Robot Cu Traseu Predefinitp1 [612397]
UNIVERSITATEA “LUCIAN BLAGA” DIN SIBIU
FACULTATEA DE INGINERIE
DEPARTAMENTUL DE CAL CULATOA RE ȘI INGINERIE ELECTRICĂ
PROIECT DE DIPLOMĂ
Îndrumător: Prof. univ. dr. ing. Laurean BOGDAN
Absolvent: [anonimizat] : Electronică Aplicată
– Sibiu, 2017 –
2
UNIVERSITATEA “LUCIAN BLAGA” DIN SIBIU
FACULTATEA DE INGINERIE
DEPARTAMENTUL DE CALCULATOARE ȘI INGINERIE ELECTRICĂ
ROBOT CU TRASEU
PREDEFINIT
Îndrumător: Prof. univ. dr. ing. Laurean BOGDAN
Absolvent: [anonimizat] : Electronică Aplicată
3
REZUMAT
În acest proiect vom trata pe larg noțiunile fundamentale în ceea ce privește crearea și
funcționarea unui robot cu traseu predefinit. Vom analiza robotul din punct de vedere teoretic
iar după ce robotul este pus la punct îl vom realiza și practic. Pentru început am analizat
roboții din punct de vedere istoric, modul cum aceștia au apărut și care au fost primele
prototipuri lansate , apoi am trecut la o analiza mai complexă și am început să tratez la modul
general mecanica și cinematica roboților moderni aș a cum îi cunoaștem astăzi.
Cum modul de acționare a roboților este unul destul de variat am analizat câteva
moduri de acționare a acestora , și anume am tratat modul de acționare a roboților din privința
celor mai cunoscute moduri de acționare cu motoare. Robotul din acest proiect folosește
motoar e pas cu pas și este alimentat d e la un soclu cu baterii AA de 1,5V fiecare.
Cum roboții actuali de tip line -follow pot fi acționați și funcționali doar în prezența
unui microcontroller am ales să tratez pe scurt în acest proiect câteva informații despre aceste
cip-uri. Microcontroller -ul folosit de noi pentru acest proiect este PI C16F887 . În partea a III –
a am analizat din punct de vedere teoretic robotul concept de mine. Am analizat mecanica și
cinematica robotului care este detaliată mai jos iar apoi am trecut la proiectarea hardware .
Am creat schema electrică și layout -ul plăci i de procesare folosind programul Eagle apoi am
început să le explic pe larg modul cum l -am proiectat și de ce am ales aceste componente.
Placa de senzori este compusă din 8 senzori analogici QRE1113 utili pentru detecția
liniei negre. Orice parte hardwar e cuprinde si una software și împreună merg de minune , așa
că pe final a trebuit să îi concep un algoritm de funcționare si să îi scriu un cod sursă care se
regăsește în anexe. În continuare sunt tratate mai în detaliu toate informațiile necesare acestui
proiect atât despre modul de implementare hardware cât și software și care au fost prezentate
în acest scurt rezumat.
4
Cuprins
ROBOT CU TRASEU PREDEFINIT ………………………….. ………………………….. ………………….. 2
REZUMAT ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. . 3
CAPITOLUL I ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………………… 5
INTRODUCERE ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………………… 5
CAPITOLUL II ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………………… 11
ROBOȚII INDUSTRIALI ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……. 11
2.1. Mecanica și cinematica roboților ………………………….. ………………………….. ……………… 11
2.2. Acționarea roboților ………………………….. ………………………….. ………………………….. …… 19
2.2.1. Acționarea cu motoare de cc ………………………….. ………………………….. ……………… 20
2.2.2. Acționarea cu motoare pas cu pas ………………………….. ………………………….. ………. 24
2.2.3. Acționarea cu motoare asincrone ………………………….. ………………………….. ……….. 29
2.3. Microcontrollere ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………… 34
2.4. Concluzii ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………….. 36
CAPITOLUL III ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………….. 38
PROIECTAREA UNUI ROBOT PENTRU TRASEE PREDEFINITE ………………………….. .. 38
3.1. Mecanică și cinematica robotului ………………………….. ………………………….. ………….. 38
3.2. Configurația hardware ………………………….. ………………………….. ………………………….. … 42
3.3 Programarea robotului ………………………….. ………………………….. ………………………….. …. 55
CAPITOLUL IV ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………………. 58
APLICAȚII ȘI EXP ERIMENTE ………………………….. ………………………….. ……………………….. 58
CAPITOLUL V ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………………… 61
CONCLUZII ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………. 61
BIBLIOGRAFIE ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………………. 62
ANEXE ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. …. 63
5
CAPITOLUL I
INTRODUCERE
Într-o societate din ce în ce mai avansată tehnologia modernă presupune procesa re
productive tot mai largi și mai complexe ș i care au la bază cibernetizarea conducerii și utilizare
inteligenț ei artificiale.
Ce înseamnă robot? Ma joritatea oamenilor cataloghează drept ,,robot” o mașinărie care
funcționează asemănător ca o ființă umană și care prezintă un anumit grad de inteligență .
O defi niție a robotului potrivit dicționarului Webster este urmă toarea : „Robotul este un
aparat automat sau un dispozitiv care îndeplinește funcții atribuite în general omului sau
manifestă inteligența aproape umană în cursul funcționă rii sale” .
Cuvântul robot are astăzi aproap e un secol de viață fiind conceput de scriitorul de origine
ceha Karel Capek de la cuvântul de origine slavă ,,Rabota” pentru a definit fi ințe artificiale
concepute și programate de om. În istorie putem spune că roboții într -o formă sau alta au exista t
încă din jurul anului 270 i.e și por fi legate de numele învăță torulu i grec Ctesibius . Acesta a
strâns și aplicat cunoștinț ele epocii în domeniul hidraulic și pneumatic pentru a realiza un ceas
cu figuri mobile acționat de forța apei.
Automatele vechilor gr eci aveau funcționali tății limitate, repetitive și aveau ca destinație
amuzamentul acestora sau acti vitățil or de cult. Mai multe a utomate greceș ti au ajuns și la noi și
au putut f i reconstituite pe baza descifrărilor fă cute. În figura1.1 este reprezentat automatul
hidraulic „Hercules omor ând dragonul”.
Figura 1. Hercules omorând dragonul
6
Reconstruirea modernă a automatului Heron "Pa sări călă toare" este redată în figura 2.
Figura 2. Păsări călă toare
Și în acest caz acț ionare se face hidraulic. Apa provenită din gura leului ajunge în
rezervorul (a) aer ul fiind forța t să ia să prin conductele (b) spre fluierele montate în interiorul
păsărilor. Când nivelul lichidelor crește peste partea superioară a conductei (c) aceasta
funcțione ază ca un si fon astfel că supra plinul de apă din (a) trece în rezervorul (d) în care se
afla un sifon similar (e). Flotorul (f) legat prin fr ânghia (g) de contra greutatea (i) face suportul
(h) să se rotească atunci când nivelul apei din rezervor (d) creș te. Sifonul (e) se deschide și
rezervorul (d) se goleș te, flotorul (f) coboară iar suportul (h) se roteș te în sens contrar revenind
la poziția inițială, sistemul mecanic conț inându-și funcționali tatea atât timp cat curge apa.
Cultura și civilizaț ia tehnica a Romei antice este reprezentată de Marcus Vitruvius Pollio
(c.25d.c). Prin cartea pe care a scris -o intitulata „Despre arhitectura” contribuie la ră spândirea
cunoștințelor tehnice ,cărțile sale supravieț uind timpului și au fost răspâ ndite și în lumea arabă .
Perioada cuprinsă între antichitatea și 1940 se consideră preistoria roboți lor.
După 1940 intră m în istoria recentă a roboți lor și a început cu rea lizarea
manipulatoarelor sincrone pentru mișcar ea unor recipiente radioactive din spaț ii supuse iradierii
,etapa ce a ț inut până în jurul anilor 1960. Perioada 19 60-1980 este perioada de revoluț ie a
roboți lor , printr -o diversitate și aplicabilitate fără precedent în domeniul industrial. În perioada
1980 -1990 este reprezentată de generați a roboți lor I și II și roboti zarea producț iei. Începând cu
1990 au apă rut primi roboți i inteligenț i care se continua și în momentul de față .
7
Domeniul în care roboți i sunt cei mai util izați îl repre zintă cel al aplicații lor industriale.
Roboți i au fost construiț i în general pentru a ușura viața omului și aceștia sunt programaț ii să
execute anumite sarcini. Roboți i industriali sunt sisteme electro -hidro -mecanice capabile să
execute autonom și automat operați i de manipulare și sunt controlaț i de un sistem de comandă
care este întotdeauna e chipat cu o memorie programabilă .
Potrivit Organ izației Internaț ionale d e Standardiză ri (I.S.O) o definiț e a robotului
industrial poate fi următ oarea: „Robotul industrial este manipulatorul automat cu mișcă ri
programabile având câteva grade de mobilitate și capabil să efectueze operați i de manipulare
prin programare variabila a mișcă rilor pentru realizarea un ei varietăț ii de funcți i”.
Manipulatorul și robotul industrial sunt două entită ți diferite și trebuie făcută distincția clară
între cele două .
Manipulatorul este sistemul mecanic automat a că ruia comandă se bazează pe sisteme
de tip rigid și constă într-o intervenție în structura fizică a sistemului de programare având ca
rezultat modificare a ciclului de funcționare . Robotul industrial presupu ne un sistem flexibil de
comandă și în care programul se poate modifica fără a interveni asupra structuri fizice a
acestuia.
Aceste funcții sunt descrise în figura 3 regăsită mai jos.
Figura 3. Funcții robot industrial
8
Clasificarea roboți lor industriali:
1. După informația de intrare și modul de învățare
• Manipulator manual
• Robot secvențial
• Robot repetitor
• Robot cu control numeric
• Robot in teligenți
2. După forma mișcăr i
• Robot cartezian
• Robot sferic
• Robot cilindric
3. După numărul de grade de libertate ale mișcă rii robotului
4. După spațiul de funcționare și greutatea sarcini suportate
5. După metoda de control
• Manipulatoare simple
• Roboți i progr amabili
Majoritatea roboți lor nu au in teligenț ă , nu pot vedea ,auzi sau pipă i în stilul în care o
face omul. Pentru a putea face asta roboți au nevoie de senz ori și programe (coduri) care să le
spună să facă asta. Pentru a deveni mai eficienț i și productivi roboți i industriali trebuie să fie
capabili să se raporteze la mediu să dezvolte acțiuni cat mai ,,corecte” și să prezinte
sensibilitatea , altfel spus să se comporte cat mai asemănă tor omului.
Princi palele caracteristici ale unui robot industrial sunt:
• Sunt real izați pentru a execută operați i de transport, deplasare, manipulare
• Sunt dotați cu mai multe grade de libertate astfel încât să poată execută operați i cât
mai complexe
• Sunt autonomi , funcți onând fără interv enția omului
• Sunt dotați cu o memorie repro gramabila capabilă să conducă o aparatură necesară
pentru executa rea unor operații ș i cu posibilitatea schimbări programului iniț ial.
Caracteristicile tehnice ale roboți lor industriali includ: dimensi unea, precizia,
repetabilitatea, timpul de acționare, gradul de libertate etc.
În prezent roboți au o forte mare aplicabilitate și cei mai des î i întâlnim în procesele
industriale. Acești a execută în special operați ce nu pot fi executa te de om de exemplu într-un
mediu chimic sau la proc ese microscopice. To tuși există și o mică problemă și asta este din
9
punct de vedere al omului acestea ducând la înlocuirea omului în unele procese . Înlocuirea
omului în procesul muncii cu sisteme automate capabile să duca l a îndeplinire sarcinilor impuse
de om , fără a interveni, repre zintă idealul robot ici. Totu și aceste ma șini au nevoie să fie
programate ceea ce duce la o cerere de programatori. Un astfel de exemplu este într-o linie de
montaj ca în figura 4 unde este reprezentată un proces de conlucrare între robot și om. Ca și
avantaj acești a elimina eroarea umană ducât la un produs câ t mai apro ape de idealul dorit.
Figura 4. Linie de montaj
În cazul în care obiectivele nu sunt cunoscute cu precizie modelul i deal pe ntru sistemul
înlocuitor este că utat tot în activitatea omului. Un astfel de sistem este destinat execută ri unor
sarcini variate fiecare din ele avâ nd la bază metode și strategii diverse.
În acela și timp trebuie să înțeleagă sarcina pe care o are de îndeplinit și să își adapteze
comportamentul în funcți e de or ice condiț ie de mediu și să îndeplinească cât mai corect sarcina
dată. Totu și sistemul care le îndeplinește cel mai bine aceste condiți i este chiar omul.
Printr e ceilalți lucră tori, omul manifestă cel mai înalt grad de in teligenț ă capacitate,
dexteritate de cooperare cu ceilalți participanții la locul de muncă .
Roboți i nu sunt util izați doar în domeniu industrial, acest a mai sunt util izați și în
domeniu medical. Robotica medicală a fost pentru prima oara experimentata în anul 1980 în
urologie. Roboți i erau folosiț i la operați i de prostată . Tot în 1980, NASA a făcut cercetă ri în
10
ceea ce privește medicina la distanță . Acest lucru implică folosirea unui robot pentru operații și
tratamente în zonele izolate său îndepă rtate, fără ca medicul să fie nevoit să se deplaseze.
