuri pe segmentele comutatorului pentru a furniza curent armăturii.

3.3 Clasificarea sistemelor si modul de funcționare a motoarelor cu perii

Principiul de funcționare al unui motor de curent continuu cu magneți permanent

Principiul de funcționare: Majoritatea motoarelor electrice funcționează pe baza forțelor electromagnetice ce acționează asupra unui conducător parcurs de curent electric aflat în câmp magnetic. Există și motoare electrostatice construite pe baza forței Coulomb și motoare piezoelectrice.

După cum s-a specificat și mai sus principiul de funcționare al motorului acesta este doar similar cu principiul general de lucru al motorului de curent continuu. Acest lucru se întâmplă atunci când un conductor transportator vine într-un câmp magnetic, o forță mecanică va fi experimentată de conductor și direcția acestei forțe este guvernată de „regula mâinii stângi” a lui Fleming.

Întrucât într-un motor de curent continuu cu magnet permanent, armătura este plasată în interiorul câmpului magnetic al magnetului permanent; armătura se rotește în direcția forței generate.

Aici fiecare conductor al armăturii experimentează forță mecanică F = B.I.L Newton

– B este intensitatea câmpului magnetic Tesla (weber / m2),

– I este curentul în Amperi care curge prin acel conductor

– L este lungimea în metri a conductorului care se află sub câmpul magnetic.

Fiecare conductor al armăturii cunoaște o forță și compilarea acestor forțe produce un cuplu, care tinde să rotească armătura.

Avantajele acestui motor de curent continuu:

Aceste motoare au unele avantaje față de alte tipuri de motoare de curent continuu:

1. Nu este nevoie de aranjamentul câmpului de excitație.

2. Nicio putere de intrare nu este consumată pentru excitație, ceea ce îmbunătățește eficiența motorului de curent continuu.

3. Nu există o bobină de câmp, prin urmare, spațiul pentru bobina câmp este salvat ceea ce reduce dimensiunea totală a motorului.

4. Mai ieftin și mai economic pentru aplicații cu kW facționali.

Semnalele pot fi clasificate într-o gamă largă, în funcție de formă, amplitudine, durată etc. Uneori semnalele se pot exprima analitic, alteori doar grafic.

Motoarele electrice pot fi clasificate după tipul curentului electric pe care îl parcurge:

Motor de curent continuu

Motor de curent alternativ

Motor de inducție (asincron)

Motor sincron

În funcție de modul de conectare a înfășurării de excitație motoarele de curent continuu pot fii clasificate în:

– Motor cu excitație independența – unde înfășurarea statorică și înfășurarea rotorică sunt conectate la două surse separate de tensiune;

– Motor cu excitație paralele – unde înfășurarea statorică și înfășurarea rotorică sunt legate în paralel la aceeași sursă de tensiune;

– Motorul cu excitație serie – unde înfășurarea statorica și înfășurarea rototrica sunt legate în serie

– Motorul cu excitație mixtă – unde înfășurarea statorica este divizată în două înfășurări, una conectată în paralel și una conectată în serie.

3.4 Motorul ales in cadrul acestui proiect

În cadrul acestui proiect noi am ales motorul de curent continuu cu perii (Brushed DC).

Motorul de curent continuu a fost inventat în 1873 de Zenobe Gramme prin conectarea unui generator de curent continuu la un generator asemănător. Astfel, a putut observa că mașina se rotește, realizând conversia energiei electrice absorbite de la generator.

Motorul de curent continuu are pe stator polii magnetici și bobinele polare concentrate care creează câmpul magnetic de excitație. Pe axul motorului este situat un colector ce schimbă curentul prin înfășurarea rotorica astfel încât câmpul magnetic de excitație să execute în permanență o forță față de rotor.

Elementele constructive: indiferent de tipul motorului, acesta este construit din două componente: rotor și stator:

Statorul este partea fixă a motorului, în general exterioară, ce include carcasa, bobinele de alimentare, armătura feromagnetică statorica și înfășurarea statorica.

Rotorul este partea mobilă a motorului plasată de obicei în interior. Este formată dintr-un ax și o armătură robotică ce susține înfășurarea rotorica.

Între stator și rotor există o porțiune de aer numită întrefier ce permite mișcarea rotorului față de stator.

Fig. 3.4 Elementele componente ale motorului de curent continuu cu perii

Turația motorului este proporțională cu tensiunea aplicată înfășurării rotorice și invers proporțională cu câmpul magnetic de excitație. Turația se reglează prin variația tensiunii aplicată motorului până la valoarea nominală a tensiunii, iar turații mari se obțin prin slăbirea câmpului de excitație.

Cuplul dezvoltat de motor este direct proporțional cu curentul prin rotor și cu câmpul magnetic de excitație. Reglarea turației prin serie aceluiași curent străbate înfășurarea de excitație și înfășurarea rotorica.

Schimbarea sensului de rotație se face fie prin schimbarea polarității tensiunii de alimentare, fie prin schimbarea sensului câmpului magnetic de excitație.

Fig. 3.5 Motor de curent continuu

3.6 Arduino Mega

Arduino este o companie open-source care produce atât plăcuțe de dezvoltare bazate pe microcontrolere, cât și partea de software destinată funcționării și programării acestora. Pe lângă acestea include și o comunitate uriașă care se ocupă cu creația și distribuirea de proiecte care au ca scop crearea de dispozitive care pot sesiza și controla diverse activități sau procese în lumea reală. [8]

Fig. 3.6 Logo Arduino [8]

Proiectul este bazat pe designul plăcilor cu microcontroler produse de câțiva furnizori, folosind diverse tipuri de microcontrolere. Aceste plăci pun la dispoziția utilizatorului pini I/O, digitali și analogici, care pot fi interfațați cu o gamă largă de plăcuțe numite scuturi (shield-uri) și/sau cu alte circuite.

Plăcile au interfețe de comunicații seriale, inclusiv USB pe unele modele, pentru a încărca programe din calculatorele personale. Pentru programarea microcontrolerelor, Arduino vine cu un mediu de dezvoltare integrat (IDE) bazat pe proiectul Processing, care include suport pentru limbaje de programare ca C și C++.

Primul Arduino a fost lansat în 2005, având ca țintă asigurarea unei soluții ieftine și simple pentru începători și profesioniști spre a crea dispozitive capabile să interacționeze cu mediul, folosind senzori și sisteme de acționare. Cele mai comune exemple sunt dispozitivele pentru utilizatorii începători precum: roboții simpli, termostatele și/sau detectoarele de mișcare.

Ce este cu adevărat interesant este ecosistemul de dezvoltare în jurul Arduino. Vorbim aici atât despre comunitatea care este foarte activă, cât și despre numărul impresionant de dispositive create special pentru Arduino.

Câteva exemple de senzori disponibili: senzori de distanță (capabili să măsoare de la câțiva centrimetrii până la 7-9 metri), senzori de sunet, senzori de câmp electromagnetic, senzori de fum, senzori de tip GPS, senzori de tip gyroscopic, senzori de flux lichid (ca cei folosiți la pompele de benzină), senzori de temperature, senzori de lumină, etc.

Platforma Arduino este disponibilă într-o serie de variante, fiecare cu diferite capabilitati și dimensiuni.Exemple de placi Arduino

Arduino Uno – Aceasta este cea mai recentă placă de dezvoltare de la Arduino. Se conectează la computer prin intermediul cablului USB standard A-B și conține tot ceea ce ai nevoie pentru a programa și utiliza placa. [8]

Fig. 3.7 Placa de dezvoltare Arduino UNO [8]

Arduino Mega – versiunea modelului Mega lansată cu Uno, versiunea disponibilă de Atmega2560, care are de două ori mai mult spațiu de memorie, și folosește 8U2 ATMega pentru comunicarea USB-to-serial. [8]

Fig. 3.8 Placa de dezvoltare Arduino Mega2560 [8]

Arduino Mini – Aceasta este cea mai mică placă de dezvoltare de la Arduino. Aceasta funcționează bine într-un breadbourd sau pentru aplicații în care spațial este limitat. Se conecteaza la calculator prin intermediul unui cablu mini USB Adapter. [8]

Fig. 3.9 Placa de dezvoltare Arduino Mini [8]

Arduino Nano – O placă de dezvoltare compactă proiectată pentru utilizarea pe un breadboard. Nano se conecteaza la computer utilizand un cablu USB Mini-B. [8]

Fig. 3.10 Placa de dezvoltare Arduino Nano [8]

Placa Arduino Mega2560

Noi în cadrul acestui proiect am ales placa Arduino Meca deoarece are o memorie mult mai

mare și mai mulți pini pe care putem să îi folosim.

Fig. 3.11 Elementele componente ale placi Arduino Mega [15]

Arduino Mega 2560 este proiectată pentru proiecte mai complexe. Cu 54 pinuri I / O digitale, 16 intrări analogice și un spațiu mai mare pentru memorie. Este placa recomandată pentru proiectele 3D și proiectele de robotică.

Placa Mega 2560 poate fi programată cu software-ul Arduino (IDE).

ATmega2560 de pe Mega 2560 vine preprogramat cu un bootloader care permite să încărcam un nou cod la el fără a utiliza un programator hardware extern.De asemenea, putem să trecem de bootloader și să programăm microcontrolerul prin intermediul antetului ICSP (În-Circuit Programming Serial) cu ajutorul lui Arduino ISP sau similar.

Arduino Mega 2560 are o polifuză resetabilă care protejează porturile USB ale computerului de șocuri și de supracurent. Deși majoritatea calculatoarelor oferă o protecție internă proprie, siguranța oferă un strat suplimentar de protecție. Dacă pe portul USB este aplicată o valoare mai mare de 500 mĂ, siguranța va rupe automat conexiunea până când scurtcircuitul sau suprasarcina vor fi eliminate.

Alimentare:

Mega 2560 poate fi alimentat prin conexiunea USB sau cu o sursă externă de alimentare. Sursa de alimentare este selectată automat. Puterea externă (non-USB) poate proveni de la un adaptor AC-to-DC (negru pe perete) sau de la o baterie. Adaptorul poate fi conectat prin conectarea unui conector central de 2,1 mm în mufa de alimentare a plăcii.

