Roboti Mobili.sistemul de Actionare al Robotului Mobil

Documentare.

Roboți de servicii

Introducere în domeniul roboților de servicii.

În ultimii ani domeniul serviciilor cunoaște o dezvoltare puternică în toată lumea. După o explozie a tehnologiilor moderne de I&C se impune tot mai mult necesitatea de a promova și dezvolta tehnologii noi de automatizare, parțială sau totală, a activităților de manipulare, transport și de procesare specifice domeniului de prestări de servicii.

Creșterea volumului activităților neindustriale, în mod deosebit în sectorul terțiar, al prestărilor de servicii pe de o parte, o ușoară tendință de saturație a pieței de aplicații industriale ale roboților pe de altă parte, sesizabilă în mod deosebit în țările cu economie dezvoltată a determinat dezvoltarea aplicațiilor roboților în activitățile menționate. Această evoluție a fost favorizată și de posibilitățile de aplicare ale soluțiilor tehnice dezvoltate pentru robotica industrială în construcția roboților pentru aplicațiile neindustriale.

Se apreciază că piața roboților pentru aplicații neindustriale va depăși de câteva ori piața roboților industriali.

În Japonia, SUA, Germania, etc., există deja sisteme robotice destinate automatizării activităților de întreținere a curățeniei drumurilor, a clădirilor și a mijloacelor de transport. Roboții mobili autonomi asigură paza și protecția în muzee și clădiri mari, transportul corespondenței și a coletelor în cladirile administrative. Sisteme automatizate ajută medicii în realizarea intervențiilor chirurgicale și surorile medicale în îngrijirea pacienților.

Primele cercetări demonstrează că automatizarea unui număr mare de activități din domeniului prestărilor de servici este realizabilă din punct de vedere tehnologic, dificultățile apărând în ceea care privește domeniul de utilzare, piața de desfacere potențială, acceptarea noilor produse pe piață respectiv dezvoltarea cercetării în această direcție.

Promovarea roboților în domeniul prestărilor de servici este necesară datorită:

penetrării serviciilor în toate sectoarele economiei;

creșterii cererilor de servicii de calitate;

înfințării de intreprinderi noi;

concurenței tot mai accentuate pe piață, care impune investiții în tehnologii noi;

necesității de cucerire de noi piețe de desfacere.

Caracterul profund interdisciplinar al cercetărilor-dezvoltărilor în domeniul sistemelor robotice de prestări de servicii include pe lângă aspectele tehnice și aspectele economice, sociale.

Importanța roboților.

Serviciile constituie singurul sector economic care a înregistrat în ultima perioadă creșteri considerabile. Cu toate acestea industrializarea serviciilor este încă mai mult o problemă teoretică.

Pricipalele cauze sunt:

structura eterogenă a sectorului de servicii;

spectrul larg al domeniului de prestări de servicii.

Părerile unor specialiști în domeniu privind o piață nouă a seviciilor robotizate sunt prezentate în continuare:

,,așa cum astăzi mulți dețin un PC, generațiile viitoare vor avea unor robot personal (Personal Robot)” (I.Kato);

,,mediul este propice pentru roboții medicali” (P.A. Finley);

,,… pe termen lung roboții de servicii vor avea o importanță mai mare decât colegii lor de industrie” (J.F. Engelberger);

,,… viitoare piață a roboților personali (Hausehold Robots) va tinde să depășească actuala piață a automobilelor”. (J.S.Albus).

Sisteme robotice în exploatare.

Roboții se utilizează în toate domeniile activității umane. Aceste activități urmăresc satisfacerea unor necesități individuale, de grup sau sociale, constituind ceea ce se numește economie.

Prin industrie se înțelege totalitatea activităților de prelucrare a materiilor prime și semifabricatelor în vederea obținerii unor mijloace de producție sau bunuri de consum, satisfăcând cerințe umane. În consecință, producția apare în toete sectoarele economiei și anume în sectoarele primare și secundare, producția materială, iar în sectoarele terțiare proponderentă devine producția nematerială și anume a serviciilor.

În corelație cu cele de mai sus, roboții se împart din punctul de vedere al aplicațiilor în roboți industriali și neindustriali iar roboții neindustriali, în roboți pentru producția de bunuri materiale și roboți pentru prestări de servicii. Primele aplicații ale roboților au fost în domeniul industrial. Numărul roboților industriali este și astăzi preponderent în lume.

În figura 1.1.1 se prezintă evoluția numărului de instalări și tendințele până în 2004 pentru principalii implementori de roboți din lume – Japonia, SUA, UE și alte țări, iar în figura 1.1.2 se prezintă evoluțianumărului de roboți operaționali în lume și tendințe până în 2004 pentru aceleași țări.

Fig.1.1.1 Evoluția numărului de instalări de roboți în lume și tendințe până în 2004

sursa World Robotics 2001

Din datele prezentate în cele două figuri se observă o tendință accentuată de creștere a populației de roboți în statele Uniunii Europene în comparație cu Japonia și în același timp o stagnare, chiar o descreștere a numărului de instalări de roboți în SUA.

Fig.1.1.2. Evoluția numărului de roboți operaționali în lume și tendințe până în 2004

– sursa World Robotics 2001 –

1.1.2. Structura sistemelor robotizate pentru servicii

Sistemele robotice pentru prestări de servicii –SRPS sunt sisteme de lucru, parțial sau total automatizate, care au drept scop realizarea unor prestări de servicii

Robotul de servicii – RS este un sistem de manipulare programabil, care prestează servicii parțial sau total automatizat

Automatizarea unui sistem, înseamnă dotarea lui cu mijloace tehnice și echipamente, care să permită desfășurarea procesului într-un anumit ritm, fără participarea operatorului uman în mod continuu sau în intervalele de timp impuse.

Structura sistemelor robotizate pentru servicii

Sistemele robotizate pentru prestări servicii au în componența lor subansamble specifice roboților industriali. În acest context sistemele robotice pentru prestări servicii mențin de regulă o platformă mobilă care se desplasează în mod automat, similar robocarelor, un dispozitiv de ghidare cu

efector final, module specifice funcțiilor de îndeplinit, dispozitive de siguranță și de interfață om-mașină, structura unui sistem robotizat de prestări servicii este prezentată în figura 1.1.3.

Robot de servicii

Operator Platformă mobilă

uman

Mașini

Obiect de

manipulat

Fig 1.1.3 Structura unui sistem robotizat pentru prestări servicii.

1.1.3. Roboți de servicii – implementați și tendințe până în 2004

În tabelul 1.2 sunt prezentate numărul de unități de roboți de servicii existente în funcțiune la șfârșitul anului 2000 și care sunt tendințele de dezvoltare ale SRSP pe perioada 2001-2004, iar în

(figura 1.1.3) prezintă dinamica sistemelor robotice utilizate în domeniul serviciilor pe plan mondial [WR01].

Din datele prezentate in tabelul 1.2 se observă că în general că roboții de servicii pentru uz personal sunt numeroși și datorită prețului lor accesibil (o medie de 900 $), în comparație cu roboții de servicii pentru uz profesional, a căror preț mediu este de 160.000 $.

Tab. 1.2 Roboți de servicii implementări și tendințe până în 2004

Tipuri de roboți Existenți Instalări

2000 2001-2004

ROBOȚI DE SERVICII PENTRU UZ PROFESIONAL:

ROBOȚI DE SERVICII PENTRU UZ PERSONAL, PRIVAT:

Fig. 1.1.4 Dinamica sistemelor robotice utilizate în domeniul serviciilor pe plan mondial

1.1.4. Principalele tendințe în domeniul serviciilor și rolul roboților în cadrul acestora.

Terțiarizarea economiei. Serviciile devin tot mai mult o parte componentă integrată a tuturor activităților din toate sectoarele unei economiei naționale. Un exemplu îl constituie creșterea interesului pe care îl prezintă orice firmă pentru propriul nucleu de competențe, cunoscut ca ,,Out-sourcing-Debatte”.

Tehnologiile de informare și comunicare. Numeroase servicii dintre cele mai căutate în prezent, sunt rezultatul progresului tehnic și tehnologic. un exemplu în acest sens îl constituie serviciile bancare de tipul ,,Rund-um-die-Rie”, concretizat prin introducerea automatelor bancare.

Creșterea serviciilorsolicitate de populație. Creșterea veniturilor populației și năzuința spre o nouă calitate a vieții, conduc nemijlocit spre o cerere crescândă de servicii de orice fel.

Automatizarea prestărilor de servici. Pe viitor se vor deschide noi posibilități de raționalizare prin utilizarea roboților de servici în principal în activitățile de transport, de manipulare și de procesare. Pe lângă constrâgerile impuse de raționalizare, o delimitare a concurenței se va face prin utilizarea celor mai moderne tehnologii și aparate. Aceste afectează în special serviciile care se efectuează sub directă supraveghere-observare a clienților.

Introducerea noilor tehnologii în domeniul serviciilor conduc, pe lângă alte avantaje, la creștere productivității și calității serviciilor prestate.

Reorganizarea activității firmelor prestatoare de servicii necesită schimbări privind:

utilizarea strategică a noilor tehnologii de I$C;

utilizarea tehnologiilor noi pentru ușurarea muncii lucrătorilor;

perfecționarea continuă a cadrelor de conducere și a personalului;

promovarea lucrului în echipă;

armonizarea relațiilor din interiorul firmei și cu partenerii firmei;

culegerea și analiza datelor despre clienți și cererea/oferta pieței;

armonizarea dialogului cu clienții, managementul informării clienților;

optimizarea pretențiilor cliențiilor cu aspectele tehnice ale unei prestări de servicii.

Firmele prestatoare de servicii se află într-o zonă caracterizată de tensiunile datorate presiunii continue a prețurilor serviciilor pe de o parte și de calitatea serviciilor care să satisfacă cerințele clienților pe de altă parte. În acest sens se pune întrebarea în care măsură este dispus clientul să suporte costurile privind creșterea productivității serviciilor prestate.

În continuare se prezintă avantajele și dezavantajele automatizării activităților prestatoare de servicii.

Avantaje:

reducerea costurilor serviciilor prestate,

organizarea activității de prestare de servicii pe concepte specifice mediului industrial, cum ar fi producția de serie mare sau de masa, standardizarea;

creșterea siguranței privind calitate serviciilor prestate,

eliberarea operatorului uman de activități de rutină, monotone și plictisitoare;

reducerea timpilor care au o legătură directă cu operatorul uamn;

menținerea discreției;

creșterea serviciilor disponibile.

Dezavantaje:

clientul pierde sentimentul că este servit special, tratat în mod deosebit;

serviciile se reduc la îndeplinirea scopului, neglijându-se satisfacerea nevoilor sociale și psihologice ale clientului;

suprimarea individualității și unicității serviciilor prestate;

creșterea costurilor legate de instruirea personalului pentru folosirea automatelor;

reacția de respingere a automatizării serviciilor, atât din partea lucrătorilor cât și din partea clienților.

Studii privind tendințele SRPS

,,Feasibility Studfigura 1.1.3) prezintă dinamica sistemelor robotice utilizate în domeniul serviciilor pe plan mondial [WR01].

Din datele prezentate in tabelul 1.2 se observă că în general că roboții de servicii pentru uz personal sunt numeroși și datorită prețului lor accesibil (o medie de 900 $), în comparație cu roboții de servicii pentru uz profesional, a căror preț mediu este de 160.000 $.

Tab. 1.2 Roboți de servicii implementări și tendințe până în 2004

Tipuri de roboți Existenți Instalări

2000 2001-2004

ROBOȚI DE SERVICII PENTRU UZ PROFESIONAL:

ROBOȚI DE SERVICII PENTRU UZ PERSONAL, PRIVAT:

Fig. 1.1.4 Dinamica sistemelor robotice utilizate în domeniul serviciilor pe plan mondial

1.1.4. Principalele tendințe în domeniul serviciilor și rolul roboților în cadrul acestora.

Terțiarizarea economiei. Serviciile devin tot mai mult o parte componentă integrată a tuturor activităților din toate sectoarele unei economiei naționale. Un exemplu îl constituie creșterea interesului pe care îl prezintă orice firmă pentru propriul nucleu de competențe, cunoscut ca ,,Out-sourcing-Debatte”.

Tehnologiile de informare și comunicare. Numeroase servicii dintre cele mai căutate în prezent, sunt rezultatul progresului tehnic și tehnologic. un exemplu în acest sens îl constituie serviciile bancare de tipul ,,Rund-um-die-Rie”, concretizat prin introducerea automatelor bancare.

Creșterea serviciilorsolicitate de populație. Creșterea veniturilor populației și năzuința spre o nouă calitate a vieții, conduc nemijlocit spre o cerere crescândă de servicii de orice fel.

Automatizarea prestărilor de servici. Pe viitor se vor deschide noi posibilități de raționalizare prin utilizarea roboților de servici în principal în activitățile de transport, de manipulare și de procesare. Pe lângă constrâgerile impuse de raționalizare, o delimitare a concurenței se va face prin utilizarea celor mai moderne tehnologii și aparate. Aceste afectează în special serviciile care se efectuează sub directă supraveghere-observare a clienților.

Introducerea noilor tehnologii în domeniul serviciilor conduc, pe lângă alte avantaje, la creștere productivității și calității serviciilor prestate.

Reorganizarea activității firmelor prestatoare de servicii necesită schimbări privind:

utilizarea strategică a noilor tehnologii de I$C;

utilizarea tehnologiilor noi pentru ușurarea muncii lucrătorilor;

perfecționarea continuă a cadrelor de conducere și a personalului;

promovarea lucrului în echipă;

armonizarea relațiilor din interiorul firmei și cu partenerii firmei;

culegerea și analiza datelor despre clienți și cererea/oferta pieței;

armonizarea dialogului cu clienții, managementul informării clienților;

optimizarea pretențiilor cliențiilor cu aspectele tehnice ale unei prestări de servicii.