Un robot medical este o ma șinărie care este controlată de un medic printr -o consolă .
Aceasta ii permite chirurgului să intervină fie de la distanț e foart e mari, care este văzută ca un
avantaj pentr u ca se elimină factorul distanț a, care poate să fie crucial în salvarea pacientului,
fie îi permite chirurgului să acțione ze cu o foarte mare precizie asupra organului în cauză . Un
astfel de robot care poate face asta este reprezentat în figura 5 și în care în partea stânga este
reprezentat chirurgul ce manevr ează acest robot cu ajutorul unor joystick -uri ,iar în partea
dreapta robotul propriu -zis.
Figura 5. Robot medical
Din pă cate, un sistem robotizat poate costa până la un milion de dolari și întreț inerea
acestuia ajunge să coste pana la 100.000 de dolari pe an.
Prin prezenta lucrare mi -am propus următ oarele obiective:
1. Realizarea unui studiu asupra roboți lor industriali
2. Implementarea unor aplicații pe baza de robot care ur măreș te trasee predefinite
11
CAPITOLUL II
ROBOȚI I INDUSTRIALI
2.1. Mecanica și cinematica roboți lor
Roboți i repre zintă din punct de vedere construc tiv o î mbinare î ntre mecanică –
electronică -informatică o structura integrată și mecatronica de unde rezultă că robotul este un
produs al spațiul ui mec atronic i . Roboți i indust riali util izați în prezent sunt soluții constructive
datorită diversită ții sarcinilor ,aplicaț ilor și parametrilor tehnici impu și pentru care sunt acestea
proiectate. Robotul rea cțion ează cu mediul înconjură tor prin intermediul dispozitivelor
mecanice , acestea a sigurându-i robotului po ziționarea , deplasarea, orientarea acestuia în
spațiu. Principalele componente ce alcă tuiesc structura mecanică sunt reprezentate de element ul
efector/efector terminal, braț ul/structura cu care se ghid ează precum și de baza/structura
robotului.
Elementul efector terminal asigură contactu l direct di ntre robot și obiectul din spațiu de
operare asupra că ruia a cțion ează. Acest efector poate să difere din punct de vedere constructiv
în funcți e de natura funcți ei realizate sau gama de aplicații . Aceste elemente efectoare diferă în
funcți e de operați i sau utiliză ri.
Un astfel de efector cuprinde:
• Unul sau mai multe dispozitive de acționare
• Corpul prop riu-zis, cu o structură mecanică aferentă funcți ei realizate.
• Niciunul, folosind unul sau mai mulț i senzori pentru a detecta regimurile critice ale
operați ei
Structura deserveș te pentru po ziționarea corectă a elementului efector. Structura de
ghidare repre zintă partea mecanică cu o geometrie varia bilă obținută prin legarea în cascadă a
unor s egmente conectate prin articulaț ii de rot ație sau transl ație. Sistemul de acționare asigură
mișcă ri independente ale fiecă rui segment în raport cu segmentul precedent. Totu și aceste
mișcă ri sunt limitate de anumite caracteristi ci ale arhitecturi mecanice. Toate aceste elemente
se mont ează pe un cadru special ce form ează baza robotului sau str uctura de ghidare. Aceasta
se pune pe un po stament mobil/fix fie suspendată , pe o cale de ghidare. Aceste elemente
form ează structura de bază a oricărui robot industrial.
Sistemul mecanic al robotului are rolul de a asigura realizarea mișcă rilor acestuia și
transmiterea energiei mecanice necesare pentru a inter acționa cu mediul. Sistemul mecanic este
12
compus din mai multe elemente care sunt legate î ntre ele prin cuple cinematice. Manipularea
repre zintă modificarea po ziției în spațiul a unui obiect .
Aceasta se poate obține prin modificarea po ziției efectorului terminal cu care obiectul
este solidarizat cu ajutorul sistemului de ghidare care are rolul de a da efectorului mișca rea și
energia necesară .
Structura sistemului mecan ic al unui r obot este prezentată în figura 6 .
Figura 6. Structura sistemul mecanic
Arhitectura mecanică a roboți lor seriali este constr uită din lanțuri cinematice deschise.
Toate aceste lanțuri cinematice sunt evident de familie zero. Gradul de mobilitate poate fi
calculat cu următ oarea rel ație:
𝑀=6∗𝑛−∑𝑘∗𝑐𝑘5
𝑘=1
Unde n repre zintă numărul de elemente mobile , iar 𝑐𝑘 este numărul cuplelor care permit
(6-k) mișcă ri.
În cazul roboți lor seriali:
𝑐4=𝑐3=𝑐2=𝑐1=0
Din cele două relații rezultă :
𝑀=6∗𝑛−5𝑐5
Se poate observa că :
𝑀=𝑐5
13
În cazul roboți lor seriali numărul elementelor mobile este egal cu numărul cuplelor
motoare și numărul gradelor de mobilitate. Lanțul cinematic al roboți lor este construit din
primele trei cuple și are rol funcți onal în poziționarea punctului caracteristic. Punctul
caracteristic al robotului este un punct a că rui mișca re ne interes ează.
Există trei tipuri de cinematică a roboți lor și acestea sunt:
1. Cinema tica roboți lor seriali
2. Cinematica roboți lor paraleli
3. Cinematica roboți lor cu topologie mixtă
Roboți i seriali: Cinematica roboți lor își propune să determine legile de vari ație ale parametrilor
cinematici care caracteriz ează punctul caracteristic sau diferite elemente din struct ura robotului.
Starea cinematică se poate determina cu ajutorul parametrilor geometrici și parametri
cinematici care caracteriz ează mișcă rile relative dintre elementele din structura robotului. În
robotică se pot evid enția două aspecte referitoare la determinarea parametrilor cinematici.
În cazul problemei cinematic e directe se consideră cunoscuț i parametri geometrici și cei
ce caracteriz ează mișcă rile relative dintre elementele robotului urmă rindu -se determinarea
parametrilor cinematici ai mișcă rii absolute ce alcă tuiesc structura robotului.
În cazul problemei cinemati ce inverse se consideră cunoscuț i parametri geometrici și
cei care caracteriz ează mișcă rile absolute dintre elementele robotului urmă rindu-se
determinarea parametrilor cinematici ai mișcă rii relative ce alcă tuiesc structura robotului.
Un astfel de robot serial este prezentat în figura 7.
Figura 7. Robot serial
14
Un robot de serie este un set de corpuri conectate în serie prin îmbinări acționate, care
sunt în mod tipic fie revolute sau prismatică. O extremitate a acestui lanț de serie este numit de
bază, iar celălalt capăt efector. Roboți d e serie sunt, de asemenea, numiț i și braț robotic. Cei
mai mulți roboți indus triali sunt în serie. Cu toate că unele dintre ele conțin legături de tip
paralelogram, acestea sunt încă menționate ca fi ind roboți de serie.
Pentru fiecare din parametrii cinematici (po ziție, vitează, acceler ație) se poate deosebi
o problemă directă respectiv una inver să .
• P.P.D – problemă poziționări directe
• P.P.I – problemă poziționări inverse
• P.D.V – problemă directă a vitezelor
• P.I.V – problemă inver să a vitezelor
• P.D.A – problemă directă a acc eleraț ilor
• P.I.A – problemă inver să a acceleraț ilor
În tabelul 1 sunt reprezentați parametri cunoscuț i / necunoscuț i pentru fiecare din cele trei
probleme ale cinematici roboți lor.
Tabel 1. Parametri cunoscuți/necunoscuț i cinematică roboții
Parametrii cunoscuț i Parametri necunoscuț i
P.P.D • Parametri geomet rici
• Coordonatele generalizate • Poziția E.F
• Orientarea E.F
P.P.I • Parametri geometrici
• Poziția E.F
• Orientarea E.F • Coordonatele generalizate
P.D.V • Parametri geometrici
• Coordonatele generalizate
• Vitezele generalizate • Viteza liniara a E.F
• Viteza unghiulara a E.F
P.I.V • Parametri geometrici
• Coordonatele generalizate
• Viteza liniara a E.F
• Viteza unghiulara a E.F • Vitezele generalizate absolute
P.D.A • Parametri geometrici • Accelerația liniara a E.F
15
• Coordonatele generalizate
• Viteza generalizata
• Accelerați a generalizată • Accelerația unghiulara a E.F
P.I.A • Parametri geometrici
• Coordonatele generalizate
• Viteza generalizata
• Accelerația liniara a E.F
• Accelerația unghiulara a E.F • Accelerați ile generalizate
absolute
Pentru an aliza cinematică a roboți lor seriali se utiliz ează în general metode matriceale.
Roboți i paraleli: Problema po zițională în cazul roboți lor paraleli presupune existenta acelor
aspecte asemănă toare cu roboți i seriali în sensul că se poate evid enția o problem a directă și una
inver să. Pentru a r emedia aceasta problemă de po ziționare directă se utiliz ează diverse metode
și anume:
• Metoda ecuaț iilor vectoriale
• Metoda geometrică
Metoda ecuați ilor vectoriale se baz ează pe scrierea ecuaț iilor vectoriale de închidere a
contururilor poligonale pentru fiecare ciclu independent al mecanismului paralel care form ează
structura robotului. Sistemul de ecuați i care se obține este destul d e complex și conține ca și
necunoscute cos -inus directoare ale dir ecților pentru care se scriu ecuați ile vectoriale. Pentru
determinarea ciclurilor independente ale mecanismului se va utiliza gradul asociat
mecanismului. Graficul asociat unui mecanism poate fi deter minat daca se considera ca fiecă rui
elem ent din structura mecanismului î i corespunde un nod în graf și fiecă rei cuple de asemenea
îi corespunde un element în graf. Numărul de cicluri independente ale mecanismului este egal
cu numărul interioarelor disjuncte determinate de graf în plan.
Într-un robot paralel, efectorul final este conectat la baza prin mai multe lanțuri de
legături interconectate. Cu alte cuvinte, un robot paralel are cel puțin două "picioare". Cele mai
multe dintre îmbinările sale nu sunt acționate, iar multe dintre aceste articulații pasive au mai
multe grade de libertate.
În continuare vom exem plifica aplicarea acestei metode pentru mec anismul paralel din
figura 8 și care pre zintă 3 cicluri independente.
16
Figura 8. Mecanismul paralel
Ecuați ile vectoriale , scrise pentru cele trei cicluri independente , sunt date de relați ile:
𝑙1⃗⃗ +𝑙2⃗⃗⃗ +𝑙3⃗⃗⃗ +𝑙4⃗⃗⃗ +𝑙5 ⃗⃗⃗ =0,
𝑙1⃗⃗ +𝑙2⃗⃗⃗ +𝑙6⃗⃗⃗ +𝑙7⃗⃗⃗ +𝑙8 ⃗⃗⃗ =0,
𝑙9⃗⃗ +𝑙10⃗⃗⃗⃗⃗ +𝑙11⃗⃗⃗⃗⃗ +𝑙6⃗⃗⃗ =0,
Unde:
𝑀1=𝑙1; 𝑀2𝑀3=𝐼2; 𝐵3𝐴3=𝑞14=𝑙3; 𝐴3𝑀1=𝑙4;
𝑀3𝐵2=𝑙5;𝐵2𝐴2=𝑞24=𝑙6;𝐴2𝑀1=𝑙7;
𝐴1𝐴2=𝑙8;𝐴1𝐵1=𝑞34=𝑙9;𝐵1𝐵2=𝑙10;
Metoda geometrică se baz ează pe observaț ia ca vâ rful platformei mobile se deplas ează
pe sfere cu raze variabile. În decursul timpului , aceasta metod a a demonstrat ca această metodă
conduce la obține rea unor sisteme de ecuați i mai simple în raport cu cele obț inute utili zând
metoda vectorială .
Un astfel de robot paralel este prezentat în figura 9.
17
Figura 9. Robot paralel
Roboți i cu topologie mixtă : Roboții cu structura mixtă au apărut din necesitatea de a
îmbina avantajele celor două tipuri principale de roboți care există în momentul a ctual.
Componenta paralelă măreș te precizia și rigiditat ea sistemelor noi iar cea serială mărește
considerabil spațiul de lucru. Structura roboți lor cu topologie mixtă se clasifică după lanțurile
cinematice, care sunt în numă r de trei ia r acești a sunt lanțuri deschide, închise și mixte.
Lanțurile mixte sunt combin ație dintre cele deschise și închise. Roboți i cu topologie mixtă au
arhitectura bazată pe lanțuri cinematice mixte și care este reprezentata în Figura 10
Figura 10. Lanț cinematic deschis
Există 2 tipuri de probleme în ceea ce priveș te roboți i cu topologie mixtă .
18
Cele două probleme pot fi:
1) Problema directă
2) Problema inver să
Problema directă poate fi rezolvată numai numeric deoarece componenta permite doar o
soluție numerică .
Poziția și orientarea absolută a end -efectorul ui este dată de relația :
𝐻0𝑛=𝐻𝑠∗𝐻𝑝
Unde Hs este matricea de transformare asociata componentei seriale și descrie mișca rea
relativa dintre {Tn} și {Tm}, Hp este matricea de transformare asociativa.
