Proiectarea și execuția sistemului de monitorizare vizuală a unui incendiu [307704]

Universitatea Politehnica Timișoara

Facultatea de mecanică

Departamentul de mecatronică

Lucrare de licență

Proiectarea și execuția sistemului de monitorizare vizuală a unui incendiu

Coordonatori: Student:

Ș.l.dr.ing Sanda GRIGORESCU Sorin Sebastian MIHALKO

Ș.l.dr.ing Aurel DIACONU

Timișoara

2016

Cuprins

Generalități privind roboții pompieri

Scopul lucrării

Sistemul de preluare a imaginilor de către cameră

Instalarea programului de captare imagini

Caracteristici functionale ale camerei Jovision JVS-H510

Proiectarea sistemului mecanic al robotului pompier

4.1. Proiectarea sistemului de locomoție

4.2. Proiectarea transmisiei cu lanț

Comanda manuală a deplasării robotului mobil

Bibliografie

Generalități privind roboții pompieri

Meseria de pompier [1] este o profesiune riscantă. [anonimizat], [anonimizat]. [anonimizat]-au pierdut viața în întreaga lume.Statisticile privind decesele pompierilor sunt încă la un nivel destul de ridicat în fiecare an și poate continua să crească în cazul în care nu există nici o îmbunătățire a tehnicii de stingere a incendiilor. [anonimizat], [anonimizat], praf, [anonimizat], prăbușiri ale unor construcții precum și posibilitatea amenințării de infestare radioactivă.

[anonimizat], [anonimizat], lanterna, casca, [anonimizat]. IAFF a raportat că există 1,9 [anonimizat] 100.000 de incendii. [anonimizat] 3,0 la 100.000 de incendii și care a atins punctul maxim în anii 1990. Există mai multe cauze pentru decese cum ar fi: [anonimizat], leziuni prin strivire și traumatisme legate de căderi de la înălțime. [anonimizat] 1977-2010 este arătat în graficul din figura 1.1.

Figura 1.1: [anonimizat] 1977-2010.

Din această statistică rezultă că decesele în rândul pompierilor rămân aproape constante în fiecare an. [anonimizat] o mare nevoie de o mașină de stingere a [anonimizat] a evita moartea acestora în timpul unor intervenții periculoase. Ca urmare a [anonimizat], cercetarea și dezvoltarea tehnologiei de stingere a incendiilor s-a [anonimizat], precum și într-o serie de companii europene. Au fost multe studii pentru dezvoltarea unei mașini care ar înlocui pompierul în lupta cu focul în situații periculoase și pentru a reduce riscul acestuia. [anonimizat], [anonimizat]. Cercetătorii au subliniat unele deficiențe de proiectare și au propus integrarea tuturor elementelor importante în dezvoltarea unei mașini de stingere a incendiilor astfel încât să se poată realiza un proces de salvare eficient. Aceste elemente sunt mărimea, greutatea, costul și performanța.

Stingerea focului [2] este o sarcină extrem de periculoasă, aceasta fiind încă de multe ori efectuată de către operatori umani, punând-și astfel viața în pericol în situații extreme. Prin urmare este de dorit ca executarea sarcinilor de rutină și de bază de stingere a incendiilor să fie înlocuită sau cel puțin parțial asistată de Platforma Mobilă Autonomă de Luptă contra Incendiilor (Autonome Fire Fighting Platforma Mobile =AFFMP). Există mai multe modalități de implementare a AFFMP, cu toate acestea, cele mai multe dintre ele sunt utilizateîn funcție de necesități. Proiectul AFFMP este unic în ceea ce privește modul său de punere în aplicare. De exemplu o cale de ghidare va fi folosită pentru a ghida AFFMP printr-o zonă, în scopul patrulării și localizării unei surse de foc precum și monitorizării continue pentru 24 de ore pe zi, 7 zile pe săptămână. Activitatea desfășurată de AFFMP este de monitorizare a zonei de lucru pentru prevenirea apariției unui foc și de stingere în siguranță a acestuia. Monitorizarea se face prin patrulare pe calea de ghidare în timp ce se scanează apariția unui foc în mod constant, prin intermediul senzorilor de flacară. Dacă este detectat un foc, AFFMP va încerca să localizeze cât mai precis sursa acestuia.

Odată ce locația este determinată, mașina va părăsi traseul ghidat și se va apropia de sursa de foc, îl va stinge, folosindu-se de sistemele de stingere a incendiilor din construcția sa și va stinge flacăra. În cazul în care flacăra este stinsă complet, mașina va reveni la traseul obișnuit pentru a continua sarcina de patrulare. Toate procesele sunt autonome, fără a fi nevoie de comandă manuală, deoarece toate procesele sunt complet automatizate de un microcontroler, care rulează mai multe algoritme de program: de detectare a incendiilor, de navigare, de urmărire a traseului ghidat și de stingere a incendiilor.

Practic, există o varietate de idei și implementări de roboți mobili care operează în situații periculoase, cărora le sunt introduse periodic îmbunătățiri. Un exemplu este robotul mobil care poate fi folosit pentru salvarea și evacuarea persoanelor din dezastre naturale și incendii.

Căutătorul de foc este un robot proiectat pentru utilizarea în condiții extreme, cum ar fi temperaturi ridicate sau gaze otrăvitoare. Acesta monitorizează situația din interiorul unui incendiu precum și victimele acestuia, trimițând informații cruciale pentru operatorul aflat la distanță, într-un loc sigur.

Jet Fighter este un tip de platformă autonomă mobilă de luptă contra incendiului care este folosită de catre Departamentul de Pompieri din Tokyo. Această platformă poate fi operată și controlată de utilizator de la distanță și are capacitatea de a stinge flacăra, după localizarea sursei de foc. Aceasta este echipată cu un sistem de monitorizare și operare tip wireless, de asemenea mai este echipată cu un sistem de evitare a obstacolelor încorporat în sistemul de navigație autonom.

În plus, mai există un alt tip de platformă autonomă mobilă de luptă contra incendiului, care este proiectată special pentru a fi aruncată în foc, de unde colectează date și informații, caută victimele și le evacuează din incendiu. Această platformă poate fi controlată de către operator. iar victimele sunt în măsură să comunice cu operatorul, folosind microfonul încorporat și sistemul de boxe în timpul situațiilor de urgență. De asemenea, acest sistem conține o cameră pentru a surprinde imagini din interiorul incendiului, senzori pentru măsurarea temperaturii și măsurarea concentrației de O2 și CO2.  Din moment ce este special conceput pentru a fi aruncat într-un incendiu, acesta poate rezista la temperaturi ridicate, de peste 15000° C, este impermeabil și are o mare rezistentă la impact.

O platformă mobilă poate fi construită având în jurul ei o rețea de senzori wireless pentru comunicare, folosindu-se module de comunicații fără fir ZigBee. Acesta ar permite transferul de date video și audio de la robot la un centru de control aflat la distanță. Acesta are posibilitatea totodată de a urmări poziția robotului prin puterea semnalului rețelei de senzori wireless.

BEAR (Battlefield Extraction-Assist Robot) de la Vecnarobotics este un tip de robot de salvare construit în formă umanoidă care poate ridica și transporta victimele unui accident, poate evacua clădirile nesigure precum și poate căuta și salva persoanelor în pericol. Cu toate acestea costul său este foarte mare, prohibitiv.

Tehzeeb este un alt tip de robot, care utilizează un modul de scanare cu laser, un manipulator și un generator al unei hărți locale pe bază de algoritmi de localizare și navigație, în situația unei lumini slabe din cauza fumului dens din jur.

În general, abordarea în lupta contra incendiilor este dezvoltarea deplatforme de tip AFFMP, această platformă fiind proiectată pentru a detecta obstacole, pereți și flăcări. Astfel, robotul trebuie să posede un bun algoritm de urmărire a peretelui, de exemplu, urmărirea peretelui depinde de nivelul de luminozitate al culorilor de pe perete, fie negru sau alb. Pentru a îmbunătăți acuratețea sistemului de detecție a focului, AFFMP poate să se mute mai aproape de sursa de foc (în jurul valorii de 30 cm de sursa de foc) și chiar mai aproape să-l stingă. AFFMP a fost conceput pentru ca să navigheze printr-un labirint special proiectat, care are mai multe camere și traiectorii, să caute focul (de obicei simulat printr-o flacără de lumânare), să stingă focul în cel mai scurt timp și să revină la poziția inițială.

