Robot Mobil Pentru Urmarirea Automata

CUPRINS

CUPRINS

1. INTRODUCERE

2. STADIUL ACTUAL AL CERCETĂRILOR, REALIZĂRILOR ȘI DOMENII DE UTILIZARE A ROBOȚIILOR CU ULTRASUNETE

2.1. Introducere în domeniul mecatronicii

2.2. Înbătrânirea populației în România

2.3. Clasificarea roboțiilor mobili

2.4. Sisteme senzoriale

2.4.1. Generalității

2.4.2. Clasificarea senzorilor

2.5. Tipuri de senzori

2.5.1. Ultrasonic(mi az, fajtai, felhasznalas)

2.5.2. Infra pt masurarea distantei

2.5.3. Senzor de lumină

2.5.4. Senzorul de culoare

2.6. Domenii de utilizare a celulelor tensometrice

2.7. Metode pentru comanda motoarelor de curent continuu(direct cu intrerupator, relee, tranzistor,PunteH )

2.8. Domenii de utilizare a motoarelor de curent continuu

2.9. Metode de verificare a incărcării bateriilor

3. CONSIDERAȚII TEORETICE PRIVIND ROBOTUL MOBILI TELEGHIDAT CU ULTRASUNETE

3.1. Generarea ultrasunetelor. Semnale electrice(curs + bishop) – 10pag

Semnale: liniare, ramp, sinusoidal, armonic (definitie, clasificare, etc.)

3.2. Comanda motoarelor de curent continuu cu punte H(bishop,+ cursuri Zamfira)(1,5-2 pag)

3.3. Celule tensiometrice(+figura)

3.4. Amplificarea semnalului cu punte Wheatstone(licenta+bishop)

3.5. Angrenaje(curs Moldoveanu) (2pag)

4. PROIECTAREA SISTEMULUI

4.1. Subsistemul hardware

4.1.1. Emițatorul de ultrasunete

4.1.2. Receptorul de ultrasunete

4.1.3. Punte H pentru comandarea motoarelor

4.1.4. Motorul electric

4.1.5. Roții Off Road pentru Lynxmotion

4.1.6. Senzorul Hanyu AMT

4.1.7. Amplificatorul operațional INA 125

4.1.8. Sistemul de răcire pentru driver-ul de motoare

4.1.9. Microcontroller-ul Atmel Atmega 328

4.2. Placa de dezvoltare Arduino Uno

4.3. Alimentare

5. REALIZAREA SISTEMULUI ROBOT MOBIL TELEGHIDAT CU ULTRASUNETE

6. CONCLUZII FINALE, CONTRIBUȚII, PERSPECTIVE

BIBLIOGRAFIE

INTRODUCERE

Progresarea și evoluția omenirii, ca să ajungă la nivelul de dezvoltarea din zilele de azi are în spate muncă imensă în toate domeniile de științe. Ca să îi ușureze munca și să îl ajute cu sarcinile sale, cu trecerea timpului omul a creat instrumente, mașini, și ulterior roboții în scopul aceasta.

Termenul “robot” este de origine slavă, a fost generat de către Josef Čapek și Karel Čapek în lucrările lor științifice la începutul secoului 20. Un robot este un sistem mecatronic complex, compus din elemente mecanice, electronice având un sistem de control cu baze de informatică, pentru a imita activitațiile specifice oamenilor. Pentru a realiza aceeași activitații, robotul are nevoie de asemănarea cu și oamenii în cea ce privește simțurile:vedea, auzul, mirosul, gustul, și simțul tactil. Aceste simțuri sunt reprezentate la roboți de către senzori.[1]

O mare parte din știinta roboțiilor, sunt roboții mobili care au ca și trăsătura principală locomoția. Aceasta locomoție este de fapt mișcarea robotului în mediu, fără să fie legată de un punc din spațiu.

Lucrarea de diplomă ”Robot mobil pentru urmărirea automată” presupună cercetarea a soluțiilor existentă, alegerea unei soluții preconizate, proiectarea și realizarea în cea ce privește un robot mobile teleghidat cu ultrasunete.

Proiectul este înparțit în cinci capitole mari, în care vor fi tratate problemele teoretice privind generarea și recepționarea ultrasunetelor, comanda controlată a motoarelor de curent continuu, în buclă închisă.

Asfel în al doilea capitol “Stadiul actual al cercetărilor și realizărilor privind roboții mobili”se realizează o cercetare și clasificare a roboțiilor mobili și implementarea tehnologiei cu ultrasunete în robotică.

Al treilea capitol ”Considerații teoretice privind robotul mobil teleghidat cu ultrasunete”’include o cercetare profundă a ultrasunetelor, funcții pentru generarea lor , metode de amplificare a unui semnal pentru comanda motoarelor de curent continuu. Se realizează un studiu asupra celulele tensometrice, funcționarea acestora într-o punte Wheatstone.

În capitolul patru ” Proiectarea robotului mobili teleghidat cu ultrasunete” , pe baza cercetări și rezultatelor obținute în capitolul trei se va realiza atât proiectarea robotului din punc de vedere mecanic cât si electronic. Tot în acest capitol este inclus programul de funcționarea și comanda robotului.

Sructura și funcționarea sistemului

Subsistemul hardware

Subsistemul software

Al cincilea capitol ”Realizarea robotului mobili teleghidat cu ultrasunetete “ se urmează pașii parcursi în cea ce privește realizarea robotului mobili proiectat in capitolul patru.

STADIUL ACTUAL AL CERCETĂRILOR, REALIZĂRILOR ȘI DOMENII DE UTILIZARE A ROBOȚIILOR CU ULTRASUNETE

Introducere în domeniul mecatronicii

Mecatronică este un domeniu complex al ingineriei care se bazează pe disciplinele clasice în care e următoare:ingineria mecanică, ingineria electrică și informatică.

Noțiunea de mecatronică s-a născut în Japonia în 1969. Un inginer de la compania Yaskawa Electric a introdus și a utilizat noțiunea mecatronică pentru a descrie produsele care au în componența lor elemente :mecanică- electronică- informatică. Ulterior , noțiunea de sistem mecatronic, a fost preluată de toate produsele care au o tehnicitate superioare. Aici se include sistemul de siguranță active și pasive, suspensia activă, aparatura de cercetare, roboții, aparatura biomedicală, aparatura electrocasnică, etc.

Mecatronica este combinația sinergetică și sistematică a mecanicii, electronicii și a informaticii în timp real.

Figura 1. Reprezentarea schematică a conceptului de mecatronică

Sistemele mecatronice sunt caracterizate de faptul că memorizare, procesează și analizează semnalele, și raport cu semnalele obținute să-si comande elementele de executie. Scopul pricipal este de a completa un sistem mecanic existent cu senzori și microprocesor/microcontroller, pentru a avea un control inteligent și fiabil asupra procesului, pe care sistemul o execută.

Ulterior caracteristica sistemelor mecatronice s-a completat cu elemente de comunicație cu fir și fără fir- interfața comunicație find alese în raport cu aplicație.

Înbătrânirea populației în România

Conform [Dan Popa, Analiza în pâtrănirii româniei, HotNews.ro, Romania, 15 noiembrie 2012]

„Îmbâtrănim și asta va fi prima mare grijă a finanțiștilor de mâine. Nu doar în România, ci în întreaga Europă asistăm la acest proces. Primul semnal de alarmă este deja tras: primul val al generaței "baby boom" a ajuns în pragul pensionării. În următorii ani, indicele de dependență (raportul dintre numărul populației potențial active și numărul copiilor și vârstnicilor) va crește. Dacă adăugăm rata scăzută a natalității și numărul scăzut al persoanelor active din rândul populației, întrebarea : cine ne va plăti mâine pensia?, capătă accente îngrijorătoare.