Firmele prestatoare de servicii se află într-o zonă caracterizată de tensiunile datorate presiunii continue a prețurilor serviciilor pe de o parte și de calitatea serviciilor care să satisfacă cerințele clienților pe de altă parte. În acest sens se pune întrebarea în care măsură este dispus clientul să suporte costurile privind creșterea productivității serviciilor prestate.

În continuare se prezintă avantajele și dezavantajele automatizării activităților prestatoare de servicii.

Avantaje:

reducerea costurilor serviciilor prestate,

organizarea activității de prestare de servicii pe concepte specifice mediului industrial, cum ar fi producția de serie mare sau de masa, standardizarea;

creșterea siguranței privind calitate serviciilor prestate,

eliberarea operatorului uman de activități de rutină, monotone și plictisitoare;

reducerea timpilor care au o legătură directă cu operatorul uamn;

menținerea discreției;

creșterea serviciilor disponibile.

Dezavantaje:

clientul pierde sentimentul că este servit special, tratat în mod deosebit;

serviciile se reduc la îndeplinirea scopului, neglijându-se satisfacerea nevoilor sociale și psihologice ale clientului;

suprimarea individualității și unicității serviciilor prestate;

creșterea costurilor legate de instruirea personalului pentru folosirea automatelor;

reacția de respingere a automatizării serviciilor, atât din partea lucrătorilor cât și din partea clienților.

Studii privind tendințele SRPS

,,Feasibility Study into Applications for Advanced Robots în Medicine and Healthcare”, (Internațional Advanced Robotics Pobotics Program – 1987 ). Au fost identificate peste 100 de aplicații posibile ale SRPS în domeniul medicinii.

,,Japan Industrial Robot Association – JIRA”, (Asociatia de Roboți Industiali din Japonia – 1990) a prezentat pentru prima dată o prognoză a domeniilor de utilizare și a cererilor pe piața japoneză de SRPS, având ca orizont anul 2000.

,,Robot Applicațion în Non-Industrial Environments”, (Richard K. Miller & Associates – 1991). Autorii au identificat 7 domenii de utilizare a SRPS: Întreținerea curățeniei, Medicina, Agricultura, Transporturi, Industria nucleară, Astronautica și Armata.

,,Soumen Robotikkayhdistys ry”, (Organizația de Robotica din Finlanda – 1993). Studiu privind prognoza utilizării SRPS și a cererii pieței, a evidențiat importanța a 5 domenii de activitate: Gastronomie, Laboratoare, Îndepărtarea deșeurilor, Spălătorii și curățatorii și Medicina.

,,Serviceroboter – ein Beitrag zur Innovation im Dienstleistungswesen”, (Fraunhofer Institut fϋr Produkționstechnik unde Automatisierung – IPA Stuttgart, Germania 1994). Studiul prezintă 84 de aplicații ale SRPS, în 8 domenii de activitate reprezentative.

Tipuri de sisteme de locomoție la roboți mobili

Cele trei funcții principale specifice unui robot mobil în accepțiunea contemporană sunt:

funcția de locomoție

funcția de percepere

funcția de localizare

Funcția de locomoție

Sistemul de locomoție se poate descopune în două părți, confundabile sau nu:

cel care stabilește direcția de deplasare;

cel care realizează propulsia care include motoarele și mecanismele conducătoare ale deplasării.

Modelele de locomoție sunt nenumărate și se poate face de pe acum o primă deosebire în sensul că vehiculul este rațional a se deplasa pe o suprafață, la interfața a două fluide sau mai bine în mijloculul unui fluid sau chiar unui vid. [VER83].

Reducem comentariile noastre la vehiculele de suprafață care corespund unei mari clase de utilizare practică. Se poate astfel întâlni vehicule care utilizează aceleași mijloc pentru deplasare și propulsie.

Este cazul general al vehiculelor cu roți sau cu șenile care se pot separa în două categorii:

acelea ale căror elemente de propulsie sunt cu direcție fixă.

Vehicule cu roți sau cu șenile unde schimbarea de direcție este asigurată prin diferență de viteză a propulsoarelor laterale, intră în această categorie. Vehiculele cu șenile ,,clasice” sunt toate de acest tip.

acelea căror elemente de propulsie sunt orientabile.

Este cazul automobilului, unde se fixează raza de curbură a deplasării înainte de a accelera. Este de asemenea cazul unor adevărate cărucioare pentru atelier flexibile unde cele patru roți sunt

orientabile rămânând paralele două câte două. Se poate astfel orienta nu numai deplasarea dar și vehiculul față de direcția de deplasare.

Toate vehiculele sunt cu suspensie pasivă adică roțile sau șenilele ating un teren neplan datorită felurilor de resorturi care constituie suspensia:

vehicule cu suport gravitațional:

Vehiculele precedente pot să se mențină pe suprafețe neorizontale creând sub ele o depresiune. Se utilizează peste tot această tehnică pentru a parcurge suprafețe puțin accidentate sub apă (curățarea carcaselor de vapoare).

– vehicule cu suport sau suspensie activă:

Dacă se agață mai multe vehicule precedente trecând active articulațiile (de prindere), repartiția suporturilor nu este mai docilă decât la gravitație și vehiculul tractor poate fi ajutat.

vehicule cu locomoție articulată:

Se întreabă adesea pentru ce natura a inventat roata, mod de locomoție universal și aparent simplu. Dacă se presupune că tehnica a experimentat toate mijloacele de deplasare pe roți, am fi mirați să aflăm că aproape jumătate din suprafața pământurilor scufundate sunt inaccesibile la cele mai multe mașini actuale cu roți .

Supraviețuirea unui animal sau a unui om este legată de capacitatea sa de explorare în mediul înconjurător. Dacă se exclude utilizarea aripilor, transportul terestru cu labe sau târâre pare mai mult a fi acela care dă cele mai bune rezultate. De unde interesul său care pune cercetările pe această direcție.

În cazul când nu se consideră că aplicațiile situate într-un mediu ,, tehnic” amenajat care nu funcționează în cele din urmă ca planurile orizontale sau puțin înclinate ori scări, sistemele cu picioare (sau cu târâre) nu se vor dovedi de la sine înțeles (cu excepția calității) luate în considerație cu complexitatea lor (și deci cu prețul lor) față de sistemele satisfăcătoare cu roți sau cu șenile.

Dimpotrivă dacă le considerăm ansamblul în mediul terestru sau marin ostil omului, suprafețele de parcurs și de explorat sunt foarte neregulate; mediul poate fi extrem de încărcat, terenurile mai mult sau mai puțin umede, măcinate, alunecoase etc. Vehiculul trebuie să se poată strecura. Soluția robotului cu picioare, după părerea japonezilor care duc un efort deosebit în acest domeniu, pare a fi singura cale ce permite să înfrunte toate capcanele ascunse într-un mediu natural.

Dacă principiul unei locomoții cu picioare poate încânta, mai trebuie să fie capabil de a realiza vehicule care permit să folosească tot ceea ce amenință labele la un animal, de exemplu un câine, și care este legat geometriei generale a corpului, supleței sale, aptitudinilor sale de control a mersului sau a săriturii, greutății sale, a coordonării mișcărilor.

Acest număr este de altfel acțiunea numărului de picioare pe care le-am ales pentru vehicul. Sistemele cu un picior (ca al aceluia de la Carnegie mellon Universitz) sau cu două picioare (ca al omului) nu sunt din echilibru static.

Coordonarea și mișcarea articulațiilor trebuiesc deci să fie schimbate în lumea dinamicii. De aceea se întâlnesc sisteme multipicioare (ca al hexapodelor) unde echilibrul este întotdeauna cu pasivitate asigurat și care nu necesită decât un control cinematic.

Accentul este deci pus pe pași, pe coordonarea a două trepte de autonomie permițând o deplasare într.o direcție dorită cu un pas ales.

Târârea este un alt mijloc de locomoție care poate să se dovedească util pentru dezvoltarea în galerii. Aici găsim numeroase vertebre pe care sunt montate ventuze sau gheare care permit înaintarea acestora prin proprietățile de alungire de articulațiilor care unesc aceste vertebre.

Se pot examina diverse modele de progresie: tipul miriapod (figura 1.2.1 ) tipul râmă (figura 1.2.2 ), tipul peristatic (figura 1.2.3 ) [DEM83].

Începând de la primele lucrări ale lui Analiza locomoției umane sau animale a dat loc la numeroaser studii, care erau paramedicale (biomecanice) sau exclusiv matematice (modelarea prin ecuațiile lui Lagrange, etc.).

Pentru moment imitația tehnică rămâne la performanțe limitate din două mari motive calitatea locomoției animale sau umane provine:

pe plan mecanic, din acela că membrele nu sunt absolut rigide contrar membrelor artificiale.Putem face să intre în acestă proprietate de flexibilitate prezența a foarte numeroase grade de autonomie, în care reducerea la două sau tri este insuficientă, ca și complexitatea organului de sprijin (piciorul), care, prin structura sa, are o funcție care nu este doar sprijinul, ci mai mult o parte a deplasării și a suspensiei.

– pe plan logic, din acela că sistemul nervos central viu este un calculator în care o parte este dedicată controlului unui număr considerabil de parametrii (probabil mii) implicați în locomoție, și care efectuează acestă muncă fără efort aparent în timp real.

Fig. 1.2.1 Locomoție de tip miriapod

1.2.2. Funcția de percepție

Cercetării care se interesează de funcția de percepție a roboților mobili (ți prin calea rezultată de funcția de decizie) sunt în general puțin motivați de studiile lor despre funcția de locomoție.

Un sistem de trei sau patru roți îngăduie o deplasare omnidirecțională a vehicului pe teren plat fiindu-le suficiente pentru a studia problemele de autonomie, nu energetice ci de comportament.

Astfel, pentru robotul industrial de generația a doua, percepția cuprinde următoarele trei etape principale [BRI 73]:

preluarea informației de către senzori,

extragerea informației potrivite,

interpretarea și expedierea acesteia spre sistemul decizional.

Dar în mod contrar la robotul industrial, mediul este supus la mari shimbări în principiu necunoscute la înaintare (singurele obiecte care se pot întâlni nu prezintă importanță unde lasă loc unei descrieri preliminare asemenea definiției unui obstacol sau a unui obiect de interes….) și nu se poate face economie la captare ținând cont de trei dimensiuni ale spațiului real.

Fig 1.2.2. Locomoție de tip râmă

Fig 1.2.4. Locomoție de tip peristaltic.

Robotul trebuie deci să fie capabil să analizeze mediul său în ansamblu și local.

Analiza în ansamblu are ca scop de a da sistemului de navigație poziția, orientarea și numele obiectelor înțelese prin sistemul său senzorial. El merge astfel treptat cu explorarea sa să construiască un model de mediu.

Analiza locală pune în joc captatorii dând robotului o informație suficientă pentru o sarcină locală, nefiind necesar să facă apel la captatorii cu domenii complexe utilizați în analiza globală. Se va găsi mai presus de orice captatori tactili și proximetri de tehnici diverse cu sau fără telemetrie asociată.

1.2.3. Funcția de localizare

Dacă la un raport cu loc fix, funcția de manipulare face corespondentul funcției de locomoție pentru un robot mobil, dacă mai mult, robotul cu loc fix se poate mulțumi cu un sistem de percepție mai simplu decât acela al robotului mobil (fără necesitatea absolută de vedere 3D într-o mare clasă de aplicații), în schimb solitar robotul mobil are nevoie de localizarea sa adică, în deplasarea sa, de a cunoaște cu exactitate poziția și orientarea sa în raport cu un reper pe care îl avea stabilit înaintea ultimei sale deplasări (localizarea relativă).

Localizarea absolută se transmite prin punerea la loc în universul balizelor așezate pe amplasamentele reperelor de înaintare.

Acestea pot fi reflectoare pasive dacă sistemul de măsură antrenat este de exemplu un captator activ infra-roșu. Acestea pot fi urme pe sol sau mine pe pereți detectate de videocaptoare. Acestea pot fi deopotrivă balize active luminoase etc.

Pentru aplicațiile practice în interiorul clădirilor, se utlizează fie linii albe continui în care vehiculul se calează cu atenție, fie fire de metal introduse în sol detectate de o buclă electromagnetică. (vehicul firoghidat).

Robotul având o orientare fixă în raport cu aceste fire de metal sau legături, problema localizării absolute devine trivială și acesta cu atât mai mult cu cât aplicațiile nu sunt exignte în general la cunoșterea acestei localizări în permanență, dar numai acelea care corespund cunoașterii că robotul este într-un anumit sector. Efectiv se descompune traseul în segmente succesive prin captatorii care semnalizează trecerea robotului. Este cam la fel ca la căile ferate.

Atunci când nu întâlnește linii continui, localizarea absolută se face prin triangulație la plecarea din pozițiile de referință legate de mediu.

Localizarea relativă este caracterizată prin reducerea distanței cu evaluarea cuprinsă între poziția precedentă și poziția actuală a robotului. Se poate deci să se permită o precizie de măsurare mai mică decât la localizarea absolută.

Cu toate că se poate utiliza compasul magnetic și sistemele giroscopice cu inerție, metoda cea mai obișnuită este fondată pe odometrie care permite estimarea itinerariului parcurs de roți. Pentru acestea roțile sunt echipate cu captatori optici încorporați dând poziția (sau mai bine cu vitezometre dând viteza pe care o integrează).

Măsurarea este cu atât mai mult încărcată de erori cu cât roțile sunt în contact cu suprafețele neregulate și că ele sunt capabile ,, să patineze”.