Caracteristicile principale ale AFFMP sunt:

De detectare a focului

Modulul de detectare a flăcării a fost construit pornindu-se de la senzorii de flacără. Ieșirea analogică de la senzorii de flacără a fost introdusă în convertorul de semnal analogic-digital (ADC) la pinii de intrare în microcontroler. În cazul în care ieșirea de la senzorul de flacără este mai mare decât valoarea minimă prestabilită de prag, aceasta semnifică faptul că există o sursă de foc în fața AFFMP. Pragul minim a fost stabilit pe baza sensibilității, performanței generale, a interferențelor minimizate și a mobilității dorite a AFFMP.

Dacă valoarea de prag minimă este setată la o valoare prea mare, atunci sensibilitatea modului de detectare va fi mai redusă. De asemenea, stabilitatea și precizia modului de detectare va fi compromisă și detectarea nu va fi activă. Valoarea de ieșire a senzorilor de flacără va crește treptat atunci când AFFMP se apropie de sursa de foc. Având un singur senzor de flacără pe platforma mobilă, spațiul acoperit de AFFMP ar putea fi destul de limitat. Cu toate acestea, în cazul în care AFFMP este făcut să se rotescă cu 360 de grade, gradul de acoperire ar crește.

AFFMP a fost, de asemenea, conceput pentru a se adapta la diverse tipuri de medii cu diferite niveluri de intensitate a luminii prin utilizarea metodei dinamice pentru a seta valoarea minimă de prag după cum este descrisă mai jos:

1) AFFMP va capta intensitatea oricărui mediu dat de 10 ori prin intermediul senzorului de flacără, fără nici o sursă de foc.

2) Datele sunt apoi prelucrate și filtrate cu ajutorul metodei de filtrare a mediei mediane. Datele maxime și minime sunt eliminate, deoarece acestea sunt aberante,acestea vor afecta precizia de detectare a flăcării.

3) Cele 8 valori rămase se utilizează pentru a calcula valoarea medie.

4) Valoarea medie este apoi adăugată cu o valoare de offset, delta T = 4, astfel încât interferența aleatoaresă fie luată în considerare.

De evitat obstacolele

Evitarea obstacolelor este caracteristica suplimentară care poate fi încorporată în sistemul robot, astfel încât acesta să nu se ciocnească de orice obstacol în timpul procesului de navigare. Această măsură este luată pentru ca AFFMP să se poata mișca liber, fără nici o coliziune cu obstacole din jur. Implementarea evitării obstacolelor se face folosind senzori cu ultrasunete.Practic, există doi termeni definiți în modulul de evitare a obstacolelor, care sunt "spațiul liber" și "obstacol". Distanța de siguranță dintre AFFMP și obstacol, Ds este actualizată din timp în timp, în timp ce AFFMP este în mișcare, aceasta va păstra AFFMP nu prea aproape de obstacole. Relația senzorului cu ultrasunete și distanța de activare a acestuia este dată de relația:

unde Dsafe este valoarea de prag prestabilită (constantă) pentru distanța dintre platforma mobilă și obstacol, în timp ce Ds este valoarea care se schimbă continuu, atunci când platforma se deplasează. În cazul în care platforma mobilă nu se apropie de nici un obstacol, valoarea lui Dultrasonic va fi întotdeauna egal cu 1. În cazul în care platforma mobilă se apropie prea tare de orice obstacol, valoarea Ds va fi mai mare decât valoarea Dsafe și astfel, Dultrasonic este mai mic de 1.

Modulul de evitare a obstacolelor este implementat prin conversia ieșirii analogice de la senzor ultrasonic în format digital prin utilizarea 8 biți convertor A/D în microcontroler și efectuează o comparație cu valoarea de prag stabilită anterior pentru a vedea dacă AFFMP este prea aproape de obstacol. Biții obstacolului vor fi setați într-un alt registru, dacă orice obstacol este detectat. Alternativ, în locul utilizării senzorului ultrasonic, senzorul de distanță (Sharp GP2D120) poate fi de asemenea utilizat pentru detectarea obstacolelor și în scopul evitării acestora. Acesta are distanța de detecție de la 9cm la 80cm, în care tensiunea este invers proporțională cu distanța de la AFFMP la perete.

De stingere a incendiului

Sistemul de stingere a incendiului este activat odată ce senzorii detectează flacără sau există o sursă de foc, iar distanța dintre platforma mobilă și sursa de foc este suficient de aproape.Sistemul de stingere a incendiilor, care este frecvent utilizat de AFFMP este ventilatorul de c.c., în scopul de a sulfa cu putere un jet de aer asupra focului. Există alte câteva alternative de instrumente de stingere a incendiului cum ar fi jetul de CO2 controlat de computer care poate fi utilizat în sistemul de stingere a incendiului. Tabelul 1.1 prezintă diferite clase de incendii cauzate de diverse materiale în timp ce tabelul 1.2 prezintă diferitele tipuri de stingătoare de incendiu care pot fi folosite pentru fiecare clasa de incendiu.

Tabelul 1.1. Clasificarea incendiilor

Tabelul 1.2. Tipuri de stingătoare

Clasificarea incendiilor

Clasa A [4]

Incendiile de clasă A provin din arderea combustibilului obișnuit, ca de exemplu lemn, hârtie, gunoi sau orice altceva care lasă ca reziduu cenușă. Apa este cea mai eficientă pentru a stinge astfel de incendii.

Clasa B

Incendiile de clasă B sunt alimentate de lichide inflamabile sau combustibile, ceea ce include ulei, gazolină sau alte materiale similare. Innăbușirea flăcării, care are ca efect nealimentarea cu oxigen, are cea mai mare eficiență în stingerea incendiilor de clasă B.

Clasa C

Incendiile alimentate de fire electrice sub tensiune sunt cunoscute ca incendii de clasă C. Intotdeauna se scoate de sub tensiune circuitul și se utilizează un agent de stingere neconductibil, ca de exemplu dioxidul de carbon.

Clasa D

Incendiile de clasă D sunt arderi ale metalelor combustibile. Magneziul și Titanul sunt cele mai cunoscute incendii provocate de arderea metalelor. Odată ce metalul arde, nu încercați să-l stingeți cu apă. Se utilizezaă numai agent de stingere pudră uscată. Aceasta acționează prin înnăbușirea flăcării și absorbția căldurii.

Clasa K sau F

Incendiile de clasă K sau F implică uleiuri comestibile sau grăsime animală și pot fi stinse utilizând agentul Purple K.

Prezentarea diferitelor variante de roboți-pompieri

Roboți-pompier (la scară redusă) utilizați ȋn experimente [3]

Robotul FRED

Unul dintre cei doi roboți pentru stingerea incendiilor ai Academiei de pompieri, numit "FRED", este prezentat în figura 1.2.

Figura 1.2. Robotul FRED

Forma corpului circulară, din aluminiu a fost selectată pentru a minimiza posibilitatea de ciocnire a acestuia cu obstacoleledin jur. Platforma circulară are prevăzută, de asemenea, un spațiu suficient pentru fixarea motoarelor și a componentelor electronice. Fiecare robot a fost echipat cu o pereche de roți acționate de motoare electrice de c.c. și două roți pivotante în față și în spate. Înainte de a lua decizia montării unui anumit motor electrics-au calculat valorile momentului necesar, s-a cântărit greutatea totală a robotului și s-au analizat avantajele diferitelor tipuri de motoare. Găsirea motorul adecvat pentru dimensiunea, cuplu și consumul de energie dorit nu a fost o sarcină ușoară. Pentru submodulul de stingere ambele echipe au ales un sistem bazat pe ventilator. Odată ce componentele mecanice au fost finalizate, sistemele de senzori ai robotului au fost proiectate și instalate. Senzorii prevăzuți au dat posibilitatea robotului de a interacționa în mod corespunzător cu mediul înconjurător, proiectarea corectă a modulului senzorului a fost esențială pentru deplasarea și controlul robotului folosit în stingerea incendiilor. O astfel de interacțiune a unui robot de stingere a incendiilor include obstacole, detectarea pereților și a flăcărilor în mod asemănător cu deplasarea roboților printr-un labirint. O echipă a proiectat senzorii pentru detectarea pereților și a obstacolelor, în timp ce a doua echipă a proiectat un set separat de senzori înscopul detectării obstacolelor/pereților. Abilitățile de lucru în echipă au jucat un rol vital în dezvoltarea unui consens cu privire la problemele de proiectare a sistemului de senzori.