Fig.7. Populația vârstnică 65 ani și peste pe sexe în perioada 1990 – 2012 [3]

România se confruntă deja cu consecințele economice și sociale complexe ale unei populații aflate într-un proces lent, dar continuu, de îmbâtrănire demografică. Nu doar criza poate fi invocată. În ultimul secol,  industrializarea, urbanizarea și modernizarea a schimbat radical scala de valori. De la familia extinsă, care oferea membrilor ei stabilitate și siguranță, s-a trecut la familia în care independența membrilor a trecut pe primul plan. Cei mai afectați sunt bâtrănii. Inainte, locul lor era în familie, astăzi tot mai des ei se confruntă cu izolarea, abandonul, instituționalizarea.

Lent, fără să atragă atenția, dar inevitabil, populația țărilor europene suferă în prezent o a doua evoluție majoră: apariția unei noi grupe "vârstă a patra" ("cei mai bâtrăni dintre bâtrăni", de peste 80 de ani) cu pondere mare, in continuă creștere.

Ultimii 22 de ani s-au caracterizat prin continuarea scăderii numerice a populației cu aproape 1,9 milioane de locuitori. Schimbarea comportamentului demografic al cuplurilor față de propria reproducere, creșterea mortalității precum si migrația externă, au făcut ca populația României să se reducă constant.

Structura pe vârste a populației poartă amprenta caracteristică a unui proces de îmbâtrănire demografică, datorat în principal scăderii natalității, care a determinat reducerea absolută și relativă a populației tinere (0-14 ani). În paralel, creșterea speranței de viață a determinat creșterea numărului și ponderii populației vârstnice (de 65 ani și peste).

Asistăm la reducerea ponderii populației tinere, de 0-14 ani, de la 23,7% (în 1990) la 15,0% (în 2012) și creșterea ponderii celei vârstnice, de 65 ani și peste, de la 10,3% (în 1990) la 15,0% (în 2012). Populația adultă, de 15-64 ani, a crescut constant de la 66% (în 1990) la 70% (în 2012).

Pentru prima oară în ultimele patru decenii, la 1 ianuarie 2012 ponderea populației tinere este egală cu ponderea populației vârstnice (15,0%).

Efectele procesului de îmbâtrănire vor apare în timp, determinând perturbații la nivelul populației școlare, populației fertile și populației în vârstă de muncă.

Populația vârstnică nu poate fi privită ca o entitate omogenă, ea incluzând subgrupa de vârstnici "mai tineri" (65-74 ani), subgrupa de vârstnici "mai bâtrăni" (75-84 ani) și longevivii (85 ani și peste).

În ultimii ani se observă tendința de creștere mai mare a numărului vârstnicilor "mai bâtrăni" (de la 820,7 mii în 1990, la 1,2 milioane în 2012), față de subgrupa de vârstnici "mai tineri" (de la 1,4 milioane în 1990, la 1,8 milioane în 2012). Din totalul de 822,4 mii persoane, cu care a crescut populația vârstnică în perioada 1990-2012, peste 60,4% revine grupei de vârstă 75 ani și peste. În anul 2012 "longevivii", segmentul populației de 85 ani și peste, reprezintă 8% din populația de 65 ani și peste, în creștere comparativ cu anul 1990 (5,1%).

Fenomenul de îmbâtrănire demografică este mai accentuat în mediul rural decat în urban. Astfel, la începutul anului 1990, ponderea populației de 65 ani și peste în rural a fost de 13,5% din populația totală și a crescut, în 2012, la 18,3%.

O manifestare importantă a procesului de îmbâtrănire este creșterea numărului femeilor în cadrul populației persoanelor vârstnice, adică un proces de "feminizare a bâtrăneții". Femeile sunt mai longevive, numărul lor fiind aproape de două ori mai mare decât cel al bărbaților.

Structura populației vârstnice evidențiază această disproporție: la 1000 femei de 65 ani și peste revenind 674 bărbați vârstnici (în 2012). În timp ce în grupa de vârstă de 65-74 ani raportul de masculinitate a fost de 737 bărbați la 1000 femei, în grupa de vârstă 85 ani și peste, populația feminină a fost de aproape două ori mai mare decât cea masculină (522 bărbați la 1000 femei).

Piramida vârstelor este o adevarată "radiografie" a populației în care fiecare vârstă are propria sa istorie care ne arată tendințele pe termen lung ale fertilității și mortalității, dar și efectele de scurtă durată ale migrațiilor, politicilor demografice ori schimbărilor intervenite într-un secol de istorie demografică. Menținerea de lungă durată a natalității la un nivel scazut a îngustat și mai mult baza piramidei.

Astfel, în cazul țării noastre, în timp ce reducerea numărului populației tinere a îngustat și mai mult baza piramidei, creșterea ponderii vârstnicilor a dus la îngroșarea vârfului piramidei. În perioada 1990-2012 vârsta medie a cunoscut o creștere semnificativă, de la 33 ani la 40 ani, reflectând un proces lent dar continuu de îmbâtrănire demografică. Creșterea vârstei medii a fost mai accentuată la femei (41,5 ani), decât la barbați (38,5 ani). La 1 ianuarie 2012, populația rurală, mai îmbâtrănită, a avut o vârstă medie cu 1,2 ani mai mare decât cea din urban, în special datorită populației feminine rurale (41,7 ani). În mediul urban, vârsta medie a populației feminine este cu 2,7 ani mai mare decât cea a populației masculine, iar în mediul rural cu 3,3 ani.

Efectele pe care procesul de îmbâtrănire le are asupra desfășurării vieții economice și sociale, cât și asupra perspectivelor evoluției demografice sunt evidențiate și de rapoartemai longevive, numărul lor fiind aproape de două ori mai mare decât cel al bărbaților.

Structura populației vârstnice evidențiază această disproporție: la 1000 femei de 65 ani și peste revenind 674 bărbați vârstnici (în 2012). În timp ce în grupa de vârstă de 65-74 ani raportul de masculinitate a fost de 737 bărbați la 1000 femei, în grupa de vârstă 85 ani și peste, populația feminină a fost de aproape două ori mai mare decât cea masculină (522 bărbați la 1000 femei).

Piramida vârstelor este o adevarată "radiografie" a populației în care fiecare vârstă are propria sa istorie care ne arată tendințele pe termen lung ale fertilității și mortalității, dar și efectele de scurtă durată ale migrațiilor, politicilor demografice ori schimbărilor intervenite într-un secol de istorie demografică. Menținerea de lungă durată a natalității la un nivel scazut a îngustat și mai mult baza piramidei.

Astfel, în cazul țării noastre, în timp ce reducerea numărului populației tinere a îngustat și mai mult baza piramidei, creșterea ponderii vârstnicilor a dus la îngroșarea vârfului piramidei. În perioada 1990-2012 vârsta medie a cunoscut o creștere semnificativă, de la 33 ani la 40 ani, reflectând un proces lent dar continuu de îmbâtrănire demografică. Creșterea vârstei medii a fost mai accentuată la femei (41,5 ani), decât la barbați (38,5 ani). La 1 ianuarie 2012, populația rurală, mai îmbâtrănită, a avut o vârstă medie cu 1,2 ani mai mare decât cea din urban, în special datorită populației feminine rurale (41,7 ani). În mediul urban, vârsta medie a populației feminine este cu 2,7 ani mai mare decât cea a populației masculine, iar în mediul rural cu 3,3 ani.