La aceste trei funcții de locomoție, de percepție și de localizare, trebuie adăugată funcția de securitate deoarece este întotdeauna periculos de a lăsa un automobil în totalitate liber. Sistemele de securitate sunt de tipul ,,oprit pe contact” (bare de protecție sensibile).

Oprirea se produce atunci dacă distanța dintre un obstacol și robot este atinsă. Această distanță se măsoară pornind de la barierele poximetrice până la infraroșii sau ultrasunete.

Studiul teoretic al rostogolirii fară alunecare.

Rostogolirea pe un plan orizontal.

Dacă facem obținem imobilitate pentru cilindru, adică cilindrul circular, omogen, greu, așezat fară viteză ințială, pe un plan orizontal rămâne imobil. Pentru a–i provoca rostogolirea va trebui să aplicăm forțe potrivite.

y

O A x

Reducând cilindrul la secțiunea sa dreaptă ne vom ocupa de mișcarea discului circular, greu, omogen, de centruși de rază R, în planul vertical xOy (figura 1.3.1 ), discul fiind obligat a rămâne tangent necontenit la orizontala Ox.

Vom presupune că în afară de greutatea proprie G și de reacțiunea normală N în punctul de sprijin A mai lucrează asupra discului un sistem de forțe situate în planul discului, forțe care care se pot reduce la un torsor în O’exprimat printr-o forță aplicată în O’, de proiecții pe axele de coordonate , și la un cuplu de moment normal la planul xOy.

Vom presupune că sub acțiunea acestor forțe, discul capătă viteza orizontală aplicată în centrul O’, precum și o rotație în planul său, în jurul centrului O’, de viteză unghiulară .

Vom indica în figură prin săgețile curbilinii și sensul pozitiv al momentului respectiv al rotației discului de viteză unghiulară .

În punctul A de tangență discul are tendința de a aluneca pe Ox.

Vom nota cu v’ viteza de alunecare a punctului A aparținând discului, pe axa Ox.

Între mărimile v, și v’ exista o relație care se poate stabili imediat dacă observăm că viteza de rotație a punctului A (viteza absolută) poate fi considerată ca fiind rezultanta dintre viteza de rotație în jurul centrului O’ (viteza relativă), care este egală cu – și dintre viteza v a centrului O’ (viteza de transport ).

Vom avea deci

v’ =v – ( 1.1 )

Viteza de aunecare v’ sau numai tendința punctului A de a luneca pe Ox va da naștere unei forțe de frecare , aplicată în punctul de contact A, așezată în lungul axei Ox și dirijată în sens invers vitezei v’ (sau tendinței de alunecare în cazul în care v’ este nul ).

Presupunem semnul luiinclus în simbolul .

Vom mai presupune ca rostogolirea sau chiar numai tendința de rostogolire a discului pe axa Ox dă naștere frecării de rostogolire de moment C, cărei valoare maximă (în cazul rostogolirii) este egală cu sN , s fiind coeficientul de frecare de rostogolire.

Teorema mișcării centrului de greutate O’ al discului, proiectată pe cele două axa de coordonate ne va da

( 1.2 )

O=N – G + ( 1.3 )

iar teorema momentului cinetic față de centrul de greutate O’ al discului se va exprima prin relația

( 1.4 )

unde am notat cu J momentul de inerție al discului față de centrul O’ și cu diferența dintre momentul M al cuplului motor și frecarea de rostogolire C,

( 1.5 )

Eliminând pe intre ecuațiile ( 1.2 ) și ( 1.3 ) obținem

( 1.6 )

Ecuația ( 1.3 ) ne va da expresia reacțiunii normale N

N=G – ( 1.7 )

Mărimea N va fi pozitivă dacă presupunem .

Vom mai presupune în cele ce urmează că torsorul este constant , adică mărimile sunt constante.

Cazul rostogolirii fară alunecare . Ne propunem a studia posibilitatea unei rostogoliri a discului, fară alunecare.

Să notăm cu valorile inițiale (t=0) ale mărimilor v, respectiv.

Vom presupune că aceste mărimi sunt pozitive și că între ele există relația

( 1.8 )

impusă de condiția rostogolirii fară alunecare.

Vom arăta că în acest caz este posibilă în anumite condiții o rostogolire fară alunecare, adică o relație permanentă

( 1.9 )

între v și. Relația ( 1.6 ) ne va da deci

iar prin integrare

( 1.10 )

Rezultă pentru v dat de ( 1.9 ) și ( 1.10 ) expresia

( 1.11 )

Se poate verifica lesne că expresiile ( 1.10 ) și ( 1.11 ) ale mărimilor și v verifică ecuațiile ( 1.2 ) și ( 1.3 ) și că ele sunt valabile și in cazul particular cu condiția de a lua pentru forța de frecare valoarea ( 1.12 )

Însă pentru ca această expresie a lui să fie admisibilă, ea nu trebuie să depășească în valoarea absolută mărimea fiind coeficientul de frecare de alunecare.

Deci pentru ca mișcare să fie posibilă, trebuie să avem

( 1.13 )

ceea ce se mai poate pune sub forma

( 1.14 )

unde am notat

( 1.15 )

În cazul în care mărimea îndeplinește condiția ( 1.15 ) soluția problemei este dată de formulele ( 1.10 ) și ( 1.11 ) ; discul are o rostogolire fară alunecare, adică o rostogolire pură.

Din formulele ( 1.10 ) și ( 1.11 ) deducem ca dacă mărimea satisface relația

( 1.16 )

mărimile și v rămân tot timpul pozitive, fară a se anula vreodată și că deci mișcarea de rostogolire va dura la infinit.

Viteza de rotație va crește proporțional cu timpul sau în cazul semnului egal în ( 1.16 ), se va menține constantă.

Dacă însă în loc de relația ( 1.16 ) am avea relația

, ( 1.17 )

atunci mișcarea de rostogolire ar dura numai până în momentul dat de

( 1.18 )

În acel moment atât v, cât și se anulează, deci discul devine imposibil

Pentru va trebui să revenim la formulele ( 1.10 ) și ( 1.11 ) în care vom presupune că timpul este socotit din momentul , iar vitezele inițiate sunt ambale nule ( un caz particular al acelui studiat).

Rezultă că vom avea tot timpul o rostogolire în sens negativ dacă , unde vom fi înlocuit pe C prin – ; în cazul

-, ( 1.19 )

va rămâne în stare de imobilitate tot timpul .

În concluzie, dacă condiția () este îndeplinită, discul se va rostogoli tot timpul fară alunecare , și anume , în cazul în sens pozitiv , uniform accelerat, iar în cazul rostogolirea va fi uniform întârziată, trecând prin zero și schimbându-și sensul.

Aceste consecințe le-am dedus în ipoteza că mărimea îndeplinește condiția ( 1.14 ).

Studii de caz ale unor roboți mobili realizați.

În acest subcapitol vor fi prezentate o serie de studii de caz în care sunt descrise particularitățile constructiv-funcționale ale unor roboți mobili deja construți și experimentați.

Studiu de caz 1.

Sistem locomotor bazat pe 2 șenile.

Motor dotat cu reductor mecanic cu roți dințate, raport de transmitere 1:64.

Mișcarea de rotație a grupului moto-reductor este controlată de poziție, utilizându-se un encoder.

Șenilele netede realizate dintr-o transmisie cu curea rotundă.

Sursa de energie indusă platformei robotului.

Sistem de comunicare realizat prin radio-modem (4800 baud)

Sistem de percepție ce include:

Sonar ( 8 unități) emito-receptor în ultrasunete, dispuse simetric după o circumferință.

Senzor de lumină emito-recepție (unghi 360º) cu putere de receptare până la 1,2 m.

Sistem de comandă și control dezvoltat în jurul unui microcontroler PIC 1673.

Studiu de caz 2.

Sistem locomotor bazat pe 2 șenile.

Motor dotat cu reductor mecanic cu roți dințate, raport de transmitere 1:64.

Mișcarea de rotație a grupului moto-reductor este controlată de poziție, utilizându-se un encoder.

Șenilele netede realizate dintr-o transmisie cu curea rotundă.

Sursa de energie indusă platformei robotului.

Sistem de comunicare realizat prin radio-modem (4800 baud)

Sistem de percepție ce include:

e) Sonar ( 8 unități) emito-receptor în ultrasunete, dispuse simetric după o circumferință.

f) Senzorul de lumină este compus din mai multe zone de recepție dispuse după un tablou circular (unghi 360º) cu putere de receptare până la 1,5 m.

Sistem de comandă și control dezvoltat în jurul unui microcontroler PIC 1673.

Studiu de caz 3.

Sistem locomotor bazat pe 2 șenile.

Motor dotat cu reductor mecanic cu roți dințate, raport de transmitere 1:64.

Mișcarea de rotație a grupului moto-reductor este controlată de poziție, utilizându-se un encoder.

Șenilele netede realizate dintr-o transmisie cu curea rotundă.

Sursa de energie indusă platformei robotului.

Sistem de comunicare realizat prin radio-modem (4800 baud)

Sistem de percepție ce include:

Senzor de temperatură.

Senzor pyro pentru detectarea focului.

Senzor de lumină emito-recepție (unghi 360º) cu putere de receptare până la 1,2 m

Sistem de comandă și control dezvoltat în jurul unui microcontroler PIC 1673.

Studiu de caz 4.

Sistem locomotor bazat pe 2 șenile.

Motor dotat cu reductor mecanic cu roți dințate, raport de transmitere 1:64.

Mișcarea de rotație a grupului moto-reductor este controlată de poziție, utilizându-se un encoder.

Șenilele netede realizate dintr-o transmisie cu curea rotundă.

Sursa de energie indusă platformei robotului.

Sistem de comunicare realizat prin radio-modem (4800 baud)

Sistem de percepție ce include:

Video cameră și transmițător video.

Senzor de lumină emito-recepție (unghi 360º) cu putere de receptare până la 1,2 m.

Sistem de comandă și control dezvoltat în jurul unui microcontroler PIC 1673.

Studiu de caz 5.

Sistem locomotor bazat pe 2 șenile.

Motor dotat cu reductor mecanic cu roți dințate, raport de transmitere 1:64.

Mișcarea de rotație a grupului moto-reductor este controlată de poziție, utilizându-se un encoder.

Șenilele netede realizate dintr-o transmisie cu curea rotundă.

Sursa de energie indusă platformei robotului.

Sistem de comunicare realizat prin radio-modem (4800 baud)

Sistem de percepție ce include:

Sonar ( 8 unități) emito-receptor în ultrasunete, dispuse simetric după o circumferință.

Senzor de lumină emito-recepție (unghi 360º) cu putere de receptare până la 1,2 m, fluxul luminos emis se face intermitent.

Detector LASER.

Sistem de comandă și control dezvoltat în jurul unui microcontroler PIC 1673.

Studiu de caz 6.

Sistem locomotor bazat pe 2 șenile.

Motor dotat cu reductor mecanic cu roți dințate, raport de transmitere 1:64.

Mișcarea de rotație a grupului moto-reductor este controlată de poziție, utilizându-se un encoder.

Șenilele netede realizate dintr-o transmisie cu curea rotundă.

Sursa de energie indusă platformei robotului.

Sistem de comunicare realizat prin radio-modem (4800 baud)

Sistem de percepție ce include:

Sonar ( 8 unități) emito-receptor în ultrasunete, dispuse simetric după o circumferință.

Senzor de lumină emito-recepție (unghi 360º) cu putere de receptare până la 1,2 m.

Detector în infraroșu, cu interval de detecție 10-85cm.

Sistem de comandă și control dezvoltat în jurul unui microcontroler PIC 1673.

Studiu de caz 7.

Acest caz prezintă un modul de comandă-control al unui robot mobil, pentru care funcția de comunicare cu baza aplicației ce integrează robotul se realizează prin transmiterea radio.

După cum se poate observa, sistemul presupune o structură ierarhizată de procesare.

Un procesor principal care include algoritmi globali ai aplicației și un procesor destinat exclusiv comandării – controlării mișcării specifice subsistemului locomotor.

Studiu de caz 8.

Acest caz prezintă modul de percepție ce poate determina un robot mobil, format din:

emitor – receptor luminos, cu senzor de lumină și sursă continuă.

cameră de luat vederi și sistem Xmitter de transmitere video.

Studiu de caz 9

Robot mobil cu sistem locomotor pe roți, mai exact 4 (patru), două roți sunt doar de sprijin, și celelalte două roți sunt atât de propulsie cât și de ghidare.

Structura roților motoare este una robustă, motoarele de propulsie fiind montate direct pe butucul roților.

Ghidarea presupune o transmitere conică ce face legătura dintre motorul destinat acționării, ghidării și axa de pivotare a grupului roată motoare – motor propulsor.

O altă remarcă, valabilă și în cazurile precedente: Cablajul electronic constituie în același timp și platforma mecanică pe care se amplasează organologia specifică robotului.

Studiu de caz 10.

Robotul mobil din acest caz este propulsat prin intermediul unui sistem locomotor bazat tot pe roți.

Diferența față de cazul anterior constă în faptul că roțile motoare sunt dispuse central, nu la o extremitate a platformei robotului. Astfel că ghidarea va fi realizată după alte principii.

În acestă figură a acestui caz se poate observa că, robotul se sprijină în principal pe cele două roți motoare centrale și un pinten suport, ce închide triunghiul de așezare pe planul mișcării.

Se intuiește faptul că deplasarea este unisens (dinspre suport către roți).

Tema de proiectare

Să se proiecteze un robot mobil destinat studiilor de laborator domeniului ROBOȚI MOBILI , urmărind datele și caracteristicile tehnice expuse în cele ce urmează :

Masa maximă a robotului mobil per ansamblu :

Viteza maximă impusă :

Raza minimă a curbării traiectoriei :

Sistemul locomotor :

tracțiune cu roți

Senzori de proximitate pentru detecție obstacole.