Conductoarele din baterie pot fi introduse în mufele GND și Vin ale conectorului POWER. Placa poate funcționa pe o sursă externă de 6 până la 20 de volți. Dacă este furnizat cu mai puțin de 7V, pinul 5V poate furniza mai puțin de 5 volți, iar placa poate deveni instabilă. Dacă se utilizează mai mult de 12V, regulatorul de tensiune se poate supraîncălzi și poate deteriora placa. Intervalul recomandat este de la 7 la 12 volți. Inelele de alimentare sunt după cum urmează: [23]

V-in. Tensiunea de intrare pe placă când utilizează o sursă de alimentare externă (spre deosebire de 5 volți de la conexiunea USB sau de la altă sursă de alimentare reglată).

Puteți furniza tensiune prin acest pin sau, dacă furnizați tensiune prin mufa de alimentare, accesați-l prin acest pin.

5V. Acest pin scoate un regulat 5V de la regulatorul de pe placă. Placa poate fi alimentată de la mufa de alimentare DC (7 – 12V), conectorul USB (5V) sau pinul VIN al plăcii (7-12V). Tensiunea de alimentare prin pinii de 5 V sau 3,3 V ocolește regulatorul și vă poate deteriora bordul. [15]

3V3. O alimentare de 3,3 volți generată de regulatorul de la bord. Rezistența curentului maxim este de 50 mA.

GND. Nul/ Pin de masă

IOREF. Acest pin pe placă furnizează referința de tensiune cu care funcționează microcontrolerul. Un scut configurat corespunzător poate citi tensiunea de pin IOREF și poate selecta sursa de alimentare adecvată sau poate activa traducătorii de tensiune pe ieșiri pentru a lucra cu 5V sau 3,3V. [23]

Memorie

ATmega2560 dispune de memorie flash de 256 KB pentru stocarea codului (8 KB de SRAM) și 8 KB de EEPROM (care poate fi citit și scris cu biblioteca EEPROM).

Specificatii:

Tabelul 3.1 Caracteristicil tehnice [15]

3.7 L298N Dual Motor Controller Module

L298N este un conducător motor dublu punte-H, care permite controlul vitezei și direcției a două motoare cc în același timp. Modulul poate conduce motoarele DC care au tensiuni între 5 și 35V, cu un curent de vârf de până la 2A.

L298N este un circuit monolitic integrat într-un pachet de 15 plumb Multiwatt și PowerSO20. Acesta este un driver de înaltă tensiune, cu curent dublu complet, conceput pentru a accepta niveluri logice standard TTL și pentru a acționa sarcini inductive, cum ar fi releele, solenoizii, DC și motoarele pas cu pas.

Sunt furnizate două intrări de activare pentru a activa sau a dezactiva dispozitivul independent de semnalele de intrare. Emițătorii tranzistorilor inferiori ai fiecărui pod sunt conectați împreună, iar terminalul extern corespunzător poate fi utilizat pentru conectarea unui rezistor de detectare extern.

O sursă de alimentare suplimentară este furnizată astfel încât logica să funcționeze la o tensiune mai mică.

Fig. 3.12 L298N

Putem controla viteza motorului DC prin simpla controlare a tensiunii de intrare la motor și cea mai obișnuită metodă de a face acest lucru este prin utilizarea semnalului PWM.

In fig.3.12 Este prezentat semnalul PWM la o rotație completă a motorului. [22]

Să aruncăm o privire mai atentă la pinul modulului L298N și să explicăm cum funcționează. Modulul are două blocuri cu șurub pentru motoarele A și B și un alt bloc de borne pentru pinul de împământare, motorul VCC pentru motor și un pin 5V care poate fi fie o intrare, fie o ieșire.

Fig. 3.13 Principiul de funcționare a punți H [22]

Controlul motorului DC si semnalele PWM

PWM (Pulse Width Modulation) Modularea in lățimea impulsului este o tehnică folosită pentru a varia în mod controlat tensiunea dată unui dispozitiv electronic. Această metodă schimbă foarte rapid tensiunea oferită dispozitivului respectiv din ON în OFF și invers (treceri rapide din HIGH în LOW, de exemplu 5V – 0V). [22]

Raportul dintre perioada de timp corespunzătoare valorii ON și perioada totală dintr-un ciclu ON-OFF se numește factor de umplere (duty cycle) și reprezintă, în medie, tensiunea pe care o va primi dispozitivul electronic. Astfel, se pot controla circuite analogice din domeniul digital. Practic, asta înseamnă că un LED acționat astfel se va putea aprinde / stinge gradual, iar în cazul unui motor acesta se va învârti mai repede sau mai încet. [22]

PWM sau modulația lățimii impulsurilor este o tehnică care ne permite să ajustăm valoarea medie a tensiunii care se deplasează la dispozitivul electronic prin pornirea și oprirea alimentării la viteză rapidă. Tensiunea medie depinde de ciclul de funcționare sau de timpul în care semnalul este pornit față de timpul în care semnalul este oprit într-o singură perioadă de timp.

Deci, în funcție de mărimea motorului, putem conecta o ieșire PWM Arduino la baza tranzistorului sau la poarta unui MOSFET și putem controla viteza motorului prin controlul ieșirii PWM. Semnalul PWM Arduino de putere redusă pornește și se oprește la poarta de la MOSFET prin care este acționat motorul de mare putere.

Fig. 3.14 Ciclurile semnalului PWM [22]

În cazul unui motor, căruia i se aplică un semnal PWM cu factor de umplere de 0%, viteza de rotație a acestuia va fi egală cu 0 rpm. Un factor de umplere de 100% va duce la o turație maximă a acestuia.

Controlul motorului DC de la Puntea-H

Pe de altă parte, pentru a controla direcția de rotație, trebuie doar să inversăm direcția fluxului curent prin motor și cea mai obișnuită metodă de a face acest lucru este folosirea unei punți H. Un circuit punte H conține patru elemente de comutare, tranzistoare sau MOSFET-uri, cu motorul în centru, care formează o configurație tip H. Prin activarea a două comutatoare particulare în același timp, putem schimba direcția fluxului curent, schimbând astfel direcția de rotație a motorului.

Fig. 3.15 Controlul punți H [22]

Deci, dacă combinăm aceste două metode, PWM și H-Bridge, putem avea un control complet asupra motorului DC. Există multe drivere DC care au aceste caracteristici, iar L298N este unul dintre ele.

Caracteristici tehnice:

• Driver-ul conține și un limitator de tensiune liniar, astfel că atunci când tensiunea de alimentare a motoarelor este >7V, nu este nevoie să alimentăm separat partea de logică.

• Driver-ul este unul dual, putând să controleze două motoare. El poate fi folosit și pentru motoare pas cu pas.

• Chiar dacă are dimensiuni mai mari, este util prin faptul că beneficiază de un radiator destul de mare și disipă o cantitate mare de caldură.

• Alte extensii: sonda de curent, controlul indicatorului de direcție, comutator de rezistență, sursa de alimentare a părții logice.

Elementele componente:

Fig. 3.16 Elementele componente

Motorul de curent continuu 1 "+" sau motorul pas cu pas A +

Motorul de curent continuu 1 "-" sau motorul pas cu pas A –

12V – Dacă utilizam o tensiune de alimentare mai mare de 12V DC se scoate. Aceasta permite alimentarea regulatorului de 5V la bord.

Conectați aici tensiunea de alimentare a motorului, maxim 35V DC.

GND

Ieșire 5V dacă este conectat jumperul 12V, ideal pentru alimentarea arduino (etc)

Motorul DC 1 acționează jumperul. Lăsați acest lucru la locul lui atunci când utilizați un motor pas cu pas. Conectați la ieșirea PWM pentru controlul vitezei motorului DC.

IN1

IN2

IN3

IN4

Motorul de curent continuu 2 activează jumperul. Lăsați acest lucru la locul lui atunci când utilizați un motor pas cu pas. Conectați la ieșirea PWM pentru controlul vitezei motorului DC.

Motorul de curent continuu 2 "+" sau motorul pas cu pas B +

Motorul de curent continuu 2 "-" sau motorul pas cu pas B-

3.8 Modulatorul Bluetooth – HC-05

Bluetooth este un set de specificații (un standard) pentru o rețea personală (engleză: personal area network, PAN) fără fir (wireless), bazată pe unde radio. Tehnologia Bluetooth a fost creata în 1994. [9]

„Bluetooth” este o traducere în engleză a cuvântului scandinav Blåtand/Blåtann, cum era supranumit regele viking Harald I al Danemarcei din sec. al X-lea. Harald I a unit Norvegia și Danemarca; el era renumit ca fiind foarte comunicativ și se pricepea să îi facă pe oameni să comunice între ei. În română Bluetooth s-ar traduce „dinte albastru”. [9]

Specificația Bluetooth a fost formulată pentru prima dată de Sven Mattisson și Jaap Haartsen, muncitori în orașul Lund, Suedia, la divizia de telefonie mobilă a companiei Ericsson. La 20 mai 1998 a fost fondată gruparea Bluetooth Special Interest Group (SIG), care azi are rolul de a vinde firmelor tehnologia Bluetooth și de a urmări evoluția acestei tehnologii.

Printr-o rețea Bluetooth se poate face schimb de informații între diverse aparate precum telefoane mobile, laptop-uri, calculatoare personale, imprimante, camere foto și video digitale sau console video printr-o unde radio criptate (sigure) și de rază mică, desigur numai dacă aparatele respective sunt înzestrate și cu Bluetooth.

Fig. 3.17 Logo Bluetooth [9]

Aparatele care dispun de Bluetooth comunică între ele atunci când se află în aceeași rază de acțiune. Ele folosesc un sistem de comunicații radio, așa că nu este nevoie să fie poziționate față în față pentru a transmite; dacă transmisia este suficient de puternică, ele pot fi chiar și în camere diferite.

Modulul HC-05 este un modul ușor de utilizat Bluetooth SPP (Serial Port Protocol), proiectat pentru configurarea fără fir a conexiunii fără fir. Portul serial Bluetooth este o tehnologie Bluetooth V2.0 + EDR completată (viteză îmbunătățită a datelor) de 3Mbps. Modulație cu transmițător radio de 2,4 GHz și bandă de bază.

Modulul Bluetooth oferă un mod de comutare între robot si utilizator, ceea ce înseamnă că este capabil să utilizeze nici datele de primire și transmitere.