Matricea 𝐻𝑠 este data de relația :
𝐻𝑠=∏𝐴𝑖𝑛1
𝑖=1
Unde 𝐴𝑖 sunt mat ricele de transformmare relativă care descriu mișcă rile relative dintre
elementele componentei seriale. Com ponenta paralelă reprezentată de matricea 𝐻𝑝 poate fi
determinată numai cu ajutorul metodei numerice . Utili zând metoda „cut -body method” pentru
fiecare ciclu independent al componentei paralele rezultă :
𝑟𝑖𝑂𝑚𝐿=𝑟𝑖𝑂𝑚𝑅
𝑂𝑖𝑚𝐿=𝑂𝑖𝑚𝑅
Unde 𝑟𝑖𝑂𝑚𝐿 este vectorul de po ziție al originii sistemului {Tm} considerat de partea
stângă a circuitului și 𝑟𝑖𝑂𝑚𝑅 este vectorul similar dar considerat de partea dreaptă a circuitului ,
𝑂𝑖𝑚𝐿𝑂𝑖𝑚𝑅 sunt matricii de orientare calculate pentru partea stângă și dreaptă a circuitului.
Problema inversă poate fi soluț ionată la fel ca și cea directa ,tot numeric și este
considerată a fi un lanț cinematic imaginar care are M grade de mobilitate și care împreună cu
partea serială a mecanismului mixt formează un lanț cinematic independent și care este
reprezentată în figura 11 . Parametri articulaț ilor acestui nou lanț cinematic sunt cunoscuț i și
ajută la po ziționarea și orientarea mișcă rilor dorite.
Problema inversă în cazul acestor roboți poate avea într-o anumită situație o soluție
exactă . Presupunem ca în componentei paralele se poate determina un lanț cinematic care
conect ează platformele și care are gradul de mobilitate egal cu gradul de mobilitate al
componentei însăși. În acest caz problema inver să se poate rezolva exact pentru întreg
mecanismul.
19
Figura 11. Lanț cinematic închis
2.2. Acționarea roboți lor
Sistemul de acționare în cazul roboți lor cuprinde totalitatea surselor energetice ale robotului
și elementele de control direct al acestora. Pr in sistemul de acționare se înțelege motoarelor și
convertoarelor prin care se obține energia mecanică necesara depla sării robotului și
dispozitivele ce control ează acest trafic energetic.
Un astfel de sistem va cuprinde :
1) o sursă primară de energie ;
2) un sistem de conversie al energiei primare în energie mecanică ;
3) un sistem pentru transmisia energiei mecanice la articulația corespunzătoare ;
4) un control al parametrilor caracteristici ale acestor sisteme
Sistemele de acționare folosesc trei surs e primare de energie: pneumatică, electrică sau
hidraulică .Cel mai mare numă r de sisteme de roboți industriali utiliz ează acționarea hidraulică
datorită caracteristicilor pe care aceste echipamente le oferă . In ceea ce priv ește raportul dintre
forța exercitată la dispozitivul motor ș i greutatea acestuia.
Acționarea pneumatică ocupă o pondere redusă în această direcț ie , ea fiind de obicei
utilizată în sistemele de com andă ale dispozitivelor auxili are.
Structu ra generală a unui sistem de acț ionare este prezentată în figura 12:
20
Figura 12. Sistem de acționare
2.2.1. Acționarea cu motoare de cc
Servomotorul de curent continuu este în prezent unul din cele mai utilizate tipuri de
motoare la momentul ac tual în robot ică. Servomotoarele de curent continuu sunt destinate să
convertească semnalul electric, de forma unei tensiuni amplificate venită de la un traductor,
într-o mișcar e de rot ație a unui arbore. Mecanismul, cuplat mecanic la arbore, execută , astf el,
operați a comandată . În figura 13 se prezintă, principiul de funcț ionare al motorului de curent
continuu.
.
Figura 13. Principiu de funcționare al motorului de curent continuu
Unde forța electromagnetică ce a cțion ează asupra cadrului se găseș te în câmpul
magnetic B, parcurs de curentul I ce gener ează cuplul electromagnetic M.
21
• Ecuați ile și caracteristicile mecanice ale servomotorului de curent continuu
Ecuați a tensiunilor electrice pentru motorul cu excit ație separată este:
𝑢2=𝑒+(𝑅𝐴+𝑅)∗𝑖2+𝐿𝐴∗𝑑𝑖2
𝑑𝑡
Unde tensiunea electromotoare indu să este da tă de relația (𝐾𝐸=𝑘∗∅):
𝐾𝑒=𝐾𝐸∗Ω
𝐾𝐸 – reprezentand constanta electrică a ma șinii.
Schemele echivalente ale unor servomotoare de curent continu sunt prezentate în figura
14.
În figura a) este prezentat motorul de curent continuu cu ex citație electroma gnetică
separată ,în figura b) este prezentat motorul de curent continuu cu ex citație prin magneții
permanenț ii , în figura c) este prezentat motorul de curent continu u cu excit ație paralelă , în
figura d) este prezentat motorul de curent continuu cu excit ație serie.
Figura 14. Scheme echivalente servomotor de cc
În regim staț ionar ecuați a pentru tensiunii este următ oarea:
𝑈2=(𝑅+𝑅𝐴)∗𝐼2+𝐾𝐸∗Ω
Ținând cont că puter ea electroma gnetică a motorului este:
𝑃=𝐸∗𝐼2
Iar cuplu electroma gnetic se exprimă prin relația :
𝑀=𝑘∗Φ∗𝐼2=𝐾𝐸∗𝐼2
22
Se ajunge la următ oarea rel ație:
Ω=𝑈2
𝐾𝐸−𝑅+𝑅𝐴
𝐾𝐸2∗𝑀
Regimul de pornire ale servomotorului de curent continuu pot avea un impact negativ
în ceea ce priveș te buna funcționare a acestuia astfel încât dacă este traversat de un curent foarte
mare poate duce la producerea de avarii. Aceste avarii se pot datora comut ației
necoresp unzătoare ,solicitarea mare a periilor ,solicitarea conductoarelor de alimentare ,cuplu ri
mari ce pot duce la deterioră ri mecanice etc
Ca valoare a cuplului de pornire se consideră că pornirea are loc în gol(Mr=0) , la
jumă tate din sarcina sau la sarcina no minală și la cuplu superior celui nominal. În cazul pornirii
la sarci na nominală aceasta este cel mai des întâlnită la acționarea benzilor transportoare sau
pompelor cu piston. Procedeele de pornire utilizate în cazul ma șinilor electrice cu excit ație în
derivație și separată sunt:
1. Pornirea prin conectarea directă la rețea
La pornirea în gol 𝐼𝑝
𝐼𝑛=8.5…13.8 iar timpul de pornire 0.1…0.33s iar la pornirea în sarcină
𝐼𝑝≅1,2∗𝐼𝑝0. Se aplică rar și numai la MCC cu 𝑃≤2𝑘𝑊 .Curentul de pornire este foarte
mare ,timpul de pornire este scurt iar socul în lanțul cine matic este mare.
2. Pornirea reostatică
Reostatul are opt po ziții și este întâlnit în tracțiunea electrică urbană de exemplu tramvaiul .
Reostatul este descris în figura 15 regăsită mai jos.
Figura 15. Reostatul
23
Pe lin iile 1 și 7 opresc periile atunci când maneta este manevrată pe poz ițiile respecti ve.
Controllerul are doi segmenț ii lungi pentru a me nține un conductor de alimentare la rețea și
excita ția alimentată .Poziții:
0-MCC este deconectat
1-MCC este conectata la rețea cu toata rezistenta în serie
2-7 treptele de rezistenta sunt scurtcircuitate în mod progresiv.
Pornirea mai poate varia și în funcți e de :
• Viteza
• Curent
Regimul de fr ânare al unui mo tor de curent continuu este alcă tuit și funcțion ează în doua
moduri:
1. Frâ nare în regim de motor – când cedează putere mecanică
2. Frâ nare în regim de frâ na – când primeș te putere mecanică
unde forța ,,F” este cea care produce cuplu electromagnetic iar ,,v” este viteza periferica a
rotorului . În figura 16 este reprezentata funcționare a în regim de motor la a) mecanismul de
ridicare – cobor âre , b) mecanismul de transl ație
Figura 16. Funcționarea în regim de motor
Se cunosc următ oarele tipuri de frâ nare:
I. Frânare cu recuperare
Se aplică atunci când viteza devina mai mare decâ t viteza de mers în gol Ω0 iar tensiunea
electromotoare devine mai mare decat tensiunea de la borne. În acest caz curentul prin indus își
modifică sensul:
𝐼2=𝐾𝐸∗Ω0−𝐾𝐸∗Ω
𝑅𝐴<0
Și cuplu ele ctromagnetic care devine cuplu de frâ nare.
24
II. Frânare cu contracurent
Cuplu rezistent 𝑀𝑅 opus de mecanismele de lucru la arborele motorului poate fi de doua
tipuri:
• Potenția l (mecanismul de ridicare -cobo are)
• Reactiv (mecanismul de transl ație)
La mecanismul ridicare -coboare frâ narea se comandă prin mărimea rezistentei conectată în
serie cu in dusul pănă când funcționare a stabilizată pe c.m.a coresp unzătoare la 𝑀=𝑀𝑅 să se
obțină pentru Ω≤0 .
Punctul de funcționare trece din punctul A de pe c.m.n în punctul B . Cuplu electromagnetic
și curentul își păstrează sensul dar se inversează sensul t.e .m rezultâ nd:
𝐼𝐴𝐹=𝑈𝐴+𝐸𝐴
𝑅𝐴+𝑅𝐹
Caracteristica mecanică de frâ nare cu recuperare și în contra curent este dată în figura 17 .
Figura 17. Caracteristică mecanică de frâ nare cu recuperare și în contra curent
III. Frânare reostatică
Acest tip de frâ nare se realiz ează prin deconectarea indusului de la rețea și conectarea
pe o rezistenta de frâ nare. Aceasta va prelu a un rol de generator transformâ nd energia cinetică
în energie electrică care se co nsumă pe rezistenta de frâ nare . Aceasta metodă este cea mai
simplă de montat.
2.2.2. Acționarea cu motoare pas cu pas
Motoarele pas cu pas mai sunt numite și motoare asincrone și care realiz ează o corel ație
între mărimea comandată și poziția obținută . Motoarele pas cu pas converte sc în mod direct
semnalul de intrare ,dat sub forma numerică într-o mișcar e de po ziționare unghiulară prin
25
cumulă ri incrementate. În cazul mo toarelor pas cu pas acestea au înfășură ri statorice care
transformă impulsurile de tensiune în deplasă ri unghiulare numite pa și. Motoarele pas cu pas
mai sunt numite și ,,amplificatoare de inform ație numerică ’’.
Aceste tipuri de motoare au o la rga răsp ândire și sunt utilizate în sistemele de po ziționare
în bucla deschi să. Pentru ca ma șina asincrona în regim de motor e ste încărcată cu un cuplu
rezistent la arbore axa ma gnetică a rotorul ui este retardata fata de axa c âmpului magnetic
învârtitor rezultant cu unghiul intern.
Mașina asinc ronă se regăseș te sub două forme:
1. Cu poli aparenț i
2. Cu poli plini
În cazul ma șinii asin crone cu poli aparenți se manifestă o așa numită anizotropie ma gnetică
care poate să fie pe axa:
• longitudinală
• transversală
În ecuați a tensiunilor electromotoare apare t.e.m de excit ație și t.e.m de re acție pe cele
doua axe.
𝐸=𝐸0+𝐸𝐷+𝐸𝐺=𝐸0−𝐽𝑋𝑎𝑑𝐼𝑑−𝑗𝑋𝑎𝑔𝐼𝑔
Ecuați a de tensiuni a mașini i asincrone cu poli aparenț i este:
𝑈=−𝐸0+𝑅𝐼+𝐽𝑋𝑑𝐼𝑑−𝑗𝑋𝑔𝐼𝑔
Ecuați a de tensiuni a ma șini sincrone cu poli plini este:
𝑈=−𝐸0+(𝑅+𝐽𝑋𝑠)𝐼
Schemele echivalente și diagramele fazoriale ale ma șini sinc rone sunt prezentate în
figura 18:
26
Figura 18. Schema electrică și diagrama fazorială
Unde primele două figuri repre zintă schema electrică și diagramele fazoriale pentru
mașina asincronă cu poli aparenț i , iar următ oare două figuri repre zintă schema electrică și
diagramele fazoriale pentru ma șina asincronă cu poli plini.
Clasificarea motoarelor pas cu pas(MPP):
1. MPP active
2. MPP cu excit ație cu magneți perman enți
3. MPP reactive
În figura 19 este prezentat un MPP reactiv cu rotor b ipolar și stator hexapolar.
Figura 19. MPP reactiv cu rotor bipolar și stator hexapolar
Bobinele statorice sunt alimentate printr -un comutator electric de la o sursă de c.c. Pentru
ca energia ma gnetică a sistemului să fie maximă rotor ul ocupa poziția în care reluctanț a
circuitului este minimă .
27
A. La alimentarea înfășură rilor coresp unzătoare polilor 1 -1’ rotorul se situ ează în lungul
axei acestora.
B. Înfășură rile coresp unzătoare pinilor 1 -1’ și 2-2’ alimentate fac rotorul să se situez e pe
bisectoarea unghiului dintre axele polilor 1 -1’ și 2-2’ rezult ând un unghi de pas de 15 ℃.
Alimentarea înfășură rilor 2 -2’ face rotorul să se alinieze pe axa 2 -2’ rezult ând un pas
unghiular de 30 =15+15.
O soluț ie tehnologică superioară este oferită de m otoarele pas cu pas cu reluctanță variabilă.