Controlul general al robotului a fost realizat de către microcontroler Motorola 68HC11.Pentru schema actuală de control al motorului, deoarece tensiunea necesară pentru senzori a fost aceeași cu cea necesară de către microcontroler,proiectanții au avut nevoie doar de două surse de alimentare separate pentru roboții lor: unul pentru motoare și celălalt pentru toate circuitele electronice.

Pentru punerea în aplicare efectivă al algoritmului de control, programatorii au considerat că este extrem de util a utiliza limbajul de programare de asamblare 68HC11, atunci când se ocupau cu sarcini cu timpi critici, cum ar fi reacția la apropierea de un perete, într-un interval de timp dorit.

Roboți-pompier utilizați pentru experimente de Trinity College

Fig. 1.3. Robot de la Trinity College pentru combaterea incendiilor – MiniBob.

Proiectele de roboți mobili includ următoarele:

1) detalierea unor algoritmi de navigație în labirint;

2) îmbunătățirea senzorilor cu infraroșu și cu ultrasunete;

3) dezvoltarea de noi roboți IGVC ALVIN III;

4) dezvoltarea unui robot pășitor;

5) dezvoltarea controlerului pentru comanda motorului;

6) dezvoltarea unei camere miniaturale inteligente.

MiniBob are șase senzori cu infraroșu (Sharp model GP2D12) și un senzor detector de flacără Hammamatsu cu ultraviolete (UV) care comandă un motor pentru navigare pe bază de decizii fuzzy-logic și care rulează pe un microprocesor Motorola MC68HC332. Sistemul MiniBob de control fuzzy-logic permite robotului să caute flacăra de la o locație de pornire arbitrară, evitând în același timp obstacolele și traversând diverse rampe.

Dezvoltările ulterioare ale robotului pompier mobil au inclus un senzor de proximitate capacitiv, un microcontroller cu o interfață digitală de procesare a semnalului, controlulseparat al motoarelor de curent continuu, un sistem de vedere pentru robotica mobilă,un sistem ultrasonic în trepte și vehiculul de teren autonom numit ALVIN .

Roboți-pompier utilizați pentru experimente de Penn State Abington

Majoritatea acestor roboți sunt construiți cu componente Lego, controlați de un controler HandyBoard 6811 și sunt programați în limbajul C. Un exemplu de robot mobil al Penn State Abington este prezentat în figura1.4. Metoda de navigare este realizată prin utilizarea tehnologiei de estimare a drumului, utilizând senzori optici montați pe axul motorului. Senzorul utilizat pentru a detecta flacăra lumânării este un fototranzistor ieftin de infraroșu montat pe un servomotor cu un ventilator electric, utilizat ca mijloc de stingere a focului.

Figura1.4. Robot Penn State Abington Lego

Un prototip de succes de robot pompier realizat din material Lego de către Penn State Abington este reprezentat în figura 1.5.

Figura 1.5. Prototip de robot pompier realizat de Penn State Abington

Roboți-pompier la scară 1:1 utilizați în incendii[1]

Dezvoltarea rapidă a tehnologiei din zilele noastre îmbunătățește în mod direct instrumentele și echipamentele utilizate în stingerea incendiilor. Cu aceste instrumente și echipamente avansate lupta cu stingerea incendiilor poate fi mai eficientă. În plus se reduce riscul la un nivel minim.În plus, daunele în urma incediilor pot fi reduse. Robotul mobil de stingere a incendiilor este una dintre soluțiile care dau posibilitatea reducerii riscului de accidente a pompierului la intervenția la incendiu.

LUF60

LUF60 (figura 1.6) este o mașină de pompieri cu motor diesel, este echipată cu o suflantă de aer și un furtun cu apă. Aparatul este capabil să îndepărteze obstacolele periculoase prin suflare a unui amestec de aer și apă. În plus, mașina este proiectată să reziste la condițiile și cerințelor spațiilor închise în care operează.LUF60 poate fi utilizat în tuneluri de cale ferată, calele aeronavelor, garaje, uzine chimice, etc. Există unele caracteristici importante ale acestui aparat, de exempluduza demonitorizare, care are un debit de pana la 800 GPM și poate sufla fasciculul de apă până la o distanță de 80m. În scopul îmbunătățirii mobilității în condiții de temperatură ridicată, acesta este echipat cu sistem de deplasare pe cauciuc, care rezistă până la 400 de grade Fahrenheit. Sistemul de deplasare din cauciuc permite robotului de a urca scara, în plus acest aparat este capabil să opereze pe pante de maxim 20 de grade, cu tubul de expulzare a apei la un maxim de 45 de grade. Specificațiile tehnice ale LUF60 sunt arătate în tabelul 1.3.

Figura 1.6:LUF60

Tabelul 1.3.Specificații tehnice LUF60

FIREROB

FIREROB (figura 1.7) este un robot mobil controlat de la distanță, care este folosit pentru a lupta cu incendiile, căutare și inspectare zonei de foc. FIREROB este protejat de căldură cu un scut termic. Acesta este echipat cu stingătoare sub presiune cu apă pentru a controla focul. În plus, este echipat cu camere de luat vederi termice și senzori pentru observarea și monitorizarea în zonei incendiului. Două opțiuni de operare pentru FIREROB sunt disponibile, cu scut termic și fără scut termic.

Specificația tehnică de detaliu al fiecărui tip FIREROB este în conformitate cu Tabelul 1.4

Tabelul 1.4. Specificații tehnice ale robotului Firerob

Figura 1.7. Firerob

FFR-1

FFR-1 (Figura 1.7) este un robot de stingere a incendiilor, care permite pompierilor efectuarea unor misiuni dificile. FFR-1 este un robot cu șenile duble controlat de la distanță, utilizat în monitorizare, transport și stingere a incendiilor. Robotul este proiectat să funcționeze în condiții de mediu periculoase ca temperaturile ridicate, medii toxice și în interiorul clădirilor nesigure.

Figura 1.7: FFR-1 folosit pentru stingerea incendiilor și salvare – Robot Wireless

FFR-1 permite pompierilor executarea de misiuni în spații închise, străzi înguste, clădiri industriale, magazine, tuneluri, aeroporturi, instalații militare, centrale electrice, uzine chimice și altele. FFR-1 este ușor de transportat pe un vehicul modificat sau o remorcă, conferind un avantaj operațional pentru pompieri la stadiu incipient de foc, precum și pe tot parcursul operațiunii. FFR-1 are un sistem intern de răcire cu pereți dubli pentru a evita supraîncălzirea cauzata de temperatură exterioară ridicată. FFR-1 este un robot foarte manevrabil cu capabilități cross-country. Rulează pe trepte și poate urca pana la 30 de grade o pantă, trăgând un furtun de incendiu de 3 inch . Specificațiile tehnice ale FFR-1 sunt arătate în Tabelul 1.5.

Tabelul 1.5. Specificații tehnice ale robotului FFR-1

FIREMOTE 4800

Firemote 4800 ilustrată în Figura 1.8 este un Unmanned Ground Vehicle. Acesta este echipat cu o duză de stingere a incendiilor, echipamente de apă de înaltă presiune, duză de pulverizare, camere de navigație, cameră de luat vederi termice, sistem de răcire și rolă de admisie furtun. Toate echipamentele sunt montate într-un corp din oțel inoxidabil izolat care poate reflecta căldura radiantă. Se pot proteja piesele sensibile la apă care sunt montate pe șasiu.Firemote 4800 este controlat de la un panou, cu ajutorul camerelor de luat vederi color montate 2 în față și 2 în spate,avȃnd un unghi de observare foarte larg. Panoul folosește un monitor trans-reflectorizant, care arată ca un tablou de bord avȃnd parametrii și imagini de la 4 camere simultan,pentru ușurința de navigare. Centrul de comandă poate primi imagini video ȃnd un calculator încorporat, care poate înregistra sau trimite fișiere video. Specificațiile tehnice aleFIREMOTE 4800 sunt arătate înTabelul 1.6.