Efectele pe care procesul de îmbâtrănire le are asupra desfășurării vieții economice și sociale, cât și asupra perspectivelor evoluției demografice sunt evidențiate și de rapoartele de dependență. La începutul anului 2012, la 1000 persoane adulte reveneau 430 persoane tinere și vârstnice (din care populația vârstnică reprezentă 50%), față de 515 persoane tinere și vârstnice în 1990 (când ponderea populației vârstnice era de 30%). Aceasta reducere s-a realizat în primul rând pe seama scăderii populației tinere (0-14 ani). Numărul persoanelor vârstnice de 65 ani și peste care revin la 1000 persoane adulte a crescut de la 156 (în 1990), la 215 (în 2012), generând în timp o sarcină socială sporită pentru adulți.

Indicele de îmbâtrănire a crescut de la 433 persoane vârstnice la 1000 persoane tinere (1990), la 998 (în 2012). Diferențieri în structura pe vârste a populației apar mai pregnant în profil teritorial, determinate de variația teritorială a fenomenelor demografice și a mișcării migratorii a populației.

Reculul natalității și deteriorarea mortalității generale, plus o migrație externă negativă și-au pus amprenta pe ponderea populației vârstnice în ansamblul populației.

Tinerele cupluri doresc copii mai puțini (unul de preferință) și aduși pe lume la o vârstă mai ridicată. Aceasta a devenit regula care guvernează comportamentul reproductiv al tânarului cuplu.

În perioada 1990-2012 se manifestă o scădere a mortalității vârstnicilor la toate grupele de vârstă, atât pentru bărbați, cât și pentru femei. Bolile aparatului circulator, în special bolile ischemice ale inimii și cele cerebro-vasculare, constituie principala cauză de deces care afectează cea mai mare parte a populației vârstnice, deși mortalitatea datorată acestei cauze a scăzut din 1990 de la 4811,2 decese la 100000 de persoane vârstnice la 4212,7 decese la 100000 persoane vârstnice în 2010.

Asistăm la o reducere a numărului deceselor cauzate de bolile aparatului respirator, bolile aparatului genito-urinar și a celor datorate leziunilor traumatice, otrăvirilor și altor cauze externe. În schimb, a crescut mortalitatea datorată tumorilor, bolilor aparatului digestiv și bolilor infecțioase și parazitare.

Ratele mortalității specifice pe principalele cauze de deces au continuat să difere pe sexe. Mortalitatea feminină a avut valori inferioare celei masculine la toate cauzele de deces. Dar, în cazul tumorilor, bolilor aparatului digestiv, bolilor aparatului respirator, aparatului genito-urinar și mai ales a leziunilor traumatice, otrăvirilor și altor cauze externe, valorile masculine au fost cu mult superioare celor feminine (de peste 1,5 ori). Diferența cea mai mare se înregistrează în cazul mortalității prin leziuni traumatice (de 2,5 ori), iar cea mai mică prin afecțiuni ale aparatului circulator (de 1,1 ori).

Dacă s-ar elimina cel puțin jumatate din decesele prin bolile cerebro-vasculare și boala ischemică a inimii, rata mortalității vârstnicilor s-ar reduce de 1,6 ori. Între recensamintele din anii 1992 si 2002 numărul gospodariilor formate dintr-o singură persoană având vârstă mai mare de 60 de ani a crescut cu 14%, ajungând la 860 de mii, ceea ce reprezintă 62% din ansamblul gospodăriilor compuse dintr-o singură persoană și 12% din totalul gospodăriilor.

În ultimii ani se remarcă o tendință de creștere a numărului de persoane vârstnice singure care sunt mai vulnerabile, în special a femeilor, ceea ce determină creșterea cerințelor privind servicii sociale și medicale destinate îngrijirii personale.

Îmbâtrănirea populației totale are o influență puternică asupra pieței muncii, în sensul micșorării numărului populației active tinere, menținerii la cote ridicate a populației active adulte și creșterea numărului persoanelor vârstnice care fie participă la activitatea economică, fie devin persoane beneficiare de asistență socială (pensionari).

Schimbarile socio-economice pe care le-a impus transformarea economiei românești într-o economie de piață a generat mutații în domeniul calității și structurii populației active.

Conform rezultatelor "Anchetei forței de muncă în gospodării (AMIGO)" începând cu anul 2002, populația activă de 10079 mii persoane a înregistrat o perioadă de scădere, ajungând la 9868 mii persoane în 2011, rata de activitate modificându-se de la 56,0% la 54,3%.

Analizând ratele de activitate pe structură de vârstă a persoanelor adulte, din 2011, se poate observa ca cele mai active persoane sunt în grupa de vârstă 25-54 ani (79,1%) în timp ce tinerii de 15-24 ani și persoanele care se apropie de pensionare de 55-64 ani au înregistrat rate de numai 31,1% și respectiv 41,5%.

Numărul persoanelor vârstnice (65 ani și peste) active din punct de vedere economic a fost, în 2011, de 388 mii, ceea ce constituie 3,9% din totalul persoanelor active și 12,2% din populația totală din aceeași categorie de vârstă. Persoanele vârstnice inactive (65 ani și peste) din punct de vedere economic au alcătuit 87,8% din numărul total al persoanelor din aceasta categorie de vârstă.

În perioada 2002-2011 rata de activitate a populației în prag de pensionare, de 55-64 ani, a crescut de la 38,3% (2002) la 41,5% (2011). Pe sexe rata de activitate a evoluat diferit, astfel rata de activitate a bărbaților a crescut, de la 44,2% (2002) la 51,6% (2011), iar în cazul femeilor rata a scăzut de la 33,2% (2002) la 32,7% (2011). La nivelul mediilor de rezidență, în mediul urban s-a înregistrat o creștere a ratelor de activitate de la 18,2% (în 2002) la 33,1% (2011) în paralel cu scăderea ratelor în mediul rural de la 56,5% (2002) la 53,6% (2011).

O situație aparte o avem în cazul persoanelor de 65 ani și peste. Astfel, rata de activitate in perioada 2002-2011 a scăzut de la 18,5% la 12,2%, acest fenomen înregistrându-se atât la nivelul populației masculine cât și al populației feminine. Se remarcă însă diferențe foarte mari între ratele de activitate a persoanelor de 65 ani și peste din mediul rural și cel urban (de 16 ori mai mare în rural față de urban în anul 2011).

Cea mai importantă componentă a populației active este populația ocupată. Ea este producatoare efectivă a bunurilor și serviciilor necesare existenței întregii societăți. În același timp, populația ocupată dă măsura cererii de forță de muncă pe piața muncii. În perioada 2002-2011 rata de ocupare a populației de 55-64 ani a înregistrat o tendință de scădere atât pe total, de la 37,7% la 40,0%, cât și pe sexe. Populația ocupată de 65 ani și peste a fost în 2011 de 387,8 mii, reprezentând 4,2% din totalul populației ocupate, în scădere față de populația ocupată înregistrată în 2002, de 563,3 mii persoane care reprezentă 6,1% din populația totală ocupată. Ratele de ocupare a populației de 65 ani și peste au urmat o tendință de scădere pentru ambele sexe, menținându-se un decalaj situat în intervalul 2,5 – 4,6 puncte procentuale

în favoarea populației masculine.

Conform datelor din Ancheta Bugetelor de Familie din 2011, dimensiunea medie a unei gospodării a fost de 2,879 persoane, gospodăriile formate din 1-3 persoane reprezentând peste 68%. Repartizarea gospodariilor după vârsta capului gospodăriei arată ca ponderea cea mai mare a gospodăriilor (40,2%) sunt conduse de persoane în vârstă de până la 50 ani, urmate de gospodăriile conduse de persoane din grupa de vârstă 50-64 ani (30,7%) și cele de 65 ani și peste (29,1%).

Din totalul gospodăriilor de pensionari, 33% au drept cap de gospodărie o persoană din grupa de vârstă de 50-64 ani si 64,9% din grupa de vârstă 65 ani și peste. În mediul rural unde fenomenul de îmbâtrănire este mai accentuat, aproximativ 38% din gospodării sunt conduse de persoane de 65 ani și peste.