Constructiv, aceste moto are sunt cu rotor pasiv, având ș i crestături uniform repartizate pe
suprafața rotorului. Prin alimentarea unei faze statorice, rotorul se va roti astfel încât circuitul
magnetic să prezinte reluctanț a magnetică minimă producând alinierea dinț ilor statorici ș i
rotorici. Comutând alimentarea pe faza următ oare se obț ine o deplasare a rotorului pentru o
nouă realiniere a dinț ilor acestora, determinând a pariția unui cuplu.
Caracteristicile moto rului pas cu pas(MPP):
1. Caracteristica ungiulară statică .
Consideram ca un MPP reactiv are un cuplu rezistent 𝑀𝑟 la arbore. Expresia cuplului sincron
reactic se va obține prin particularizarea expresiei cuplului electromagnetic pentru m=1,p=1.
𝑀𝑠𝑟=1
2∗𝑈2
𝜔(1
𝑋𝑔−1
𝑋𝑑)𝑠𝑖𝑛20
Mai jos în figura 20 este descri să caracteristica unghiulară statică a motoarelor pas cu pas.
Figura 20. Caracteristica unghiulara statica a unui MPP
În care :
cu înfășurarea 1 -1’ alimentata MS are caracteristica1; – cu înfășurarea 2-2’ alimentata MS are
caracteristica 2; – cu înfășurarea 3-3’ alimentata MS are caracteristica 3.
28
2. Caracteristica dinamică
Repre zintă dependenta cuplului el ectromagnetic de frecventa de pă șire. 𝑀=𝑓(𝑣𝑝) cu
vp=frecventa pa și-lor. Există doua caracteristici :
– Curba 1 pentru pornire
– Curba 2 pentru ie șire din sincronism
La pornire MPP solicita pentru fiecare valoare 𝑀𝑟 o anumita frecventa Va pentru care poate
porni și intra în sincronism , după care frecventa pa șilor poate fi crescuta la Vb. Funcționare a
MPP se constituie dintr -o serie de regimuri dinamice de comutare rapida a bobinelor statorice.
Mai jos în figura 2 1 este reprezentata caracteristica dinamica a unui motor pas cu pas.
Figura 21. Caracteristica dinamica a unui MPP
Motoarele pas c u pas sunt utilizate pen tru turaț ii joase : n=100…200 rot/min pentru ca
montul dinamic raportat scade cu 𝑡0 , adică odată cu creș tere a turației și a frecventei.
La MPP ordina re precizia de po ziționare se creste prin mărimea numărul ui de perechi
de poli ai statorului și rotorului. Există motoare pas cu pas reactiv reducă toare care au ștanțați
dinți pe stator și rotor cu deschideri unghiulare egale pe cele doua armaturi. Unghiul de pas la
MPP ordinar este de 30 grade ir la un motor pas cu pas reductor unghiul de pas este de 5 grade.
Pornirea motorului sincron se poate face cu:
• Motor auxiliar
• În asincron
• Prin convertor de frecventa
Trebuie precizat faptul că motorul asincron nu dezvoltă cuplu de pornire. Pornirea
motorului sincron se face în două etape: în prima etapă se măreș te viteza ma șinii de la zero la
o valoare Ω cât mai apropiată de cea sincronă, W1; în a doua etapă se realiz ează sincronizarea
vitezei ma șinii cu frecventa rețele i de alimen tare, adică se măreș te W la W1. Cea mai răspândită
29
metodă de pornire este pornirea în as incron. Prima etapă se realiz ează prin pornirea ma șinii
sincrone ca o ma șina asincronă , cu ajutorul coliviei montată în tălpile polare. Pentru pornire,
mașina sincronă se conect ează la rețea ua de c.c. legată peste o rezistentță Rp. Pornirea se face
ca la ma șina asincronă , adică direct, sau cu rezistoare ori bobine montate în circuitul statoric,
fie cu un auto -transformator.
După ce viteza a aj uns aproape de cea sincronă (s ≤ 0,05), se deconect ează rezistenț a
Rp și se leagă circuitul de excit ație la bornele sursei de c.c. Pornirea se poate face în asincron
daca ma șina are in tă lpile polare o înfășurare în scurtcircuit de tip colivie care la GS legat la
rețea îndeplineș te rolul de amortizare a pendularilor.
Frânarea motorului sincron se aplică frânarea reostati că sau dinamica care fun cțion ează
ca un regim de generator fără recuperarea energiei. Statorul se deconect ează de la rețea și se
cuplează pe o rez istenta R de frâ nare trifazata. Înfășurarea rotorului rămâ ne alimentată în c.c.
La alimentarea excit ației de la un redresor static comandat se poate realiza forța rea excit ației
care duce la o creș tere importanta a cuplului de frâ nare.
2.2.3. Acționarea cu motoare asincrone
Mașinile asincrone (MAS) care mai sunt numite și mașini de inducț ie au o larga utilizare
în sistemele de acționare electrica (SAE) și asta dat orită următ oarelor avantaje : constructive
simplă și robustă , preț scăzut, siguranță , alimen tarea se face direct de la rețea . Odată cu
avantajele utiliză ri acestui tip de motor vin și dezavantajele precum: modificarea vit ezei se face
greoi cu investiț i ridicate , puterea reactivă absorbită este foarte mare. Cea mai raspîndită este
MAS cu rotoru l în scurtcircuit. Ca și în cazul tranformatorului ,că marimile rotorice să fie
comparate cu cele statorice ,ma șina reală se va înlocui cu o ma șina echivalentă .
Aceasta are atât în stator cat și în rotor acela și numar de faze , înfasurari și de spire f ind
echivalentă cu ma șina reală .
Caracteristica mecanică în cazul MAS este de două tipuri:
• Caracteristica mecanică naturală : se obține cînd MAS este alimentat cu marimi
nominale 𝑈1𝑁
𝑓1𝑁 ,𝑅𝑒𝑥=0;
• Caracteristici mecanice artificiale : sunt o f amilie de curbe infinite ca numă r .
În funcționare a SAE , punctul static de funcționare este la intersectia caracteristicii
mecanice a MA cu caracteristica cuplului rezistent opus de ML.
30
Regimul de pornire
Pornirea MAS este procesul tranzitoriu care începe la n=0 și se termină la n=n .
Condiți i: 𝑀>𝑀𝑅 ,𝐼<𝐼𝑙𝑖𝑚 ,𝑡𝑖𝑚𝑝 𝑑𝑒 𝑝𝑜𝑟𝑛𝑖𝑟𝑒 𝑚𝑖𝑐 . Există mai multe regimuri de pornire a
MAS, iar acestea sunt următ oarele:
I. Pornirea pr in conectare directa la rețea
Este cea mai raspandită metodă și se regă seste c el mai des la m șinile-unelte simple.
Pentru conectarea înfășură ri statorice se va face prin metoda contactelor de forța ale unui
contactor .
Pentru ca și curentul de pornire sa fie mult mai mare d ecât curentul de mers în gol 𝐼1𝑝≫
𝐼01 impedanța lat urii transversal se poate neglija. La ma șinile asincrone obiș nuite curentul de
pornire are o valoare cuprin să între 5…8𝐼1𝑁 . Curentul de pornire va solicita foarte mult rețea ua
,echipamentul electric și motorul. Schema electrică pentru pornirea directă se re găseș te în figura
22.
Figura 22. Schema electrica pentru pornirea dire ctă
II. Pornirea stea -triunghi
Se poate efectua la MAS ale că ror înfășură ri stat orice au accesibile toate cele ș ase borne
având tensiu nea electromotoare de faza egală cu tensiunea electromotoare de linie a rețele i. La
joasă tensiune 𝑈𝐿=0.4kV iar la medie tensiune 𝑈𝐿=6𝑘𝑉. Daca pe eticheta motorului asincron
nu este scris 230/400V atunci MAS nu poate fi pornit în stea-triunghi pentru că tensiune a de
fază este de 230V.
Domeniul de utilizare este pentru P ≤11kW dacă MAS porneș te în gol sau în sarcina redu să
la 𝑀𝑅=(1/3)𝑀𝑁.
31
În figura 23 este reprezentată schema echivalentă la pornirea în stea-triunghi.
Figura 23. Schema electrica la pornirea stea -triunghi
III. Pornirea cu autotransformator
La ma șinile trifazate cu putere mică se utiliz ează deobicei un autotransformator cu
cursor , iar a MAS cu putere mare se utiliz ează un autotransformator cu prize. Neglijand
pierderile există egalitatea p uterilor aparente din primarul și secundarul autotransformatorului
: 𝑆𝐴𝑇=3𝑈1𝐼1≅3𝑈2𝐼2 .Înfășură rile la motorul asincron sunt sub forma de ,,Y” .Raportul de
transformare este:
k=𝑈1
𝑈2≅𝐼2
𝐼1
IV. Pornirea cu impedanț e
În acest caz impedanț ele vor fi legate în serie cu înfășurarea statorică ,iar după
terminarea pornirii impedantele se scurtcircuit ează. La puteri mici se utiliz ează Rs iar la puteri
mari Xs pentru limitarea pierderilor termice. Curentul și tensiunea de faza a MAS vor scadea
în acelas raport , iar cuplu proportional cu tensiunea va scadea cu r aportul respective la pă trat.
V. Pornirea MAS prin alunecare ne simetrica
Cel mai des întalnită acesta metodă este utilizată în industria de textile unde se cere o pornire
lină. Există două metode de utilizare a acestei proceduri :
– Prin întroducerea unei rezistențe pe o fază ,MAS este alimentată cu tensiuni nesimetrice
– Rezistenta poate fi conectată sau înlocuită cu un contactor static mo nofazat, cuplu di namic
poate fi controlat.
32
Regimurile de frânare
Regimurile de frâ nare la MAS este de mai multe feluri iar cele mai întâlnite sunt următ oarele:
I. Frâna rea în contracurent
Poate să fie de doua tipuri:
• Reactivă
• Potenția lă
Pentru sărcina reactivă se invers ează sensul c.m.i. din statorul motor ului , inversarea
conectari a două înfasurari de faza la rețea . Pentru a limita curentul de frâna re 𝐼𝐹 se conect ează
o rezistenta de frâna re în rotor. Fa cind bilanțul energetic al ma șinii electrice vom observa că
aceasta absoarbe energia electrică și mecanică pe care ulterior o transforma în caldură .
Alunecarea în regim de frâ na propiu -zisă este: s=𝑛1−𝑛
𝑛1=𝑛1+𝑛
𝑛1>1
În figura 24 sunt reprezentate modificarea conectarii statorului la fr ânarea în contra
curent în partea stângă si caracteristicile mecanice la frâ narea în contracurent în partea dreaptă.
Figura 24. Modificarea conectarii statorului la frâna rea în contra current & Caracteristicile
mecanice la frâna rea în contracurent
Sarcina Pot enția lă: Frâna rea contracurent se reali zează prin introd ucerea la inele a unei
rezistenț e de frâna re 𝑅𝐹 sufficient de mari pentru ca Ω𝑐𝑜𝑏<0,𝑆𝑐𝑜𝑏>1.
II. Frâna rea dinamic ă
Mașina asincrona fun cțion ează în regim de generator sincron cu statorul ca inductor ,iar rotorul
ca indus.𝑀𝐹 scade odată cu Ω pentru Ω=0 rezulta 𝑀𝐹=0.
Domeniul în care se aplică este pentru oprirea mecanismelor cu moment de inertie mare.
Funcționare a în regim de frânare dinamică se poate deduce prin ec hivalenț a cu funcționare a în
regim de motor. Se considera înfășurarea statorică parcursa în locul cc(I) de un si stem trifazat
33
de current(I1) care să producă aceași amplitudine a solen ației în intrefier ,CA și CC. Numărul
de spire al înfășură ri statorice ramane același .
Modalităț iile de frânare dinamică a ma șinilor asincrone sunt descrise în tabelul 2.
I II III IV V
Schema
de
alimenta
re în c.c
Rezisten
ță totală 2𝑅1 3𝑅1 (3/2)𝑅1 (2/3)𝑅1 (1/2)𝑅1
Diagram
a de
compun
ere a
solenatii
lor
statorice
𝐾2
=𝜃1
𝑁1𝐼1 3
2√2
𝐼
𝐼1𝐾2
𝐾1 √3
2 1
2√3
2 √2 3
√2 √6
Tabel 2 – Modalită tii de frâna re dinamică a ma șinilor asincrone
În cazul regimului de frâna re a MAS mai trebuiesc reamintite și următ oarele tipuri de frâna re:
• Frâna rea Suprasincronă ( Frâna re cu recuperare)
• Frâna rea prin inver sărea alimentă rii
• Monofazată (frâna rea subsincrona asimetrica)
• Frâna rea prin alimentarea cu două tipuri de tensiuni
• Frâna rea în regim de generator autoexcitat
34
2.3. Microcontrollere
La modul generalist un controler este o structură electronică destinată controlului unui
proces sau, mai general, a unei interacț iuni caracteristice cu mediul exterior , fără să fie necesară
intervenț ia umana. Primele controlere au fost realizate pe o structura analogica folosind
componente electromecanice și / sau componente electronice discrete. O definiț ie a unui
microcontroller ar putea fi următ oarea: Un microcontroler este un microcircuit care
încorporează o unitate centrală (CPU) de procesare ,o memorie interna împreună c u
resurse care -i permit interacț iunea cu mediul exterior.