Fig. 3.17 Modulatorul Bluetooth

Caracteristici tehnice:

Fig. 3.18 Conectarea si descrierea pinilor [18]

VCC – Conectează modulul. Tensiunea de alimentare de + 5V

GND – Pini de conectare a modulului, conectați la masă.

TXD – Transmite date seriale. Totul primit prin Bluetooth va fi dat de acest pin ca date seriale.

RXD – Primiți date seriale. Toate datele de serie furnizate acestui pin vor fi difuzate prin Bluetooth.

STATE – Pinul de stare este conectat la LED-ul de bord, acesta poate fi folosit ca un feedback pentru a verifica dacă Bluetooth funcționează corect.

Buton – Folosit pentru a controla PIN-ul Key / Enable pentru a comuta între modul Data și comanda

Led – Indică starea modulului

Clipește o dată în 2 secunde: modulul a intrat în modul de comandă;

Repetare clipește: Așteaptă conexiunea în modul de date;

Clipește de două ori într-o 1 sec: Conexiunea reușită în modul de date;

4. Alimentarea sistemului

Datorita temei alese, mai exact, de a explora țevi, peste si sau orice locuri in care robotul va trebui sa fie acționat independent, nu vom putea alimenta continuu sistemul astfel încât va trebui sa ne îndreptam spre opțiunea de acumulatori.

4.1. Introducere

Încărcarea bateriilor sau celulelor cu litiu este (teoretic) simplă, dar poate fi dificilă, așa cum a fost demonstrat de multiplele eșecuri grave ale produselor comerciale. Acestea variază de la calculatoare portabile, telefoane mobile ("celulare"), așa-numitele "hoverboards" (aka boards balance) și chiar aeronave. Plăcile de balanță au provocat o serie de incendii la domiciliu și au distrus sau au distrus multe proprietăți din întreaga lume. Dacă celulele nu sunt încărcate în mod corespunzător, există un risc ridicat de aerisire (eliberarea gazelor de înaltă presiune), care este adesea urmată de incendiu.

Litiul este cel mai ușor dintre toate elementele metalice si va pluti pe apa. Este foarte moale, dar se oxidează rapid în aer. Expunerea la vapori de apă și oxigen este adesea suficientă pentru a provoca arderea și mai ales dacă există căldură (de exemplu, din cauza supraîncărcării unei celule de litiu). Expunerea la aerul umed / umed cauzează producerea de gaz hidrogen (din vaporii de apă), care este, desigur, foarte inflamabil. Litiul se topește la 180 ° C. Majoritatea companiilor aeriene insistă ca bateriile și bateriile cu litiu să nu fie percepute pentru transporturi cu mai mult de 30% din cauza riscului foarte mare de producere a unui incendiu catastrofal. În ciuda limitărilor, bateriile cu litiu sunt acum utilizate în aproape toate echipamentele noi din cauza densității foarte mari a energiei și a greutății reduse.

Bateriile au rate de încărcare și de descărcare care sunt denumite "C" – capacitatea bateriei sau a celulei, în Ah sau mAh (ore de amplificare sau milliampă). O baterie cu o capacitate de 1.8Ah (1800mAh) are, prin urmare, un rating "C" de 1,8 amperi. Aceasta înseamnă că (cel puțin teoretic) bateria poate furniza 180mA timp de 10 ore (0,1C), 1,8A timp de 1 oră sau 18A timp de 6 minute (0,1 ore sau 10C). În funcție de design, bateriile cu litiu pot furniza baterii de până la 30C sau mai mult, astfel încât bateria noastră ipotetică de 1.800mAh ar putea furniza teoretic 54A timp de 2 minute. Capacitatea poate fi de asemenea indicată în Wh (watt-ore), deși această cifră nu este de obicei folositoare decât în broșurile publicitare.

În SUA și în unele țări din altă parte, ratingul Wh este solicitat de companiile de transport maritim, astfel încât acestea să poată determina standardul de ambalare necesar. O singură celulă de 1,8 Ah are o energie stocată de 6,7 Wh [4]. Alternativ, poate fi necesar să se menționeze conținutul de litiu. Referința arată, de asemenea, cum poate fi calculată aceasta, deși orice calcul efectuat va fi doar o estimare, cu excepția cazului în care producătorul de baterii specifică conținutul de litiu. Motivul pentru aceasta este riscul ca pompierii să nu se bucure de expedierea focurilor și conținutul de litiu să dicteze cum vor fi expediate mărfurile. Atunci când bateriile sunt livrate separat (nu sunt încorporate în echipament), ele trebuie încărcate la o capacitate de cel mult 30%.

Spre deosebire de unele tehnologii mai vechi de acumulatori, bateriile cu litiu nu pot (și nu ar trebui) să rămână încărcate cu flotor, deși este posibil ca tensiunea să fie menținută sub tensiunea maximă de încărcare. Pentru majoritatea celulelor obișnuite în uz, tensiunea maximă a celulei este de 4,2 V, numită tensiunea de "încărcare de saturație". Tensiunea de încărcare trebuie menținută la acest nivel numai pentru o perioadă suficient de lungă pentru ca curentul de încărcare să fi scăzut la 10% din valoarea inițială sau 1C. Cu toate acestea, acest lucru poate fi supus interpretării, deoarece curentul de încărcare inițial poate avea o gamă largă, în funcție de baterie și încărcător.

Din păcate, în timp ce există nenumărate articole despre încărcarea bateriilor cu litiu, există aproape tot atâtea sugestii, recomandări și opinii diferite, deoarece există articole. Unul dintre principalele lucruri care sunt esențiale atunci când se încarcă o baterie de litiu este de a se asigura că tensiunea din fiecare celulă nu depășește niciodată valoarea maximă admisibilă, ceea ce înseamnă că fiecare celulă din baterie trebuie monitorizată. Există numeroase IC disponibile care au fost proiectate special pentru încărcarea balanței acumulatorilor cu litiu, unele sisteme fiind destul de complexe, dar extrem de cuprinzătoare în ceea ce privește asigurarea unei performanțe optime.

În timp ce polimerul litiu-ion (Li-Ion) sau litiu-polimer (Li-Po) are o tensiune nominală a celulei de 3,70V, Li-ferosfosfatul (LiFePO4, alfa LFP- ferrofosfat de litiu) tensiune de 3.20V și încărcare la 3.65V. Multe baterii comerciale LiFePO4 au circuite de protecție pentru echilibrare încorporate și trebuie doar să fie conectate la încărcătorul potrivit. O adăugare relativ nouă este Li-titanatul (LTO) cu o tensiune nominală a celulei de 2.40V și încărcarea la 2.85V.

Încărcătoarele pentru aceste celule alternative de litiu chimie nu sunt compatibile cu litiu obișnuit de 3,70 volți. Trebuie să se prevadă identificarea sistemelor și asigurarea unei tensiuni de încărcare corecte. O baterie de litiu de 3,70 volți într-un încărcător proiectat pentru LiFePO4 nu ar primi o încărcare suficientă; un LiFePO4 într-un încărcător obișnuit ar cauza supraîncărcare.

4.2. Tipuri de acumulatori

Acumulatorii Li-Ion 18650 2600mAh

Acumulatorii litiu-ion sunt acumulatori de generație recentă și sunt frecvent utilizați de dispozitive electronice de tipul telefoanelor mobile, laptopurilor etc. Datorită masei atomice scăzute a elementului litiu au o densitate energetică ridicată. Pot fi utilizați la propulsarea diferitelor vehicule electrice sau asistate ca de exemplu scutere sau biciclete electrice.

In figura 4.1. este reprezentata celula Li-Ion 18650.

Fig. 4.1. Acumulator Li-Ion

Tabelul 4.1. Caracteristicile celulelor Li-Ion 18650

Transport

În timpul transportului, nu supuneți celula sau cutiile la agitare violentă, umflături, ploaie și lumina directă a soarelui. Păstrați celula (celulele) la o jumătate de încărcare.

Depozitare pe termen lung

Celula trebuie utilizată într-o perioadă scurtă de timp după încărcare, deoarece stocarea pe termen lung poate duce la pierderea capacității prin auto-descărcare. În cazul în care celula este păstrată pentru o perioadă lungă de timp (3 luni sau mai mult), este recomandat ca celula să fie păstrată la temperaturi scăzute și uscate și să păstreze celula (celulele) la o stare încărcată la jumătate. celula trebuie expediată în stare încărcată de 50%. În acest caz, OCV este de la 3.65V la 3.85V. Tensiunea de transport este de 3.75-3.80v. deoarece stocarea la o tensiune mai mare poate duce la pierderea caracteristicilor.

– pe o perioadă de 1 lună: -5 ~ 35 ℃, umiditate relativă: ≤75%.

– pe o perioadă de 6 luni: -20 ~ 25 ℃, umiditate relativă: ≤75%.

Se recomanda ca păstrarea celulelor sa se facă cu ele încărcate 50% in timpul depozitarii îndelungate. Se recomanda încărcarea bateriei pana la 50% din capacitatea totala la fiecare 3 luni de la primirea bateriei si sa se mențină tensiunea de 3.7 ~ 4.1 V. De asemenea aceasta trebuie sa fie depozitata într-un loc răcoros si uscat.

Acumulatori LiFePO4

Litiu-fier-fosfat (LiFePO4 sau LFP) este cea mai sigura varianta dintre tipurile de baterii Li-Ion. Tensiunea nominala a celulei este de 3.2 V. In acest mod, o baterie de 12.8 V va fi alcătuita din 4 celule conectate in serie, iar, o baterie de 25.6 V va fi alcătuita din 8 celule cu același tip de conexiune.[20]

O baterie de tip plumb-acid se va defecta premature datorita suflării in următoarele cazuri:

Daca bateria nu funcționează conform standardelor (daca încărcarea este rara sau inexistenta);

Daca aceasta este încărcata parțial sau complet descărcata (pe timpul iernii sau a nefuncționării produsului).

O baterie LFP nu trebuie sa fie încărcata complet. Durata de viată a serviciului celulei se poate ameliora ușor in cazul încărcării parțiale in loc de încărcare completa. Acesta este unul dintre avantajele utilizării celulelor de tip LFP in comparative cu cele plumb-acid.[6]

Avantaje ale utilizării acestor celule sunt:

Gama mare de temperaturi de funcționare;

Performante excelente la ciclare;

Rezistenta interna scăzută;

Eficienta ridicata.

In figura 4.2. este reprezentata celula LiFePO4 18650.