Repartizarea gospodăriilor de vârstnici după numărul de persoane în gospodarie relevă o preponderență a celor formate dintr-o singură persoana de 65 ani și peste (54,9%), gospodăriile formate din 2 persoane fiind prezente in proporție de 33,9%. „ [8]

Statistice de mai sus arată că în ziua de azi sunt mai mult oamen bătrân din cauza de Babyboon cea ce a fost al doilea război mondial. Concluzia este că mecatrocă este un domeniu ceea ce face mai ușora viața personalelor în vârstă.

Clasificarea roboțiilor mobili

Primelem cercetări în domeniul roboticii au fost inițiate la începutul anilor ’60. După un avănd substanțial al aplicațiilor roboticii în domeniul industrial, cu precădere în industria automobilelor, la începutul anilor ’90 s-a conturat multiple aplicații în domeniile neindustriale.

Roboții sunt utilizate pentru următoarele servicii: construcțiile, comerț, reabilitatea bolnavilor, administrația locală, agricultură, supraveghere, inspecție, protecția de radiați transportul și circulația mărfurilor; hotelul și restaurante, gospodărie și hobby.

Robotul mobil este un sistem complex care poate efectua diferite activități într-o varietatea de situații specifice lumii reale. El este o combinația de dispozitive echipate cu servomotoare și senzori ce operează într-un spațiu real, marcat de o serie de proprietăți fizice și care trebuie să planifice mișcările asfel încăt robotul să poate realiza o sarcină în funcție de stare inițială a sistemului și în funcție de informația existentă.

Succesul în îndeplinirea acestor sarcini depinde atât de cunoștințele pe care robotul le are asupra configurației inițiale a spațiului de lucru, cât și de cele obținute pe parcursul evoluției sale.

Problemele specifice ce apar la roboții mobili ar fi următoarele: evitarea impactului cu obiectele staționare sau în mișcare, determinarea poziției și orientării robotului pe teren, planificarea unei traiectorii optime de mișcare.

Navigarea robotului este posibilă și fără o determinare a poziției și orientării față de un sistem de coordonate fix, dar această informație este utilă pentru sisteme de comandă a mișcării. Dintre metodele de navigație mai des utilizate se pot menționa:măsurarea numărului de rotații făcute de roțile motoare, folosirea de acceleratoare și giroscoape, geamanduri electromagnetice instalate în teren, semnalizatoare pasive sau semipasive de tip optic sau magnetic [Brooks 1985].

Clasificarea roboților mobili în funcție de caracteristicile de bază :

În funcție de dimensiune sunt roboți macro, micro și nano

În funcție de mediul în care acționează

În funcție de modul de deplasare : roboți cu roți , roboți pășitor, roboți săritor, roboți de forma sferică

În funcție de utilzările roboții mobili sunt cele mai diverse.

În domeniul industrial, forestier, agricol

În domeniul medicină

În domeniul militar

În domeniul utilităților publice

În domeniul distractiv

În domeniul serviciilor

În domeniul securități

În continuare sunt prezintate diferite tipuri de roboți mobili:

Robotul POLOLU 3PI

Realizat de către campania Polulo, acesta reprezintă o soluție ideală pentru cei care caută un robot programabil cu o platformă flexibilă.

Figura 1. Pololu 3pi

Caracteristicile robotului:

Microcontroller Atmega 328 cu frecvența de 20 MHz

Driverul de motoare TB6612FNG

5 senzori cu infraroșu

Două stabilizatoare de tensiune

Specificații driver de motoare TB6612FNG:

2 canale de control (poate controla două motoare);

Tensiunea output:max 15V;

Curent output:1.2 A;[] https://www.pololu.com/product/975

Lego mindstorms nxt 2.0

Lego Mindstorms NXT este o serie de roboți programabili. Prima varianță de Lego Mindstorms a fost lansată în 1998 sub denumirea de Robotics Invention System. Al doilea versiune a fost lansată îm 2006 numindu-se Lego Mindstorm NXT. Iar ultima versiune lanastă în 2009 este cunoscută sub numele de Lego Mindstorm NXT 2.0.

Figura 1 – Componenta Lego Mindstorm NXT 2.0

Cea mai importantă componența a kitului este denumit ”Brick” în care se afla partea de comandă kitului,are în structura sa un microprocesor pe 32 biți, patru porturi de intrare, și trei de ieșire. Lângă motoarele are și căte doi senzori de atingere , lumină și proximitate. Poate programare cu C++, Java , LAB View, Matlab precum și mai multe alte compilatoare și limbaje de program. http://www.lego.com/en-us/mindstorms

Sisteme senzoriale

Generalității

Dicționarele din prima parte a anilor '70 nu cuprind cuvântul "senzor". Acesta a apărut odată cu dezvoltarea microelectronicii, împreună cu alte noțiuni de mare impact, cum ar fi cele de „microprocesor”, „microcontroller”, „transputer”, „actuator” etc., adăugând o noțiune nouă unei terminologii tehnice având o anumită redundanță. Astfel, o mare parte din elementele tehnice senzitive sunt încadrate în categoria de traductor. Un traductor este un dispozitiv care convertește efecte fizice în semnale electrice, ce pot fi prelucrate de instrumente de măsurat sau calculatoare. În unele domenii, în special în sfera dispozitivelor electro-optice, se utilizează termenul de detector (detector în infraroșu, fotodetector etc.). Traductoarele introduse într-un fluid sunt denumite, uneori, probe. O categorie largă o constituie sistemele terminate în "-metru": de exemplu, "accelerometru" pentru măsurarea accelerației, "tahometru" pentru măsurarea vitezei unghiulare.

Ce este senzorul? Nu există o definiție unitară și necontestată a „senzorului”, motiv care lasă mult spațiu pentru interpretări, ambiguități și confuzii. Mulți autori preferă să folosească sintagma „senzori și traductoare”, în cadrul căreia, fie pun pe picior de egalitate senzorul și traductorul, utilizând, alternativ sau preferențial, unul dintre termeni, fie consideră că unul reprezintă o categorie ierarhică superioară, incluzându-l pe celălalt. De multe ori se mai utilizează și noțiunea de „captor”, care amplifică semnele de întrebare, întrucât în limba franceză, termenul „capteur” este utilizat pentru a desemna elementele tehnice, care în această carte au fost numite „senzor”.

Denumirea senzorului provine din cuvântul latin „sensus”, care însemnă simț și înainte de a fi adoptat pentru sisteme tehnice, a fost și este utilizat pentru a desemna capacitățile organelor de simț ale oamenilor și ale organismelor vii, de a culege și prelucra informații din mediul înconjurător și a le transmite creierului. În acest proces mărimile fizice, neelectrice, sunt convertite în semnale electrice, pe care creierul le poate prelua și interpreta și pe baza cărora coordonează acțiunile mușchilor. Modelul din biologie îl întâlnim, în mare măsură, la sistemele mecatronice, astfel că nu este inutilă o scurtă trecere în revistă a sistemelor senzoriale ale omului, cu unele comentarii privind contribuția acestora în supervizarea proceselor de producție de către om:

Cea mai solicitată și importantă funcție senzorială este cea vizuală, care asigură cantitatea preponderentă de informație, având și cea mai mare viteză de transfer (cc.3.106 biți/s). Vederea facilitează omului cvasi-totalitatea acțiunilor de investigare a mediului -identificarea obiectelor și a configurației, poziției și orientării lor, aprecierea distanțelor. Extraordinara perfecționare a simțului vizual explică, poate, absența altor senzori de investigare la om, cum ar fi cei ultrasonici, cu care sunt dotate specii de animale, ca lilieci, delfini, balene ș.a. Funcția ochiului nu se rezumă la simpla preluare a unei imagini pe retină și transmiterea ei către creier, ci presupune și o serie de reglări inteligente, prin intermediul mușchilor optici, ale cristalinului și irisului, precum și o prelucrare și compresie a datelor transmise.