Figura 1.8. Robotul pompier Firemote

Tabelul1.6. Specificații tehnice ale robotului Firemote 4800

MVF-5

MVF-5, cum se arată în Figura 1.9 este un robot mașină de stingere a incendiilor multifuncțional, fabricat de producătorul croat DOK-ING, pentru a stinge incendiile din zonele de neatins și condiții în care se pun în pericol viețile pompierilor. Este un vehicul de stingere a incendiilor, care este operat de un singur operator și controlat cu ajutorul telecomenzii. Cu tehnologia de control de la distanță-GPS-INS (Sistem de poziționare globală- Sistemul inerțial de navigare), sistemul este capabil de a fi controlatde la distanța maximă de 1500m. MVF-5 ajută pompierii pentru a asigura infrastructura de risc ridicat. În stingerea incendiilor fără intervenția pompierilor, acest robot are tun de înaltă presiune pe un braț hidraulic, care pompează apă până la o distanța de 55 m. MVF-5 are un scut de protecție rezistent la foc cu temperaturi inalte. Scutul de protecție se bazează pe reflexia în materialele tumescente ca balonul, se extinde în volum și devene mai dens atunci când sunt expus la foc.

Figura 1.9: MVF-5 Mașina Autonomă de stingere a incendiilor

Producătorul DOK-ING a afirmat că acoperirile multistrat pe MVF-5 sunt capabile să reziste la 700 C, timp de 15 minute sau 400 C timp de 30 de minute, ca întabelul 1.7 pentru zonele de temperatură ȋnaltă. MVF-5 poate pulveriza 2000 de litri de apă sau spumă pe minut. Capacitatea rezervorului este de 2200 de litri de apă și 500 de litrii de spumă.Tunul de înaltă presiune care este montat pe brațul hidraulic are 3 nivele, special concepute cu o rotație de 360 °. Acest lucru permite tunului o mai mare presiune de ȋmprăștiere a lichidelor de stingere a incendiilor în toate direcțiile dorite (DOK-ING Company, 2010). Specificațiile tehnice aleMVF-5 Sunt arătate în tabelul 1.7.

Tabelul 1.7. Specificații tehnice ale robotului MVF-5

JMX-LT50

JMX-LT50 (Figura 1.10) este echipat cu un tun de apăși are capacitatea de crea o barieră termică, folosind jetul de apă, fiind telecomandat pe distanțe lungi. Acest robot este alcătuit din sistemul de control la distanță, șasiu, monitor de control al focului și al apei. Robotul folosește apa furnizată prin cuplarea la spate a furtunului cu apă și este capabil de a se proteja pulverizȃnd apa sub forma unei ceți. La distanță, tunul de apă al robotului este capabil de a pulveriza apa din diferite unghiuri și distanțe. Mobilitatea JMX-LT50 se bazează pe roți cu anvelope. Acest concept a dat posibilitatea de mișcare a robotul pe diferite tipuri de sol și de a depăși diferite obstacole ȋntȃlnite.

Figura 1.10. Robotul pompier JMX-LT50

Specificațiile tehnice ale JMX-LT50 sunt arătate înTabelul 1.8.

Tabelul 1.8. Specificații tehnice ale robotului JMX-LT50

SACI 2.0

Robotul brazilian de pulverizare a apei a fost numit SACI (Figura 1.11), a fost produs în 2006. SACI este în măsură să pună pe foc prin direcționarea fluxului de apă, spumă sau să pulverizezeo perdea de ceață prin suflare. Mașina de stingere a incendiului va produce o pulverizare la maximum 60 de metri, prin pivotarea tunului de la 20 – 70 de grade vertical,rotindu-se fiind în același timp ȋn jurul rezervorului de apă. Acesta poate avea tunuri de apă capabile de a avea un debit de apă de până la 7.600 de litri pe minut. Acesta are două rezervoare cu spuma de 25 de litri fiecare.

Figura 1.11. Robotul pompier SACI 2.0

Această mașină poate pompa lichide timp de trei ore înainte de a avea nevoie de un rezervor de reîncărcare. Pentru comoditate, această mașină are sistem de încărcare montat pe mașina de transport. Ea are sistem de iluminare pentru a lumina în mediu obscur atunci când este necesar. SACI, robotul de stingere a incendiilor a fost proiectat și construit prin abordare modulară. În plus, SACI este echipat un sistem trapezoidal de tracțiune care să-i permită să traverseze diferite obstacole. Specificațiile tehnice ale SACI 2.0 sunt arătate înTabelul 1.9.

Tabelul 1.9: Specificații tehnice de SACI 2.0 (ARMTEC, 2013).

ARCHIBOT-M

Constructorul koreean a proiectat un robot de stingere a incendiilor și anume-ArchiBot M (Figura 1.12) care este un robot mobil utilizat în locuri inaccesibile pompierilor. Acesta este utilizat pentru verificarea la fața locului și pentru curățarea căii de acces pentru pompieri. Robotul a fost echipat cu un sistem special conceput de suspensii independente pentru urcatul scărilor și lucru la temperaturi ridicate. Robotul, de asemenea, este proiectat cu capacitatea de a fi impermeabil la apă și echipat cu un sistem de răcire, pentru ca robotul să poata lucra în mediu cald

Figura 1.12: ArchiBot-M

Specificațiile tehnice ale ArchiBot-M sunt arătate înTabelul 1.10.

Tabelul 1.10. Specificații tehnice ale robotului ArchiBot-M

THERMITE T

Robotul termită este dezvoltat pentru a fi manipulat în diferite medii periculoase, cum ar fi incendiu de pădure și incendii chimice. Robotul este echipat cu capabilități de manipulare de la distanță, capabil de a fi controlat de la distanță și un monitor multi-direcțional pentru a asigura siguranța utilizatorului. Distanța de control este de aproximativ 400 m.Termite este conceput pentru teren accidentat, precum și în mediul de construcție. Robotul are un timp de activare mic.

Figura 1.13: Thermite T2

Specificațiile tehnice ale termit T2 sunt arătate întabelul 1.11.

Tabelul 1.11. Specificații tehnice ale robotului Thermite T2

MyBOT2000

Proiectarea lui MyBOT 2000,care este o mașină controlată de la distanță, estecompusă dintr-un șasiu mobil și unul rigid. Robotul este proiectat și dezvoltat în Malaezia. Diferite imagini cu MyBot2000 sunt prezentate în figura 1.14 și figura 1.15. Mașina este controlată wireless printr-unlaptop. Duza de apă de pe mașină poate fi îndreptatăȋn diferite unghiuri și poate fi ridicată pentru a controla focul de la diferite înălțimi. Unul dintre marile avantaje ale dezvoltării MyBot2000 este faptul că reduce riscurile cu care se confruntă pompierii în îndeplinirea sarcinilor lor. Acest lucru se datorează faptului că sunt actualizate noile tehnicide combatere a incendiilor, necesare pompierilorla interventia în condiții periculoase. Lucrul la temperaturi ridicate, de praf, umiditate scăzută, alte condiții periculoase sunt printre condițiile de muncă obișnuite, asociate cu stingerea incendiilor. Sistemul MyBot 2000 este un vehicul terestru, care a fost echipat cu un control de la distanță și capacitatea de monitorizare pentru stingerea incendiilor și de salvare.MyBot2000 este capabil de stingere a incendiilor și de căutare într-un mediu periculos. In plus, MyBot2000 folosește energie verde, electrică, pentru alimentarea mașinii.Actualul MyBot 2000 va fi echipat cu un sistem de senzori de vedereși imagistica pentru a detecta și a localiza victima ȋn foc. Prima generație de MyBot 2000 a fost dezvoltată în anul 2006. În prezent, a 4-a generație de MyBot2000 este în proces de dezvoltare. Noul design al MyBot 2000, va cuprinde un sistem de deplasaremai bun, structură mai ușoară, tun de apă controlabil multi-direcțional, CCTV wireless cu rază lungă, platformă comună precum și capacitatea de control pe distanțe lungi. Specificațiile tehnice ale MyBot2000 Sunt arătate în tabelul 1.12.