Transmisie radio a semnalelor de comandă / control.

Breviar de calcule mecanice

3.1. Calcule analitice necesare calcului coordonatelor centrului de masă al robotului.

Proiectarea structurii mecanice a robotului. Schema cinematică adoptată.

În cazul sistemului locomtor cu elemente de propulsie direcționate fix intră vehicule ale căror roți motoare nu ghidabile, poziția lor relativă față de platformă fiind aceeași pe parcursul mișcării întregului sistem robot. Ghidarea platformei pentru executarea traiectoriei impuse de sistemul de conducere , se poate realiza prin blocarea unor roți motoare simultan cu acționarea altora pentru a realiza virarea întregii platforme față de un centru de rotație.

Pentru robotul de față, după efectuarea studiuului documentelor din capitolul 1, s-a recurs la modelul:

roți tractoare (motoare) dispuse central platformei,

acționarea independentă pentru fiecare dintre acestea,

ghidarea robotului prin aplicarea unor viteze de rotație și sensuri diferite celor două roți.

z y

x

YG

Fig. 3.1.1 Structura mecanică a robotului

1,2 – Roți motoare 7 – Platformă suport

3,4 – Motoare de acționare 8,9 – Transmisii de curea

5,6 – Lăgăruiri 10,11 – Roți de sprijin

XG ,YG – Dimensiuni de gabarit ale întregului robot mobil.

La acest tip de sistem locomotor, roțile de propulsie (motoare ) înmagazinează și rolul de ghidare pe traiectorie a întregului sistem robot mobil, deși direcționarea lor față de platforma este fix constructiv.

Ghidarea presupune blocarea secvențială a câte uneia dintre cele două roți propulsoare concomitent cu acționarea (antrenarea celeilalte).

Astfel, punctul teoretic de contact dintre roata blocată și sol devine centru de rotație pentru întreaga structură a robotului mobil.

Acest tip de ghidare pe traiectorie are un aspect “ sacadat“, fară posibilitatea de schimbări “ line“ ale traseului.

Aproximarea maselor elementelor componente.(Model teoretic).

Elementele principale sunt prezentate în SG 005, SG 006 și amplasarea centrelor de masă față de un anumit sistem de referință în SG 007.

Modelul de calcul masă roată motoare Material : plastic

ФФФФ

( 3.1 )

Notă:

Modelul de calcul masă motoare

Material : metalic (se consideră oțel)

( 3.2 )

Notă :

Modelul de calcul al masei platformei suport

Material : plastic ( 3.3 )

Pentru mase se face următoarele considerații :

se prezintă masele componentelor ce se atașează platformei robotului constituit din elementele ( și ).

– reprezintă masa amsamblului atașat denumit : sursă de energie care reprezintă baterii.

– va fi cunoscută exactă deoarece reprezintă o serie de elemente preluate din comerț, iar caracteristicile lor legate de masă, pot fi determinate înainte de a fi utilizate.

– reprezintă masa ansamblului atașat denumit “ Sistem de comandă și control”

– reprezintă masa ansamblului atașat denumit “ Dotare senzorială “

, : se vor neglija, valorile lor fiind mult mai mici în comparație cu cele ale restului de elemente.

După introducerea datelor și efectuarea calculelor se obțin :

= 0,05 [kg]

= 0,05 [kg]

= 0,03 [kg]

= 0,03 [kg]

= 0,35 [kg]

= 0,25 [kg]

= 0,1 [kg]

= 0,1 [kg]

În cazul de față, dotarea senzorială nu există, dar masa nu se ia în calcul astfel încât la o dotare ulterioară, rezerva de putere să fie suficientă. Valoarea maselor este cea masurată prin cântărire efectivă.

Deci masa totală a robotului va fi luată în calculele ce urmează la valoarea :

0,645 [kg] ( 3.4 )

Calculul coordonatelor centrului de masă al robotului.

Se vor urmări suporturile grafice SG 006 și SG 007, notațiile fiind cele prezentate.

Formulele de calcul utilizate sunt :

( 3.5 )

( 3.6 )

( 3.7 )

Coordonatele individuale ale fiecărui centru de masă elementar sunt:

= 117 [mm] = -18 [mm] = 16 [mm]

= 15 [mm] = 18 [mm] = 16 [mm]

= 65,5 [mm] = -73 [mm] = 3 [mm]

= 65,5 [mm] = 73 [mm] = 3 [mm]

= 65,5 [mm] = 0 [mm] = 0 [mm]

= 65,5 [mm] = 0 [mm] = 14 [mm]

= 65,5 [mm] = 0 [mm] = 36,5 [mm]

= 65,5 [mm] = 0 [mm] = 59 [mm]

După efectuarea calculelor :

= 65,5 [m]

= 0 [m]

= 23 [m]

3.2. Calculul momentului motor necesar. (Calcul energetic).

După cum se poate observa în suportul grafic SG 004 (desenul de ansamblu), precum și în schema cinematică, robotul are 4 roți, din care 2 motoare și 2 auxiliare pentru sprijin.

În figura 3.2.1 este prezentat modelul de calcul energetic aferent robotului mobil prezentat.

P

Figura.3.2.1 Modelul de calcul energetic

Considerăm următoarele :

Greutatea întregului robot este :

(N) = 6,3 (N)

– Raza roții motoare este 0,07 (m)

– Greutatea unei roți motoare este :

0 (N) = 0,3 (N)

Neglijăm greutatea și inerția roților auxiliare;

– Rezistența aerului este luată în calcul prin cantitatea:

Se neglijează rezistența la rostogolire.

Ținând cont de toate aceste aspecte se aplică intr-o primă etapă:

ecuația diferențială a mișcării robotului mobil:

( 3.8 )

Ecuația cinetică a automobilului (robotului) este egală cu energia cinetică a carcasei și a roților.

Ținând seama de greutatea totală P și faptul că:

și – raza de inerție, a roții motoare, obținem:

,

deci:

(3.9 )

Printre forțele exterioare, numai forța exterioară rezistență a aerului efectuează un lucru mecanic, dacă neglijăm rezistența la rostogolire, lucrul mecanic al forțelor de frecare și dintre roți și sol fiind nul în acest caz (deoarece punctul de contact dintre roți și sol este centrul instantaneu de rotație).

Prin urmare:

( 3.10 )

unde: – cuantumul de deplasare.

Lucrul mecanic al forțelor exterioare (ale momentului motor și de frecare din lagăre) este:

(3.11 )

Înlocuind expresiile termenilor dE și dL este și în ecuația diferențială a mișcării robotului mobil și împărțind cei doi membri ai ei prin determinare, obținem:

, de unde,

simplificând prin , rezultă ecuația:

(3.12 )

Din relația [3.12] se poate explicita mărimea sau accelerația robotului mobil în mișcarea rectilinie.

Prin temă s-a impus ca accelerarea și decelerarea sunt identice. Astfel că :

, ceea ce implică : ,

După cum se observă în graficele de mai jos, palierul de viteză presupune .

Din relația (3.12) rezultă :

Calculul momentului rezistent

Cazul robotului de față, presupune o legăruire de alunecare, respectiv cazul unui lagăr radial.

Conform literaturii de specialitate :

unde (conform datelor din figura următoare ) :

r

Fig.3.2.2. Lagăr alunecare

T

S

– coeficient de frecare oțel – plastic = 0,05.

S – coeficient de frecare la rostogolire oțel – plastic = 0,008.

r – raza arborelui roții motoare = 1,5 (mm).

P – greutatea repartizată pe roată = (4 roți ).

Deci :

=0,0126 ( )

Deci , pentru a dezvolta o viteză :

(impusă de temă),

la un coeficient k=1 rezultă o valoare a momentului motor :

( )

( )

Raportul de transmisie este de 1:4

=12,5 (

Această valoare va fi utilizată pentru alegerea motorului de acționare.

Acesta este condiția necesară alegerii motorului

Sa ales motorul de curent continuu din anexa 1 atașată la proiect.

Ținem cont de frecările din lagărele fiecărei roți (fie motoare, fie auxiliare) prin cantitatea :

50 [N·cm]

În figura 3.2.3 este prezentat graficul evoluției vitezei robotului mobil pe un segment impus de traiectorie:

τ

τ

Figura 3.2.3. Evoluția vitezei și accelerației.

Studiul traiectoriei posibile a robotului mobil.

Robotul mobil cu sistem locomotor pe roți este prezentat în principal la nivelul parametrilor definitorii ai traiectoriei în spațiul aplicației în care acesta este integrat figura 3.3.1

Ansamblul pe roți determină mișcarea pe direcția proprie de rulare, transferând această direcție de mișcare a robotului ca tot unitar în care acesta este integrat, care este de fapt, suportul vectorului viteză al ansamblului pe roți.

Pentru schimbarea direcției de mișcare este necesar a se introduce un al doilea parametru, și anume unghiul teta.

Acest unghi este unul absolut, măsurat având ca reper una dintre axele sistemului de referință ale aplicației robotizate.

Generarea traiectoriei presupune varierea acestor doi parametri ai robotului, respective viteza v a sistemului de propulsie pe roți și unghiul teta ce definește direcția vectorului v.

Se stabilește analitic valoarea modului vectorului viteză v, funcție de turația motorului de acționare, transmisia mecanică intermediară și geometria sistemului pe roți.

Tipurile traiectoriei robotului pe roți

În funcție de modul de variere al parametrului teta, se disting două tipuri de locomoție:

locomoția secvențială (figura 3.3.2,a) – traiectoria este o reuniune de segmente

Parametrul teta: modul de variere este secvențial;

Pe fiecare segment al traiectoriei se va atinge viteza maximă impusă respectându – se trapezul vitezei, ceea ce impune o anumită pantă a acelerației și o anumită pantă a deccelerației.

– locomoție continuă (figura.3.3.2,b) – traiectoria este continuă și este generată după o lege de mișcare:

Parametrul teta: modul de variere este continuu;

Figura.3.3.2 Traiectoria robotului mobil pe roți

Corectarea traiectoriei

Corectarea traiectoriei se realizează prin intermediul unui feed – back ce are ca suport o transmisie radio a datelor efective pe care sistemul de calcul încorporate robotului le ia în considerare la stabilirea corecțiilor de traiectorie.

Sistemul de comandă al robotului include un microcontroler pentru a se rula o serie de rutine specifice de calcul a coordonatelor parametrilor de traiectorie, precum și de citire a datelor de la senzori și emiterea semnalelor de comandă corespunzătoare. Pentru lărgirea capacităților de memorare a parametrilor vehiculați, se atașează o memorie electronică de tip EEPROM.

Transmiterea datelor și recepționarea acestora către și dinspre sistemul de referință al aplicației globale, se efectuează prin intermediul unui sistem de emisie/recepție.

Către motoare se emit o serie de semnale ce trec printr – un bloc de amplificare denumit bloc electronic de comandă și control, acest bloc este abreviat cu BECCM. Motoarele comunică cu acest bloc, în sensul raportării poziției șivitezei prin intermediul unor traductoare de rotație și a unor tahogeneratoare.

Robotul este dotat cu un sistem de senzori prin intermediul căruia sunt captate informațiile necesare dezvoltării aplicației globale. Toate aceste semnale captate prin intermediul senzorilor sunt preluate de microcontroler și tranmise prin blocul de emisie/recepție către sistemul global de conducere al aplicației robotizate.

Datorită diferitelor cauze, traiectoria robotului poate suferi diferite abateri de la traseul impus prin grila de comenzi emise, aceste abateri trebuie corectate de către întregul sistem, ceea ce presupune calcularea unor valori de corecție a coordonatelor punctelor prin care trebuie să ajungă robotul.

Verificarea situației de răsturnare

z

Fcf x

G y

P

a

Figura 3.4.1. Schema situației de răsturnare

= valoare impusă

Figura 3.4.2. Schema situației traiectoriei curbe

Problema răsturnării este reală în cazul oricărui vehicul cu deplasare la sol. În cazul de față , spațiul pe care este rulată mișcarea robotului este plan neted , deci nu se pune problema răsturnării datorată înclinărilor sau obstacolelor tip denivelari brusc apărute în calea robotului.

Problema răsturnării poate interveni în cazul în care fața centrifugă ce apare la mișcarea circulară depășește o anumită valoare ce poate implica un moment mai mare decât cel invers generat de fața de greutatea proprie a robotului.

Deci condiția utilizată la verificare situației de răsturnare este ( figura 3.4.1 ).

( 3.13 )

Expresiile celor două momente sunt :

(3.14 )

( 3.15 )

Expresia forței centrifuge este :

( figura 3.4.2 ) ( 3.16 ) unde :

( kg )

unde :

( din tema de proiectare )

m ( din tema de proiectare)

deci:

deci: ( N )

Din datele geometrice ale ansamblului robot și calculele anterioare :

( mm)

unde :

– coordonata centrului de masă calculat la subcapitolul 3.1.

c – cotă față de sol a centrului sistemului de referință față de care s–au calculat coordonatele centrului de masă ( se măsoară pe desenul de ansamblu ).

( mm )

deci : ( )

( )

După cum se poate observa din aceste valori : >>>

Concluzia asupra situației de rasturnare : nu există nici pe departe pericolul răsturnării.

Sistemul de acționare al robotului mobil.

4.1. Motorul de curent continuu.

Mașina de curent continuu cunoaște o mare răspândire în sistemele de acționare electrică, datorită caracteristicilor electromecanice avantajoase pe care le prezintă.

Mașina de curent continuu este utilizată atât în regim de motor cât și în regim de generator; regimul de frână este întâlnit numai incidental în funcționarea mașinii de curent continuu.