Simțul auzului permite omului recepționarea undelor sonore din domeniul "audio", având frecvențe cuprinse între aproximativ 16 Hz și 16 kHz. Rata de transfer a informației auditive este de circa 2.104 biți/s. Acest simț stă la baza comunicației dintre oameni; asigură și funcții de investigare a mediului, prin receptarea unor sunete, precum și funcții de supraveghere a procesului de producție, în baza unor semnale sonore provenite de la sisteme de avertizare, a unor zgomote anormale. Foarte importantă, inclusiv în procesele de producție, este sensibilitatea cutanată a omului, asigurată de multipli receptori implantați în piele. Au fost identificate următoarele forme de sensibilitate cutanată: sensibilitatea tactilă, sensibilitatea termică și sensibilitatea dureroasă. Cele trei feluri de sensibilitate cutanată nu sunt răspândite uniform pe suprafața pielii. Sensibilitatea tactilă este dezvoltată, în special, pe pielea de pe fața volară a vârfurilor degetelor, iar sensibilitatea termică este mai accentuată pe fața dorsală a mânii, unde există și o sensibilitate dureroasă accentuată. Receptorii cutanați sunt specializați.

Simțul mirosului (102 biți/s) și cel gustativ (10 biți/s) sunt extrem de utile omului în viața de zi cu zi, dar utilizate de om într-un număr restrâns de procese de producție, din industria alimentară, cea cosmetică etc.

Figura 1. Structura ale sistemelor senzoriale

Sistemele mecatronice trebuie să fie capabile să identifice, în anumite condiții și limite, parametri ai mediului ambiant și să reacționeze la modificări ale acestora. Extrapolând considerațiile despre sistemele senzoriale ale lumii vii la sistemele mecatronice, prin senzor se va înțelege dispozitivul tehnic destinat înzestrării mașinilor cu simțuri. Are rolul determinării unei sau unor proprietăți, și, în funcție de nivelul de integrare, poate avea funcții mai simple sau mai complexe (fig.11). Senzorul cuprinde traductorul/traductoarele pentru transformarea mărimii de intrare într-un semnal electric util, dar și circuite pentru adaptarea și conversia semnalelor și, eventual, pentru prelucrarea și evaluarea informațiilor. Senzorul care include și unitățile micromecanice și microelectronice de prelucrare, realizate prin integrare pe scară largă (LSI) sau foarte largă (VLSI), se întâlnește în literatura de specialitate și sub denumirile de "sistem senzorial" sau "senzor inteligent" (smart-sensor). Producerea senzorilor inteligenți este facilitată de dezvoltarea tehnicii microsistemelor, care permite integrarea în volume extrem de mici atât a traductoarelor de diferite tipuri, cât și a micromecanicii și microelectronicii de prelucrare.”

Clasificarea senzorilor

Există în ziua de azi senzori pentru mai mult de 100 de mărimi fizice, iar dacă se iau în considerare și senzorii pentru diferite substanțe chimice, numărul lor este de ordinul sutelor. Se pot pune în evidență circa 2000 de tipuri distincte de senzori, oferite în 100.000 de variante, pe plan mondial.

Datorită marii diversități a principiilor de conversie a mărimilor fizice în mărimi electrice, precum și a soluțiilor de implementare a acestor principii, există și o multitudine de criterii de clasificare a senzorilor, dintre care vor fi enumerate câteva dintre cele mai importante:

Senzorii pot fi clasificați în funcție de tehnologiile utilizate pentru realizarea lor:

Tehnologii ale materialelor feromagnetice;

Tehnologii ale materialelor piezo-ceramice;

Tehnologii ale microeelectronicii și microsistemelor;

Tehnologii ale staturilor groase

Tehnologii ale staturilor subțiri;

Tehnologii pentru materiale sinterizate;

Tehnologii ale foliilor etc.

În funcție de tipul mărimii fizice de intrare senzorii pot fi clasificați în:

absoluți, când semnalul electric de ieșire poate reprezenta toate valorile posibile almărimii fizice de intrare, raportate la o origine aleasă;

incrementali, când nu poate fi stabilită o origine pentru toate punctele din cadrul domeniului de măsurare, ci fiecare valoare măsurată reprezintă originea pentru cea următoare.

Foarte importantă este clasificarea în funcție de tipul mărimii de ieșire, în:

senzori analogici, pentru care semnalul de ieșire este în permanență proporțional cu mărimea fizică de intrare;

senzori numerici (digitali), la care semnalul de ieșire poate lua numai un număr limitat de valori discrete, care permit cuantificarea semnalului fizic de intrare.

Privind problema semnalului de ieșire din punctul de vedere al numărului de valori posibile, pot fi puse în evidență alte două clase distincte:

senzori binari, care prezintă la ieșire numai două valori distincte;

senzori cu un număr mare de valori, pentru măsurarea unei mărimi într-o anumită plajă; pot fi analogici sau numerici.

Senzorii pot fi clasificați și în funcție de domeniul în care sunt utilizați:

În industrie Robotică, fabricație flexibilă, controlul calității, activități de birou etc.

În protecția mediului

În transporturi

În automatizarea clădirilor și locuințelor

Clasificarea senzorilor din dotarea roboților:

Cele două ramificații principale permit gruparea senzorilor în două categorii mari:

Senzorii interni (denumiți de unii autori și intero-receptori), care servesc la obținerea

unor informații legate de funcționarea robotului, cum ar fi poziția relativă a elementelor cuplelor cinematice, vitezele și accelerațiile liniare și unghiulare, deformațiile

elementelor lanțului cinematic ș.a.

Senzori externi (denumiți de unii autori și extero-receptori), utilizați pentru culegerea unor informații asupra mediului înconjurător și asupra interacțiunii robot/mediu; servesc la identificarea prezenței și stabilirea tipului, poziției, orientării, culorii sau a altor proprietăți ale obiectelor din mediu, la identificarea unor obstacole, la determinarea forțelor de interacțiune robot/mediu.

Figura 1. Clasificarea senzorilor externi

Un criteriu care poate permite clasificarea senzorilor externi este cel referitor la contactul cu obiectele din mediu (fig.). Un senzor care măsoară pozițiile/deplasările în cuplele cinematice este un senzor intern, un senzor de investigare, care baleiază mediul înconjurător pe principiul radarului, este un senzor extern fără contact, un senzor tactil este un senzor extern cu contact direct, iar un senzor de forță/moment este un senzor extern cu contact indirect, întrucât forțele de interacțiune cu mediul nu sunt exercitate direct asupra senzorului, ci sunt resimțite de acesta prin propagarea lor de-a lungul unor elemente intermediare.[ unitbv]

Tipuri de senzori

Senzor ultrasonic

Principiul de funcționarea al senzorilor ultrasonici constă în emiterea de impulsuri sonore scurte, de înaltă frecvență, la intervalul de timp regulat. Aceste unde se propagate în aer cu viteza sunetului . Dacă lovesc un obiect, ele sunt reflectate înapoi ca semnal de ecou cătrre senzor. Senzorul apoi calculează distanța făcând diferența de timp dintre semnalul emis și ecoul primit. Distanța până la obiect este determinată măsurând timpul parcus de unda și nu de intensitatea sunetului. http://www.electromatic.ro/component/content/article/39

Senzorii ultrasonici sunt unii dintre cel mai util senzori din dotarea roboților mobili. Ei permit măsurarea suficient de precisă, fără contact, a distanțelor față de alte obiecte din mediu și asigură asfel premizele pentru unele dintre cele mai importante activități ale roboților:

Identificarea poziției;

Identificarea obstacolelor din mediu înconjurător;

Măsurarea distanței față de unele repere;

În continuare sunt prezentate un senzor de ultrasonic tip Paralax ping)))

Acest senzor de distanță poate fi foloseste ușoară pentru a detecta obiecte la aproximativ de la 2 cm până la 3 metri. Senzorul de distanță Ping are Led-uri de stare și necesită doar un singur I/O pin.