Tabelul 4.2 Caracteristicile celulelor LiFePO4 18650

Recomandări ale furnizorilor:

Atunci când încărcați bateria, utilizați încărcătoare dedicate și respectați condițiile specificate.

Utilizați bateria numai în echipamentul specificat.

Nu conectați acumulatorul direct la o priză electrică sau la un încărcător pentru brichetă.

Nu utilizați, lăsați bateria aproape de foc sau în interiorul unei mașini, unde temperatura poate fi mai mare de 60 ℃. De asemenea, nu încărcați / evacuați în astfel de condiții.

Nu scufundați, nu aruncați și bateria umedă în apă / apă de mare.

Nu puneți bateriile în buzunare sau într-o pungă împreună cu obiecte metalice, cum ar fi coliere. Pini, monede sau șuruburi. Nu depozitați bateriile cu astfel de obiecte.

Nu scurtcircuitați terminalele (+) și (-) cu alte metale. – Nu așezați bateria într-un dispozitiv cu (+) și (-) în direcția greșită.

Nu străpungeți acumulatorul cu un obiect ascuțit, cum ar fi un ac.

Nu dezasamblați sau modificați bateria.

Nu lipiți direct bateria.

Nu utilizați o baterie cu cicatrice sau deformări grave.

Nu utilizați bateria cu celule uscate și alte baterii primare sau cu baterii dintr-un alt pachet, tip sau marca.

Încetați să încărcați bateria dacă încărcarea nu este finalizată în timpul specificat.

Opriți utilizarea bateriei dacă se detectează căldură, miros, decolorare, deformare sau stare anormală se ține departe de incendiu imediat atunci când se detectează scurgeri sau mirosuri

Dacă scurgeți lichidul pe piele sau pe haine, spălați-l imediat cu apă proaspătă. Dacă lichidul scurs de pe acumulator ajunge în ochi, nu frecați ochii. Spălați-le bine cu apă curată și mergeți imediat la medic.

Bateriile au cicluri de viață. Dacă timpul de încărcare a bateriei devine mult mai scurt decât de obicei, durata de viață a bateriei este la sfârșit. Înlocuiți bateria cu una nouă.

Scoateți o baterie a cărei durată de viață a expirat imediat de la echipament.

Când bateria este aruncată, asigurați-vă că este neconductoare prin aplicarea benzii de vinil la bornele (+) și (-).

Când nu utilizați bateria pentru o perioadă îndelungată, scoateți-o din echipament și depozitați-o într-un loc cu umiditate scăzută și temperatură scăzută.

În timp ce bateria este încărcată, utilizată și stocată, țineți-o departe de obiecte sau materiale cu încărcături electrice statice.

Dacă bornele bateriei se murdăresc, ștergeți cu o cârpă uscată înainte de a utiliza bateria.

4.3. Board Management System (BMS)

Un sistem de gestionare a bateriilor (BMS) este un sistem electronic care gestionează o baterie reîncărcabilă (baterie sau acumulator), cum ar fi protejarea bateriei de funcționare în afara zonei de operare în siguranță [necesitatea clarificării], monitorizarea stării sale, calcularea datelor secundare, aceste date, controlul mediului său, autentificarea acestuia și / sau echilibrarea acestuia. [27]

Un acumulator construit împreună cu un sistem de gestionare a bateriei cu o magistrală externă de comunicații de date este un pachet de acumulatori inteligent. Un acumulator inteligent trebuie încărcat de un încărcător inteligent.

Tehnologia BMS variază în funcție de complexitate și performanță:

Regulatorii pasivi simpli realizează echilibrarea între baterii sau celule prin ocolirea curentului de încărcare atunci când tensiunea celulei atinge un anumit nivel. Tensiunea celulară este un indicator slab al SOC al celulei (și pentru anumite litiu chimice, cum ar fi LiFePO4 nu este deloc indicator), făcând ca tensiunile celulare să fie egale folosind regulatorii pasivi, nu echilibrează SOC, care este scopul unui BMS. Prin urmare, astfel de dispozitive, cu siguranță benefice, au limitări severe în eficiența lor.

Regulatoarele active activează și dezactivează inteligent o încărcătură când este cazul, din nou pentru a realiza echilibrarea. Dacă numai tensiunea celulară este folosită ca parametru pentru a permite regulatoarelor active, se aplică aceleași constrângeri menționate mai sus pentru regulatorii pasivi.

Un BMS complet raportează starea bateriei pe ecran și protejează bateria.

Topologiile BMS se încadrează în 3 categorii:

Centralizat: un singur controler este conectat la celulele bateriei printr-o multitudine de fire

Distribuită: o placă BMS este instalată la fiecare celulă, cu un singur cablu de comunicație între baterie și un controler

Modular: câțiva controlori, fiecare predând un anumit număr de celule, comunicând între controale

BMS-urile centralizate sunt cele mai economice, mai puțin extensibile și sunt afectate de o multitudine de fire. BMS-urile distribuite sunt cele mai scumpe, mai simple de instalat și oferă cea mai curată montare. BMS-urile modulare oferă un compromis al caracteristicilor și al problemelor celorlalte două topologii.

Cerințele pentru un BMS în aplicațiile mobile (cum ar fi vehiculele electrice) și aplicațiile staționare (cum ar fi UPS-urile în așteptare într-o cameră de server) sunt destul de diferite, în special din cauza cerințelor de spațiu și greutate, astfel încât implementările hardware și software trebuie adaptate specificului utilizare. În cazul vehiculelor electrice sau hibride, BMS este doar un subsistem și nu poate funcționa ca un dispozitiv autonom. Trebuie să comunice cu cel puțin un încărcător (sau o infrastructură de încărcare), un subsistem de încărcare, gestionare termică și oprire de urgență. Prin urmare, în proiectarea unui vehicul bun, BMS este integrat strâns cu acele subsisteme. Unele aplicații mobile mici (cum ar fi cărucioarele pentru echipamente medicale, scaunele cu rotile motorizate, scuterele și stivuitoarele) au deseori echipament extern de încărcare, totuși BMS la bord trebuie să aibă o integrare strânsă în proiectare cu încărcătorul extern.

Tipul constructive ales

In urma studiului variantelor existente am ales varianta Li-Ion 18650 de 2600 mAh datorita costului mai accesibil si datorita prezentei mai mari pe piața. Desigur, varianta de acumulator LiFePO4 este mai stabila dar de asemenea si mult mai costisitoare.

Pentru crearea pachetului de acumulatori am folosit 15 celule grupate pe 5 rânduri cu cate 3 celule pe fiecare rând.

Pentru egalizarea încărcării am folosit un BMS 3S 25A Li-ion 18650.

Tabelul 4.3 Caracteristicile BMS 3S 25A Li-ion 18650

4.4. Motivarea tipului de acumulator ales

Celulele și bateriile cu litiu reprezintă tehnologia actuală din tehnologia de stocare. Îmbunătățirile de-a lungul anilor le-au făcut mult mai sigure decât versiunile anterioare și este corect să spunem că dezvoltarea IC este unul dintre progresele majore, deoarece există o IC (sau o familie de IC) proiectată să monitorizeze și să controleze procesul de încărcare și să limiteze tensiunile aplicate la fiecare celulă din baterie. Acest proces a redus riscul de avarie (și / sau incendiu) cauzat de supraîncărcare și a îmbunătățit durata de viață a bateriilor cu litiu.

În realitate, nici o formulare a bateriei nu poate fi considerată 100% sigură. Celulele Ni-Mh și Ni-Cd (nichel-metal hidrură și nichel-cadmiu) nu arde, dar pot provoca un flux masiv de curent dacă este scurtcircuitat, care este capabil să aprindă izolația firelor, toxic, deci eliminarea este reglementată. Bateriile cu plumb pot exploda, duc totul în jurul lor cu acid sulfuric. Ele sunt, de asemenea, capabile de curent de ieșire imens și aerisesc un amestec extrem de exploziv de hidrogen și oxigen, dacă sunt supraîncărcate. Când aveți nevoie de o densitate mare de energie, nu există nicio alternativă la litiu și, dacă este tratată corect, riscul este de fapt foarte scăzut. Celulele și bateriile bine fabricate vor avea toate măsurile de protecție împotriva defecțiunilor catastrofale.

Acest lucru nu înseamnă că bateriile cu litiu vor fi întotdeauna în siguranță, așa cum sa dovedit și prin numeroasele eșecuri și rechemări la nivel mondial. Cu toate acestea, trebuie luat în considerare numărul mare de celule de litiu și baterii în uz. Fiecare telefon mobil, laptop și tabletă modernă le utilizează și sunt comune în multe produse de model hobby și în cele mai multe camere noi – și asta e doar o mostră mică. Modelul de aeronave utilizează baterii cu litiu deoarece au o densitate atât de bună a energiei și o greutate redusă, iar multe dintre cele mai recente modele "fad" (de ex., Drone / quad-copters) ar fi inutilizabile fără baterii pe bază de litiu. Încercați să obțineți unul de la sol cu o baterie plumb-acid la bord.

În general, se recomandă ca oamenii să evite celulele litiu și bateriile ieftine din Asia "fără nume". În timp ce unii ar putea fi perfect în regulă, nu aveți nicio despăgubire reală dacă vă ardeți casa la pământ. Există puține speranțe că plângerea către un site de licitație online va avea ca rezultat o decontare financiară, deși acest lucru se poate aplica în mod egal produselor de marcă de nume cumpărate din magazinele "bricks & mortar". Deoarece cele mai multe instrucțiuni (de multe ori necitite și în mod regulat ignorate) prevăd că bateriile cu litiu nu ar trebui încărcate niciodată nesupravegheate, este un argument dificil. Cu toate acestea, atunci când numărul de baterii pe bază de litiu utilizate este luat în considerare, eșecurile sunt de fapt foarte rare. Este regretabil că atunci când apare un eșec, rezultatele pot fi dezastruoase. Probabil că nu este de ajutor că mass-media a făcut o agitație de fiecare dată când un pachet de baterii cu litiu este dovedit a avea o eroare potențială – este aparent vrednic de știri.