Tabelul 1.12: Caracteristicile generale ale MyBOT 2000

Figura 1.14: Vedere laterală a lui MyBOT 2000

Figura 1.15: MyBOT2000

Concluzii:

Specificațiile tehnice a 10 diferițiroboți de lupta contra incendiilor au fost comparate în Tabelul 1.13. Așa cum se menționează la Tabelul 1.7, MVF5 este cel mai mare și mai greu robot de stingere a incendiilor, printre altele.MVF5 este construit pentru a acționa numai ȋn aer liber și nu este în măsură să intre ȋn anumite locatii ȋnguste. Acesta este urmat de LUF60 și JMX-LT50. MVF5, LUF60 și JMX-LT50 fiind concepute pentru a rezista la sarcini, sunt echipate cu tun de apă mai mare și sunt în măsură să controleze focul într-un timp scurt.Robotul MVF5 a fost echipat cu un tun avȃnd un debit crescut de apă fiind dotatși cu un rezervor de apă.JMX-LT50 a fost echipat cu tun de apă controlat de la distanță. Pentru LUF60, acesta este echipat cu un ventilator puternic pentru a sufla volumului mare de apă sub formă de ceață de apă. Cei mai multi dintre roboți, cum ar fi Firerob, FFR-1, Firemote-4800, SACI, ArchiBot și MyBOT2000 folosesc baterii ca sursă de energie, cu excepția Thermit care folosește un motor diesel. În general, 90% dintre roboții mobili folosesc duza de apă, 80% dintre roboți folosesc tunuri de apă controlate de la distanță, și mai puțin de 20% din roboți transportă cu ei un rezervor de apă. Dezvoltarea și utilizarea roboților mobili de stingere a incendiilor continuă pentru diferite medii, cum ar fi instalațiile petrochimice, mediu radioactiv, structuăa instabilă și vase de înaltă presiune.

În prezent, dezvoltarea roboților mobili de lupta contra incendiilor încă nu este pe deplin susținută de autoritățile locale sau pompieri, pentru a fi puși în funcționare în timpul momentelor critice, pentru a reduce riscul de pericol pentru aceștia. Mai multe eforturi trebuie să se facă pentru a încuraja utilizareaaceste tipuri de roboți mobili ȋn stingerea incendiilor,prin proiectarea unei variantecu cost redus a unui robot de calitate.

Tabelul 1.13. Comparație sintetică ȋntre caracteristicile roboților pompieri prezentați

Scopul lucrării

Lucrarea „Robot pompier” are ca scop realizarea unei machete funcționale a unui robot pompier real. Macheta realizată urmează să fie utilizată la experimente care să verifice disponibilitatea echipamentului ȋn diverse situații de urgență.

Robotul pompier este, de fapt, un robot mobil, cu dotări suplimentare adecvate scopului aplicației. Dintre aceste dotari, așa cum rezultă și din capitolul 1, de studiu bibiografic, amintim:

Existența unui sistem de locomoție adecvat solului accidentat;

Sistem autonom de alimentare cu energie electrică;

Sistem de ȋnlăturare a obstacolelor sau de forțare a ușilor;

Sistem de direcționare a jetului de lichid de stingere a incendiilor;

Sistem de preluare de imagini de la fața locului;

Sistem de comunicare cu eventualele persoane din interior: microfon și boxe.

Pentru că incendiile sunt niște evenimente cu un grad de variabilitate foarte mare, s-a considerat că este indicat ca robotul pompier să funcționeze ȋn regim de teleoperare, de aceea s-au prevăzut elemente de comandă manuală de tip „joy-stick” atȃt pentru comanda sensului de mișcare a robotului mobil, cȃt și pentru mișcarea camerei pentru supravegherea situ-ului incendiului.

3. Sistemul de preluare a imaginilor de către cameră

3.1. Instalarea programului de captare imagini

Instalarea se poate face în două moduri:

LAN cu calculatorul;

pe telefonul mobil cu ajutorul aplicației Cloudsee Android/IOS;

Instalarea pe calculatorul personal prin intermediul conexiunii wireless se va realiza prin router, camera fiind configurată pe setările de conexiune ale routerului prin WI-FI.

De asemenea camera se poate conecta direct la router prin cablu serial formând o conexiune de tip LAN.

În primul rând se descarcă și se instalează aplicația Cloudsee APP pe telefonul mobil. Se creează un cont pentru a putea accesa camera. Se scanează codul tip QR pentru validarea licenței camerei și după aceea se lansează aplicația pe telefonul mobil. După înregistrare și logare urmează o succesiune de pași ce trebuie urmați pentru configurarea camerei cu rețeaua wireless.

Se apasă pentru 5 secunde butonul de resetare al camerei până când se aude de 2 ori sunetul audio "Waiting for configuration". Pe telefon în aplicația instalată se accesează setarile de preparare "Add by Soundwave". Telefonul va emite un sunet pe care camera îl captează. Se realizează astfel configurarea camerei pe dispozitivul wireless ales prin sunetul emis de cameră "Successful configuration". Acum se pot vizualiza imagini în timp real pe orice dispozitiv care are instalată aplicația Cloudsee și este logat pe aceeași rețea wireless.

3.2. Caracteristici funcționale ale camerei Jovision JVS-H510

Camera JVS-H510 face parte din gama de camere de supraveghere wireless cu IP de la Jovision. Modelul JVS-H510 are o rezoluție de 1 MP, 720P și poate fi accesată atât prin LAN cât și wireless. Înregistrările făcute cu JVS-H510 pot stoca și pe cardul de memorie al camerei. Tunul de leduri de infraroșu ce ajută camera să obțină imagini mai clare pe lumină slabă sau întuneric este eficient până la o distanță de 10 metri. Camera de supraveghere JVS-H510 suportă control Pan/Tilt, mișcare pe verticală și orizontală, funcție ce poate fi controlată atât de pe PC cât și de pe telefon.

Camera IP wireless 1MP 720P HD Jovision JVS-H510

Caracteristici generale:

Dispozitivul poate fi configurat atât prin LAN, cât si prin rețeaua wireless;

Control pan / tilt – în plan vertical și în plan orizontal; unghiul poate fi ajustat;

Camera are incorporate atât microfon, cât și difuzor care permite comunicare bi-direcțională;

Suportă diferiți senzori de alarmă;

Include slot pentru TF-card de maxim 64GB;

Format fișier înregistrat: MP4;

Camera poate fi accesată prin Android / iOS / client Windows PC;

Distanța de iluminare pe timp de noapte de până la 10M.