Figura 1. Senzor ultrasonic Paralax ping)))

Specificațiile senzorul ultrasonic Paralax ping))):

Range: 2 cm până 3 metri

Tensiune de alimentare: 5V

Curent: 30 mA

Interfața : 3 fire (vcc, masa, semnal)

Consumul de energie 20 mA

Frecvența: 40 kHz

Dimensiuni: 22 mm x 46 mm x 16 mm http://www.robofun.ro/senzori/sonar/senzor_ultrasonic_ping

Senzor infraroșu pentru masurarea distanței

Senzorul de distanță Sharp este o componența care poate fi utilizată împreună cu arduino pentru a măsura distanța până la diverse obiecte înconjurătoare. Există 3 tipuri de senzori infraroșu, fiecare eficace pe o anumită zona din punc de vedere al distanțelor măsurate: senzor de apropiere, eficient pentru măsurători în gama 3 cm -40 cm, senzor de departare medie, eficient între 10 cm- 80 cm,și un alt tip în gama 15cm- 150 cm.

Acesti senzori au două zone active, o zonă care emite lumina și o zonă care recepționează raza reflectată de obiectul până la care dorim să măsurăm distanța. În funcție de unghiul sub care se reflectă raza de lumina se poate determină distanța până la obiect.

Figura 1. Senzor de distanță Sharp GP2Y0A21YK

Senzor de lumină

Senzori de lumină este o componentă care sesizează nivelul de iluminare al mediului. Valoare iluminări variază între 0 și 1024. Senzorul de lumină tip brick este un montaj electronic special proiectat pentru conectarea foarte simplă la platforma Arduino prin intermediul senzor shield- ului. Fotorezistor este elementul activ care măsoară nivelul de iluminare.

Figura 1 Senzor de lumina tip Brick http://www.robofun.ro/senzor-lumina

Caracteristicile principală :

Temperature de lucru: -25 +85

Tensiunea collector-emițător 5 V

Curent de collector 20 mA

Puterea 75 mW

Senzorul de culoare

Senzorul de culoare poate fi utilizată pentru a măsura un număr limitat de gamma de culori. Filtre de culoare R;G;B ale matrice fotodiodă detectează R;G;B componentele de lumină care cade pe senzor. Fotodiodă transformă componenetele R;G;B în lumină a fotocurentului.

Figura 1. Senzor de culoare HDJD-S822

Domenii de utilizare a celulelor tensometrice

Cantare electrice(Vezi a mea)

Metode pentru comanda motoarelor de curent continuu(direct cu intrerupator, relee, tranzistor,PunteH )

În sistemele mecatronice mobile, una dintre restricție majore vine din folosirea unei surse de energie electrică. Funcționarea, mobilitatea determină de folosirea surse de energie continuu, baterie.

Cea mai comună actuator electromecanic este un motor care transformă energia electrică de mișcare mecanică. Pentru acționarea elementelor de execuție se vor utiliza diverse tipuri de motoare alimentate de energie de curent continuu.

Diferențele dintre motoarele electrice sunt în principal în proiectarea rotului și metoda de generarea câmpului magnetic. În figura de mai jos prezintă compoziția unui motor de curent continuu: FIGURA!!!!

Statorul este partea fixă a motorului ce include carcasa exterioară sau interioara a motorului care susține materialul care generează câmpul magnetic stator corespunzător. Se poate realiza din magnet permanent sau înfăsurări elicoidale.

Rotorul este partea mobila a motorului care este format dintr-un ax și o armătură. În funcție de construcție, acesta poate fi un magnet permanent sau un miez feromagnetic cu îmfăsurări armătura pentru a furniza câmpul armătură adecvată pentru a interacționa cu cămpul statorului pentru a crea turația.[Robert H bishop]

Schema bloc a sistemului de acționare cu motor de curent continuu este dat în figura de mai jos.

Figura 1 Schema bloc a unui acționări cu motor de curent continuu

http://vega.unitbv.ro/~ogrutan/Microcontrollere2011/5-motoare.pdf

Motoarele de curent cuntinuu este motoarea care pot fi comandat cel mai simplu, pentru a obține o viteză variabile, deoarece cu căt tensiunea aplicată este mai mare cu atât viteza este mai mare.

Tensiunea variabilă poate fi aplicată în următoare feluri:

Informația numerica este convertită unui convertor D/A intr-o informație analogică și este aplicată unui tranzistor pentru comanda într-un sens.

Informația numerică creează un semnal PWM, cu frecvența destul de mare ca motorul, datorită inerției, să integreze impulsurile. []

Domenii de utilizare a motoarelor de curent continuu

Metode de verificare a incărcării bateriilor

(akku tester, telefon battery status)

CONSIDERAȚII TEORETICE PRIVIND ROBOTUL MOBILI TELEGHIDAT CU ULTRASUNETE

Generarea ultrasunetelor. Semnale electrice(curs + bishop) – 10pag

Dintre vibrațiilor sonora care ies din limitele de audibilitate ale irechii omenești, de un mare interes, din punc de vedere practic, sunt ultrasunetele, adică sunetele a căror frecvența este mai mare de 20 KHz.

De exemplu orientarea liliecilor se bazează pe faptul că aceștia emit semnale ultrasonice scurte de frecvențe între 30-60 kHz. Liliacul în zbor emite în medie aproximativ 30 semnale pe secundă. Pe măsura apropierii de obstacol liliacul emite din ce în ce mai multe semnale într-o secundă ajungând de obstacol.

Importanța practică a ultrasunetelor este legat de lungimea de undă mică a acestora. Din această cauză, ultrasunetele pot fi emise și se propagă ca și razele de lumină sub formă de fascicule, spre deosebire de sunetele obișnuite care se împrăștie în toate direcțile.

Intensitatea undelor sonore este proporțională cu pătratul frecvenței, energia transportată de ultrasunete este mai mare decât energia sunetelor de aceeași amplitudine.

Generarea ultrasunetele se face prin urmatoarele metode : mecanice (flueier ultrasonor, sirena ultrasonoră), termice, electromecanice (efect piezoelectric) și magnetomelectrice (efect magnetostrictiv).

Efectul piezoelectric se produce în anumite cristale: cuarș, tarmalină, sare etc. Efectul piezoelectirc cosntă în faptul că supunănd un cristal la deformări de tracțiune sau comprimare după anumite direcții, pe fețele sale apar sarcini electrice egale de semne contrare. Efectul piezoelectric invers constă în dilatări și comprimări succesive ale cristalului sub acțiune unui câmp electric alternativ. Acest efect este folosit în generarea ultrasunetelor.

Cu ajutorul efectului magnetostrictiv se pot produce ultrasunete care constă în deformarea corpurilor feromagnetice sub acțiune unui câmp magnetic. Generatorul magnetostrictiv este avantajos pentru producere ultrasunetelor de frecvența joasă și energii considerabile.

Semnale: liniare, ramp, sinusoidal, armonic (definitie, clasificare, etc.)

Comanda motoarelor de curent continuu cu punte H(bishop,+ cursuri Zamfira)(1,5-2 pag)

Celule tensiometrice(+figura)

Celulele tensometrice pot fi definite ca fiind traductoare. Un traductor este un element de bază din cadrul sistemelor mecatronice, ele având drept scop transformarea unui anumit tip de semnal într-un semnal electric, pentru a le putea prelucrate ulterior. O celulă tensometrică transformă deplasarea relativ redusă într-o variație de semnal electric, care prin amplificare se poate prelucra în anumite proiecte.