Un microcontroller este compus din următ oarele elemente:
1. O unitate centrală (CPU), cu un oscilator intern pentru ceasul de sistem
2. O memorie locală tip ROM/PROM/EPROM/FLASH și eventual una de tip RAM
3. Un sistem de întreruperi
4. Imput/Output – intrări/ieș iri numerice (de tip port paralel)
5. Un port serial de tip asincron și/sau sincron, programabil
6. Un sistem de timere -temporizatoare/numărătoare programabile
Cele menț ionate mai sus sunt caracteristicile standard cu care trebuie să vina un
microcontroller . Desigur unele microcontrollere mai a u , sau pot veni cu caracteristici
suplimentare precum:
1. Un sistem de conversie analog numerică(una sau mai multe intră ri analogice)
2. Un sistem de conversie numeric analogic și/sau ieș iri PWM (cu modulare în durată)
3. Un comparator analogic j. o memorie de da te nevolatilă de tip EEPROM
4. Facilităț i suplimentare pentru sistemul de temporizare/numărare (captare și comparare)
5. Un ceas de gardă (tim er de tip watchdog) m. facilităț i pentru optimizarea consumului
propriu
Ca și utilizare microcontrollere sunt cel mai des folosite în sisteme încapsulate -integrate
(“embedded systems”). Ca și exemple practice de utilizare în viața de zi cu zi, principalele
domeni i de utilizare a microcontrollarelor se pot menț iona următ oarele:
• Auto mobile (climatizare, diagnoza, sisteme de alarma)
• Obiecte electronice de consum (televizoare, telefoane, aparate de fotografiat ,GPS)
• Electrocasnice(Frigider, cupto are cu microunde , aspiratoare)
• Industria Aerospațială
• Climatizare (aer condiț ionat ,sere)
35
La fel ca maj oritatea echipamentelor și microcont rollerele au un sistem de dife rențiere.
Aceasta difer ențiere se face în funcți e de :
1. Arhitectura pe care este construit
1.1 Arhitectura ,,von Neumann"
Cele mai multe microcontrolere sunt realizate pe baza acestei arhitecturi de si stem.
Microcontrolerele bazate pe această arhitectură au o unitate centrală (CPU) caracterizată de
existența unui singur spaț iul de memorie utilizat p entru memorarea codului instrucț iunilor cât
și a datelor ce fac obiectul prelucră rii. În acest caz există o singura magistrala interna(bus)
folosite pentru prelucrarea instrucț iunilor și a datelor ceea ce rezulta ca este o memorie mai
lenta dar și mai ieftina de implementat. Aceasta arhitectura este folosita pe majoritatea
dispozitivel or de uz general
1.2 Arhitectura ,,Harvard"
În cazul acestei memorii avem spațiul de memorie separat pentru program ș i date și in
consecință magistrala separata . În principiu ex istă astfel posibilitatea execuției a celor două
operații menț ionate anterior. Codul unei instrucț iuni poate fi preluat din memori e în timp ce se
execută operaț iile cu datele aferente instrucț iunii anterioare. Acest tip de m emorie este mult
mai rapida decâ t ,,von Neumann ” dar are și un cost mai ridicat la implementare
1.3 C ISC
CISC sau Complex Instruction Set Computer sta la baza utiliză ri aproape a tuturor
microcontr ollelor existe .Aceasta repre zintă un set uzual de peste 80 instrucț iuni, multe din ele
foarte puternice și specializ ate. Aceste instrucț iunii diferă între ele, daca unele operează numai
cu an umite spaț ii de adrese sau registre, altele permit numai anumite moduri de adresare.
1.4 RISC
RISC (Reduced Instruction Set Computer) este un concept de realizare a CPU care a
început să fie utilizat de ceva timp și la reali zarea microcontrolerelor. Prin implemen tarea unui
set redus de instrucț iuni acesta poate execută foarte rapid și eficient, și tot odată se obține o
reducere a complexității microcircuitului, suprafaț a disponibilizată putând fi utilizată ulterior
în alte sc opuri.
2 În funcț ie de puterea de calcul dorită și de alte caracteristici se pot alege variante .
Acestea pot avea dimensiunea cuvântului de date de 4/8/16/32 biț i.
Cele mai utilizare tipuri de memorie la microcontrollere sunt:
1. OTP – Majoritatea producătorilor oferă memorii de tip OTP (One Time Programmable),
practic o memorie PROM identică intern cu varianta EP ROM, dar fără fereastra de cuarț
36
pentru ș tergere. Este o metoda ieftina de implementata și acesta este motivul pentru care
este foarte fol osită .
2. FLASH EPROM – Cuprinde un volum mare de memorie program ( nevolatilă); mai rapidă
și cu un număr de peste (x10000) de cicluri de programare , este caracterizată și prin
modalităț i mai flexibile de programare.
3. NOVRAM – Se realizat prin alimentarea lo cală a unui RAM CMOS atunci când este
necesar un volum mare de m emorie de program ș i date nevolatilă.
4. EEPROM – Memorie de acest ti au o dime nsiune limitată (de la x10 octeți la x K octeț i),
destinată memorării unui număr limitat de parametrii.
5. BOOTLANDER – Microcontollere recente de tip FLASH au proprietatea de a pute a și
scrie în această memorie de program fără a utiliza un circuit de programare extern.
Interfaț a externa sau sistemul de intrate -ieșire la un microcontroller este compus din:
1. UART
2. Porturi seriale sincrone dedicate
3. Conectivitate Ethernet/Web
4. Conectivitate USB
5. Conectivitate Wireless
6. Interfața pentru sistemele de afiș are LCD
7. Conve rtoare Numeric -Analogice
8. Convertoare Analog -Numerice
2.4. Concluzii
În concluzie robotul este un dispozitiv ce poate fi controlat de un computer și care
combina tehnologia computerelor generale cu servo -tehnologia și controlul lanțurilor articulare.
Roboți in general și cei industriali sunt foarte uș or de programat în preze nt iar roboți i au încep
să fie accesibili sub diferite forme și publicului larg, sau chiar să își creeze singur, consumatorul
,robotu l.
Interfaț a cu utilizatorul a evoluat foarte mult în ultima vreme , permițâ ndu-i operatorului
un control mult mai bun cu robotul. Ca și aplicabilitate roboți i indust riali au fost c onstruiț i
pentru ai servi omului în activității a căror execuț ie manuala este periculoasa sau imposibilă .
Roboți i în prezent sunt în continua expansiu ne , ajungâ nd și în viețile oamenilor de râ nd
. În viitorul apropiat motiv ele investiri în roboți i sunt următ oarele:
-reducerea costurilor
37
-creșterea productivităț ii
-creșterea calităț ii
-transferarea acti vitățil or periculoase și complexe de la om la robot.
Statisticile arata ca în anul 2011 a fost cel mai de succes în producț ia de roboți industriali
în ultimi ani . De și între ani 1994 și 2011 vâ nzarea roboți lor a cunoscut atât perioade bune cât
și perioade mai puț in bune trendul arata ca roboți industriali sunt în ascensiune mai ales în tarile
în curs de dezvoltare. Ca și utilizare a roboți lor industriali tarile din Asia ocupă primele locuri
principalele tari fi ind Japonia, C oreea și China .
Roboți i ca și componente de baza au o s tructura mecanică , un sistem de transmisie ,
senzori , interfaț a de comanda etc.
Transmisiile sunt elementele dintre actuatori și articulaț iile structurii mecanice ,iar
aceste sunt utilizate în general pentru randamentul actuatorilor care nu este potrivit pentru a
conduce sau acționa robo tul, mărimile de ie șire ale actuatorilor pot fi cinematic diferite de
mișcar ea din articul ație.
Deși roboți i industriali par ca ar avea un dez avantaj , dat orită faptului ca acești a au
început să ocupe locurile de munca ale oamenilor și tendința este de creștere , nu este deloc aș a.
Roboți industriali nu au încă o cunoș tință avansata proprie (de și există cazul de ,,machine –
learning ” folosind rețele neuronale artificiale) ,deci este nevoie de programatorii sau altfel spus
de o reorientare a omului în ceea ce priveș te procesul de munca.
Au fost prezentate în exemplele anterioare câteva cazuri de acț ionări electrice speciale
utilizate în construcția un or module ale roboț ilor industriali. Exemplele au încercat să scoată în
evidență varietatea soluțiilor existente ș i problematica care apare. Se mai pot i nclude în această
categorie: acț ionarea directă (fără transm isie mecanică) prin motoare de curen t conti nuu de
cuplu ridicat, acț ionări pe bază de aliaje cu memorie etc.
38
CAPITOLUL III
PROIECTAREA UNUI ROBOT PENTRU TRASEE
PREDEFINITE
3.1. Mecanică și cinematica robotului
O definiție mai generală a robotului spune că este un operator mecanic , virtual sau artificial.
Acesta este a lcătuit din mai multe elemente ce înglobează mecanică, senzori precum ș i un
mecanism de control a l direcției. Partea mecanică descrie mișcă rile robotului ce sunt posibile
în timpul funcționăr i în timp ce cinematica studiază miș carea obiectelor fără a mai lua în
considerație cauza ce duce la această miș care a robotului.
În acest proiect am să dezvolt un robot cu traseu predefinit î n care principalul scop este de
a urmă ri o linie neagra pe un fu ndal alb cu ajutorul unor senzori de linie care cuprind led -uri
inflaroși astfel încâ t robotul sa se deplaseze pe traseul predefinit.
Elementele mecanice din care este implementat robotul sunt:
1. Un șasiu;
2. Două roți;
3. Două motoare ce pot fi dotate cu sistem de encoder;
4. A treia roată ce nu este acționată de motor și se poate mișca și pe axa orizontală;
5. 2 x Soclu 4 baterii AA;
6. Suporți motoare;
7. Șuruburi, piulițe necesare asamblării.
8. Placa de senzorii analogici de tip QRE1113
9. Placa de dezvoltare cu driverul motor
Elementele mecanice necesare realizării robotului sunt regăsite în figura 25.
Placa de dezvoltare cu driverul motor este reprezentată în figura 43 ,iar placa cu senzori
analogici se regăsește în figura 37 .
39
Figura 25. Kit robot componente mecanice
Din punct de vedere mecanic , robotul este construit din următoarele componente și
modul de implementare următor : Am început cu placa suport pe care am montat sistemul de
acționare format din cele două motoare le de curent continuu , pre cum ș i elementele de fixare
ale acestor motoare. După montarea motoarelor de cur ent continuu am trecut la montarea celei
de a treia roții care nu conține un servomotor și care este acționată manual și se p oate mișca și
pe axa orizontală. După ce am montat și a treia roată am trecut la montarea celor două roții care
susțin placa supo rt și care este necesară deplasă ri robotului cu ajutorul celor două motoare
alimentate de cur ent continuu. Următorul pas a c onstat în atașarea soclului cu baterii de tip AA
pe care l-am legat de suport sau șasiu .
După ce am terminat de montat componentele principale am trecut la montarea celor
două plă ci . Placa de dezvoltare care conține și driver ul motor pe care le-am montat deasupra
plăcii de support iar pentru placa de sen zorii , aceasta a fost montată sub placa de suport la
aproximativ 4.5cm. Dimensiunea kit -ului robot este de 15cm x 20cm.
În ceea ce priveș te cinematica robotului , aceasta este de tip diferențial. Pentru a determina
situația robotului în mediul în care se deplasează trebuie stabilită o relație între sistemul de axe
și sistemul de referință ale corpului robotului.
– Planului robotului se atașează sistemul de referință fix XOY
– La corpul robotului se atașează sistemul de axe XOY in punctul CP
– Corespunzător poziției inițiale a robotului se consideră rotația XOY
40
Pentru robotul mobil din figura 26, Oxy este sistemul de coordonate, CPXrYr este sistemul
de coordonate atașate robotului, distanța dintre CP ș i centrul de greutate este d , CP se află la
mijlocul dista nței dintre cele 2 roț i motoare, în acest caz avem constrângerile:
yr cosr xr sinr d 0
xr cosr yr sinr L R d
xr cosr yr sinr L R s
Figura 26. Model cinematic robot
Coordon atele punctului CP determinata î n raport cu originea O a si stemului de referință
reprezentată sub formă matriceală este:
[𝑋0
𝑌0
𝑍0]∗[𝑥
𝑦
𝑧]+[𝑐𝑜𝑠𝜃−𝑠𝑖𝑛𝜃0
𝑠𝑖𝑛𝜃𝑐𝑜𝑠𝜃0
001]𝑥[𝑋𝑟
𝑌𝑟
𝑍𝑟]
Unde:
• 𝑋0𝑌0𝜃0 sunt parametrii asociații poziției și orientări robotul ui în raport cu sistemul de
referință
• 𝑋𝑟𝑌𝑟𝜃𝑟 sunt parametri ce exprima poziț ia si orien tarea robotului in raport cu sistemul de
axe
• x,y,0 sunt parametrii ce exprima poziția si orientarea poziț iei originale a robotului
Robotul proiectate este cu acționare diferențială iar acest tip de acț ionare este unul dintre cele
mai simple de conce put ș i de funcț ionalitatea a unui robot cu traseu predefinit. Robotul este
41
compus din 2 roț i de deplasar e pe ambele părți ale ș asiului robotului. Pentru a putea schi mba
direcț ia de mers se impune utilizarea de viteze unghiulare determinate de:
Pentru prima roată :
[𝑋0
𝑌0
𝑍0
1]=[𝑐𝑜𝑠𝜃−𝑠𝑖𝑛𝜃0𝑥
𝑠𝑖𝑛𝜃𝑐𝑜𝑠𝜃0𝑦
0010
0001]∗[𝑋𝑟
𝑌𝑟
𝜃𝑟
1]
Pentru a doua roată :
[𝑋0
𝑌0
𝑍0
1]=[𝑐𝑜𝑠𝜃−𝑠𝑖𝑛𝜃0𝑥
𝑠𝑖𝑛𝜃𝑐𝑜𝑠𝜃0𝑦
0010
0001]∗[𝑋𝑟
𝑌𝑟
𝜃𝑟
1]
În figura 27 este reprezentata deplasare a robotului si schimbarea direcț iei de mers a
acestuia cu ajutorul vitezelor unghiulare determinate mai sus.