În mașina de curent continuu câmpul inductor este fix față de armătura inductoare, realizată ca stator. Câmpul inductor poate fi produs cu ajutorul curentului continuu sau cu ajutorul magneților pemanenți (la puteri mici).

Înfășurarea prin care trece curentul continuu pentru producerea câmpului inductor se numește înfășurare de excitație, iar curentul respectiv, curent de excitație.Indusul mașinii de curent continuu, realizat pe rotor, este prevăzut cu o înfășurare de curent continuu (de tip închis), conectată la colector, organ caracteristic și indinspensabil al mașinii de curent continuu, care are rolul de a redresa curentul alternativ al indusului pentru a da în circuitul exterior un curent continuu.

Înfășurarea de excitație a mașinii de curent continuu poate fi alimentată în diferite moduri : de la surse exterioare mașinii (fig.4.1.1.a), când se spune că mașina are excitație separată, sau chiar de la bornele mașinii, când se spune că mașina este autoexcitată.După modul de conectare al înfășurării de excitație mașinile cu autoexcitație pot fi excitate în paralel sau în derivație (fig.4.1.1.b), cu excitație în serie (fig.4.1.1.c), sau cu excitație compund (fig.4.1.1,d).

Fig 4.1.1. Conexiunile mașinilor de curent continuu:

a – cu excitație separată; b – cu excitație derivație, c – cu excitație serie; d – cu exicitație mixtă.

Regimul nominal de funcționare al mașinii de curent continuu se caracterizează prin mărimile nominale, pentru care a fost dimensionată mașina și care sunt înscrise pe plăcuța indicatoare a

mașinii : regimul de funcționare (generator, motor) ; puterea în kW; la generatoare puterea electrică la borne, la motoare, puterea mecanică la arbore; curentul la bornele principale în A; tensiunea la borne în V respectiv în A; regimul de lucru (de durată, intermitent, scurtă durată).

Ca generator mașina de curent continuu nu mai prezintă o importanță energetică, această utilizare a ei fiind din ce în ce mai redusă, existând tendința de a produce curent continuu prin redresarea curentului alternativ.

Mașina de curent continuu spre deosebire de redresor realizează și o conversie electromagnetică a energiei. Generatorul de curent continuu se folosește în energetică mai ales ca excitatoare și ca subexcitatoare.

Motoarele de curent continuu se folosesc pe scară largă în diferite sisteme de acționare electrică cu turația variabilă și in tracțiunea electrică : laminoare reversibile, sisteme de urmărire, mașini de extracție (ascensoare miniere), excavatoare, tramvaie, troleibuze, locomotive electrice.

Deși s–au încercat numeroase soluții pentru înlocuirea motorului de curent continuu cu motoare de curent alternativ, până în prezent nu s–a găsit o soluție mulțumitoare din toate punctele de vedere. Puterea unitară maximă a motoarelor de curent continuu utilizate în prezent este de aproximativ 10 MW (la laminoare reversibile și la tunele aerodinamice).

Mașina de curent continuu se compune constructiv din două părți: statorul, care cuprinde carcasa cu scuturile portlagăr și sistemul inductor cu poli aparenți; rotorul realizat ca indus al mașinii prevăzut cu colector.

Indusul mașinii de curent continuu este magnetizat alternativ datorită rotirii lui în câmpul inductor. De aceea miezul indusului este realizat din tole de oțel electrotehnic, de 0,5 mm grosime, izolate între ele cu lac sau cu oxizi.

La periferia miezului indusului sunt practicate crestături, sub forma unor canale logitudinale deschise sau semiînchise, prima formă prezentând avantaje tehnologice deoarece ușurează așezarea înfășurării în crestături.

În crestături este dispusă înfășurarea indusului, ale cărui conductoare sunt legate după anumite reguli la lamelele colectorului.

Colectorul constă din lamele din cupru ecruisat de secțiune trapezoidală, izolate unele față de celelalte cu micatină și față de inelele se strângere speciele, cilindrice sau conice, care le consolidează în formă de coroană circulară. Indusul și colectorul se fixează pe arborele mașinii direct sau prin intermediul unor bucșe.

Tot pe arbore se fixează și ventilatorul. Inductorul este format din polii principali sau poli inductori și din polii auxiliari sau poli de comutație.

Polii principali servesc la crearea câmpului inductor. Ei au un miez pe care sunt așezate bobinele de excitație concentrate, iar în partea către întrefier sunt prevăzuți cu piese polare, care asigură o repartiție mai favorabilă a inducției magnetice în întrefier.

Polii inductori pot fi din oțel masiv sau ștanțați din tole de oțel de 1 – 2 mm grosime, ultima soluție prezentând avantaje tehnologice.

Polii principali sunt fixați cu buloane de jugul statoric, care adesea joacă rol de comutație se realizează de regulă din oțel și sunt prinși de jug prin buloane.

Pe polii de comutație se disspune o înfășurare conectată în serie cu înfășurarea indusului. La mașinile de putere mai mare, în piesele polare ale polilor inductori se dispune în crestături o înfășurare de compensare în serie cu înfășurarea indusului.

Pe suprafața exterioară a colectorului calcă periile realizate prin sinterizare din grafit artificial sau din pulberi metalografitice. Periile sunt ghidate de portperii , prevăzute cu arcuri care apasă periile pe suprafața colectorului cu o anumită forță. Portperiile sunt așezate pe tije de susținere fixate izolat pe un colier.

Colierul se fixează de regulă pe un scut sau pe o piesă de ghidare, solidară cu carcasa și poate fi rotit în anumite limite pentru a aduce periile în pozitia necesară unei funcșionări corecte a mașinii.

Capetele înfășurării mașinii și tijele periilor sunt legate la borne fixate pe o placa de borne solidară cu carcasa, fiind de regulă protejate într-o cutie de borne.

4.2. Cuplul electromagnetic al mașinii de curent continuu.

Pentru calculul cuplului electromagnetic care se exercită asupra rotorului relația , particularizată pentru cazul în care câmpul magnetic inductur nu depinde de timp, adică , iar curentul prin secție este constant și parcurge toate secțiile înseriate care formează o cale de curent.

Cuplul care se exercită asupra unei secții oarecare de indice i care:

Cuplul electromagnetic care se exercită asupra celor secții dintr- o cale de curent este :

Se constată că cuplulelectromagnetic exercitat asupra tuturor secțiilor unei căi de curent este constant în timp. Cuplul care acționează asupra tuturor celor 2 a căi de curent este :

unde iar este curentul la perie care se distribuie în mod egal pe cele 2 a căi de curent conectate în paralel față de perii.

Prin urmare cuplul electromagnetic care se exercită asupra rotorului mașinii de curent continuu este proporțional cu fluxul magnetic și curentul și nu depinde de turația n.

Sensul cuplului electromagnetic se determină cu ajutorul vectorului , unde este densitatea de curent din conductoare; sensurile adoptate pentru curent și pentru câmpul magnetic corespund regimului de generator (fig. 4.2.1).

4.3 Diagrama energetică a motorului

Mașina de curent continuu poate funcționa și în regim de motor electric. Motorul electric transformă puterea electrică primită de la o rețea electrică în putere mecanică prin intermediul cîmpului electromagnetic.

Fie o mașină de curent continuu cu excitație separată funcționând ca generator, care debitează curentul într-o rețea de curent continuu cu tensiunea atunci .

Micșorând treptat diferența între t.em. E și tensiunea U (micșorând turația sau fluxul magnetic inductor, sau tensiunea ).curentul va scădea treptat păna la zero și apoi va schimba de semn dacă determinnând și schimbarea de semn a puterii electrice .

Astfel mașina trece din regimul de generator în regim de motor și primește putere de la rețea. În regimul de motor, cuplul electromagnetic schimbă semn și acționează asupra rotorului în sensul de rotație (cuplul activ).

În regimul de motor sensurile de referință ale tensiunii la borne și ale curentului se asociază dupăregula de la receptoare (fig 4.3.1).

Ecuațiile motorului în regim staționar rîmân de aceeași formă ca și la generator cu precizarea că schimbă de semn :

Căderea de tensiune schimbă de semn odată cu .

După modul de conectare a înfășurării de excitație se disting: motoare cu excitație separată,motoare cu excitație derivație, motoare cu excitație serie și motoare cu excitație mixtă.

Când alimentarea motorului se face de la o sursă de tensiune constantă nu există deosebire între motorul cu excitație separată și motorul cu excitație derivație.

Ecuația cuplurilor la viteza de rotație constantă este : este cuplul dezvoltat la ax pentru a învinge cuplul rezistent al instalației antrenate. Înmulțind ecuația cuplurilor cu se obține ecuația puterilor

este puterea utilă la arbore .

Puterea electromagnetică se poate pune sub forma :

unde este puterea absorbită de motor de la rețea ; sunt pierderile Joule în rezistența la perii și în rezistența R este puterea transformată în caldură prin efect Joule în înfășurarea de excitație.

Pe baza relațiilor de mai sus s-a construit diagrama energetică a motorului (fig .4.3.2 ) .

Randamentul motorului este :

Polaritatea polilor auxiliari se stabilește după aceeași regulă ca la generator și rezultă că parcurgând periferia rotorului în sensul de rotație, întâlnim întâi un pol auxiliar de polaritate opusă față de polul de excitație care urmează.

Motoarele de curent continuu prezintă o deosebită importanță în acționarea cu reglaj de ziteză, cunoscând în prezent o largă dezvoltare, ca fabricație și utilizare (tracțiunea electrică, acționarea mașinilor unelte, metalurgie, instalații de transport și ridicat).

Performanțele unui motor sunt determinate de caracteristicile de pornire, de funcționare, de frânare și de modificare a vitezei de rotație.

Caracteristicile motorului de curent continuu depind de modul de conectare al înfășurării de excitație; este importantă caracteristica mecanică care se aproximează cu Caracteristicile se studiază la tensiune constantă : .

Pornirea motorului de curent continuu cu excitație în derivație.

Pornirea motorului derivație se poate efectua fie cu ajutorul unui reostat conectat în serie cu indusul, fie prin alimentarea motorului de la o sursă cu tensiune reglabilă.

Curentul de pornire este mare în raport cu deoarece în momentul pornirii n=0 și deci t.e.m. este nulă.

Variația curentului în raport cu timpul, în intervalul de pornire se determină din ecuațiile:

Constanta de timp este redusă și curentul absorbit crește foarte repede până la o valoare maximă , de la care începe să scadă pe măsură ce crește turația , tinzând aperiodic sau osilant amortizant spre valoarea finală

Valoarea maximă a curentului depinde de momentul de inerție J. Dacă J este mare se realizează o pornire lentă și se apropie de valoarea .

Curentul ajunge la valoarea în aproximativ 0,02 s.

La motoarele derivație, trebuie să se conecteze mai întâi circuitul de excitație și după ce s-a stabilit fluxul magnetic, de regim se conectează circuitul indusului.

Astfel, pornirea are loc într-un interval de timp mai mare din cauza constantei de timp a îndășurării de excitație. Șocul de curent la pornire este periculos atât pentru motor din cauza comutației grele cât și pentru rețea mai ales dacă aceasta este de putere mică.

Odată cu șocul de curent are loc și un șoc de cuplu deoarece .

Pentru a limita curentul de pornire se folosesc reostate de pornire conectate în serie cu indusul, acăror rezistență poate fi variată în trepte sau continuu, în așa fel încât .

Această metodă de pornire este cea mai răspândită, fiind utilizată la motoarele cu puteri medii și mari (excepție fac motoarele de puteri foarte mari, de exemplu pentru caja laminoarelor, la care reostatele ar rezulta de dimensiuni exagerate și pierderile de energie ar fi importante 0.

Metoda se aplică la toate tipurile de motoare de curent continuu.

La conectarea rezistenței de pornire , caracteristica mecanică se schimbă conform relației devenind cu atât mai cazătoare cu cât este mai mare.

În figura 4.4.3. este prezentată schema de montaj a motorului derivație cu ajutorul căreia se explică pornire.În primul moment când toată rezistența reostatului de pornire este înseriată cu indusul motorului dezvoltă cuplul (curentul indus este ) și începe să accelereze conform carcteristicii mecanice 1.

Când cuplul dezvoltat de motor atinge valoare (curentul prin indus este ) se scurtcircuitează prima treaptă a reostatului (se închide ) și se înregistrează un nou șoc de curent și cuplu. Se pot dimensiona treptele reostatului astfel încât noul șoc de curent și cuplu să fie tot . viteza crește în continuare după caracteristica mecanică 2 care corespunde rezistenței de pornire .

În mod similar se scutcircuitează și celelalte trepte și motorul funcționeză în final pe caracteristica mecanică naturală , notată cu 5.

De obicei .

Pentru un cuplu de pornire mare trebuie ca fluxul magnetic de excitație să fie maxim, adică

Pornirea motorului prin alimentarea de la sursă reglabilă de tensiune este utilizată în instalații de mare putere și ăn unele acționări speciale sau în instalațiile care necesită un reglaj larg de turație; în privința randamentului este avantajoasă.

4.5. Reglajul turației motorului derivație.

Reglajul turației motorului derivație. Din relațiile (20 ) rezultă deci reglarea turației se face prin următoarele procedee :

– cu ajutorul unui reostat de rezistență reglabilă conectat în serie cu indusul, procedeu numit reglaj reostatic;

– prin reglarea tensiunii la bornele indusului;

– prin variația fluxului de excitație.

Reglajul reostatic păstrează turația de mers în gol ; această nu depinde de Odată cu variația rezistenței se modifică panta caracteristicii mecanice (fig.4.4.4 ), deoarece în acest caz .

Pentru se obține caracteristica mecanica naturală. Rezistența este dimensionată pentru regim de lungă durată (diferă de ).