Celulele tensometrice sunt răspândite, ele putând fi folosite în diferite aplicații – fiind fiabile, având diferite dimensiuni, configurații și forme, pot fi folosite în diferite sisteme de cântărire.

Funcționarea celulelor tensiometrice este unul simplu, ele fiind construite din corpul propriu zis a traductorului, pe care de obicei este plasat o rezistență planară. Prin deformarea corpului sub anumite sarcini, se va deforma în direcția respectivă și rezistența. Valoarea rezistenței se schimbă aproape liniar în raport cu deformarea. Valoarea rezistenței în stare de repaus este în general de 120 Ω. Pe corpul traductorului această rezistență este întreprinsă între două straturi izolatoare, de obicei ele fiind din silicon.

Pentru ca variația semnalului să fie prelucrabil(variația fiind de ordinul milivolților), celula tensometrică fiind un traductor, ea necesită pentru prelucări ulterioare, să fie amplificată printr-o punte Wheatstone.

Amplificarea semnalului cu punte Wheatstone(licenta+bishop)

Angrenaje(curs Moldoveanu) (2pag)

Definitie

Clasificare

Detaliat angrenaje cilindrice (domenii de utilizare, raport de transmitere)

Se folosesc si la motoare de curent contunuu(denumire cu reductor, tipul de roata dintata)

PROIECTAREA SISTEMULUI

Subsistemul hardware

Emițatorul de ultrasunete

Idea pricipală este că generarea semnalelor ultrasonice și transmiterea lor către receptor.

Figura 1. Reprezentarea circuitul electric pentru emițătorul ultrasunet

Receptorul de ultrasunete

Idea principale este de a recepționa semnalele ultrasonice și a le transformă într-un semnal care poate fi prelucrată ulterior de către microcontrollerului ATMEGA 328. Pe partea stânga a circuitului de mai jos se gasește receptorul ultrasonic, iar de partea dreapta conectorii la Atmega 128. Acestea sunt:

Alimentarea +5 (Vcc )

Semnal de ieșire (0-5 V)

Masă (GND)

Figura 4. Reprezentarea circuitul electric pentru receptorul ultrasunet

Este proiectat un circuit cu două tranzistoare de tip BC 548 care are drept scop amplificarea semnalelui de intrare.

De mai jos se poate vedea circuitul pcb a plăcii de mai sus:

Figura 5. Cablajul plăcii pentru conectarea componentelor

Punte H pentru comandarea motoarelor

Scopul principal în proiectarea circuitului este de a construi un driver de motoare, care sa comanda motoare până la curent de 10 A, fiind controlate cu intrări analogice de ordinul milivolțiilor. Comanda motorului în față sau spate se realizează cu două intrări analogice. Este proiectat cu câte doi conectori pentru alimentare si câte doi pentru conectarea motorului pe H-bridge.

Principalele componente electrice(tranzistoare) utilizate în circuit sunt :TIP147, TIP142 și 2n2222.

Pe diagrama proiectată in programul CadSoft Eagle se poate vedea mai jos:

Figura 2 Reprezentarea conexiuniilor circuitului de H-bridge

Circuitul de alimentare este +12V care vine de pe blocul X1-1/X1-2. Se conectează cu 4 condensatori 100uF. Tensiunea de intrarea a driverului este conectată in partea superioară de pe diagram si masa in partea joasă.

Ieșirea 1 și 2 (output1,2) se găsesc în mijlocul circuitului, aceste conexiuni sunt dotate pentru alimentarea motorului de current continuu. Prin aceste conexiune ajunge curentul de putere la motor.

Prin conectorul triplu alcătuit din cele două intrări analogice si una de masa va fi controlată direcția și viteza motorului. Dacă se trimite un semnal pe unul dintre intrările analogice, motorul conectat pe placa va roti pe un anumit sens. Dacă aceaș semnal este trimisă pe celelalte intrare analogica, aceași motor va roti cu aceași rotație dar in acest caz, in sens invers.[2]

Figura 3 Cablajul plăcii pentru conectarea componentelor

Cablajul și poziția componentelor este proiectat astfel încât, să ocupă o suprafață cât mai mică într-un aranjament ordonat și logic.

Motorul electric

Motoarele electrice din catrul robotului sunt principalele elemte de acționare. Aceste motoare realizează atât locomoția propriu zise a robotului, cât și direcționarea acestuia prin setarea rotației diferențiale pe roțile laterale.

[]http://www.lynxmotion.com/images/data/ghm01.pdf

Pentru aceasta aplicație, fiind vorba de un robot transportător, s-a ales motorul 30:1, produs de firma Lynxmotion, având o rotație pe minut redusă, dar un cuplu superior. Reprezentarea grafică a cuplului și consumului de energie este reprezentat de mai jos:

Caracteristicile principală acestui motorului sunt:

Curentul de funcționare 12 VDC

RPM =200

Raportul de transmitere : 30:1

Cuplul maxim 4,6 kg-cm

Roții Off Road pentru Lynxmotion

Diametrul exterior 120 mm

Lățimea 60 mm

Diametrul al ax 6 mm

Pentru a obține de viteza robotului se parcurg următoarele calcule :

Rotația motorului pe minut a robotului 200 rot/mit.

Diametrul roții D=120 mm

Raza r=60 mm

Perimetrul roții :

Viteza :

Senzorul Hanyu AMT

Structura robotului poate să reziste la sarcini până la 3 kg s-a ales o celulă tensometrică din gama de măsurare până la 3 kilograme. După o cercetare profundă pentru robotul mobil proiectat s-a les celula tensometrică Hanyu AMT, care are următoarele caracteristici:

Senzitivitate: 2,0±1mV/V

Neliniaritate: 0,2%

Acuratețea:0,02%

Gama de senzitivitate 3 kg

Curent de excitare: +5V

Figura 1. Celula tensometrică Hanyu AMT[2]

Variația semnalului de ieșire în raport cu sarcina aplicată la celula tensometrică este redat de graficul de mai jos( pe verticală avem sarcina aplicata iar pe orizontala avem variatia semnalelui).

Celula tensometrică se montează pe șasiul robotului urmat se să fie montat pe ea cosul pentru transportul bunurilor. După încărcarea coșului cu bunurile dorite, robotul fiind în staționare, se va citi valoarea de ieșire de la senzori, care este în concordantă cu sarcină. În raport cu aceasta valoare mișcarile robotului vor fi executate cu o putere corespunzatoare sarcinii (la o masa mica se va transfera un procentaj redusă din puterea totală de intrare, iar la o sarcină mai ridicată se va transfera un procentaj mai ridicat din puterea totală de la intrare). Prin acest control este asigurat faptul ca mișcarile robotului vor fi mereu cu aceași viteză. Valoarea senzorului trebuie facute neaparat în stare de staționare, deoarece în timpul mișcarii aceasta valoare variează într-un interval extins.

Celula are la ieșire analog de ordinul milivolților, aceasta trebuie amplificată pentru prelucrări ulteriori semnanul de un microcontroller. Microcontroller-e lucrează cu semnale analogice de la 0V până 5V, asfel semnalul de la ordinul milivolților se va amplifica cu un amplificator operațional INA125P.