Specificații tehnice:

Camera:

Senzor imagine: 1/4″CMOS

Rezoluție: 1280×720

Pixeli: 1.0MP

Compresie: H.264/JPEG

Cadre pe secundă: 25fps

Rata biților: 64Kbps～8Mbps

Iluminare minimă: 0Lux(IR ON)

Lentilă:

Tip lentilă: M12

Lentilă: 3.6mm

Unghi vizuzalizare: 71°

Focus: Fix

Funcții:

Control expunere: Auto

Zi / noapte: filtru IR-cut cu comutare automată, color – alb/negru

Ajustare video: ajustare contrast, luminozitate, saturație

Operațiuni la distanță: sistem, stream, utilizator, management rețea

Detecție la mișcare: Da

Alarmă: e-mail, client

Intercom: Da

Stocare locală: 64G

Control PTZ

Unghi rotire: Orizontal:355°  Vertical:120°

Presetat: 127

Interfața:

Intrare audio: Incorporat microfon

Ieșire audio: Incorporat difuzor

Internet: interfațe adaptive RJ45 10M/100M

Intrare alarmă: 1 CH

Iesire alarmă: 1 CH

Slot TF-card: 1 slot

Reset: restaurare la setările de fabrică

Rețea

Ethernet: Ethernet 10/100M

Wireless: WIFI

Dual Stream: Da

Protocol suportat: HTTP,TCP/IP,ICMP,UDP,SMTP,DHCP,DNS,PPPOE

Transmisie: Protocol intern Cloudsee

Browser: IE8+,Chrome18+,Firefox5.0+,Safari5.02+

Conectare: 6 CH

Permisiune utilizator: până la 13 utilizatori, 3 niveluri de autoritate: administrator, utilizator, vizitator

General:

Leduri IR: 10

Distanța IR: 10m

Temperatura de operare: -20℃～55℃

Umiditate: 10%～90%

Alimentare: DC 5V

Consum: ≦3.2W

Material: ABS alb + PC

Dimensiuni (W×H×D)(mm): 115×147×138

Greutate: 300 gr

Instalare: pe perete / tavan / birou

4.Proiectarea sistemului mecanic al robotului pompier

4.1.Proiectarea sistemului de locomoție

Soluția constructivă a platformei

Soluția constructivă aleasă corespunde scopului de a se putea intra într-o clădire cuprinsă de flăcări. În urma unei cercetări amănunțite am ajuns la concluzia că cea mai bună soluție este de a folosi un cadru metalic cât mai rigid și cu o rezistență mai ridicată. Datorită faptului ca un incendiu poate apărea și în natură, iar solul poate fi acidentat, cadrul a fost conceput din două componente de șasiu. Pentru ca robotul (fig 4.1), la întâmpinarea unui obstacol, să poată trece cu ușurință peste acesta, o parte a șasiului se rotește relativ la cealaltă, pentru a avea stabilitate și tracțiune. Roțile alese și cumpărate sunt din metal, având montate în interior rulmenți, iar la partea exterioară se află un cauciuc plin pentru o rezistență sporită.

Roțile sunt montate pe un ax, fiind cuplate fiecare individual la motor asigurând o tracțiune 4X4. Angrenarea este realizată cu ajutorul lanțului cu bucșe, fiind montat pe un pinion dublu care este legat la motor și un pinion simplu care este montat pe axul roții. Am montat un placaj din lemn pentru a putea fi montate diferite dispozitive de stingerea incendiilor.

Pentru ca robotul să ajungă la destinația propusă am adaptat o camera de luat vederi pe acesta, fiind controlat de către operatorul uman însărcinat cu această funcție. Robotul este controlat prin intermediul calculatorului sau a telefonului mobil.

Fig. 4.1. Platforma robotului mobil

Proiectarea asistată de calculator CAD – Computer Aided Design este unul din programele de proiectare cel mai des folosit și întâlnit. Unii specialiști sunt de părere că această tehnologie de proiectare a evoluat foarte mult de-a lungul anilor. Transformările recente ale principalelor sisteme de proiectare asistată dovedesc faptul că domeniul CAD se află încă în plină dezvoltare și evoluție. Arhitectura generală și adăugarea de funcții si instrumente noi de modelare în sistemele de proiectare deja existente, cât și posibilitatea acestora de a crea nu doar simple schițe 2D, ci și modele geometrice și suprafețe, pe baza parametrilor indicați.

Pro / ENGINEER oferă o gamă foarte largă de instrumente pentru a permite generarea de o reprezentare digitală completă a produsului proiectat. Față de instrumentele generale de geometrie există capacitatea de generare a geometriei și a diferitelor obiecte în afara razei de roboți industriali, cum ar fi de conducte industriale și definiții complete de cablare. Instrumentele sunt de asemenea disponibile pentru a suporta dezvoltarea de colaborare.

Proiectarea sistemului mobil

Una din cele mai importante componente din realizarea robotului pompier a fost realizarea șasiului, pentru că pe acesta urmează să fie montate toată partea de comandă și de locomoție. Pentru a putea fi realizat robotul a fost necesară o proiectare adecvată, aceasta fiind făcută în programul Pro/ENGINEER. Parametrii fundamentali pentru realizarea montajului au fost lățimea și lungimea șasiului, iar în funcție de acesta s-au așezat restul componentelor. Înălțimea a fost determinată în funcție de diametrul roților, pentru a avea o gardă la sol înaltă. Materialele folosite sunt o țeavă pătrată din metal cu dimensiunile de 20x20x2, motoare de curent continuu, roți metalice cu cauciuc plin pentru o duritate mai ridicată, pinioane de lanț cu 16 dinți pentru angrenare, 2 placaje de lemn pentru suport, 4 lanțuri cu dimensiunea de 80 de cm fiecare, 4 axuri pentru fixarea roților și cameră de luat vederi pentru a transmite în direct imagini de pe robot.

În mare parte ansamblul este construit să fie ușor modificabil, folosindu-se elemente demontabile. O asemenea asamblare demontabilă are avantajul unei posibilități de reglare a poziției relative a componentelor și deci, a libertății în ceea ce privește îmbunătățirile.

Componentele folosite pentru montaj sunt:

1.Două componente de șasiu

2. Axuri de prindere a roților

3.Ax pentru roți

4.Motoare

5.Pinion dublu conducător fixat pe motor

6.Ax inter-șasiu

7. Roțile

8. Rulmenții lagărului de rostogolire a roților

9. Camera de luat vederi

Vedere din față a robotului pompier

Vedere a ansamblului din lateral

Vedere de jos

Secțiuni din ansamblul robotului pompier

Vedere cu robotul pompier, ansamblu din spate și față

4.2. Proiectarea transmisiei cu lanț

Deplasarea robotului este realizată prin intermediul transmisiei prin lanț.

Transmisiile prin lanț sunt cele care transmit mișcarea de rotație de la o roată conducătoare la una condusă prin angrenarea acestora cu zalele din care este compus lanțul.

Părțile componente:

-roată de lanț conducătoare;

-roată de lanț condusă;

-lanț;

-mecanism de întindere;

-dispozitive de ungere;

-apărători;

Principiul de funcționare se bazează pe angrenarea zalelor lanțului cu roțile speciale de lanț.

Avantaje:

-dimensiuni de gabarit mici;

-absența alunecării;

-randament ridicat;

-posibilitatea înlocuirii ușoare a lanțului;

-distanța dintre axe poate fi diversificată;

Dezavantaje:

-posibilitatea pătrunderii prafului și impuritățiilor conduce la creșterea fenomenului de uzură;

-întreținerea mai costisitoare;

-necesită precizie ridicată la montarea arborilor;

-transmisia funcționează cu zgomot;

-apare o neuniformitate a rotirii roților,în special la roțile cu un număr mic de dinți.

Domenii de utilizare:

-la troliile instalațiilor de foraj;

-la antrenarea arborilor din cutiile de viteze;

-la mașinile agricole;

Lanțul

Rol:

-pentru ridicare;

-pentru tracțiune;

-pentru antrenare;

Tipuri constructive: (Fig. 4.2)

-cu zale ovale(Fig 4.2 a);

-cu eclise articulate(Fig. 4.2 c);

-cu bolțuri;

-cu bucșe și role;

-cu cârlige;

-combinate;

Figura 4.2. Tipuri de lanțuri

Roți de lanț

Acestea au un rol foarte important deoarece sunt în directă legătură cu lanțul. Au geometria danturii definită ȋn plan frontal și axial.(Figura 4.3)

Fig. 4.2. Roți de lanț

Fig. 4.4. Roata de lanț utilizată

Soluția aleasă pentru transmiterea mișcării de la roata motoare (pinioanelor fig. 4.4) la cea condusă este lanțul cu bucșe.

Lanțurile cu bucșe se compun din eclise,bolțuri și bucșe,eclisele exterioare fiind presate pe bolțuri,iar cele interioare pe bucșe. Din punct de vedere funcțional,eclisele exterioare și bolțurile, respectiv eclisele interioare și bucșele,formează elemente cinematice distincte,articulate între ele. Datorită suprafeței de contact mai mare dintre bolțuri si bucșe,aceste lanțuri se recomandă la sarcini medii și viteze sub 3 m/s.