Figura 27. Deplasarea robotului
42
În cazul robotului cu tra seul predefin it compus din cele două roț i acționate de două
servomotoare se deduc și două viteze notate cu v1max ș i v2max. Reprezenta rea vitezelor
unghiulare cu două roț ii caracteristică acestui proiect este reprezentată î n figura 28.
𝜔1 𝜔2
Figura 28. Reprezentarea vitezelor unghiulare a 2 rotii
Pentru efectuarea unei analize mai complexe a cinematicii robotului se vor lua în calcul
și următoarele proceduri:
– Se vor aplica mărimile necesare efectuării calculelor specifice cinematicii
– Se va determina punct central în care se rotește robotul
– Viteza unghiulară a robotului
– Se vor integra relația obținută pentru a obține poziția robotului.
3.2. Confi gurația hardware
Configurația hardware în cazu l robotului nostru urmăritor de linie este compusă din:
1. Placa de dezvoltare cu driverul motor
2. Motoare de curent continuu
3. Sistemul senzorial
Sistemul de acționare și modul cum funcționează acest robot este strâ ns legat d e motoarele
de curent continuu în numă r de două fiind de tip 120:1 ax ieș ire D7 perpendicular și cu ajutorul
căruia se poate sa se realizeze mi șcarea sau deplasarea robotului în spațiu , deplasare care se
poate realiza cu ajutorul driver motor de tip BTN7960B care acționează ca o punte H și care
are rolul de a comanda cele două motoare de curent continuu. Motoarele de curent continu u
precum ș i driveru l motor pot fi legate la o sursă de tensiune de minim 5V sursă care est e
compusă din baterii de tip AA de 1,5V fiecare ,iar în ceea ce priveș te intensitatea motoare -lor,
aceasta este de aproximativ 2,2A . Driverul motor se afla pe ace eași placă cu microcontrollerul
43
Placa de dezvoltare î n cazul nostru poate fi alimentată atât de la o sursă de 5V precum si de
la una de 12 V sau la valori în acest interval, în funcție de necesitatea și complexitatea robotului
și nivelul de resurse necesare în ceea ce privește funcț ionarea la parametri optimi a circuitului.
În proiectul prezent tens iunea ideală la care poate funcț iona optim robotul este de 9,6 V. La o
tensiune de 6V atât cat însumează cele 4 baterii ale unui singur soclu vom obține o tensiune
reală de aproximativ 4,8V care nu este suficientă pentru a pune î n mișcare robotul . Pentru
evitarea acest inconvenien t , am mai adăugat o sursă suplimentară f ormată tot din 4 baterii de
1,5V, astfel încât să atingem tensiunea minimă de 5V și pentru a pune în mișcare la parametri
optimi robotul.
Mai departe placa de senzo ri analogici QRE1113 este legată la placa de dezvoltare folosind
pini analogici ai microcon troller -ului si anume : pinul 11 pentru sursă , pinul 33 si 34 pentru
activarea celor doi senzori analogici si pinul 12 care reprezintă GND având un rol important în
ceea ce privește mișcarea robotului î n spa țiu predefinit , î n deter minarea liniei de culoare neagră
. Diagrama bloc în ceea ce privește modul de acționare a robotului este data î n figura 29 .
Figura 29. Diagrama bloc pentru robot line -follow
În continuare vom analiza fiec are componentă în parte ș i vom vedea modul cum ace asta
acționează în circuitul robotului și cât de importantă este în procesul de funcț ionare.
44
1. Placa de procesare -dezvoltare
Figura 30. Planul general al plă cii de procesare
Placa realizată reprezintă un model simplificat capab ilă de a prelua date din mediul
înconjurător folosind senzori ș i de a realiza diferite sarcini sau acțiuni asupra mediului
înconjură tor prin intermediul motoarelor, servomotoarelor precum ș i a altor tipuri de
dispozitive mecanice. Limbajul de programare fo losit pentru a controla robotul nostru , sau a lte
tipuri de robotii este #C sau C++ ,de oarece este un limbaj accesibil ș i folosit la scara largă
precum si faptul ca multe programe adiț ionale precum Arduino se folosesc de acest tip de
limbaj. Placa noastă proiectata de procesare este compusă din urmă toarele componente:
➢ 1 Microcontroller PIC16F887
➢ 2 Led-uri
o 1 led culoare verde
o 1 led culoare roș ie
➢ 1 buton de tip switch
➢ 1 rezisten ță de 1K
➢ 2 rezistenț e de 18 ohm
➢ 4 rezistenț e reglabile de 0 ohm cu rol î n modul de puner e în mișcare SR
➢ 4 integrate BTN7960
➢ 2 condensatori de 100nF
➢ 2 condensatori de 100uF
➢ 1 integrat de tip 78L05SMD
45
➢ Alimentare 12 V
➢ 20 de pini de I/O
➢ 3 x 2 pini cu surub
Pentru a putea realiz a acest proiect a fost nevoie să aleg componentele p otrivite în vederea
realizări acestuia , fiecare componentă aleasă de mine având un rol important în modul de
funcț ionare. O component ă esențială în funcționarea optimă a robotului a fost alegerea unui
microcontroller potrivit care să îndeplinească anumite standarde ș i să fie compatibil cu
necesitățile proiectului, aș a ca m -am oprit la microcontrollerul PIC16F887 . De ce PIC16F887?
Motivul pentru care am ales microcontr ollerul PIC16F887 este faptul că suportă tensiuni
cuprinse între 2 și 5,5V esențiale ș i potrivite pentru robot , faptul că suportă ADC, suportă
protocoale de comunicați i precum SPI, UART, are 2 PWM -uri utile pentru comanda celor două
motoare ale robotului, are un oscilator intern cu o frecvență suficientă pentru functionarea
optimă a robotului cu valori cuprinse între 32Khz ș i 8Mhz.
O parte din s pecificaț ile ale microcontroller -ului PIC16F887 sunt urmă toarele :
Microcontroller PIC16F887
Tensiune de lucru 2 – 5,5V
Frecvenț a de operare 0 – 20Mhz
Pini I/O 35
Clock Speed 20Mhz
SRAM 2Kb
EEPROM 256b
FLASH MEMEORY 8Kb
CPU Speed (MIPS) 5
ADC 14 ch, 10 -bit
Alimentarea se va realiza de la mai multe baterii de tip AA de 1,5V care fieca re care ne
va furniza suficientă energie si sa cumuleze cel putin 5V reali pentru a putea pune în funcț iune
robotul. Conectarea de la baterii se poate realiza prin cele două fire care pleacă de la soclu și
care intră î n pinii cu șurub V și GND ai plă cii de procesare . Placa de dezvoltare poate fi utilizată
și suporta tensiuni cuprinse î ntre 5-12V provenite de la o sursă externă .
Dacă placa este alimentată la mai puț in de 5V există o probabilitate ca sursa 5V să
transmita mai puțină tensiune iar placa sa devină mai instabilă sau chiar sa nu pornească și
implicit să ducă la stationarea robotului . În cazul nostru te nsiunea este de 12V și este suficie ntă
46
pentru a pune în miș care robotul. În caz că nu se poate depla sa robotul ,recomandat ar fi
adăugarea unei a 5 -a bateri de 1,5V care ar furniza suficientă putere și ar atinge pragul de 5V
atât de necesar functionari optime a robotului. Acelas caz se întâlnește și dacă placa este
alimentată cu mai mult de 12V aceasta putând duce la arderea plă cii .
Placa mai este prevazută ș i cu un condensator C1 de 100nF aflat pe placa sub
microcontroller care are rol de accumulator, ac esta find util atunci câ nd alimentarea se pierde
bruc pentru o perioadă scurtă de timp și care îi permite microcontrolleului să aibă o sursă
suplimentară de alimentare prin descă rcarea condensatorului. Când alimentarea revine ,
condensatorul se va încarca înapoi cu tensiune și va î nmagazina câmp electric.
Placa mai este prevazută și cu un button de start S1 însoțit și de o rezistență de protecție
R3 de 1k , și care îi permite plăci să se alimente ze cu tensiunea de 12 V . Dacă switch -ul este
închis placa se va alimenta cu tensiunea de 12 V , iar d acă este deschis placa nu se alimentează .
Tensiunea de aproximativ 12V reprezintă un regulator de tensiune scazută utilizat pentru
a alimenta microcontrollerul precum ș i a componentelor de pe placa de de zvoltare. Alim entarea
la acesată tensiune se realizează prin pinii de input/output de la baterii care împreuna totalizează
9,6V.
Microcontroll erul este compus și dintr -un protocol de comunicații SPI și care cuprinde
urmă toarele date tehnice:
Modul SPI Master:
1 = date de intrare eșantionate la sfârșitul timpului de ieșire a datelor
0 = date de intrare prelevate la mijlocul timpului de ieșire a datelor
Modul SPI Slave:
SMP trebuie șters atunci când SPI este utilizat în modul Slave
În I2
Modul C Master sau Slave:
1 = Control dezactivat pentru viteza standard (100 kHz și 1 MHz)
0 = Comandă de viteză redusă activată pentru modul de viteză mare (400 kHz)
Modulul PWM al microcontrollerului permite utilizatorului să realizeze oscilatii la un
moment de timp . Modulul PWM va genera un semnal modulat î n impulsuri care poate să aibă
variații de frecvență ș i duty -cycle. Modul de sel ectare /reprezentare a semnalului este format
din biții 0 și 1 si sunt de forma 11XX unde ,,X” poate să fie 0 sa u 1 și î n care 0 este un bit liber
iar 1 este un bit de set.
GND – legarea la pământ, întalnită si necesară î n toate circuitele electrice .
47
Vin – reprezintă tensiune a de alimenare care poa te să difere în funcție de sursa folosită
și de necesarul de putere .
Schema electrică a plă cii de dezv oltare se regăsește î n figura 43 .
1.1 Layout
În ceea ce priveș te realizarea plăci de dezvoltare , pentru acest circuit am folosit o placă
cu cupru cu un singur strat pe care am imprima t partea de layout si am facut gaurile pentru a
implanta componentele, sau le-am lipit direct de pla ca fără gă urii in cazul componentelor SMD .
Pentru a realiza layout -ul placii am aplicat metoda numita ,,press and peel’’ . Am ales
aceasta metoda deoarece este destul de populară în râ ndurile începătorilor în electronică,
deoarece p ermite realizarea de cablaje de rezoluție bună, si implica costuri minime.
Pentru a realiza imprimarea pe placa a m avut nevoie de urmă toarele materiale:
➢ Foarfecă
➢ Fier de că lcat
➢ Mini -bormașina pentru gă urire(0.9 – 1mm)
➢ Foaie A4
➢ Imprimantă laser pentru impr imarea cablajului
➢ Clorură ferică
➢ Vas cu apă
➢ Tăierea cablajul cu o pânză de bomfaier
După ce am terminat cu aducerea materialelor necesare si am terminat de proiectat cablajul,
următorul pas a fost imprimarea acestuia. Pentru început, am luat cablajul ,l-am curățat de oxizi
și grăsime cu o câ rpă ,până acesta a devenit curat de o culoare uniformă. După ce am realizat
cablajul am folosit o imprimantă A4 pentru a scoate circuitul pe hârtie de tip lucios, apoi am
tăiat placa de textolit la dimensiunea dorită și am curățat partea de cupru pentru a elimina orice
murdărie sau grăsime. Următoarea mișcare a fost să calc cu fierul încălzit la maxim pe placă și
hârtia până când tonerul adera la cupru, iar după ce am terminat acest proces a trebuit sa mai
las hârtia de t extolit până când sa răcit după care am dezlipit -o de pe placă , am început să
înlătur hârtia apoi cu un marker subțire și cu un vâ rf ascuțit am început sa înlă tur si cele mai
mici bucății de hâ rtie rămase , iar la final au ieșit traseele imprimate.
Următo rul pas a fost corodarea plăcuței. Pentru început am turnat clorura ferică într -un
vas apoi am introdus placa la corodat în acest vas. Am lăsat sa se corodeze aproximativ 20 de
minute ,într -o clorură ferică ușor încălzită după care am scos placa din acel v as. După ce sa
terminat procesul de corodare am spălat placa cu multa apa si săpun am șters -o apoi cu un
tampon îmbibat în diluant care a îndepărtat tonerul.