Un lucru este sigur – aceste baterii trebuie să fie încărcate în mod corespunzător, cu toate măsurile de precauție necesare împotriva supratensiunii (echilibrarea celulară a celulelor) în permanență. Asigurați-vă că bateriile nu se încarcă niciodată dacă temperatura este sub 0 ° C sau dacă depășește 35-40 ° C. Litiul devine instabil la 150 ° C, deci este necesară monitorizarea atentă a temperaturii celulare dacă trebuie să încărcați la temperaturi ridicate și, în mod ideal, să faceți parte din încărcător. Evitați utilizarea celulelor și a bateriilor cu litiu în moduri în care se poate deteriora carcasa sau unde pot fi expuse la temperaturi ridicate (cum ar fi soarele complet), deoarece aceasta crește temperatura internă și afectează în mod drastic fiabilitatea, siguranța și durata de viață a bateriei.

După cum se vede, o singură celulă de litiu este destul de ușor de încărcat. Puteți utiliza un IC dedicat, dar chiar și o combinație mult mai simplă a unui regulator de 4.2V și a unui rezistor de serie va funcționa foarte bine pentru un încărcător de bază (lent). Celulele cu o singură celulă (sau mai multe celule paralele) pot fi obținute destul de ieftin, iar cele pe care le folosesc funcționează bine și prezintă un risc foarte scăzut. Chiar și așa, n-aș părăsi niciodată casa în timp ce o baterie sau o celulă de litiu era în sarcină. Nu am avut niciodată personal probleme cu bateriile sau celulele Li-Ion și le folosesc destul de puține în diverse scopuri. Acestea sunt în afară de cele mai frecvente – telefoane, tablete și laptopuri.

Când aveți nevoie de o mulțime de energie într-un pachet mic, cu greutate redusă, cu capacitatea de a reîncărca până la 500-1000 de ori, nu există un material mai bun decât litiul. Dacă acestea sunt tratate cu respect și nu sunt abuzate, vă puteți aștepta, în general, la o relație lungă și fericită cu celulele și bateriile. Ei nu sunt perfecți, dar cu siguranță au bătut majoritatea celorlalte cu o marjă largă. Există multe de spus pentru LiFePO4 (cunoscute în mod obișnuit simplu ca LFP, LiFePO sau LiFe), deoarece folosesc o compoziție chimică mai stabilă și sunt mai puțin susceptibile de a face ceva "urât". Cu toate acestea, atâta timp cât acestea nu sunt abuzate, celulele Li-Ion și bateriile sunt capabile de o viață sigură, lungă și fericită.[5]

5. Sistemul senzorului de proximitate

5.1 Noțiuni introductive.

Senzorii ultrasonici emit pulsații acustice scurte, de înaltă frecvență, la intervale de timp regulate. Acestea se propagă prin aer cu viteza sunetului. Dacă lovesc un obiect, acestea sunt reflectate înapoi ca semnale ecou la senzor, care calculează distanța până la obiect pe baza intervalului de timp dintre emiterea semnalului și receptarea ecoului. [12]

Fig. 5.1 Principiul de functionare a undelor ultrasonice [24]

Senzorul este un element care convertește mărimea (fenomenul) de măsurare într-o caracteristică de natură electrică (sarcină, tensiune, curent sau impedanță), ce poate fi prelucrată și transmisă electric.

Senzorul este elementul sensibil cu rolul de a sesiza mărimea de măsurare aplicată la intrarea să, x(t) și de a o converti într-o altă mărime fizică, de aceeași natură sau de natură diferită, yint(t), care poate fi ușor măsurată, cel mai frecvent pe cale electrică.

Conversia mărimii de intrare în mărimea de ieșire la senzori se bazează pe efectele fizice sau chimice. Senzorii care servesc numai la detectarea prezenței unei mărimi constituie o categorie aparte și se numesc detectori (detectori de proximitate, detectori de radiații ionizate etc).

Ansamblul format din elementul sensibil (senzorul) și elementul de adaptare și prelucrare (condiționarea semnalelor) se numește traductor. În diverse lucrări de specialitate nu se face o distincție clară între senzor și traductor.

Fig. 5.1 Schema functionala a unui traductor

Traductorul poate avea în structura sa mai mulți senzori, capabili să efectueze conversia mărimii de măsurat într-o mărime electrică, indirectă, prin mai multe etape intermediare, până la obținerea mărimii de ieșire finale y(t).

Ansamblul format dintr-un senzor integrat în același circuit (chip) cu elementul de adaptare poartă numele de traductor integrat. Recent a apărut conceptul de senzor sau traductor inteligent care prezintă asocierea unui traductor cu un microprocesor (microcontroller).

Traductoarele inteligente s-au dezvoltat rapid ca elemente componente principale ale sistemelor automate, de măsură, monitorizare și control, precum și în domeniul roboticii industriale.

Fig. 5.2 Fenomene convertite in marimi electrice cu ajutorul senzorilor

În fig. 5.2 sunt prezentate principalele categorii de mărimi și fenomene care pot fi sesizate și măsurate cu ajutorul senzorilor: mărimi mecanice caracteristice solidelor (viteză, accelerație, elasticitate, densitate, grosime, diametru, lungime, greutate, masă, nivel, presiune etc.); mărimi mecanice caracteristice lichidelor și gazelor (densitate, vâscozitate, volum, viteza de curgere, etc); mărimi termice (temperatură, radiație termică, etc);

5.2 Clasificarea senzorilor

În principiu elementele de bază în construcția unui senzor este elementul sensibil.

Acesta are rolul de a culege informații din mediul înconjurător, deci de a sesiza fenomenul de măsurare. Pe lângă elementul sensibil, senzorul cuprinde alte elemente adiționale, cu rol de fixare, de protecție, de conectare la circuitul de măsurare etc.[2]

După schema electrică echivalentă sau după natura mărimii de ieșire , senzorii sunt clasificați în două categorii: senzori activi și senzori pasivi.

De asemenea, în funcție de tipul senzorului pe care îl generează sub acțiunea mărimii de măsurat, senzorul poate fi analogic sau numeric. În cazul senzorilor analogici, la ieșire se obține un semnal electric continuu sau o variație continuă a unui parametru caracteristic, similar cu variațiile mărimii de măsurat. Senzorii numerici furnizează un semnal discontinuu, o succesiune de impulsuri sau o combinație de tensiuni care, după un anumit cod, reprezintă modul de variație a mărimii de măsurat.

Senzori activi (de tip generator)

Sub acțiunea unei mărimi de măsurat, acești senzori se comportă ca surse de semnal electric, mărimea lor de ieșire fiind variația unei sarcini, a unei tensiuni sau a unui curent electric. Cu alte cuvinte, principiul lor de funcționare are la bază efecte fizice care asigură conversia directă în energie electrică(tensiune, curent, sarcină) a unei forme de energie proprie a masurandului.[2]

Senzori pasivi (de tip parametric)

Senzorii pasivi se comporta ca impedanțe, ale căror parametri caracteristici (rezistență, inductanță sau capacitate) sunt sensibili la valorile masuranzilor. Variația impedanței poate fi datorată acțiunii mărimii de măsurat fie asupra caracteristicilor geometrice sau dimensionale ale elementului sensibil, fie asupra proprietăților electrice ale materialului acestuia.[2]

Senzori compuși

Există situații în care din motive de cost sau ușurință în exploatare, se utilizează senzori care nu sunt sensibili la mărimea de măsurat, ci la unul din efectele sale. Senzorii compuși sunt utilizați în special în cazul măsurării mărimilor mecanice; acestea determină deformări sau deplasări ale unor corpuri de probă, la care sunt sensibili senzorii asociați.[2]

5.3 Senzorul ultrasonic de proximitate HC-SR04

Senzorul HC-SR04 utilizează un sonar pentru a determina distanța față de un obiect cum ar fi liliecii. Oferă o detectare excelentă a gamei fără contact cu o precizie ridicată și citiri stabile într-un pachet ușor de utilizat. Acesta este dotat cu module de transmițător și receptor ultrasonic.

Fig.5.3 Senzorul HC-SR04 [24]

Principiile de măsurare a distanței cu ajutorul ultrasunetelor

Transmițătorul emite 8 semnale de undă direcțională cu ultrasunete de 40 kHz când este declanșată și începe un cronometru. Pulsurile cu ultrasunete se deplasează spre exterior până când se întâlnesc cu un obiect.

Obiectul determină ca undele să fie reflectate înapoi către unitate. Receptorul ultrasonic va detecta undele reflectate și va opri temporizatorul de oprire. Viteza de spargere ultrasonică este de 340 m / sec. în aer.

Pe baza numărului de contorizări de cronometru, distanța poate fi calculată între obiect și transmițător. Formula TRD de măsurare este exprimată ca: D = C X T care este cunoscută ca formulă de măsurare timp / rată / distanță: unde D este distanța măsurată și R este viteza de propagare (viteză) în aer (viteza sunetului) și T reprezintă timpul. În această aplicație, T este împărțită de 2, deoarece T este dublul valorii de timp dintre emițător și obiect înapoi la receptor.

Fig. 5.4 Principiul de functionare [24]

Caracteristici tehnice:

Utilizări:

Bariere inteligente;

Măsurarea distanței unui obiect;

Detectarea nivelului;

Sisteme de securitate;

Detectarea/evitarea vehiculelor.

Exemplu de funcționare a senzorului

De exemplu fig 5.5, dacă obiectul este la 10 cm distanță de senzor și viteza sunetului este de 340 m / s sau 0,034 cm / μs, undele sonore vor trebui să călătorească aproximativ 294 u secunde. Dar ceea ce veți obține de la pinul Echo va fi dublu față de numărul, deoarece valul sonor trebuie să călătorească înainte și să săriți înapoi. Deci, pentru a obține distanța în cm, trebuie să înmulțim valoarea timpului de călătorie primit de la ecoul cu 0.034 și să o împărțim cu 2.

Fig. 5.5 Exemplu calcul [24]

Setați Trig și Echo Low pentru a inițializa modulul. Poziționați un impuls de nivel înalt de minimum 10 la "Trigger" (modulul va trimite automat opt izbucniri acustice de 40 kHz). În același timp, porniți cronometrul pentru microcontroler pentru a începe sincronizarea.

Așteptați să capturați ieșirea din marginea în creștere a portului ECHO pentru a opri temporizatorul. Citiți acum ora contorului, care este timpul de propagare cu ultrasunete în aer.

Conform formulei: Distanța = (viteza sonorului ECHO cu viteză superioară X (viteza de zgomot în aer 340m / sec) / 2, puteți calcula distanța față de obstacol.