Uneori rezistența de reglare se utilizează și ca rezistența de pornire, dar reciproca nu este valabilă. Prin acest procedeu se poate doar reduce turația motorului (sub ) , iar la sarcini reduse reglajul este instabil. Randamentul este scăzut datorită pierderilor în rezistența .

La același cuplu rezistent odată cu scăderea turației pierderile în infășurarea indusului rămân neschimbate și este necesar să se intensifice ventilația mașinii.

În acest scop, motoarele destinate să funcționeze timp îndelungat la o turație redusă se prevăd cu un sistem de ventilație exterioară forțată , ceea ce complică construcția mașinii.

Comutația este mai bună la viteze mai mici . Procedeul este economic îndeosebi la reglajul turației în limite restrânse (de la la ) și pentru un interval de timp relativ scurt. Metoda este destul de utilizată la motoare de puteri mici și mijlocii, mai ales în tracțiunea urbană.

Reglajul turației prin variația tensiunii la bornele indusului realizează modificarea turației de mers în gol cu păstrarea pantei caracteristicii mecanice (fig. 4.5.1 ) .

Reglajul este eficient la orice sarcină a mașinii. La motorul compensat se obține o familie de drepte paralele. Procedeul permite reducerea sau creșterea turației motorului, însă necesită prezența unei surse reglabile de curent continuu ceea ce sporește costul investiției.

Reglajul turației prin variația fluxului de excitație constă în introducerea unui reostat în circuitul de excitație care permite deplasarea caracteristicii mecanice (fig. 4.5.2 ); puterea reglată este relativ mică. Acest procedeu este eficient la sarcini reduse.

Dacă fluxul de excitație se micșorează simțitor, este posibil ca să crească mult și reacția indusului să aibă efecte mai puternice. Slăbirea fluxului magnetic are efecte negative asupra stabilității și comutației motorului. Totuși această metodă se folosește pentru mărimea turației până la de două ori turația nominală a motorului.

Se poate obține și o scădere a vitezei de rotație prin creșterea curentului de excitație, însă acesta poate conduce la încălziri ale înfășurări de excitație peste limita admisibilă.

Din cauza saturației, fluxul de excitației, fluxul de excitație nu crește sensibil la majorarea curentului de excitație și deci turația se micșorează destul de puțin.

Automatizarea impusă de prezența soluției constructivă a robotului mobil.

5.1.Reglarea și comanda automată.

Introducere – rolul tehnicilor de comandă și reglare automată.

Procesele industriale automatizate sunt caracterizate de prezența mașinilor și aparatelor cu funcționare automată, care alcătuiesc de cele mai multe ori instalații foarte complexe. La baza acestor procese automatizate sau a mijloacelor de automatizare moderne se află în mare parte tehnicile de reglare și comandă, precum și cele de prelucrare a datelor de proces. O caracteristică specifică a sistemelor de reglare și comandă o constituie faptul că în ele are loc modificarea, cu un anumit scop, a unor anumite mărim (semnale) însoțite de o prelucrare a informației, fapt ce a determinat introducerea noțiunii de cibernetică pentru tratarea unitară a proceselor de reglare și comandă automată din tehnică, natură și societate.

Întrucât tehnicile de reglare și comandă automată sunt în mare măsură independente de aparatura cu care se realizează, trebuie ca aceste domenii să fie subordonate științei sistemelor, motiv pentru care vor fi prezentate în continuare principalele considerații de bază din teoria sistemelor.

Deosebirea dintre comandă și reglare.

Reglarea este un proces în care o mărime, mărimea reglată, este sesizată (măsurată) continuu, comparată cu o altă mărime, mărimea de referință (de conducere) și în funcție de rezultatul acestei comparații se intervine în sensul aducerii mărimii reglate la valoarea celei de referință.

Modul de acțiune mai sus menționat are loc într-un circuit închis, numit și „buclă de reglare”.

Spre deosebire de acest lucru „comanda” este un proces ce se desfășoară într-un sistem în care una sau mai multe mărimi de intrare influențează mărimile de ieșire, pe baza legităților specifice sistemului. Caracteristic pentru procesul de comandă este desfășurarea lui în circuit deschis ,într-un element de transfer individual sau într-un lanț de elemente comandate.

În figura următoare este descris procesul de reglare și comandă automată:

Reglarea și comanda automată.

z

+

w e Ur U + y

a. +

–

z

b. U +

y

+

Din schema bloc se poate observa că reglarea se caracterizează prin următoarele etape:

măsurarea mărimii reglate y;

formarea mărimii de eroare e = w – y prin comparerea valorii reale a mărimii reglate y cu valoarea prescrisă, de referință w (mărimea de conducere);

prelucrarea mărimii de eroare, în așa fel încât prin modificarea mărimii de execuție u, eroarea e să fie micșorată sau chiar anulată.

Dacă se compară acum comanda automată cu reglarea automată, se pot stabili următoarele deosebiri :

Reglarea – reprezintă o acțiune în circuit închis (buclă de reglare);

datorită acțiunii în circuit închis (a reacției negative) se poate acționa împotriva tuturor perturbațiilor z ;

poate deveni instabilă, adică oscilațiile din circuit pot să nu se amortizeze ci să crească teoretic peste orice limită, chiar dacă mărimile w și z sunt mărginite.

Comanda – reprezintă o acțiune ce se desfășoară într-un circuit deschis (cascadă de elemente de

comandă;

poate acționa numai asupra unor perturbații ce au fost prevăzute : influențele altor mărimi perturbatoare nu pot fi eliminate;

poate să nu fie instabilă, în măsura în care obiectul comandat este el însuși stabil.

Conform schemei a. din figura de mai sus, un circuit de reglare automat se compune din patru părți principale:

procesul reglat – instalația automatizată, obiectul supus reglării.

traductorul – elementul de măsurat.

regulatorul.

elementul de execuție.

Cu ajutorul acestei scheme bloc se poate observa că sarcina reglării unei instalații sau proces constă în aceea că mărimea reglată y(t) sesizată continuu de traductor (elementul de măsurat), independent de perturbațiile exterioare z(t), ori este menținută la o valoare constantă dată – mărimea de referință w(t) ori y(t) urmărește o valoare variabilă în timp impusă w(t) – mărime de conducere.

Această sarcină este realizată de un dispozitiv de reglare, regulatorul R.

Acesta elaborează mărimea de eroare e(t) = w(t) – y(t), adică diferența dintre mărimea de referință și valoarea reală a mărimii reglate, prelucrează această abatere în conformitate cu modul său de funcționare (proporțional, integral sau diferențial) și produce un semnal Ur(t), mărimea de comandă, care prin intermediul elementului de execuție formează mărimea de execuție U(t) ce acționează asupra obiectului reglării: în cazul reglării după perturbație ce acționează asupra semnalului perturbator z(t) cu scopul anulării influenței acestuia.

Prin această evoluție a semnalului în circuit închis se caracterizează o buclă de reglare, a cărei funcționare constă în anularea erorii e(t) cât mai repede posibil sau în menținerea ei la un nivel cât mai mic.

Notațiile folosite sunt în general cele uzuale pe plan internațional.

Sisteme liniare discrete în timp (reglarea numerică).

1.Modul de lucru al unui sistem de reglare numeric.

La utilizarea sistemelor de reglare numerică se practică o eșantionare a semnalelor continue f(t), cel mai bine la momente egale de timp, deci cu o durată a perioadei de eșantionare T, respectiv frecvența de eșantoinare . Un astfel de semnal eșantionat sau semnal discret în timp este descris prin următoarea serie de numere:

f(kT) = {f(0),f(T),f(2T),…}

cu k ≥ 0 și f(kT) = 0 pentru k< 0, care se poate scrie de asemenea prescurtat ca f(k). În figura următoare se prezintă schema principală a unui sistem de eșantionare, la care calculatorul de proces este utilizat ca regulator.

T T

+ e(t) e(kT) u(kT) u(t)

w(t) y(t)

–

Structura principală a unui sistem de reglare cu eșantionare (discret).

La acest reglaj numeric, adesea numit și conducere numerică directă DDC (direct digital control), se convertește valoarea analogică a erorii e(t) într-o valoare numerică e(kT).Acest procedeu corespunde unei eșantionări a semnalului, care se realizează cu perioada de eșantionare T.Dat fiind lungimea limitată a cuvântului convertorului analog-numeric necesar, rezultă o cuantizare a amplitudinii.

Această cuantizare sau discretizare a amplitudinii, care apare de asemenea la convertorul numeric-analogic, este în opoziție cu discretizarea timpului cu efect neliniar. Pe de altă parte, treptele de cuantizare pot fi făcute în general atât de mici, încât efectul cuantizării să fie neglijabil.

Cuantizarea amplitudinii nu este luată în seamă în cele ce urmează.

În calitate de regulator, calculatorul de proces calculează conform unui algoritm de reglare un șir de valori ale semnalului de execuție u(kT) din valorile seriei e(kT). Dacă apar numai semnale discrete, regulatorul numeric poate fi consideratca un sistem discret de transfer.

Mărimea de execuție discretă calculată u(kT) este convertită în convertorul numeric-analog într-un semnal analogic , care va fi menținut pe toată perioada de eșantionare

kT ≤ t < (k+1) . Acest element are funcția unui element de extrapolare, și reprezintă – întrucât elementul de extrapolare este de ordinul zero – un semnal sub formă de treaptă.

O proprietate fundamentală a unui astfel de sistem de eșantionare constă în aceea că apariția unui semnal eșantionat într-un sistem continuu liniar nu modifică liniaritatea. Cu aceasta este posibilă tratarea teoretică a sistemelor liniare discrete prin analogie cu sistemele liniare continue.

Acest lucru este posibil prin faptul că semnalele continue se pot considera numai în punctele de eșantionare ca semnale discrete. Rezultă astfel pentru întreaga buclă de reglare o reprezentare sistemică discretă, la care semnalele sunt șiruri de numere.

2. Reprezentarea în domeniul timp.

Dacă la un sistem continuu semnalul de intrare și de ieșire este explorat sincron cu o perioadă de eșantionare T, apare întrebarea: ce relație trebuie să existe între ambele șiruri u(kT) și y(kT).

Dacă se pornește de la ecuația diferențială ce descrie un sistem continuu, problema constă într-o rezolvare numerică a acesteia. În cadrul celei mai simple proceduri folosite în acest scop, procedura Euler, câtul diferențialelor infinitezimale se aproximează prin câtul unor diferențe finite anticipative cu pas de aproximare T:

În acest mod ecuațiile diferențiale se transformă în ecuații cu diferențe finite . Cu ajutorul unor astfel de ecuații cu diferențe finite se poate calcula secvența de ieșire y(kT) recursiv din secvența de intrare u(kT) pentru k = 0,1,2,… . Firește este vorba de o rezolvare aproximativă, suficient de exactă numai pentru pași T mici.

Forma generală a ecuației cu diferențe finite ce descrie un sistem liniar invariant în timp de ordinul n cu secvența u(k) la intrare și y(k) la ieșire este următoarea:

din care rezultă ecuația recursivă pentru y(k):

care în mod obișnuit se folosește la calculul secvenței y(k) cu ajutorul calculatorului. Valorile

y(k-v) și u(k-v), v = 1,2,…,n sunt valori de timp anterioare momentului pentru ieșire, respectiv intrare, care sunt memorate în calculator.

Ca și la ecuațiile diferențiale, și la ecuațiile cu diferențe se ține seama de valorile inițiale pentru k = 0.

Asemănător cu sistemele liniare continue, unde funcția pondere g(t) era folosită pentru a descrie comportarea dinamică, și la sistemele discrete ca răspuns la un impuls discret – secvența Kroneker –

se introduce noțiunea de secvență pondere g(k).

Între o secvență de intrare u(k), o ieșire corespunzătoare y(k) și o secvență de pondere g(k), pentru sistemele liniare discrete există relația:

numită sumă de convoluție , unde suma se poate limita cu variabila k.

Trecerea de la sistemele continue la la semnale discrete la un sistem cu eșantionare reprezentat ca în figura anterioară se realizează prin convertorul analog-numeric.

Pentru o descriere matematică a unui astfel de sistem este necesară o reprezentare unitară a semnalelor. Pentru acesta se folosește o reprezentare ca în figura următoare, la care impulsul Dirac este reprezentat prin săgeți, a căror înălțime corespunde întotdeauna ariei impulsului unitar corespunzător.

δ – Eșantionator

Scenariul automatizării

Aplicația în care este integrat robotul presupune generarea unor traiectorii în cadrul unui sistem de coordonare Oxyz dat. Acest sistem este considerat a fi sistemul de referință al aplicației și este fix.În raport cu acesta, centrul robotului sau mai bine spus, punctul carcteristic ce-l definește, va avea o serie de coordonate ce vor descrie prin valorile lor traiectoria acestuia.

y

RM (x,y)

Figura 5.2.1 Sistemul de referință

al aplicației

z

O x

Aceste coordonate (x,y) ale punctului caracteristic localizează robotul permanent față de sistemul amintit.

Pentru a se controla execuția de traiectorie, este necesară cunoașterea permanentă a unor date din care să se deducă poziția curentă a robotului în cazul comandării în buclă deschisă, sau de coordonate directe ale acestuia de la sistemul senzorial localizator în cazul comandării în buclă închisă. Cazul robotului de față presupune comanda în buclă deschisă a traiectoriei.

Sistemul de comandă și control al traiectoriei nu este amplasat pe robot ( pe structura acestuia ), ci este constituit dintr-un comparator.

Calea de comunicare între sistemul de acționare și calculatorul de comandă și control, precum și cu senzori de proximitate aflați în dotare, este de natură radio.

Schema de comandă și control.

Există necesitatea constituiri a două module emitor – receptor respectiv .