Figura 4.5. Lanțul cu eclise, bolțuri și bucșe

Etapele de calcul ale transmisiei prin lanț

Alegerea sistemului de acționare electric

Motorul de curent continuu cu întrefier axial și rotor disc este o varianta constructivă a mașinii de curent continuu. Sistemul inductor este format din polii dispuși pe o armătură de oțel care reprezintă carcasa statorului. Polii inductori statorici se realizează de regulă din magneți permanenți din ferită anizotropă.

Rotorul are formă unui disc plat și este compus dintr-un suport realizat dinmateriale rezistente la căldură, pe bază de sticle sau compoziții silicoorganice. Înfășurarea rotorică constă din lame conductoare subțiri, neizolate, dispuse pe ambele părți ale discului. Conductoarele înfășurării rotorice se pot dispune prin procedee ale tehnicii fotochimice a circuitelor imprimate (la motoare mici), fie prin procedee mecanice de ștanțare. Numărul de conductoare este limitat deconditiile de realizare tehnologică a înfășurării.

În scopul obținerii unor tensiuni electromotoare cât mai mari și care să nu fie influențate de nesimetriile câmpului magnetic se utilizează înfășurări ondulate simple. Spirele înfășurării se realizează prin conexiunile de la capetele marginale superioare și inferioare, care străbat discul izolant și care fac legătură dintre conductoarele de pe cele două feteale discului. La aceste înfășurări periile calcă direct pe conductoare. Polii inductori sunt așezați în partea frontală a inelului, de o parte sau de ambele părți. Lațurile active ale unei spire sunt constituitedin cele două porțiuni situate pe părțile frontale ale discului rotoric. Pentru a realiza o lungime mai mare a porțiunilor active ale spirei, acestea se dispun curbat. Câmpul magnetic de reacție a indusului este mic datorită întrefierului axial cu o lățime relativ mare și a reluctanței magnetice mari a polilor inductori.

La aceste mașini puterea pe unitatea de masă este mare datorită în special condițiilor bunede răcire a conductoarelor înfășurării indusului (se adoptă densități de curent de 10 ori mai mari decatla mașinile de curent continuu uzuale); au inerție redusă , au caracteristici mecanice liniare, gama largă de turații. Se aplică în acționările care necesită moment de inerție redus.

Dezavantajele acestor mașini sunt: realizarea mai dificilă a înfășurării rotorice, discul este deformabil, tensiunea la borne este redusă (30 V).

4.3 Montajul sistemului de locomoție

Am primit scheletul șasiului(cadrul metalic, figura 4.6), împreună cu motoarele, pentru a putea executa robotul mobil. În primul rând am dus cadrul la atelier pentru a putea face masurătorile și modificările necesare construcției noastre.

Figura 4.6

După ce am luat măsurătorile necesare, am realizat, împreună cu persoana autorizată, axurile pe care au urmat să fie montate roțile. Următorul pas a fost achiziționarea roților, montarea și verificarea funcționării acestora.

O altă etapă a fost pregătirea, realizarea și sudarea suporturilor pe care au fost montate motoarele. Am montat și aliniat pinionul dublu conducător, iar apoi am făcut legătura dintre acesta cu pinioanele conduse. Transmisia se realizează cu ajutorul unor lanțuri cu bucșe care fac legătura între pinionul conducător și cele conduse.

După montare am testat funcționarea motoarelor, acestea fiind alimentate la o sursă de 24V care la rândul ei a fost conectată la curent continuu de 220V.

Pentru un aspect plăcut și pentru a putea fi montată camera și alte componente pentru stingerea incendiilor am montat pe șasiu două plăci de lemn vopsite ulterior.

În ultimă fază s-a realizat programarea comenziilor prin intermediul plăcuței Arduino și a unei aplicații ȋncorporată cu bluetooth prin care robotul pompier să poată fi comandat de către operatorul uman.

5.Comanda manuală a deplasării robotului mobil

Arduino Mega ADK

Fig. 5.1 Arduino Mega ADK

Creierul robotului este constituit din microcontrolerul arduino mega adk. Placa de dezvoltare Mega ADK are la bază un microcontroler ATmega2560 (datasheet). Aceasta are o interfață de tipul USB host care permite conectarea la telefoane pe bază de andriod folosind circuitul integrat MAX3421e. Aceasta are 54 Intrări/Ieșiri digitale (dintre care 15 pot să fie folosite ca ieșiri PWM), 16 intrări analogice, 4 UART (porturi seriale hardware). Frecvența de lucru este de 16MHz, mai deține o conexiune USB, mufă de alimentare, header ICSP și un buton de reset. Placa de dezvoltare Mega ADK are la baza Arduino Megat 2560.

Similar cu Arduino Mega 2560 și Arduino Uno, aceasta are un convertor serial folosind ATmega8U2.

Arduino Mega ADK are un rezistor care leagă la masă 8U2 HWB, lucru care permite să fie mai ușor de setat în modul DFU.

Următoarele modificări au fost aduse:

Aranjarea pinilor după modelul 1.0: au fost adăugați pinii SDA și SCL care sunt mai aproape de pinul AREF și alți doi pini noi care au fost adăugați lângă pinul RESET, pinul IOREF care permite plăcilor să își adapteze tensiunea de funcționare. În viitor scuturile o să fie compatibile atât cu plăcile care folosesc microcontrolerul AVR (care funcționează la 5V) cât și cu Arduino Due care funcționează la 3.3V.

Circuitul de RESET este mai rezistent.

Date tehnice:

– Microcontroler: ATmega2560;

– Tensiunea de operare: 5V;

– Tensiunea de intrare (recomandat): 7-12V;

– Tensiunea de intrare (limite): 6-20V;

– Pini Digitali Intrare/Ieșire: 54 (dintre care 15 se pot folosi ca ieșiri PWM);

– Pini Analogi de Intrare: 16;

– DC Curent pe pini Intrare/Ieșire: 40mA;

– DC Curent pentru pinul 3.3V: 50mA;

– Memoria Flash: 256 KB dintre care 8 KB utilizați de către bootloader;

– Memoria SRAM: 8 KB;

– Memoria EEPROM: 4 KB;

– Viteza ceasului: 16 MHz;

– Chip USB Host: MAX3421E.

Fig. 5.2 Arduino Mega ADK

Driver MC33926 Shield

Fig. 5.3 Driver MC33926 Shield

Acest scut face mai ușor controlul a două motoare de curent continuu cu Arduino sau o placă compatibilă cu Arduino.Driverele de motor MC33926 funcționează la tensiuni între 5 și 28 V și poate alimenta la curent continuu de 3 A pentru fiecare motor.Poziția pinilor plăcii Arduino poate fi modificată în cazul în care cele implicite nu sunt conveniente și liniile de control ale driverului sunt întrerupte de-a lungul părții stângi pentru uz general fără Arduino.

Specificații tehnice:

– Driver: MC33926;

– Canale: 2;

– Tensiune de alimentare : 5-28V;

– Curent: 3 A;

– Senzor de curent: 0.525 V/A;

– PWM: 20 kHz;

– Voltaj logic : 2.5-5.5 V;

Program Arduino

char incomingByte; // variable to receive data from the serial port

int MOTOR2_PIN1 = 3;

int MOTOR2_PIN2 = 5;

int MOTOR1_PIN1 = 6;

int MOTOR1_PIN2 = 9;

void setup() {

Serial.begin(115200);// start serial communication at 9600bps

pinMode(13, OUTPUT);

pinMode(MOTOR1_PIN1, OUTPUT);

pinMode(MOTOR1_PIN2, OUTPUT);

pinMode(MOTOR2_PIN1, OUTPUT);

pinMode(MOTOR2_PIN2, OUTPUT);

}

void loop() {

if( Serial.available() > 0 ) // if data is available to read

{

incomingByte = Serial.read(); // read it and store it in 'incomingByte'

Serial.println(incomingByte);

//inainte

if( incomingByte=='w')

{

digitalWrite(13, HIGH);

{

go(255,-255);

}

}

if( incomingByte=='a')

{

{

go(-255,255);

}

}

if(incomingByte=='d')

{

{

go(255,255);

}

}

if(incomingByte=='s')

{

{

go(-255,-255);

}

}

//stop

if(incomingByte=='q')

{

{

go(0,0);

}

}

}

}

void go(int speedLeft, int speedRight) {

if (speedLeft > 0) {

analogWrite(MOTOR1_PIN1, speedLeft);

analogWrite(MOTOR1_PIN2, 0);

}

else {

analogWrite(MOTOR1_PIN1, 0);

analogWrite(MOTOR1_PIN2, -speedLeft);

}

if (speedRight > 0) {

analogWrite(MOTOR2_PIN1, speedRight);

analogWrite(MOTOR2_PIN2, 0);

}else {

analogWrite(MOTOR2_PIN1, 0);

analogWrite(MOTOR2_PIN2, -speedRight);

}

}

Bluetooth Mate Gold

Fig. 5.4 Bluetooth Mate Gold

Modulul Bluetooth Mate Gold permite transmisia și recepționarea, în același timp, de date, valori sau informații într-un mod ușor. Conectorul ne permite să transmitem datele sub aceeași formă pe care le-am transmite folosind monitorul serial din Arduino, adică folosind perechea de fire RX și TX.