48
În ultima parte a trebuit să dau găuri în placa acolo unde era necesar cu o mini -bormașină
găurile măsurând aproximativ 1 mm iar după ce am terminat de dat găurile în plăcuță ,am trecut
la montarea componentelor. Ca sa mă asigur ca am montat componentele corespunzător am
verificat ulterior funcționalitatea montajului cu ajutorul unui multimetru
În figura 31 este prezentat Layout plă ci de dezvoltare proiectat î n Eagle:
Figura 31. Layout p laca de dezvoltare
2. Circuitul integrat folosit pentru comanda motoarelor
Pe placa de procesare se reg ăsește si driverul motor necesar î n cont rolarea vitezei
motoarelor . Acesta permite controlul fiecărui motor î n parte contro lând viteza fiec ărui motor
separat astfel încâ t daca robotul trebuie sa vireze la dreapta , roata din interior , roata drea pta
va avea o viteză mai mică iar roata stânga o viteza mai mare permițâ nd robotul ui să abordeze
curba corect. În funcț ie de nivelul de abordare a curbe i , una din roți se poate opri dacă unghiul
este de 90 de grade sau mai mult.
Pentru realizarea driverul ui motor ne -am folosit de urmă toarele componen te:
49
BTN7960 este un integrat care funcționează ca o punte H la curenți mari și este folosit
în acționa rea de motoare. Acest integrat este compus din doi tranzistor i MOSFET unul de tip P
,highside și celă lalt d e tip N , lowside care sunt integrate î ntr-un driver IC. Printre prin cipalele
caracteristice care mau făcut să aleg a cest integrat este făptul că funcționează ș i include
protecție î mpotriva variaț iei tensiunilor fie că este vorba de supratensiuni sau subtensiuni sau
scurtcircuit evitâ nd astfel arderea sau defectarea plăcii. Acest integrat previne distruger ea
circuitelor electrice , iar în cazul unei defecț iuni BTN 7960 va aplica cea mai mare rată de
descărcare posibilă independent, iar supratensiune a sau supraincalzirea se pot datora unui
curent potrivit pentru placă .
Deasemenea include ș i protecție ș i la temperaturii ridicate datarită unui sensor de
temperatură integrat și care la detectarea supraîncă lzirei conduce la închiderea ambelor porții
de ieș ire. Ac esta va rămâne în starea blocat până câ nd dispozitivul este resetat cu un semnal
low la minim , la pinul INH dar cu condiț ia ca tempera tura să se diminueze cu cel puț in
histerezul termic Δt între timp. Utilizarea repetată a protecț iei la temperaturii poate duce î n timp
la reducerea duratei de viață .
Pentru a putea optimiza emisia electromagnetică , viteza de comutare a MOSF ET-ului
aceasta poate fi reglată printr -o sursă externă caracterizată și reprezentată de un resistor. Pinul
SR permite utilizatorului să optimi zeze echilibru dintre emisie ș i dis persie a pute rii prin
conectarea unui resistor e xtern RSR la GND. Aceasta mai poartă denumirea de slew rate și se
poate determina cu următoarea formulă :
𝑆𝑅=2𝜋𝑓𝑉=2∗3,14∗25𝐾∗12𝑉=1.884 𝑉/𝜇𝑠
Frecvența maximă a integratului BTN7960 es te de 25K iar tensiunea aplicată pe circuit
este de 12 V. În funcț ie de valoare a SR putem observa că robotul se va pune în miș care mai
repede sau mai lent ș i că va avea nevoie de timp pentru a merge la viteza maximă . Dacă
modificăm frecvenșa ș i tensiunea , si valoare a SR se va modifica , ceea ce va duce la o plecare
instant sau mai lentă de pe loc în funcție de valoarea obținută . O diferență dintr e SR=0 ș i un SR
limitat precum î n cazul nostrum se poat e observa mai bine î n figura 32 . Valoarea SR calculată
pentru acest robot este de 1.884 V/us.
50
Figura 32. SR=0 si SR limitat
Printre alte caracteristi ci ale acs tui integrat mai putem enumera și determinarea stării și
capacitatea detectă rii sensului curentului .
Integratul BTN7960 este o soluție perfectă datorită și costului său scăzut precum ș i
faptul că acesta include ș i module PWM la a cest preț . Integratul BTN7960B de la Infineon este
reprezentat î n figura 33.
Figura 33. Integratul BTN7960B
Stabilizatorul de tensiune 78L05SMD este un c ircuit integrat care are rolul și
funcționează ca un stabilizator de tensiune. Datorită limitări curentului intern si închiderea
termică îl face pe acest integrat să pară indestructibil. Acesta are o tensiune de ieșire de 5V ,
tensiune necesară functionări robotului, și determină un curent de ieș ire de 100mA. Acesta
funcționează ca un regulator de tensiune fixă ș i sunt utile pentru eliminarea zgomotului .
Stabilizatorul folosit î n acest circuit este de tip SMD.
Condensatorii de de cuplare : În funcț ie de ce tip de tensiune avem aplicat pe intrare pe
condensator , la ieș ire vom pu tea avea sau nu tensiunea dorită. Cu câ t avem ap licat pe
condensator o frecvență AC mai mare cu atât tensiunea va fi cea dorită, adică tensiunea de
51
intrare. Un exe mplu de cum se comportă condensatorul în funcție de ce tensiune îi este aplicată
se regăsește î n tabelul de mai jos.
Uin Uout
DC 0V
AC frecvenț e mici O tensiune mică
AC frecvenț e mari Tensiunea de intrare
Figura 34. Comportare condensator în funcție de frecvență și tensiune
Acesta facilitatea este posibila cu ajutorul condensatoarelor de cuplare .
Raportat la schema electrică ce se regăsește în figura 43 condensatoarele C2 și C3 sunt
condensatoare de dec uplare la fre cvențe înalte iar condensatoarele C4 ș i C5 sunt condensat oare
pentru atenuare la frecvenț e joase.
În cazul puntei H trebuie să avem 1 logic de la sursa și 0 logic de la GND astfel încât să
circul e curentul în direcția corectă. Dacă dorim ca motorul 1 să se învârtă și să ia curba la
dreapta va trebui sa închidem contactele K1 și K4 iar contactele K2 și K3 sa rămână deschise
astfel încâ t motorul din figura 32 partea stângă să ruleze cu o valoare poz itivă și să ia curbă la
dreapta. Daca dorim ca motorul 2 să se învârtă ș i sa ia curba la stânga va trebui să închidem
contactele K2 și K3 iar contactele K1 ș i K4 să rămână deschise astfel încâ t mot orul din figura
32 partea dreapta să ruleze cu o valoare negativă si să ia curba la stânga. În funcț ie de
complexitate a curbei motoru l din interiorul curbei poate să ruleze mai încet sau chiar să se
oprească. Deplasarea și detectarea robotului în spațiu este posibilă cu ajutorul puntelor H ș i a
senzorilor analogic i de detecție a liniei negre. În cazul în care vom închide contactele K1,K3
sau K2 și K4 riscăm să avem scurtcircuit si să distrugem motoarele.
În figura 35 sunt reprezentate cele două motoare iar modul de acționare când se poate
afla robotul este atunci când unghiul de urmărire sau abordare este mai mare de 90 de grade,
deci o curbă destul de greu de abordat și este nevoie ca una din roți să se rotească înapoi pentru
a putea aborda corect aceasta curbă.
52
Figura 35. Punte H motor 1 ș i motor 2
3. Motor cu reductor 120:1 ax ieș ire D7 perpendicular
Aceste motoare pot fi descrise ca fiind acele motoare care ,,funcționează invers” . Când
curentul trece prin rotorul unui motor se generează un câmp magnetic care la rândul lui
generează o forță electromagnetică avâ nd ca r ezultat rotirea mot orului. Rotaț ia motorului va
induce un voltaj la bobinajul motorului iar acest voltaj indus are sens opus voltajului exterior
aplicat motorului. În timp ce motorul se rotește mai rapid , voltajul ce rezultă este aproape egal
cu cel indus.
Curentul este mi c iar viteza motorului v a rămâne constantă atâta timp cat nu acționează o
sarcina asupra mot orului sau motorul nu efectuează alt lucru mecanic ,decât cel pentru
învârtirea motorului. Atunci când aplicăm o sarcină ,voltajul va fi redus și un curent mai mare
va putea să treacă prin motor de unde rezultă ca motorul este capabil să primească mai mult
curent de la sursa care îl alimentează și să efectueze m ai mult lucru mecanic. Atunci când
motorul se afla î n repaus el ,efectiv nu are nici o rezistență , iar da că voltajul normal este aplicat
,va trece un curent mare ceea ce ar putea avaria per iile efectoare sau motorul.
53
Pentru a preveni astfel de incidente se recomandă folosirea în serie a unor rezistențe la
început cu motorul pentru a limita curentul pana când motorul începe să dezvolte un c urent
suficient. Viteza de funcț ionare a motorului de curent continuu depinde de puter ea câștigului
câmpului magnetic care acționează asupra rotorului cât și de curent. În figura 36 se regăseș te
un mo tor de curent continuu f olosit î n cadrul pro iectului robotului urmăritor de linie prestabilită .
Figura 36. Motor de curent continuu
Acesta are un consum redus de curent și oferă o putere și viteză considerabile cu un
servomecanism dar la un preț cu mul t redus. La tensiunea d e 6V are o ieșire de 85rpm ș i un
cuplu maxim de 5,4kg/cm.
Specificaț ii:
▪ Tensiune nominala: 6V
▪ Reductor: 120:1
▪ Turație fără sarcina la 6V :85rpm
▪ Curent fără sarcina la 6V: 70mA
▪ Curent cu ax blocat 6V: 800mA
▪ Cuplu maxim 6V: 5,4kg -cm
▪ Dimensiune ax ieș ire: 7mm
▪ Masa: 32g
4. Sistemul senzorial
Numărul de senzori în cazul roboți lor de tip ,,line-follow ’’ poate să difere atât ca număr cât
și ca mod de acționare . În prezent există mai multe metode de control a robotului și se referă
54
la abili tatea de a folosi unul ,doi sau mai mulț i senzori pentru controlul unui robot mobil.
Numărul de senzori va afec ta modul de detectare si orientare a robotului astfel încâ t ,cu cât
numă rul d e senzori este mai mare , cu atât robotul va fi mai precis pe li nia de fundal neagra
prestabilită .
Citirea traiectoriei în care se va deplasa robotul în cazul nostru se va face cu ajutorul
senzorului analogic QRE1113 format dintr -un led cu in fraroș u si un fotorezi stor sensibil la
lumina infraroș ie. Pentru detectarea lini ei neg re am folosit 8 senzori infraroșii , senzori pe care
îi regăsim pe plăcuță .
Semnalele captate de senzori sunt apoi trimise la procesare spre placa de dezvoltare . Placa
cu senzor folosită în acest proiect pentru detecția traseului predefinit și care folosește senzorii
analogici se poate vizualiza în figura 37.
Figura 37. Placa de senzori QRE1113
În acest caz modulul utilizează senzori SM D, de mici dimensiuni și de înaltă calitate,
QRE1113. Aceste componente încorporează în aceeași capsulă și LED emițător de IR, dar și
fototranzistor ce își schimbă rezistența dinamică în funcție de cant itatea de radiație IR
primită.Câ nd se aplic ă 5V pe pin ul VCC ș i GND led -ul IR va trans mite o lumină infraroș ie !
Schema electrică a unui sens or reflectiv QRE1113 este reprezentată în figura 38 .
55
Figura 38. Schema electrică s enzor reflectiv QRE1113
Caracteristici tehnice:
➢ Tensiune de alimentare: 3.3V sau 5V (pentr u 3.3V se lipește pad -ul din stâ nga-jos a
plăcuței);
➢ Consum: 120 – 150mA;
➢ Interval de tensiune: 0V – tensiunea de alimentare
➢ Ieșire analogică:
➢ 8 senzori QRE1113.
3.3 Programarea robotului
1. Principul de navigare
Principiul pe care se bazeaz ă robotul este unul destul de simplu, acesta utilizâ nd senzori
de line analogici. Navigarea robotului in spa țiu consta în urmă rirea unei linii negre pe un fundal
alb. De ce alb si negru? Deoarece cel mai bun contrast care se poate obț ine consta în utilizarea
acestor culor ii, ceea ce face ca senzori să detecteze mai bine și să facă diferenț ierea mai b ine
între aceste culorii. Led -urile vor identifica poziția ș i foto -rezistorii vor rea cționa în funcț ie de
cantitatea de lumina recepționată .
Trebuie pre cizat că pentru o bună funcț ionare a robotului ,acesta trebuie să aibă o lumina
destul de bun a și ca un inco nvenient îl reprezin tă funcționarea acestuia î n lipsa luminii
ambientale. Lumina se reflecta cel mai bine pe o suprafa ța alba ,LDR -urile vor reduce valoarea
rezistentei lor , și bine înțeles va trece mai mult curent care se va transfera la motoarele robotului
56
si care î l va face sa mear gă mai repede sau nu , sau chiar sa se opreas că motorul . În cazul în
care led -urile au det ectat linia neagră acest ea se va d eplasa î nainte u rmând aceea linie dreapta
și curbele ulterioare.
Figura 39. Principiu de navigare robot
Când linia neagră este detect ată de Ledul din dreapta , l umina reflectată va fi mai mică
decât cea de pe linia alba , ast fel încâ t LDR -urile v or creș te valoarea re zistenț ei lor care va du ce
la mai puț in curent care va fi transmis , ceea ce duce la o putere mai mică care va face motorul
drept sa meargă mai î ncet fa ță de motorul stâng . Aceasta v a duce la deplasarea robotului spre
dreapta.