Amplificatorul operațional INA 125

INA125 este un amplificator cu acuaratețe înaltă, cu o largă aplicabilitatea la automatizarea proceselor. Acest amplificator are următoarele caracteristicile principalale:

Referințe de current :1,24V, 2,5V, 5V, 10V

Protecția internă până la

Dispunere pe 16 pini a intrărilor și a ieșirilor

Sleep mode

Figura 3. Dispunerea pinilor pentru circuitul INA125[3] http://www.ti.com/lit/ds/symlink/ina125.pdf

Amplificatorul operațional INA125p are caracteristica că prin conectarea pinilor 8 și 9 cu o rezistență bine definită, se poate seta gradul de amplificare a semnalului. Faptului a amplificarea a circuitului poate varia astfel de la 4 până la 10000. O altă caracteristică specifică a acestui circuit este ca se poate aplica la diferite curenți de referință prin selectarea pinului corespunzător de pe amplificator. Asfel putem ave curenți de referință de 2,5V , 5V sau 10V. Pinul 2 (sleep) serveste la selectarea modului de “sleep”, care are drept scop reducerea consumului de energie.

Calcularea valorii rezistenței care este legat între pinul 8 și 9, care defapt determină gradul de amplificare, se realizează în raport cu tensiunea maximă a semnalul de intrare și în raport cu tensiunea maximă a semnalului de ieșire:

Senzorul Hanyu AMT va avea un semnal de ieșire de maxim 20 mV, cum se poate vedea și pe graficul oferit de producător, asfel acest semnal trebuie amplificat la 5V(figura de mai jos). Datorit acestui fapt se va conecta tensiunea de referintă (pin4 VrefOut) se conectează la pinul 15 (tensiunea de referință de 5V), alimentarea punții Wheatstone.

Calcularea rezistenței se realizează în continuare de baza gradului de amplificare, calculat mai sus, cu ajutorul formulelor oferite de producătorul circuitului:

După cercetarea pe piață a rezistențelor existenței, sa ales pentru circuit o rezistență de 240 Ω.

Semnalul de ieșire amplificat de pe pinul 11 urmează să fie conectat la o intrare analogică a microcontroller-ului , care va cordona tot procesul.

Sistemul de răcire pentru driver-ul de motoare

Pentru că driver ul de motoare a robotului funcționează la un curent înalt, să proiectează un sistem de protecție alcătuit dintr-un senzori de temperatură TMP 36 și un cooler.

TMP 36 este un senzor de temperatură de precizie, de joasă tensiunea. Nu necesită nici o calibrare externe și oferă o precizie tipică de la +25C și la intervalul de temperatura de la -40 până la +125 .

Caracteristicile princilape :

Tensiune de intrare 2,7V la 5,5 VDC

10mV/ factor de scalare

acuratețe peste temperature

liniaritate

Gama de operare: -40 până la + 125

Figura 1. Variația tensiuni de ieșire în raport de temperatura [1]

http://cdn.sparkfun.com/datasheets/Sensors/Temp/TMP35_36_37.pdf

Pentru comanda coolerului cu semnale PWM se va folosi un transistor TIP 122.

Caracteristicile principale:

Tensiunea collector-emițător 100 V

Curent de collector 5 A

Puterea 65 W

Carcasa TO220

Tip transistor bipolar, NPN

Figura 1.tranzistorul TIP122 și scema electrică pentru comandarea coolerului[1]

http://www.robofun.ro/docs/TIP120.pdf

Pentru răcire s-a ales un cooler de SUNON EB40100S2. Caracteristicile acestui cooler sunt:

Tensiunea alimentare 5V

Tensiunea de lucru 3,5 V până 6V

Consum curent 1W

Nivel Zgomot 27 dBA

Viteza de rotație 5800 rot/min

Tip ventilator : axial

Masă 17g

Dimensiunea ventilator 40x40x10 mm

Figura 1. Ventilar axial pentru răcire []

http://www.tme.eu/ro/details/eb40100s2-999/ventilatoare-dc-5v/sunon/eb40100s2-000u-999/#te721c6431bfcf3c7e2c1b58ac415cb56

Microcontroller-ul Atmel Atmega 328

Microcontroller-ul Atmel Atmega 328 este un microcontroller de 32K pe 8 biți cu arhitectura AVR, cu performațe înalte și cum consum de energie redusă. Aceasta microcontroller are următoare caracteristici principale:

Viteza de lucru până la 20 MHz

Tensiunea de alimentare de la 1,8-5,5V

32 Kbyte memorie Flash

1 Kbyte EEPROM

2 Kbyte SRAM

Două timer-e/counter-e pe 8 biți

Un timer e pe 16 biți

Patru I/O PWM

Oscilator încorporat

10000 ciclul de programare pentru memoria Flash și 100000 pentru EEPROM

Temperatura de lucru de la -40 până la 85 [22]

Figura 1 Pinout pentru microcontrollerul Atmega 328

Placa de dezvoltare Arduino Uno

Placa de dezvoltare Arduino Uno este o placă care are pe placă un microcontroller Atmega 328. Aceasta are 20 pini I/O din care 6 pot fi utilizat ca ieșire PWM, are 6 intrări analogice. Pe placă mai sunt instalate: un oscilator de cristal pe 16 MHz pentru generarea semnalului de ceas, are un port UART, conexiunea USB, conexiune jack pentru alimentare și un buton de reset.

Figura 1 Arduino Uno [1]

Alimentarea plăcii se poate realiza prin conexiunea USB sau prin conexiunea jack de la 6 până 20 V. Se recomandă alimentarea de la 7 până la 12 V.

Placa are 6 intrări analogice, cu o rezoluție pe 10 biți (convertor analog digital pe 10 biți). Robotul mobil proiectat, va folosi 3 intrări analogice pentru sesizarea semnalelor provenite de la emițător. Datorită faptului că rezoluția convertorului analog-digital este de 10 biți, aceasta înseamnă că pe intervalul 0-5V, convertorul poate da 1024 de valori.[1]

Din urmă convertorul va da valori de la 0 până la 1023, proporționale cu distanța la care semnalul este emis de către receptori. Deoarece emițătorul poate să emite semnale până la 300 mm, sistemul va avea o rezoluție de :

Pe placa de dezvoltare Arduino Uno se găsește un bootloader, care permite încărcarea programelor de funcționare, scrise cu ajutorul software-ului dedicat(Arduino IDE), în memoria flash, fără ca ar fi necesar un sistem de programare externă. Această operație se rezolvă prin portul USB, care este în același timp și principala sursă de alimentare a plăcii.

Alimentare

Pentru alimentarea sistemului sunt necesare tensiuni de ieșire de 5V și 12V. Pe 5V funcționează placa de dezvoltare Arduino pentru comandă și control , iar motoarele vor funcționeză pe 12V.

REALIZAREA SISTEMULUI ROBOT MOBIL TELEGHIDAT CU ULTRASUNETE

CONCLUZII FINALE, CONTRIBUȚII, PERSPECTIVE

BIBLIOGRAFIE

[1] http://ro.wikipedia.org/wiki/Robot

[2] http://ro.wikipedia.org/wiki/C%C3%A2ntar

[3]

– minim 30-40 de titluri

[1] Z. Yuanyuan, X. Kai, L. Deshi, Monitoring Technologies in Mission-Critical Environment by Using Wireless Sensor Networks – cap 11, Wireless Sensor Networks – technology and applications, Edited by Mohammad A. Matin, ISBN 978-953-51-0676-0, 2012, http://dx.doi.org/10.5772/1100

[2]

Figura 1 http://www.engineersgarage.com/articles/load-cell

BIBLIOGRAFIE

[1] http://ro.wikipedia.org/wiki/Robot

[2] http://ro.wikipedia.org/wiki/C%C3%A2ntar

[3]

– minim 30-40 de titluri

[1] Z. Yuanyuan, X. Kai, L. Deshi, Monitoring Technologies in Mission-Critical Environment by Using Wireless Sensor Networks – cap 11, Wireless Sensor Networks – technology and applications, Edited by Mohammad A. Matin, ISBN 978-953-51-0676-0, 2012, http://dx.doi.org/10.5772/1100

[2]

Figura 1 http://www.engineersgarage.com/articles/load-cell