Utilizând conectorul Bluetooth Mate Gold avem avantajul că nu vom mai folosi fire, deoarece comunicația se realizează wireless și se pot acoperii distanțe mari. Spre exemplu, folosind perechea de fire RX și TX, nu vom putea face schimb de informații pe o distanță de 100 m, dar folosind conectorul Bluetooth Mate Gold putem realiza acest lucru.

Conexiuni Hardware:

– Bluetooth CTS-I – nu se conectează;

– Bluetooth VCC – Arduino 5V;

– Bluetooth GND – Arduino GND;

– Bluetooth TX-O – Arduino RX;

– Bluetooth RX-I – Arduino TX;

Specificații tehnice:

– modem Bluetooth clasa 2;

– atinge 10 metri ca distanță de transmisie;

– consumă în medie 25 mA;

– conexiune criptată;

– frecvența 2.4~2.524 GHz;

– tensiune de alimentare 3.3 – 6 V;

– capabil de rate de transfer între 2400-115200;

– temperatura de operare – 40 ~ + 70 C;

– antenă inclusă pe placă;

Fig. 5.5 Bluetooth Mate Gold

Program Bluetooth

// Se foloseste aplicatia din Play Store numita "Arduino Bluetooth Controller"

#include "DualMC33926MotorShield.h"

DualMC33926MotorShield md;

int i;

char incomingByte; // variable to receive data from the serial port

void setup() {

Serial.begin(115200);// start serial communication at 9600bps

pinMode(13, OUTPUT);

Serial.println("Dual MC33926 Motor Shield");

md.init();

}

void loop() {

if( Serial.available() > 0 ) // if data is available to read

{

incomingByte = Serial.read(); // read it and store it in 'incomingByte'

Serial.println(incomingByte);

if( incomingByte=='w')

{

digitalWrite(13, HIGH);

{

md.setM1Speed(255);

md.setM2Speed(255);

}

}

if( incomingByte=='a')

{

{

md.setM1Speed(255);

md.setM2Speed(-255);

}

}

if(incomingByte=='d')

{

{

md.setM1Speed(-255);

md.setM2Speed(255);

}

}

if(incomingByte=='s')

{

{

md.setM1Speed(-255);

md.setM2Speed(-255);

}

}

if(incomingByte=='q')

{

{

md.setM1Speed(0);

md.setM2Speed(0);

}

}

}

}

Bibliografie

[1] Chee Fai Tan, S.M. Liew, M.R. Alkahari, S.S.S. Ranjit, M.R. Said, W. Chen, G.W.M. Rauterberg, D. Sivakumar and Sivarao, Fire Fighting Mobile Robot: State of the Art and Recent Development, Australian Journal of Basic and Applied Sciences, 7(10): 220-230, 013 ISSN 1991-8178, Aust. J. Basic & Appl. Sci., 7(10): 220-230, 2013 221

[2] Teh Nam Khoon, Patrick Sebastian, Abu Bakar Sayuti Saman, Autonomous Fire Fighting Mobile Platform, International Symposium on Robotics and Intelligent Sensors 2012 (IRIS 2012), 1877-7058 © 2012 Published by Elsevier Ltd.,doi: 10.1016/j.proeng.2012.07.294

[3] Daniel J. Pack, Robert Avanzato, David J. Ahlgren, and Igor M. Verner, Fire-Fighting Mobile Robotics and Interdisciplinary Design-Comparative Perspectives, IEEE TRANSACTIONS ON EDUCATION, VOL. 47, NO. 3, AUGUST 2004 369, 0018-9359/04$20.00 © 2004 IEEE

[4] http://www.falckproductions.com/resources/fire-safety-and-firewatch/classes-of-fire-a-b-c-d-and-k/07.12.2015

[5] http://webbut.unitbv.ro/Carti%20on-line/TM/Capitol_2.pdf / 07,06,2016

[6] http://webbut.unitbv.ro/Carti%20on-line/OM/JulaChisuLates/Col11.pdf/07,06,2016

[7]https://www.google.ro/?gws_rd=cr,ssl&ei=ontWV5GRFYnDUt2bktAB#safe=active&q=transmisii+prin+lant

[8] Diatcu E., Fiabilitatea sistemelor mecatronice, Editura Hyperion XXI,București, 1998

[9] Dolga, V., Sisteme de achiziții de date,interfețe si instrumentatie virtuală, Ed. Politehnica, Timisoara, 2008

[10] Matieș, V., Tehnologie și educație mecatronică Editura Economică Preuniversitaria, Cluj-Napoca, 2001

[11] Mueller, S., PC – Depanare și Modernizare, Editura Teora, București, 1995

[12]Popa A., Controlul digital al sistemelor mecatronice, Editura Orizonturi universitare, Timișoara, 2002

[13] Popescu, V., Electronică de putere,Editura de Vest, Timișoara, 1998

[14]Tunsoiu, G., Acționari electrice , Editura Didactica si Pedagogică, București, 1982

[15] ***, MAX232.pdf

[16] ***, PIC16f877.pdf , Microchip

[17]*** , TEA3718.pdf

[18]http://www.easyveep.com

[19]http://www.sorting-solutions.com

UNIVERSITATEA POLITEHNICA TIMIȘOARA Aprobat:……………(data)

DEPARTAMENTUL DE MECATRONICĂ Director department

PLAN TEMATIC

pentru lucrarea de licență

Lucrarea de licență acordată studentului:

Tema proiectului:

2. Termenul de predare al proiectului:

3. Elemente inițiale pentru proiect: tipul reperului

4. Conținutul memoriului de calcul (enumerarea problemelor care vor fi rezolvate):

5. Enumerarea materialului grafic (cu indicarea precisă a desenelor obligatorii)

6. Consultații pentru proiect (cu indicarea părților din proiect care necesită consultarea)

7. Data eliberării temei:

Tema a fost primită pentru rezolvare.

Data……………… Coordonatorul proiectului

……………………………… ……………………………

(semnătura) (semnătura)

DECLARAȚIE DE AUTENTICITATE A

LUCRĂRII DE FINALIZARE A STUDIILOR 

Subsemnatul ____________________________________________________________

_______________________________________________________________________,

legitimat cu ________________seria ________nr. ______________________________,

CNP ___________________________________________________________________

autorul lucrării ____________________________________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

elaborată în vederea susținerii examenului de finalizare a studiilor de ______

______________________________________organizat de către Facultatea

_____________________________________________________din cadrul Universității

Politehnica Timișoara, sesiunea ____________________ a anului universitar

__________________, luând în considerare conținutul art. 39 din RODPI – UPT, declar pe

proprie răspundere, că această lucrare este rezultatul propriei activități intelectuale, nu

conține porțiuni plagiate, iar sursele bibliografice au fost folosite cu respectarea legislației

române și a convențiilor internaționale privind drepturile de autor.

Timișoara,

Data Semnătura

_______________________ _____________________________

 Declarația se completează „de mână” și se inserează în lucrarea de finalizare a studiilor, la sfârșitul acesteia, ca parte integrantă.