Platforma Robotica Manuala Si Autonoma

PROIECT DE DIPLOMĂ

Platforma robotica manuala si autonoma

Capitolul 1.Introducere

Motivație

De-a lungultimpuluiființaumană a căutatsăprogreseze, descoperediferitemașinării care săușurezeefortuldepus, săaibă un randamentmultpestecel al unuimuncitor, săprezintesiguranțășiprecizie, ceeace a condus la o dezvoltarespectaculoasăîndomeniulroboticii.

Roboțiprezintăuninteresridicăt la momentul actual deoareceoferănumeroaseavantajeîndiferitedomenii de activitate cum ar fi în:

Domeniu medical: roboțiajutoaremedicaleșichirurgicale, de terapie cu radiații, tele

roboți(controlați manual), nanoroboțiifacuțipentru a curățaartereleșivasele de sângeșipentru a întărisistemulimunitar.Suntutilizațiînchirurgia cardio-toracică, cardiologie, chirurgie gastro-intestinala, neurochirurgie, ortopedie, pediatrie;

Domeniulagricol: sistemerobotizate de irigații, de plantare a răsadurilor;

Domeniulmilitar: roboțiproiectațisăexplorezespațiigreuaccesibilesaupotențialperi-

culoaseomuluiaceștiafiindcontrolați de la distanță.

Intențiaacesteilucrărieste de a arătamodulprin care un robot poate fi controlatatâtîn mod manual (un operator umandăcomenzinecesaredeplasăriiîntr-un anumitspațiu), câtșiîntr-un mod autonom, ajutându-se de senzorimontațipeplatforma, săreușeascăsăpreia date din mediulînconjurator, să le procesezeșisăiadeciziicorecteîntr-un timpscurtpentru aatingescopul final.

Schimbul de informațiiîntreomși robot se realizează la nivelulinterfaței om-calculator.

Prinrealizareaplatformei s-a doritfolosireaacesteiaînscop didactic pentru a puneînevidențăaplicabilitateasistemelorinteligente de comandăși control conforme cu realizareapracticăaacesteia.

Înconcepereaplatformeiroboticeprezente de față au fostfolositeurmătoarelecompomentepricipale:

șasiurealizat din plexiglas;

douămotoarefărăperiiavândatașatfiecarecâte un reductorpentrurealizareaunuicupluridicat;

douăinvertoarepentrurealizareacontroluluimotoarelor;

senzoripentrupreluareadatelor din mediulînconjurator;

un microcontroller din familia PIC pentru a realizacomandaplatformei;

un microcontroller din familia Arduino pentruprocesareadatelorprovenite de la senzori;

interfațagraficăpentru a oferioperatoruluiinformațiilenecesareunui control eficient

asupraplatformei de la distanță.

Structuralucrării

Înacestsubcapitolesteprezentatăstructuraproiectuluirealizat.Astfel,acestaesteîmparțit

șasecapitoleprincipale:

Capitolul 1: Introducere

Înacest capitol esteprezentatămotivațiapentru care am ales realizareaacestuiproiect, precumșidatelegenerale ale platformelormanualesiautonome.

Capitolul 2: Noțiuniteoretice.

Capitolulcuprindefundamenteleteoreticeaplicateînrealizareapractică a lucrăriiprezente.

Capitolul 3: Realizareapractică a platformei.

Acestcapitol are la bazăcomponeteleșimetodeleutilizateînimplementareaproiectului.

Capitulul 4: Concluzii.

Înaceasta parte a lucrăriisuntprezentateobservațiile,ideileșiproblemeleîntâmpinateîn

realizareaaplicației.

Capitolul 5: Anexe.

Înacest capitol suntatașatecodurilesursă ale programelorutilizateînrealizareapractică

aplatformeiși layout-urilecircuitelorelectronicefolosite.

Capitolul 6: Bibliografie.

Capitolul 2. Noțiuni teoretice

Motoare electrice

Motorul electric este un dispozitiv electromagnetic ce transformă energia electrică în energie mecanică.

În funcție de tipul curentului provenit de la sursa de alimentare, avem:

Motoare de curent continuu

Motoare de curent alternativ

Ca și elemente constructive, indiferent de tipul motorului, acesta este construit din două

părți componente: statorul și rotorul.Statorul(Fig2.1) este partea fixă a motorului, de obicei în exterior prezentă, ce include carcasa,bornele de alimentare, armatura feromagnetică statorică și înfășura-rea statorică.Rotorul(Fig.2.1)este partea mobilă a motorului, plasată în interior în mod uzual.Acesta este format dintr-un ax și o armatură rotorică ce susține înfășurarea rotorică.Între stator și rotor există o porțiune de aer denumită întrefier ce permite mișcarea rotorului față de stator.Aceasta din urmă are efecte semnificative asupra performanțelor motorului electric ceea ce a determinat o dimensiune foarte redusă a întrefierului.