Pentru rezultate optime și domeniu maxim, obiectul ar trebui să fie mai mare de 0,5M2 cu cât obiectul țintă este mai apropiat, cu atât este mai mic acesta.

Descrierea pinilor si conectarea la arduino mega.

Fig. 5.6 Conectarea HC-SR04 la Arduino Mega [15]

Modulul HC-SR04 cu ultrasunete are 4 pini:

Gnd – masa;

Vcc – alimentare, + 5V;

Trig – initiere semnal, output;

Echo – răspuns semnal, input.

Pinii Gnd și Vcc trebuie să fie conectați la pinii Gnd și respectiv 5V de pe placa Arduino, iar pinii Echo și Trig la oricare din pinii digitali I / O de pe placa Arduino.

Fig. 5.7 HC-SR04

Funcționare HC-SR04

HC-SR04 trimite un puls sonic de 40 000 Hz în 8 cicluri, la pinul Trig, care se deplasează cu viteza sunetului prin aer și care va fi recepționat, după reflexia lui de un obstacol, la pinul Echo. Pinul Echo va arăta timpul, în microsecunde, pe care l-au făcut undele sonore. Durata impulsului obținut la terminalul Echo este intre 150 μs, corespunzătoare distanței de 2,58 cm, și 25 ms, corespunzătoare distanței de 4,31m=431cm.

Pașii pentru a genera și recepționa ultrasunetele și ulterior interpreta datele, urmărind și comenzile dintr-un program Arduino, sunt :

1. Modulul emite un puls sonic (explozie sonică) de 8 cicluri cu frecvența de 40 kHz. Pentru aceasta trebuie să setați pinul Trig la un nivel înalt (HIGT) timp de cel putin10 μs după ce ați asigurat un high curat prin setarea pinului la nivel jos (LOW);

digitalWrite(TRIG_PIN, LOW);

delayMicroseconds(4);

digitalWrite(TRIG_PIN, HIGH);

delayMicroseconds(10);

digitalWrite(TRIG_PIN, LOW);

2. Modulul setează semnalul de ieșire Echo pe 5V (HIGH) și microcontrolerul pornește cronometrul pentru a începe sincronizarea;

3. Undele sonore sunt expediate și reflectate de obiecte, iar prima reflecție (ecou) este considerată că fiind dată de cel mai apropiat obiect (alte ecouri pot fi recepționate ulterior, dar sunt ignorate);

4. Primul ecou recepționat determină modulul să seteze semnalul de ieșire Echo pe 0V (LOW);

5. Microcontrolerul trebuie să cunoască cât timp semnalul Echo de la unitate este ridicat (HIGH) pentru a determina timpul ecoului;

duration = pulseIn(ECHO_PIN, HIGH);

6. Microcontrolerul convertește timpul în microsecunde în distanță cunoscând că acest timp este timpul până la cel mai apropiat obiect și înapoi, utilizând formulele inserate în program, direct sau grupate într-o funcție.

Fig. 5.9 Secventele trimise de modul [15]

Pentru mai multe detalii legate de codul senzorilor se regaseste in anexa 4.

6. Simulare si proiectare 3D

6.1 Introducere in CAD si FEA

Introducere in CAD

Acronimul CAD vine de la expresia din limba engleză Computer Aided Design (proiectare asistată de calculator). În momentul de față există pe piață un număr foarte mare de programe dedicate pentru CAD. Mai jos sunt prezentate câteva astfel de programe. [34]

Fig. 6.1 Exemplu Catia V5 [1] Fig. 6.2 Exemplu Solidworks [1]

Importanța programelor CAD în ingineria mecanică

– Utilizarea lor duc la creșterea productivității și scăderea timpului necesar unui produs nou sau modificării unui produs existent;

– Creșterea calității design-ului;

– Facilitează menținerea trasabilității documentelor;

– Facilitează comunicarea în cadrul proiectelor interdisciplinare.

Acest domeniu CAD necesită cunoașterea unor materii de bază cum ar fi: Desen tehnic, Rezistența materialelor, Toleranțe și control dimensional, Tehnologii de fabricație și Organe de mașini.

Mai jos este prezentat rezultatul unor analize FEA. După cum se poate observa pentru obținerea unor astfel de rezultate este necesară realizarea în prealabil a unui model CAD.

Fig. 6.3 Rezultatele unei simulări FEA [1]

Analiza elementelor finite (FEA) este simularea oricărui fenomen fizic dat, folosind tehnica numerică numită Metoda cu elemente finite (FEM). Inginerii îl folosesc pentru a reduce numărul de prototipuri și experimente fizice și pentru a optimiza componentele în faza de proiectare pentru a dezvolta produse mai bune, mai rapid. [30]

6.2 Proiectare 3D

Programele folosite pentru proiectarea robotului

Catia V5

CATIA este lider mondial în software-ul de proiectare pentru excelența produsului CAD 3D al produsului. Este folosit pentru a proiecta, simula, analiza și produce produse într-o varietate de industrii, inclusiv industria aerospațială, automobile, bunuri de consum și mașini industriale. Ea se adresează tuturor organizațiilor de fabricație, de la producătorii de echipamente originale prin intermediul lanțurilor lor de aprovizionare, producătorilor independenți mici. [25]

Dacă vă opriți și aruncați o privire în jur, CATIA este peste tot. CATIA se află în avionul care tocmai a zburat, mașina care tocmai a ieșit în tăcere, telefonul la care tocmai ați răspuns și sticla de apă pe care tocmai ați terminat-o.

CATIA este aleasă din ce în ce mai mult ca sistem principal de proiectare 3D pentru multe companii, cererea la nivel mondial pentru designerii CATIA este dificilă de îndeplinit.

Fig. 6.4 Logo Catia V5 [25]

6.3 Modelarea sașiului

Piesele au fost realizate în programul CATIA V5 pe o durată a 60h și s-au folosit mai multe module din catia v5.

Înainte de realizarea practică am conceput modelul 3D al șasiului astfel încât să putem observa posibile probleme de construcție sau de funcționare al lui. Piesele au fost achiziționate atât din Romania cât și din străinătate și era posibilă apariția erorilor de proiectare cât și a erorilor de fabricație ale pieselor.

Piesele componente realizate 3D si mai jos o sa fie prezentat pe subansamble:

cadrul metalic

Fig. 6.5 Cadrul metalic

cadrul metalic, ansamblul transmiterea mișcării

Fig. 6.6 Cadru metalic, ansamblul transmiterea mișcări

senilele

Fig. 6.7 Senile

6.4 Configurația stației de lucru

Pentru realizarea modelelor 3D cât și pentru realizarea desenelor 2D s-a folosit o stație de lucru care are următoarele caracteristici:

– Sistem de operare Microsoft Windows 10 Pro 64-bit;

– Procesor Intel® Core™ i7-7700HQ Procesor (6M Cache, up to 3.80 GHz) Kaby Lake;

– RAM 16GB DDR4 ;

– Placă grafică nVidia GeForce GTX 1060 Ti de 6 GB;

– SSD 512GB ;

Extensii de fișiere native CATIA V5 întâlnite în acest proiect sunt:

– .CATPart extensia fișierelor ce definesc o piesă individuală;

– .CATProduct extensie utilizată pentru ansamble;

– .CATDrawing extensie utilizată pentru desene tehnice;

Modulele folosite pentru realizarea acestui proiect sunt:

Mechanical design

– Part Design utilizat la realizarea volumelor solide

– Assembly Design utilizat la realizarea ansamblelor

– Drafting utilizat la realizarea desenelor tehnice

– Sketcher utilizat la realizarea schițelor 2D

Scopul modelării ansamblului:

1. Greutatea maximă pe care structura o poate suporta;

2. Testarea structurii cu mai multe opțiuni de materiale( aluminiu și diferite tipuri de plastic);

3. Încercarea de a găsi diferite moduri de îmbunătățire mecanică a structurii.

Ansamblul final al șasiului este reprezentat in fig. 6.8.

Fig. 6.8 Sașiul

Materialele folosite pentru acest ansamblu sunt specificate și în catalogul de materiale din CATIA V5:

Aluminiu folosit pentru structura metalică

Fig. 6.9 Proprietățile aluminiului CATIA V5

Plastic folosit pentru șenile

Fig. 6.10. Proprietățile plasticului CATIA V5

Oțel folosit la șuruburi

Fig. 6.11 Proprietățile oțelului CATIA V5

Plexiglass folosit pentru suportul de baterie

Fig. 6.12 Proprietățile plexiglass-ului CATIA V5

6.5 Simularea ansamblului

Simularea ansamblului este realizată cu ajutorul programului Ansys care este conceput special pentru simulare (FEA).

Dacă ați văzut vreodată o lansare de rachete, ați zburat cu avionul, ați condus o mașină, ați folosit un computer, ați atins un dispozitiv mobil, ați trecut o punte sau ați pus pe tehnologia purtătoare, probabil că ați folosit un produs pe care a jucat software-ul ANSYS un rol esențial în crearea sa. [26]

ANSYS este lider mondial în simularea ingineriei. Ajutăm companiile cele mai inovatoare din lume să furnizeze clienților lor produse radicale mai bune. Oferind cel mai bun și mai larg portofoliu de software de simulare de inginerie, îi ajutăm să rezolve cele mai complexe provocări de proiectare și produse de inginerie limitate doar de imaginație.

Fondată în 1970, ANSYS are aproape 3000 de profesioniști, dintre care mulți sunt experți M.S. și ingineri la nivel de doctor în analiza elementelor finite, dinamica fluidelor computerizate, electronică, semiconductori, software încorporat și optimizarea designului.

ANSYS acoperă întreaga gamă de fizică, astfel încât nicio provocare de design de produs nu depășește capacitățile noastre. Software-ul nu numai că oferă eficiență, ci conduce la inovare. Reduce sau elimină constrângerile fizice, permițând testelor simulate care altfel nu ar fi posibile.

De asemenea, promovează ceea ce este gândit, astfel încât inginerii pot explora cu ușurință soluții alternative de design pentru o soluție optimă. Deoarece software-ul permite să testați mii de modele în timpul pe care l-ați folosit pentru a construi un prototip unic, posibilitățile sunt nesfârșite.[26]

Fig. 6.13 Logo Ansys [26]

6.6 Structural Analysis/ Mechanical

Tipul de analiză Static permite calcularea statică și prin urmare, invariantă în timp a deplasărilor, precum și tensiunile și tulpinile din corpul solid sau din mai multe corpuri solide cauzate de constrângerile și sarcinile aplicate, de ex. gravitate, forțe etc.