– segmentul de comunicație A

“ către robot “

– segmentul de comunicație B

“ dinspre robot ”

Segmentul A este utilizat pentru a transmite semnalele de comandă către electronica aferentă comandării motoarelor din sistemele de acționare.

Figura 5.2.2. Segmentul A de comunicație

Segmentul B este utilizat pentru a primi datele culese culese de către senzorul de proximitate și pentru a lua decizia bună de către calculator.

Figura 5.2.3. Segmentul B de comunicație.

E – emitor

R – receptor

E.C – electronică de comandă.

E.Con – electronica de control

M – motor de acționare

R – roată tractoare

S – senzor de proximitate

Pentru a comanda mișcare sunt necesare o serie de proceduri predifinite .

Procedura “ Înainte “. (PM1)

Procedura “ Stânga pe loc cu ° “. ( PM2)

Procedura “ Dreapta pe loc ° “. ( PM3)

Procedura “ Înapoi “. (PM4)

Procedură calcul (calculează unghiul pe care îl formează direcția busolei cu axa Ox).

Procedură ocolire (predefinită).

Procedura “ STOP “. (PM5)

Cu aceste proceduri de mișcare elementare se vor construi procedurile de ocolire :

Procedură ocolire de stânga :

Dacă S reperează obstacol

PM5

PM4

PM2

PM6 5. PM1

6. PM5

7. PM3

8. PM1 până când :

– S reperează obstacol

sau

– cursă finalizată

Procedură ocolire dreapta :

1. Dacă S repereazî obstacol

2. PM5

3. PM4

4. PM2

PM7 5. PM3

6. PM5

7. PM2

8. PM1 până când :

– S reperează obstacol

sau

– cursă finalizată

Fiecare ocolire presupune o anumită deviere unghiulară fată de direcția inițială ceea ce presupune o procedură de corecție a parametrilor de comandă. Această procedură presupune o serie de calcule analitice ce au la bază considerentele geometrice legate de o ocolire.Formula necesară repoziționării robotului după o ocolire va fi prezentată în subcapitolul 5.3.Este vorba despre parametrul ().

Exemplificarea modului în care trebuie să funcționeze robotul mobil pe un segment de traiectorie dată odată ce reperează un obstacol pe acest traseu. Inițializare date coordonate punct plecare.

Inițializare date coordonate punct sosire.

Calcul necesar.

Rotire corespunzătoare.

PM1

Depozitare obstacol.

Ocolire ( sau mai multe ocoliri ).

Calcul iterativ al parametrului .

Rotire corespuzătoare.

PM1

PM2

5.3 Sistemul de generare al traiectoriei în cazul integrării acestuia în cadrul structurii robotului.

În figura de mai jos este prezentată o schemă a sistemului de comandă și control integrat a robotului mobil.

Figura. 5.3.1 Sistemul de generare a traiectoriei

Semnificația notațiilor din figură:

MicroC – Microcontroler

EEPROM – memorie

E/R – emitor/receptor

SENZORI – de vedere,de proximitate,acustici,etc.

BECCM – bloc electronic de comandă și control al motoarelor

M – Teta – motor generare parametru teta

M – viteza – motor generare viteza roții

Oxyz – sistem de referință global aplicație

Orxryrzr – sistem de referință robot

Teta – parametru traiectorie

(a) – Transmitere date referitoare la coordonatele punctelor ținta ale traiectoriei

(b) – canal de comunicație exclusiv date necesare aplicației globale în care este inclus robotul (scopul Aplicației).

(c) – emisie date alicație / recepție coordonate puncte traiectorie

(d) – informații senzori

(e) – stocarea /descărcare datelor din/în memorie

(f) – comenzi către motor/închidere bucle de reacție în poziție și viteză

(g) – bucla de reacție în poziție

(h,i) – bucle de reacție în poziție și viteză

(j) – transmisie mișcare către roți

Expresia analitică a parametrului teta în cazul traiectoriei secvențiale

Ghidarea pe traiectorie se face secvențial prin intermediul parametrului teta, pentru acest parametru fiind prevăzut un șir de valori discret.

Formula de calcul a parametrului teta (k):

unde reprezintă coordonatele a trei puncte succesive ale traiectoriei, transmise de centrul de comandă al aplicației (Oxoyozo).

Prin diferite metode, se determină coordonatele absolute ale sistemului robot în cadrul sistemului de referință global al aplicației. Aceste coordonate absolute permit corecțiile de traiectorie atunci când este cazul. Formula parametrului teta este suportul matematic al programului de calcul rulat de către microcontroller, în vederea generării semnalelor de comandă către motoarele sistemului de locomoție.

Senzoristica de proximitate

Traductoare.

Elementul care permite traducerea unei mărimi fizice (neelectrică) într-o altă mărime fizică, de regulă electrică sau mecanică, mărime care este dependentă de prima, în scopul utilizării acesteia din urmă într-o buclă de automatizare sau într-un sistem de prelurare a datelor, se numește traductor.

ES un element denumit senzor, detector sau captator care sesizează variațiile mărimi fizice x și o transformă într-o mărime intermediară .

ELT un element de legătură sau convertor, care transmite semnalul sub formă transformată către adaptator.

A un adaptator care convertește semnalul primit și îl adaptează cerințelor impuse de utilizarea sa în schema de automatizare. Semnalul de ieșire din adaptator este un semnal unificat.

SAE este o sursă exterioară de energie necesară adaptatorului A la convertirea semnalului și la detectarea și convertirea mărimii măsurate x de la ES.

După natura semnalului de ieșire, traductoarele pot fi:

cu semnal de ieșire analogic;

cu semnal de ieșire numeric.

Robotul mobil are traductor analogic care cuprinde adaptoare electronice și se realizează în diferite sisteme unificate în curent continuu va fii 4…..20 mA,2……10mA.

Pentru a sesiza obstacolele eventuale ce se pot interpune traiectoriei robotului s-a ales soluția unor contacte mecanice reglabile din punct de vedere al sensibilității, amplasate pe structura robotului mobil în zona denumită “ fața robotului “.

Acționarea acestor senzori se realizează prin intermediul unei bare de protecție ( planșa senzoristică).

Contactele sunt două la număr , dispuse simetric față de axa “ față – spate“ a robotului.

Logica interpretării semnalelor este tabelată pe aceeași planșă cu senzori.

Conform celor indicate, robotul poate sesiza următoarele contacte cu eventualele obstacole :

stânga – față ().

frontală ( ).

dreapta – față ( ).

și 0 reprezintă stările de apăsare ale senzorilor și

Conform datelor primite de la acești senzori mecanici, robotul va fi dirijat de la centrul aplicației să execute în mod corespunzător procedurile de ocolire :

ocolire prin stânga.

ocolire prin dreapta.

În cazul detectării frontale, se presetează ca procedură de ocolire :

ocolire prin dreapta.

Informatica inclusă de aplicația programării traiectoriei robotului mobil.

Algoritmi. Elemente de programare.

Etapele realizării programelor.

Procesul de rezolvare a unei probleme âncepe cu specificareaacesteia și se încheie cu obținerea unui program concret și corect.

Etapele procesului de programare sunt următoarele :

specificare problemei;

găsirea unui algoritm pentru obținerea soluției;

codificarea algoritmului într-un limbaj de programare;

testarea și validarea programului.

Specificarea problemei.

În prima etapă are loc analiza problemei. Rolul analizei constă în elaborarea unui enunț complet și precis al problemei, care să țină seama de condițiile concrete de realizare și execuție a programului. Enunțul trebuie să evidențieze ceea ce urmează să realizeze programul, adică funcțiile programului.

În acest scop este necesar să se identifice informațiile de prelucrat (datele de intrare ) și rezultate cerute (datele de ieșire) ale programului.

Pentru referirea la datele de intrare și de ieșire se folosesc variabile de intrare și respectiv de ieșire. Ele furnizează notații simbolice pentru date.

Tot în această etapă se stabilesc reprezentările și organizare datelor de intrare și de ieșire pe suporturile externe de informație. Acestea pot fi impuse prin enunțul inițial al problemei sau pot fi definite de către utilizator.

Rezultatul primei etape este specificația programului.

Determinarea algoritmului de rezolvare a problemei.

Scopul acestei etape este elaborarea unui algoritm care să se realizeze funcțiile programului. Programatorul trebuie să conceapă o listă de comenzi care să descrie secvența de operații ce va fi executată de către calculator pentru soluționarea problemei.

Un calculator devine funcțional dacă este programat adică i se “spune” în cele mai mici amănunte ce să facă. Acest lucru se realizează prin program. În sens general, un program reprezintă descrierea unui algoritm într-o formă interpretabilă („înțeleasă”) de către calculator .

El rezultă din codificarea algoritmului într-un limbaj de programare.

Găsirea algoritmului constituie de cele mai multe ori cea mai grea etapă a procesului programării.

Codificarea algoritmului.

După elaborare, algoritmul este codificat cu ajutorul unui limbaj de programare, obținându-se astfel programul care îl implementează. Limbajul utilizat este ales în conformitate cu specificul problemei, cu particularitățile sistemului de calcul pe care urmează să fie executat programul și, desigur, cu experiența programatorului.

Codificarea algoritmului este înlesnită de utilizarea unor simboluri și reguli speciale (organigrame, limbaj pseudocod, diagrame de structură).

Testarea și validarea programului.

Programul astfel obținut trebuie verificat în scopul eliminării erorilor de sintaxă și al celor de logică. Chiar dacă în urma execuției programului se obțin rezultatele (s-au eliminat deci erorile de sintaxă) aceasta nu înseamnă că el este corect, adică realizează funcțiile specificate. Programul poate conține erori de logică, pentru eliminarea cărora trebuie executat de mai multe ori, folosindu-se seturi de date stabilite pe baza unor criterii considerate ca fiind adecvate problemei.

Noțiunea de algoritm

Se poate spune că un algoritm reprezintă o secvență finită de operații, ordonată și complet definită, care, pornind de la date ( intrări ), produce rezultate ( ieșiri ).

Principalele proprietăți solicitate unui algoritm sunt următoarele

1. Să fie bine definit, adică operațiile cerute să fie specificate rigurosși fără ambiguitate ;

2. Să fie descris foarte exact, astfel încât o mașină programabilă să-l poată realiza;

3. Să fie efectiv, adică să se termine totdeauna după executarea unui număr finit de operații ;

4. Să fie universal, adică să permită rezolvarea unei clase de probleme.

Reprezentarea algoritmilor

Pentru reprezentarea algoritmilor se folosesc diferite forme de descriere caracteristice, în fapt limbajelor specializate :

În general, notația folosită pentru reprezentarea algoritmilor trebuie să satisfacă două cerințe :

Să permită exprimarea cât mai naturală a raționamentelor umane,să fie ușor de învățat și de folosit ;

Să reflecte caracteristicile limbajelor de programare de nivel înalt pentru a ușura reprezentarea algoritmilor.

Două dintre cele mai folosite forme convenționale de reprezentare a algoritmilor sunt :

scheme logice ( organigramele );

limbaje pseudocod.

Principala calitate a acestora este posibilitatea de a evita cu claritate fluxul controlului algoritmilor. Astfel schemele logice utilizează în acest scop săgeți de legătură între diferite forme geometrice care simbolizează tipurile de acțiuni, în timp ce limbajele pseudocod folosesc cuvinte – cheie, adică niște cuvinte cu înțeles prestabilit ce identifică operația care se execută, și câtev reguli simple de aliniere a textului scris.

1 Bloc pentru introducerea datelor (citire)

unde ListaVariabile cuprinde numele simbolice ale variabilelor cărora li se asociază valori numerice preluate (citite) de pe un suport de informație extern.

2 Bloc de extragere a rezultatelor (scriere)

unde variabilele menționate în listă constituie rezultatele ale problemei. Valorile lor sunt preluate din memoria calculatorului și scrise pe un suport de informație extern. Uneori ,ca rezultat al unei probleme se poate obține un text.

Bloc de atribuire

Un astfel de bloc indică următoarea succesiune de operații :

se calculează expresia din membrul drept ;

se atribuie variabilei din membrul stâng valoarea calculată anterior ( V reprezintă numele variabilei).

4 Bloc de decizie sa bloc de salt condiționat

true false

DA NU

Condiția logică înscrisă poate să aibă valoarea ‚,adevărat” sau ‚,fals” . În funcție de valoarea logică obținută, blocul următor care vafi parcurs va fi legat la ramura ‚,true” (adevărat) sau la ramura ‚,false” (fals).

Bloc de început / sfârșit organigramă

Pseudocodul permite specificarea algoritmilor cu ajutorul a două tipuri de enunțuri : nestandard și standard.

Enunțurile nestandard sunt fraze în limbaj natural care pot fi utilizate de programator în schițarea formelor inițiale ale algoritmilor.

Un program scris în Pascal (program sursă) nu poate fi executat în mod direct de către hardware – ul unui sistem de calcul , ci trebuie tradus mai întâi într-un set echivalent de instrucțiuni în cod mașină (program obiect), operație executată de către un program de sistem (utilitar) numit compilator.

Realizarea unui program scris în Pascal necesită parcurgerea a trei etape :

– editare – scrierea programului sursă, cu ajutorul unor programe de sistem (utilitare).

– compilare – se aduce în memorie și se execută compilatorul Pascal. Aceasta determină

calculatorul să citească programul sursă, să verifice existența posibililor erori și să

realizeze conversia acestui program în program obiect ;

– execuție – programul obiect este adus în memorie și lansat în execuție : se efectuează citirea

intrărilor, calcule și scrierea ieșirilor, exact în modul specificat de către programul

sursă. Această etapă poate fi repetată ori de câte ori este necesar. Recompilarea se

efectuează numai în cazul modificării programului sursă.