Fig. 2.1.1 Motor electric: Rotor(stânga) și Stator(dreapta)

Motoare de curent continuu

Motorul de curentcontinuu a fostdescoperit de inginerulbelgianZénobeThéophile

GrammeșiinginerulfrancezHippolyte Fontaine, care au observant căprinconectarea a

douăgeneratoare de curentcontinuuîntreele s-a realizatconversiaenergieielectrice

absorbite de la generator.Datorităacestuilucru, au deduscăgeneratorul se comporta ca o mașinărieelectricăreversibilă.

Motorul de curentcontinuueste format de asemenea din stator și rotor. Statorul format

dinbobineșimagnețicreeazăcâmpul magnetic de excitație. Pe rotor este un colectorceschim- băsensulcurentuluiprinînfășurarearotoricăastfelîncâtcâmpul magnetic săexercitepermanent o forțăfață de rotor.

Motoarele pot funcționa direct de la bateriireîncărcabile, ceeacea condus la utilizarealorînconstrucția de mașinielectrice.

Motoarele de curentcontinuu se împartînfuncție de modul de conectare al înfășurarii

deexcitațieastfel:

Motoare cu excitațieserie- undeînfășurareastatoricășicearotoricăsunt legate înserie;

Motoare cu excitațieparalelă- undeceledouăînfășurărisunt legate înparalel la aceeași

sursă de tensiune ;

Motoare cu excitațiemixtă- înfășurareastatoricăesteîmpărțităîndouaînfășurări: una

conectatăînserieșicealaltăînparalel;

Motoare cu excitațieindependentă- celedouăînfășurari, ceastatoricăsicearotorică, sunt

legate la douăsurse de alimentare separate.

Datoritădiverselormoduri de construcțieși control, acesteamai pot fi clasificateîn:

Motoarecu periicolectoare;

Motoarefărăperiicolectoare.

Motoare de curentcontinuufărăperii

Motorul de curentcontiunuufărăperii(Fig. 2.1.2.1),denumitînengleza Brushless DC electric motor, prescurtat BLDC motor, este un motor electric sincron cu magnețipermanenți de curentconti-nuu, la carecomutareatraseelor de curentnecesareînvârtiriirotorului se realizează electronic, spredeosebire de cele cu perii care dispun de un sistem de comutațiemecanicbazatpeaceleperiicolectoare.

Fig.2.1.2.1Secțiune motor Brushless

Comutarea câmpurilor electromagnetice necesare rotirii rotorului este comandată și controlată prin intermediul unui circuit electronic, microprocesor/microcontroler.

Sistemul electronic de comutareconstituieprincipalulavantajfață de motorul cu perii cu sistemmecanic de comutare, prineliminareainconvenientelor cum ar fi: uzuraperiilorsauzgo–motuldatoratscânteilorprodusede perii.

Încadrulmotoruluifărăperiiexcitațiaesteplasatăpe rotor, iarînfășurareaindusă, pe stator, înacest mod eliminându-se ansamblulcolector-perii, respective dispozitivele de fixare, rezultând o construcțiesimplasirobustă a motorului.

Rotorulmotorului brushless este format dintr-un ax pe care suntdispușimagneți per- manenți cu anumitnumăr de perechi de poli, putândluavaloriîntre 2 și 8 poli. Magneții pot fi

construiți din feritesaualiajemagnetice din pământuri rare (magnețiineodimfierborsau neo

magneți).

Statorulmotorului brushlessestefabricat din lamele de oțelstivuite cu înfășurări

plasateînfantele care sunttăiate axial de-a lungulperiferieiinterioare. Celemaimultemotoarefărăperii au treiînfășurăristatorice legate în mod stea.

Înfuncție de dispunereamagnețilorpermanențiairotoruluifață de stator întâlnimmo-toare brushless cumagnețiisituațiînexteriorulstatorului, înenglezăoutrunner(Figura 2.1.3 a) sau cumagnețiisituațiîninteriorulstatoruluisauinrunner (Figura 2.1.3 b).

Fig. 2.1.2.2 Fig. 2.1.2.3

Pentru a aveaun control câtmai bun al motoruluiestenecesarăcunoaștereapoziției

rotorului la un moment dat, ceamaisimplamodalitateestefolosireasenzorilor de poziție hall,

saucevamaicomplicatămetoda back-EMF (back electromotive force

Comandamotoarelorfărăperii

Simplaaplicare a tensiunii la borneleunui motor de curentcontinuufărăperii, cu trei

înfășurăriconectateîn mod stea, nu estetranslatăînmișcare de rotație, așa cum esteposibilîn

cazulmotoarelor cu perii, undecomutațiaesterealizatăprinintermediulperiilorcolectoare

(autocomutație).

Prinurmareestenecesardezvoltareaunuisistem electronic (schema bloc echivalentă

fiindprezentatăînfigura 2.2.1) și a unuialgoritm de comutațiebazatpeșasesectoare. Fiecărui

sectorîicorespunde o translare cu un unghiαde 60° electrice, o secvențăcompletă de comutațiefiind de 360° electriceșicorespundeuneirotațielectrice complete.