Figura 40. Deplasare robot dreapta
Când lin ia neagra este detectata de Led ul din stânga , lumina reflectata va fi mai mică
decât cea de pe linia alba , astfel încâ t LDR -urile vor creste valoarea rezistentei lor care va duce
57
la mai puț in curent care va fi transmis , ceea ce duce la o putere mai mică care va face motorul
stâng sa meargă mai încet față de motorul drept . Aceasta va duce la d eplasarea robotului spre
stânga.
Figura 41. Deplasare robot stânga
2. Algoritmul
Principiul pe care este bazat algoritmul acestui robot con sta în intensitatea rotației
robotului față de linie ș i care este prop orțional cu distanț a dintre linia neag ră și robotul cu traseu
predefinit. Algoritmul propus de mi ne pentru o bună funcț ionare a robotului este: repetă in
continuu, daca ai pierdut traseul învârte-te in cerc , altfel dacă es te activat senzorul din dreapta
du-te în dreapta , altfel dacă e ste activat senzorul din stânga du-te în stânga , altfel du -te înainte .
Centrul robotului este poziț ionat ideal exact pe centru liniei negre , în acest caz rotația
robotului va fi egala cu zero , dacă robotul este deviat de la centru liniei intensitatea rotației va
crește treptat până la atingerea intensităț ii maxime dacă linia este complet pierdută . Ace asta
soluț ie previne ca robotul să oscileze în ambele sensuri ale linei î n timp ce urmă rește traseul
predefinit.
58
CAPITOLUL IV
APLICAȚII ȘI EXPERIMENTE
Diagrama bloc a integratului BTN7960 este urmă toarea:
Figura 42. Diagrama bloc al integratului BTN7960 B
BTN7960 B face parte din familia NovalithIC ™ care conține trei cipuri separate într –
un singur pachet: Un canal p MOSFET de partea superioară și un MOSFET cu partea inferioară
cu canal N, împreună cu un driver IC, care formează un curent ridicat integra t pe jumătat e de
punte H . Toate cele trei cipuri sunt montate pe un cadru comun de plumb, folosind chip -ul pe
chip și chip -ul cu cip . Întrerupătoarele de putere utilizează tehnologii vertic ale MOS pentru a
asigura optimizarea rezistenței . Din cauza c omutatorul lateral cu canal p, nevoia de pompă de
încărcare este eliminată, minimi zând astfel EMI. Interfața cu m icrocontrolerul este ușor de
utilizat de către driverul integrat IC care oferă intrări la ni vel logic, diagnostic cu curent ,s ensul,
reglarea ratei de zgomot, ge nerarea timpului mort și protecție împotriva supra temperatur i,
supratensiune, scurtcircuit ,iar integratul BTN7960 B poate fi combinat cu alte BTN7960 pentru
a forma puntea H. Integratul este prevăzut cu 2 intrăr i , una pentru a defini daca este activat un
59
întrerupător de înaltă sau joasă tensiune iar INH când di spozitivul este setat pe low , și acesta
va intra î n mod repaus. Pinul IS este utilizat pentru a defini sensul curentului .
În continuare vom explica modul de funcț ionare plăcii de dezvoltare și de ce am ales
aceste componente. Începem cu led -urile ca re au ca scop să ne ar ata starea placi . Daca ledul
verde este aprins ,starea placi este în parametri optimi și robotul func ționează cum trebuie , iar
ledul roș u ne spun e că robotul nu fun cționează cum t rebuie datorită unuia sau mai multor
motive. R ezistenț a ledului ce tre buie ataș ată în serie cu acesta se calculează cu formula:
𝑅𝑙𝑒𝑑𝑟𝑜𝑠𝑢=𝑈𝐼𝑁−𝑈𝐿𝐸𝐷
𝐼𝐿𝐸𝐷=5−2,2
0,15=18 𝑜ℎ𝑚
𝑅𝑙𝑒𝑑𝑣𝑒𝑟𝑑𝑒=𝑈𝐼𝑁−𝑈𝐿𝐸𝐷
𝐼𝐿𝐸𝐷=5−2,4
0,15=17 𝑜ℎ𝑚
Caracteristicii led roșu: 1.8 -2.2VDC tensiune led având curentul maxim: 20mA ,
recomandat pentru utilizare la un curent de: 16-18mA și intensitatea luminii: 150 -200 mcd
Caracteristicii led verde: 2.0 -2.4VDC tensiune led având curentul maxim: 20mA ,
recoman dat pentru utilizare la un curent de: 16 -18mA și intensitatea luminii: 40 -100 mcd
Astfel pentru ledurile de pe placa avem nevoie de o rezistenta de aproximativ 18 ohm.
Push Button este utilizat pentru a comuta între semnalele electrice și conectat la groun d printr –
o rezistență R3 de 1k . Ca sursa de alimentare eu am folosit baterii alcaline de 1,5 V fiecare
deoarece furnizează suficienta putere pentru a pune în funcțiune robotul .
Microcontrollerul se poate programa destul de uș or cu ajutorul unui kit exterior numit
Pikit3 prin legarea la pinii microcontroller -ului , si setarea corespunzătoare din programul de
compilare. Conectarea kit-ului Pikit 3 la microcontrollerul PIC16F887 este urm ătoarea:
➢ PIN1 Vpp/MCLR (pikit3) la PIN1 MCLR/Vpp (uC) ,
➢ PIN2 VDD (pikit3) la PIN11 VDD (uC),
➢ PIN3 VSS (pikit3) la PIN12 VSS sau GND (uC) ,
➢ PIN4 ICSPDAT/PGD (pikit3) la PIN40 RB7/ICSPDAT (uC) ,
➢ PIN5 ICSPCLK/PGC (pikit3) la PIN39 RB6/ICSPCLK (uC) .
➢ PIN6 PGM/LVP (pikit3) la PIN36 RB3/AN9 (uC) .
Între pi nul 11 ș i pinul 1 la microcontroller PIC16F887 este recomandat să se pună o
rezistență în serie .Î n cazul acestui proiect rezistența calculată este de 13K . Pentru a programa
microcontrolerul am folosit de programul de compilare MikroC .
Schema elect rică pentru pla ca de procesare necesara funcț ionari robotului si care include
și integratul PIC16F887 este disponibilă în figura 43 :
60
Figura 43. Schema electric ă placă de dezvoltare cu PIC16F887
61
CAPITOLUL V
CONCLUZII
Încă de la început, roboții au fost concepuți pentru realizare a de diferite sarcini care sa
ușureze munca omului. Un robot urmăritor de linie este capabil să se deplaseze de -a lungul
unui traseu .De obicei, traseul este o linie neagră pe o suprafață albă sau o linie albă pe o
supraf ață neagră.
În concluzie roboții devin o prezența din ce în ce mai cotidiană în viețile noaste î n mai
toate procesele fie ele casnice sau industriale , iar oameni încep să se obișnuiască cu aceasta
idee . Navigarea roboților mobili în mediul înconjurător este foarte importantă mai ales în ceea
ce privesc aplicațiile inginereș ti. Denum irea de ,,line -follow” se referă clar la faptul că acesta
este un robot care scanează dau detectează un traseu predefinit. Acest robot poate fi u n
instrument excelent mai ales în industri e unde se poate economisi timp ș i bani prin creare a unu
traseu prestabilit în operaț iuni ce consta u în mutarea de obiecte dintr -un loc î n altu l sau în
mutarea de obiecte grele pentru un om.
În aceasta lucrare am construit, proiectat un ro bot m obil cu acț ionar e diferențială având
2 motoare independente montate în parte a stâ ngă și în partea dreapta a șasiului robotului , o
bară de senzori pentru orientarea robotului î n spațiu , un driver ce con trolează cele 2 motoare ,
precum ș i placa de dezvoltare unde ex istă un microcontroller care conține ș i codul sursă . În
prezent o mare parte din roboț ii ,,line -follow’’ folosesc senzori in fraroșu pentru culeger ea
informați ilor .
Avantajel e acestor roboț i consta u în preț , care este destul de ieftin r ealizarea acestora ,
simplitatea de controlare , faptul că poate fi de ajutor la o parte din activităț ile casnice pre cum
și cele industriale precum și viteza care devi ne din ce î n ce mai bună .
Ca și dez avantaje majore reg ăsim capacitatea acestora de îmbunătățire în ceea ce
prive ște lin iile de diferite grosimi.
În concluzie roboții line follow își regăsesc utilitate a în foarte multe procese din viaț a
de zi cu zi de la proiecte simple de învățare ș i programare util e pentru studenț i , până la utiliz are
în scop industrial , automotive , etc.
62
BIBLIOGRAFIE
[1] V.Ispas , Ioan I. Pop , Mircea Bocu. Roboți Industriali . Editura „Dacia”, Cluj –
Napoca, 1985;
[2] D.Telea , S.Barbu . Roboți : Structura, cinematica, organologie . Editura „ ULB
Sibiu ”, Sibiu , 2011 ;
[3] C.Brisan . Robotica : Modelare și simulare . Editura „Ca să cărții de Ș tiință”, Cluj –
Napoca , 2005;
[4] L.Bogdan , Al.Dorin . Acționarea electrică a mașinilor -unelte și roboților
industriali Editura „ 4 Bren ”, Bucureș ti , 1998 ;
[5] D.Telea . Bazele roboți lor industriali . Editura „ULB Sibiu”, Sibiu, 2014 ;
[6] http://mec.upt.ro/dolga/cap6a.pdf accesat la 02.04.2017
[7] http://web.ulbsibiu.ro/laurean.bogdan/html/Automatizari%20proiect -teorie.doc accesat
la 23.03.2017
[8] http://docslide.net/documents/automatizari -laborator.html accesat la 24.03.2017
[9] http://docslide.net/documents/curs -stoia -masini -electrice -id.html accesat la 27.03.2017
[10] http://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/41291D.pdf accesat la
20.06.2017
[11] http://quintrix.ro/system/download/manuale/78L05%20SMD.pdf accesat la
20.06.2017
[12] http://www.alldatasheet.com/datasheet –
pdf/pdf/395013/INFINEON/BTN7960.html accesat la 20.06.2017
63
ANEXE
Codul Sursă Anexa 1
void main() {
int senzor1, senzor2,STARE; //declarare variabile
senzor1 = 0; //setare varibile
senzor2 = 0;
STARE =0;
ANSEL = 0; //Seteaza pinii digital
ANSELH = 0x14; //seteaza pinul AN10 si NA12 ca si analogic
C1ON_bit = 0; //opreste comparatoarele
C2ON_bit = 0; //opreste comparatoarele
PWM1_Init(5000); //initializare PWM1 la 5kHz
PWM2_Init(5000); //initializare PWM2 la 5kHz
PWM1_Start(); //pornire PWM1
PWM2_Start(); //pornire PWM2
PWM1_Set_Duty(25); //setare duty cycle la PWM1
PWM2_Set_Duty(25); //setare duty cycl e la PWM2
TRISC = 0x00; //seteaza portul C ca iesire
PORTC = 0x00; //setare port C
TRISA = 0x00; //seteaza portul A ca iesire
PORTA = 0x00; //setare port A
TRISD = 0x00; //seteaza portul D ca iesire
PORTD = 0x00; //setare port D
TRISD2_bit = 1; //seteaza pinul RD2 ca intrare
TRISB = 0xFF; //seteaza portul B ca intrare
while (1)
{
senzor1 = ADC_Read(12); //citire valoare senzor 1
senzor2 = ADC_Read (10); //citire valoare senzor 2
delay_ms(20);
if(RD2_bit == 1) //verifica daca butonul de start a fost apasat
{if(STARE == 0)
STARE = 1;
else STARE = 0;}
if(STARE == 1){
RC3_bit = 1; //seteaza bitul de enable pe 1
RC0_bit = 1; //seteaza bitul de enable pe 1
RD0_bit = 1; //seteaza bitul de enable pe 1
64
RA7_bit = 1; //seteaza bitul de enable pe 1
//RC2_bit = 1; //pornire motor 1 in fata
RD1_bit = 0; //pornire motor 1 in fata
//RC1_bit = 1; //pornire motor 2 in fata
RA6_bit = 0; //pornire motor 2 in fata
}
if(STARE == 0)
{ RC3_bit = 0; //seteaza bitul de enable pe 0
RC0_bit = 0; //seteaza bitul de enable pe 0
RD0_bit = 0; //seteaza bitul de enable pe 0
RA7_bit = 0; //seteaza bitul de enable pe 0
}
if (senzor2 >= 750) //daca este pe negru mergi in fata
{
//RC2_bit = 1;
RD1_bit = 0;
//RC1_bit = 1;
RA6_bit = 0;}
else if(senzor2 <= 250) //daca a iesit de pe negru opreste motorul 2
{
//RC2_bit = 0;
RC0_bit = 0;
RD1_bit = 0;
//RC1_bit = 1;
RA6_bit = 0;
}
if (senzor1 >= 750) //daca este pe negru mergi in fata
{
//RC2_bit = 1;
RD1_bit = 0;
//RC1_bit = 1;
RA6_bit = 0;}
else if(senzor1 <= 250) //daca a iesit de pe negru opreste motorul 1
{
//RC2_bit = 1;
RD1_bit = 0;
//RC1_bit = 0;
RC3_bit = 0;
RA6_bit = 0;
}
}
}
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: Robot Cu Traseu Predefinitp1 [612397] (ID: 612397)
Dacă considerați că acest conținut vă încalcă drepturile de autor, vă rugăm să depuneți o cerere pe pagina noastră Copyright Takedown.