O analiză structurală statică determină deplasările, solicitările, tensiunile și forțele din structuri sau componente cauzate de sarcini care nu induc efecte semnificative de inerție și amortizare. Se presupune condiții de încărcare și de răspuns constant; adică încărcările și răspunsul structurii se presupune că variază încet în funcție de timp. O încărcare structurală statică poate fi efectuată utilizând solverul ANSYS, Samcef sau ABAQUS.

Tipurile de încărcare pe care pot fi aplicate într-o analiză statică includ:

Forte si presiuni aplicate la exterior;

Forțele inerțiale la starea de echilibru (cum ar fi gravitația sau viteza de rotație);

Deplasări impuse (nonzero);

Temperaturi (pentru solicitări termice);

O analiză statică structurală poate fi liniară sau neliniară. Sunt permise toate tipurile de neliniarități – deformări mari, plasticitate, rigidizare de stres, elemente de contact (decalaj), hiper elasticitate și așa mai departe.

Tipul de simulare ales pentru lucrarea de fata este cea liniara in cadrul software-lui Ansys.

Rezultatele permit evaluarea componente, daca este deformată într-o manieră nedorită sau dacă apare o stare de stres critic la anumite detalii specifice geometriei dvs.

Mechanical permite comportamentul rigidității unei părți să fie definit ca fiind rigid / flexibil.

• Un corp rigid nu este cuplat cu elemente finite tradiționale. Mai degrabă este reprezentat utilizând un singur element de masă și este astfel foarte eficient în ceea ce privește timpii de soluționare.

• Elementele dintr-un ansamblu care sunt incluse doar pentru a transfera sarcini pot fi desemnate ca fiind rigide pentru a reduce timpul de soluționare și dimensiunile modelului.

6.7 Contacte

Datorita numărului de piese din cadrul ansamblului si pentru a vedea încărcătura maxima in interiorul cuplei s-a hotărât folosirea contactelor de tip „Bonded” astfel încât sa se reducă pe cat de mult posibil geometria si complexitatea ansamblului.

Contactul Bonded este un tip special de contact care nu permite o dispariție relativă între două corpuri solide conectate. Acest tip de constrângere de contact este folosit pentru lipirea împreună a diferitelor solide ale unui ansamblu. Cele două suprafețe care sunt în contact sunt clasificate ca master și slave. Fiecare nod din suprafața slave este legat de un nod din suprafața master printr-o constrângere.

Trebuie de reținut ca contactul Bonded este contactul inițial ales de software in cadrul creării contactelor. Contactele pot fi create automate atâta timp cat stabilim o toleranta pentru găsirea adecvata a contactelor. Trebuie reținut că este important de selectat o valoare adecvată pentru toleranța maximă. Căutarea automată va lega tot ceea ce se găsește în această valoare (toleranță).

Fig. 6.14 Numărul de noduri si de elemente

6.8 Boundary conditions

1. Reazeme

Fig. 6.15 Reazemele

La începutul simulări s-au fixat reazemele ce vor fi puncte fixe pentru susținerea sașiului. Rotile de contact susțin toata greutatea ansamblului, rotile de contact care sunt si reazeme sunt in contact cu senilele.

Datorita tipului ales de simulare pe care o vom efectua, de a verifica structura mecanica a șasiului robotic la o anumita greutate, vom avea de definit o masa suplimentara pentru suportul unde o sa fie asamblat brațul robotic si celălalt punct de masa o sa fie unde vin montați acumulatorii si plăcutele de comanda.

Mash-ul ansamblului la care s-a făcut simularea este regăsit in anexe mai detaliat.

6.9 Scenarii

S-au stabilit patru cazuri de testare a șasiului robotic, astfel încât sa putem vedea intr-un mod cat mai real încărcările, in momentul in care șasiul efectuează mișcări de deplasare.

In fiecare caz s-a abordat o configurare diferita a greutăților sașiului iar pentru primul caz s-a testat, o greutate egala cu toate componentele ce vor fi puse pe el si cu carcasa.

In urma simulărilor efectuate s-au extras următoarele rezultate pentru fiecare greutate aplicata si vor fi explicate mai jos fiecare.

In tab. 6.1 sunt afișate rezultatele pentru fiecare caz in parte si ce forte s-au aplicat.

Tabelul.6.1 Rezultatele cazurilor

In tabelul 6.2 sunt specificate materialele si caracteristicile acestora pentru simulare.

Tabelul 6.2 Caracteristicile materialelor folosite

Cazul 1

Pentru primul caz s-a luat in considerare posibila greutate ce va acționa asupra sistemului in momentul in care se va adaugă carcasa de protecție si elementele aferente acesteia. Pentru acces caz s-a estimat ca toate masa ce va acționa asupra sistemului va fi de 5 kg.

Rezultate

In urma studiului s-a constatat ca tensiunea maxima este de 27.83 [MPa] iar deformația maxima este de 0.11847 [mm], in figurile 6.16 si 6.17 se poate observa mai bine distribuția acestora.

Fig. 6.16 Deformația la o presiune de 5kg

Fig. 6.17 Deformația structuri metalice

Fig. 6.18 Zonele tensiunii maxime

Concluzie

Tensiunea maxima se încadrează in intervalul de siguranța al materialului pieselor.

Deformațiile sunt foarte mici si nu afectează integritatea sistemului.

Cazul 2

Pentru cazul al doilea s-a luat in considerare greutatea maxima suportata de sașiul robotului. Pentru acces caz s-a estimat ca toate masa ce va acționa asupra sistemului va fi de 50 kg.

Rezultate

In urma studiului s-a constatat ca tensiunea maxima este de 303.9 [MPa] iar deformația maxima este de 1.097 [mm], in figurile 6.20 si 6.21 se poate observa mai bine distribuția acestora.

Fig. 6.19 Deformația la o presiune de 50 kg

Fig. 6.20 Deformațiile structuri metalice

Fig. 6.21 Zonele critice

Concluzie

Tensiunea maxima se încadrează in intervalul de siguranță al materialului pieselor.

Tensiunile sunt foarte mari si afectează integritatea sistemului.

Tensiunile sunt apropiate de limita de rupere a materialului.

Cazul 3

Pentru al treilea caz prin numeroase încercări cu diferite greutăți ce vor acționa asupra sistemului in momentul deplasărilor. Pentru acces caz s-a estimat ca toate masa ce va acționa asupra sistemului va fi de 20 kg.

Rezultate

In urma studiului s-a constatat ca tensiunea maxima este de 73.904 [MPa] iar deformația maxima este de 0.44003 [mm], in figurile 6.23 si 6.24 se poate observa mai bine distribuția acestora.

Fig. 6.22 Deformația la o presiune de 20 kg

Fig. 6.23 Deformațiile structuri metalice

Fig. 6.24 Zonele tensiuni maxime

Concluzii:

Este greutatea ideala pentru ce ne propunem noi sa facem si aproximam ca va fii greutatea maxima utilizata pe acest ansamblu.

7. Concluzii

7.1 Concluzii generale

Conform rezultatelor analizei si ale testelor practice, structura șasiului robotic rezista fără probleme la încărcările ce apar in timpul deplasări.

Masa recomanda pe care robotul o poate suporta fără a apărea avarii sau îngreunarea deplasări, este intre 5 si 20 kg.

7.2 Contribuții originale

Asamblarea șasiului robotic, adaptarea acestuia, înlocuirea pieselor defectuoase sau a celor ce nu erau potrivite pentru a funcționa la parametrii normali.

Crearea codului folosit in cadrul lucrării.

Crearea modelului 3D ce va fi supus in cele din urma simulării structurale.

Simulările de structura in funcție de fiecare caz ales.

Pregătirea modelului 3D pentru simulare si apoi simularea cazurilor descrise la capitolul 6, s-a realizat după un interval de 20 ore de lucru in programul Ansys.

7.3 Idei de viitor

Crearea unei carcase de protecție ce sa protejeze roverul atât împotriva șocurilor mecanice cat si împotriva pătrunderii prafului sau umezelii.

Efectuarea unor analize mai precise prin, rafinarea mai mare a mesh-ului, definirea altor tipuri de contacte, crearea imprinturilor astfel încât sa se calculeze doar in zona de contact a pieselor, nu pe întreagă suprafața.

Simularea șasiului robotului pe diferite terenuri accidentate si a vedea pe ce teren se comporta cel mai bine si pe care se comporta mai puțin bine si pentru a evita acel teren.

Înlocuirea motoarelor cu unele mai puternice pentru o sarcina mai puternica a sistemului.

Cu ajutorul simulărilor efectuate sa se stabilească greutatea exacta pe care robotul o poare suporta.

Conversia de la Arduino Mega la Raspberry Pi 3 astfel încât sa mai simplificam rețeaua robotului, de a avea o singura placa si de a mai elimina din numărul firelor.

De făcut conversie de la control prin Bluetooth la control wireless, datorita ariei mai mari de acoperire.

Bibliografie

Curs Continental – Proiectare in Catia V5

Curs introducere sisteme senzoriale – Marius Brânziră

Curs Viorel Paleu – Sisteme de achiziție și interfețe

Curs Mihăiță Linca – Acționari electrice 2018

Wikipedia- Robot

https://ro.wikipedia.org/wiki/Robot

Wikipedia- Mecatronica

https://ro.wikipedia.org/wiki/Mecatronic%C4%83

Wikipedia- Vehicul spațial Spirit

https://ro.wikipedia.org/wiki/Vehiculul_spa%C8%9Bial_Spirit

Wikipedia- Arduino

https://ro.wikipedia.org/wiki/Arduino

Wikipedia- Bluetooth

https://ro.wikipedia.org/wiki/Bluetooth

Wikipedia- Solidworks

https://en.wikipedia.org/wiki/SolidWorks

Wikipedia- Vehicul spațial Opportunity

https://ro.wikipedia.org/wiki/Vehiculul_spa%C8%9Bial_Opportunity

Scribd

Biblioteca regielive- sisteme de acționare electric cu motor de curent continuu

https://biblioteca.regielive.ro/proiecte/electrotehnica/sistem-de-actionare-electrica-cu-motor-de-curent-continuu-pentru-o-sarcina-potentiala-363106.html

Scientia- roverul curiosity

https://www.scientia.ro/stiinta-la-minut/istoria-ideilor-si-descoperirilor-stiintifice/2500-introducere-in-istoria-roboticii.html

Arduino mega

Arduino Mega 2560 Rev3

Sound-whsites – Celule Li-Ion;

http://sound.whsites.net/articles/lithium-charging.htm?fbclid=IwAR3BT5NI9lCUVS684er-lJ8hmVtf3WJiLtjLtL25XQ3EDXgDxjSIhD42FgQ#s5

Shop.ecosolaris – Celule Li-Ion;

https://shop.ecosolaris.ro/baterie-lithium-ion-solara-100ah-lfp

Howtomechatronics – Modul de Bluetooth HC-05;

Arduino and HC-05 Bluetooth Module Complete Tutorial

Components101 – Modul de Bluetooth HC-05;

https://components101.com/wireless/hc-05-bluetooth-module

Batteryspace- Acumulator LiFePO4;

https://www.batteryspace.com/prod-specs/LFP18650.pdf

Mecatronica – opțiune educațională pentru integrare

https://mdm.utcluj.ro/old/Revista/capa.htm

howtomechatronics – arduino – motoare de curent continuu

L298N Motor Driver – Arduino Interface, How It Works, Codes, Schematics

robokits – arduino mega

https://robokits.co.in/arduino/arduino-boards/arduino-mega-2560-r3-original-made-in-italy-with-box

senzori ultrasonici – principiul de funcționare

https://www.senzori-ultrasonici.ro/principiul-ultrasonic

academy.3ds – Caria V5

https://academy.3ds.com/en/software/catia-v5-student-edition

Ansys

https://www.ansys.com/about-ansys

Aliexpress – BMS

https://www.aliexpress.com/item/1PCS-3S-25A-lipo-lithium-Polymer-BMS-PCM-PCB-battery-protection-board-for-3-Packs-

Robot Mobil Comandat De La Distanță Prin Raspberry Pi, Cu Redare Video

https://mctr.mec.upt.ro/wp-content/uploads/2018/01/Lucrare_Bissinger.pdf

Anexe

Anexa 1 – Schema in Fritzing

Anexa 2 – Mesh-ul

Anexa 3 – Simularea șasiului la o greutate de 10 kg

Anexa 4 – Simularea șasiului la o greutate de 15 kg

Anexa 5 – O parte a codului pentru sașiu

//Keyboard Controls:

// Motor 1

int dir1PinA = 4;

int dir2PinA = 5;

int speedPinA = 2; // Needs to be a PWM pin to be able to control motor speed

// Motor 2

int dir1PinB = 6;

int dir2PinB = 7;

int speedPinB = 3; // Needs to be a PWM pin to be able to control motor speed

// Motor 3

int dir1PinC = 10;

int dir2PinC = 11;

int speedPinC = 8; // Needs to be a PWM pin to be able to control motor speed

// Motor 4

int dir1PinD = 12;

int dir2PinD = 13;

int speedPinD = 9; // Needs to be a PWM pin to be able to control motor speed

const int trigPin = 22;

const int echoPin = 24;

boolean test = false;

float duration, distance;

void setup() {

pinMode(trigPin, OUTPUT);

pinMode(echoPin, INPUT);

// Setup runs once per reset

// initialize serial communication @ 9600 baud:

Serial.begin(9600);

//Define L298N Dual H-Bridge Motor Controller Pins

pinMode(dir1PinA,OUTPUT);

pinMode(dir2PinA,OUTPUT);

pinMode(speedPinA,OUTPUT);

pinMode(dir1PinB,OUTPUT);

pinMode(dir2PinB,OUTPUT);

pinMode(speedPinB,OUTPUT);

pinMode(dir1PinC,OUTPUT);

pinMode(dir2PinC,OUTPUT);

pinMode(speedPinC,OUTPUT);

pinMode(dir1PinD,OUTPUT);

pinMode(dir2PinD,OUTPUT);

pinMode(speedPinD,OUTPUT);

pinMode(0,INPUT);

pinMode(1,INPUT);

Serial.println("16 channel Servo test!");

pwm.begin();

pwm.setPWMFreq(60); // Analog servos run at ~60 Hz updates

}

void loop() {

// Initialize the Serial interface:

test= false;

if(test==false){

digitalWrite(trigPin, LOW);

delayMicroseconds(2);

digitalWrite(trigPin, HIGH);

delayMicroseconds(10);

digitalWrite(trigPin, LOW);

duration = pulseIn(echoPin, HIGH);

distance = (duration*.0343)/2;

Serial.print("Distance: ");

Serial.println(distance);

if(distance > 20){

test = true;

analogWrite(speedPinA, 255);//Sets speed variable via PWM

digitalWrite(dir1PinA, LOW);

digitalWrite(dir2PinA, LOW);

analogWrite(speedPinB, 255);

digitalWrite(dir1PinB, LOW);

digitalWrite(dir2PinB, LOW);

analogWrite(speedPinC, 255);

digitalWrite(dir1PinC, LOW);

digitalWrite(dir2PinC, LOW);

analogWrite(speedPinD, 255);

digitalWrite(dir1PinD, LOW);

digitalWrite(dir2PinD, LOW);

}

if (Serial.available() > 0 ) {

int inByte = Serial.read();

int speed; // Local variable

switch (inByte) {

//______________Motor 1______________

case 'a': // Motor 1 Forward

analogWrite(speedPinA, 255);//Sets speed variable via PWM

digitalWrite(dir1PinA, LOW);

digitalWrite(dir2PinA, HIGH);

analogWrite(speedPinB, 255);

digitalWrite(dir1PinB, HIGH);

digitalWrite(dir2PinB, LOW);

analogWrite(speedPinC, 255);

digitalWrite(dir1PinC, HIGH);

digitalWrite(dir2PinC, LOW);

analogWrite(speedPinD, 255);

digitalWrite(dir1PinD, LOW);

digitalWrite(dir2PinD, HIGH);

break;

case 'b': // Motor 1 Stop (Freespin)

analogWrite(speedPinA, 0);

digitalWrite(dir1PinA, LOW);

digitalWrite(dir2PinA, HIGH);

Serial.println("Motor 1 Stop");

Serial.println(" ");

break;

case 'c': // Motor 1 Reverse

analogWrite(speedPinA, 255);

digitalWrite(dir1PinA, HIGH);

digitalWrite(dir2PinA, LOW);

Serial.println("Motor 1 Reverse");

Serial.println(" ");

break;

//______________Motor 2______________

case 'd': // Motor 2 Forward

analogWrite(speedPinB, 255);//Sets speed variable via PWM

digitalWrite(dir1PinB, LOW);

digitalWrite(dir2PinB, HIGH);

Serial.println("Motor 2 Forward"); // Prints out “Motor 1 Forward” on the serial monitor

Serial.println(" "); // Creates a blank line printed on the serial monitor

break;

case 'e': // Motor 2 Stop (Freespin)

analogWrite(speedPinB, 0);

digitalWrite(dir1PinB, LOW);

digitalWrite(dir2PinB, HIGH);

Serial.println("Motor 2 Stop");

Serial.println(" ");

break;

case 'f': // Motor 2 Reverse

Serial.println("Motor 2 Reverse");

Serial.println(" ");

break;

case 'g': // Motor 3 Forward

analogWrite(speedPinC, 255);//Sets speed variable via PWM

digitalWrite(dir1PinC, LOW);

digitalWrite(dir2PinC, HIGH);

Serial.println("Motor 3 Forward"); // Prints out “Motor 1 Forward” on the serial monitor

Serial.println(" "); // Creates a blank line printed on the serial monitor

break;

case 'h': // Motor 3 Stop (Freespin)

analogWrite(speedPinC, 0);

digitalWrite(dir1PinC, LOW);

digitalWrite(dir2PinC, HIGH);

Serial.println("Motor 3 Stop");

Serial.println(" ");

break;

case 'i': // Motor 3 Reverse

Serial.println("Motor 3 Reverse");

Serial.println(" ");

break;

case 'j': // Motor 4 Forward

Serial.println("Motor 3 Reverse");

Serial.println(" ");

break;

case 'k': // Motor 4 Stop (Freespin)

analogWrite(speedPinD, 0);

digitalWrite(dir1PinD, LOW);

digitalWrite(dir2PinD, HIGH);

Serial.println("Motor 3 Stop");

Serial.println(" ");

break;

case 'l': // Motor 4 Reverse

analogWrite(speedPinD, 255);

digitalWrite(dir1PinD, HIGH);

digitalWrite(dir2PinD, LOW);

Serial.println("Motor 3 Reverse");

Serial.println(" ");

break;

default:

// turn all the connections off if an unmapped key is pressed:

for (int thisPin = 2; thisPin < 11; thisPin++) {

digitalWrite(thisPin, LOW);

}

Anexa 6 – Diplome

Anexa 7 – CV

Copyright Notice

© Licențiada.org respectă drepturile de proprietate intelectuală și așteaptă ca toți utilizatorii să facă același lucru. Dacă consideri că un conținut de pe site încalcă drepturile tale de autor, te rugăm să trimiți o notificare DMCA.

Acest articol: In lucrarea de fata este prezentat un robot de tip Rover, ce are in componenta sa un șasiu ce efectuează mișcarea prin intermediul șenilelor, un braț… [309963] (ID: 309963)

Dacă considerați că acest conținut vă încalcă drepturile de autor, vă rugăm să depuneți o cerere pe pagina noastră Copyright Takedown.

In lucrarea de fata este prezentat un robot de tip Rover, ce are in componenta sa un șasiu ce efectuează mișcarea prin intermediul șenilelor, un braț… [309963]

Copyright Notice

Conceptul de management, [614987]

Șezătoare în Maramureș, [310229]

INTRODUCERE ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………….. 2 CAPITOLUL I… [614482]

Mirela.pirlog@yahoo.it 383 Parte 3 Text

Literatura de specialitate ac cesibil[ în prezent referitoare la forajul pentru petrol =i gaze cu un sistem complex de foraj cu cap hidraulic motor… [629128]

Str. Spiru Haret, nr. 8, Bacău, 600114 [609045]

Copyright Notice

Similar Posts