6.2. Programarea portului paralel. Elemente specifice. Asignarea pinilor pentru aplicație.

Portul paralel al calculatorului este cel care ne permite conectarea blocului electronic de comandă cu calculatorul. Prin intermediul lui se transmit informații de la senzori la calculator, dar se și emit comenzi de la calculator la elementele de acționare ale robotului mobil.

În figura următoare este prezentat portul paralel în ansamblu.

13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1

25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14

Fig.6.2.1. Portul paralel al calculatorului .

Corespondența pinilor portului paralel :

În continuare vom trata pe rând fiecare grup de pini ai portului paralel.

Grupul LPT-D conține ansamblul pinilor 2,3,4,5,6,7,8,9, pe care sunt transmiși biții de date simbolizați D0 , D1 , D2 , D3 , D4 , D5 , D6 și D7 .

Corespondența este prezentată în tabelul următor :

Un bit de comandă este un semnal electric, respestiv o tensiune continuă de 5V sau absența acesteia, adică 0V, rezultând astfel un semnal de formă dreptunghiulară . Logica binară este formată din două elemente distincte : 0 și 1 .

Acestor valori li se asociază afirmațiile : „pentru 1 – DA”, „pentru 0 – NU”. Pentru un circiut acest fapt se traduce prin „circuit închis” când calculatorul afirmă „DA” și în „circuit deschis” când calculatorul neagă „NU”.

2.Grupul LPT-S conține ansamblul pinilor 10,11,12,13,15 . Pe aceștia se recepționează biți (semnale) de la dispozitivele exterioare PC-ului cu care acesta este interconectat. Acești pini sunt uinidirecționali.

Corespondența este:

3.Grupul LPT-K conține ansamblul pinilor 1,14,16,17, aceștia fiind bidirecționali.

Calculatorul are posibilitatea să transmită biți de comandă și să recepționeze biți de control sau de răspuns de la procesul acționat .

Corespondența este :

În acest caz este de menționat că pinii 1,14 și 17 sunt „negați”, adică unitatea logică centrală a computerului transmite către acești pini semnale „DA”,dar pe traseu acestea sunt negate, în final obținându-se „NU”. Cu alte cuvinte acești pini funcționează pe logică inversă. Pinul 16 funcționează pe logică directă .

4.Grupul GROUND, conține ansamblul pinilor 18,19,20,21,22,23,24,25 care sunt legați la masă, deci vor avea tot timpul potențial 0V. Pinul 18 este o masă externă .

Modul de comandă al grupului LPT-D.

Calculatorul este cel care transformă numărul din zecimal în binar și ilustrează prin biții de date D0 … D7 , conform exemplului de mai jos, astfel :

Cu alte cuvinte, numărul 19 va fi „ilustrat” pe dispozitivul experimental prin aprinderea ledurilor corespondente pinilor 2,3 și 6. Se poate prezenta astfel un algoritm de transformare a unui număr întreg zecimal în număr binar.

Ne interesează numerelede la 0 la 255 (adică toate combinațiile ce pot fi ilustrate pe cei 8 biți de date). Principiul este următorul : se îmoarte numărul zecimal la 2 până când restul împărțirilor succesive devine 0 (știind că restul împărțirii la 2 este 0 sau 1).

Resturile obținute le vom trece în dreptul puterilor lui 2, plecând de la cea mai mică .

Exemplu :

19 : 2 = 9 rest 1

9 : 2 = 4 rest 1

4 : 2 = 2 rest 0

2 : 2 = 1 rest 0

1 : 2 = 0 rest 1

Corespondența este :

Observație : Restul căsuțelor devin automat 0 , ele nu vor influența cu nimic valoarea numărului binar, ci doar doar completează numărul de cifre predefinit pentru acesta .

Asignarea pinilor corespunzători comandării robotului mobil.

13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1

25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14

pini 2,3 înainte , înapoi

pini 4,5 înainte , înapoi

10 intrare senzor

înainte

înapoi

întoarcere stânga

întoarcere dreapta

Tabel de stare a biților pentru diferite comenzi.

6.3. Schema logică a procedurilor de deplasare.

Obiectivul deplasării : Atingerea unei poziții prestabilite în spațiul aplicației.

T – punct țintă ( ) .

Pi – punct inițial ( ) .

În punctul Pi robotul va fi dispus întotdeauna după axa SN (sau Oy a sistemului de referință).

PiT – vectorul țintă de deplasare

S, E, N, V – busola aplicației (B. A).

Orientarea robotului se face conform busolei

Posibilități de orientarea a robotului mobil față de (B.A) :

Proceduri specifice elementare de deplasare.

Procedura de deplasare

Procedură ocolire

Procedura de deplasare.

Se introduc variabilele vectorului de deplasare țintă, după care se urmează procedura Pi în . În următorul bloc de atribuire se face calculul deviației față de busola aplicației.

Lui i se atribuie °.

În următorul bloc de decizie se pune condiția dacă ° se verifică condiția pusă , dacă este adevărat alegem stânga (), dacă nu este adevărat alegem dreapta ().

Se evaluează condiția, dacă este adevărat se execută secvența stânga () , dacă nu este adevărat se va executa secvența dreapta () și se va urma această secvență.

Se orientează corespunzător cu ajutorul unghiul deviației față de busola aplicației și se va deplasa înainte.

Se evaluează condiția și dacă nu adevărată se va opri cu stop.

Dacă este adevărat va urma evaluarea condiției ca senzorul să simtă obstacolulposibil, dacă condiția nu este îndeplinită, se întoarce și va reface de câte ori este nevoie secvența înainte până când senzorul simte și este adevărat.

Se va urma procedura de ocolire a obstacolului prin dreapta după care va face înainte.

Procedura de ocolire.

Pentru procedura de ocolire vom face specificația ca vom face ocolire doar pe dreapta.

Odată cu semnalizarea obstacolului și trimiterea datelor de către senzor și va urma secvența înapoi cu un număr K de pași.

Se evaluază condiția dacă nu este adevărat se va întoarce și va face din nou secvența înapoi.

Dacă este adevărat se va face secvența se face secvența dreapta cu 90° și secvența înainte cu un număr specificat de pași K=K+1 se va pune condiția dacă nu este adevărat se va face din nou procedura înainte.

Dacă este adevărat se va face procedura cu stânga cu 90° vom procesa procedura ca unghiul deviației sa fie Ψ -90° va face procedura stânga cu unghiul deviației θ si după aceea se va opri procedura de ocolire cu stop.

.

6.4. Descrierea soft Robot Mobil.

Software-ul are un meniu principal compus din următoarele opțiuni :

Control Manual.

Control Automat.

Testare Echipament.

Pentru alegerea uneia dintre opțiuni se tastează cifra corespunzătoare, respectiv 1,2 sau 3.

Pentru ieșire din program se apasă tasta Escape (Esc).

Submeniul Control Manual

Sunt vizualizate direcțiile de mers ale robotului : înainte, înapoi, stânga, dreapta.

Cu ajutorul tastelor funcționale forward, back, left,right se dau comenzi care vor fi transmise robotului mobil.

În timp ce se dau comenzi, programul memorează comenzile șiu le scrie într-un fișier.

Pentru ieșire din acest fișier se tastează Esc.

Submeniul Control Automatl

Citește datele din fișierul scris în timpul rulării subprogramului control manual și le transformă în comenzi pe care le transmite în portul paralel.

În timpul rulării rutinii sun afișate date despre starea robotului (pași efectuați de aceasta).

La finalul execuției avem de ales două opțiuni :

dacă se tastează 1 se repetă subrutina.

dacă se tasează Esc se iese din submeniu.

Modulul Testare Echipament

– pentru începerea subprogramului de testare a echipamentului se apasă o tastă.

– subrutina testează în mod automat sistemul de propulsie (înainte, înapoi) și sistemul de direcție ( stânga, dreapta).

– pentru retestare se tastează 1 și pentru ieșire se tastează Esc.

Listing program .

Aceste screen-serveruri reprezintă câteva interfețe ale programului de prezentare și rulări ale programului în diferite stadii ale sale.

Acest scren-server reprezintă suprogramul controlul automat în timpul rulării.

Acest screen-server reprezintă testarea tuturor sistemelor aferente robotului după o anumită turație dată.

Electronica de comandă și control integrată în structura robotului mobil.

7.1. Dispozitive și circuite electronice.

Tranzistorul.

Un tranzistor bipolar este constituit din trei zone alternate ca dotare – pnp sau npn – realizate pe aceleeași monocristal. – Zona de mijloc este foarte subțire comparativ cu celelalte și poartă denumirea de bază (B). Zonele extreme sunt denumite în funcție polarizarea externă, emitor (E) și colector (C).

Cele trei regiuni au contacte ohmice care sunt scoase în afara capsulei tranzistorului și se numesc electrozi. În funcție de tipul zonelor (N sau P) care sunt alternate, există două categorii de tranzistoare : npn și pnp.

Joncțiunea cuprinsă între emitor și bază este numită jonțiunea emitorului; cealaltă este joncțiunea colectorului.

Dioda.

Dioda semiconductoare este constituită dintr-o joncțiune pn la care s-au atașat contacte. Aceasta, din motive de protecție față de mediul exterior, este introdusă într-o capsulă de sticlă, metal sau material plastic.

Regiunea p constituie anodul diodei, iar regiunea n catodul . Sensul curentului în conducție directă este de la anod la catod. Simbolul general utilizat în schemele electrice este prezentatîn figura 7.1.2 .

Catodul la diodele în capsulă de sticlă sau de material plastic este marcat de regulă cu unul sau două inele colorate.

Anod Catod

+ –

Dioda de comutație reprezintă o categorie de diode rapide cu timpi de comutație foarte mici și capacitate totală mică.

Sunt destinate utilizării în comutările rapide și în circuite de detecție.

Diode stabilizatoare de tensiune (Zener)

Sunt diode care funcțonează cu polarizare inversă în zona de avalanșă sau de străpungere unde tensiunea la borne rămâne practic constantă într-o gamă largă a curenților.

Bobine.

. Bobinele sunt realizate fizic dintr-un fir conductor, care prin forma ce i se dă, delimitează o suprafață închisă.

Cea mai simplă bobină este o spiră circulară, închisă, realizată dintr-un material conductor (care este în general cuprul).

+

Inductanța bobinei depinde direct proporțional de permeabilitatea magnetică a mediului din interiorul bobinei.

Condensatoare.

Condensatorul este componenta de circuit care, alături de rezistor, se utilizează cel mai des ăn schemele electronice.

Se întâlnesc condensatoare cu capacitate fixă sau variabilă, după natura aplicațiilor.

Un condensator este alcătuit dint-un mediu dielectric plasat între două armături metalice. Conectarea în circuit se face prin intermediul a două terminale aflate în strâns contact cu armăturile metalice. Capacitatea condensatorului depinde de permitivitatea dielectricului utilizat, de aria armăturilor și de grosimea dielectricului, respectiv de distanța dintre armături.

Rezistențe

În aparatura electronică, în foarte multe situații, se impune modificarea valorii unei rezistențe dintr-un circuit, pentru efectuarea unui reglaj, pentru compensarea toleranțelor altor componente.

Rezistența electrică, reprezintă proprietatea materialelor de a se opune trecerii curentului electric. Rezistențele pot fi conectate în serie și în paralel.

Pentru aceste operațiuni sunt utilizate rezistențele variabile,care se pot clasifica în două grupe, după modul de utilizare :

– potențiometre;

– rezistențe semireglabile.

Potențiometrele sunt rezistențele variabile încapsulate sau neâncapsulate care sunt acționate în mod curent de utilizatorul aparatului, reglajul lor fiind accesibil din exterior.

Rezistențele semireglabile sunt rezistențele variabile utilizate numai pentru reglajele obligatorii, impuse de buna funcționare a circuitelor electronice.

7.2. Scheme electronice utilizate.

Radiocomanda

Dintre mecanismele telecomandate, de cel mai mare succes s-a bucurat si se bucură mecanismele actionate prin radio. In linii mari, o asemenea instalație cuprinde un emițător radio aflat undeva la o anumită distanță, un receptor radio si un mecanism de comandă al instalației respective.

Semnalele radio se transmit din punctul de emisie catre punctul de receptie sub forma unor impulsuri reprezentând un cod adaptat modului de funcționare al sistemului telecomandat.

Instalația de radiocomandă pe care o vom descrie in continuare va putea fi utilizată pentru comanda navomodelelor, pentru comanda unor automodele, aeromodele sau pentru diverse machete staționare. Este concepută a lucra pe frecvența de 27,12 MHz generată cu ajutorul unui cristal de cuarț. Ea cuprinde un emițător radio, modulat cu impulsuri de joasa frecvență, un receptor radio (care captează semnalul emis și-l transformă în impulsuri de curent continuu), un sistem de comandă care este compus dintr-un releu electromagnetic si un motor de curent continuu.

Motorul electric prin intermediul unui reductor de viteza, va comanda ‘’cârma’’ automodelului, funcție de destinația dată sistemului. In continuare, vom descrie funcționarea și construcția receptorului și a sistemului de comandă.

Emițătorul radio

Partea de emisie a sistemului de telecomandă prin radio este cocepută a emite un semnal de radiofrecvență modulat in amplitudine cu impulsuri de joasă frecvență de 1000 Hz. Emițătorul lucrează pe o frecvență fixă, generată de un cristal de cuarț având frecvența de 27,12 MHz.

Schema este tranzistorizată si este alimentată de la o baterie de 9 V. Puterea emițătorului depășește 100 mW și poate asigura comanda sigură la receptorul pereche până la o distanță de 150 m.

Emițătorul este compus dintr-un oscilator cu cuarț realizat cu tranzistorul T1 și un etaj modulator tip multivibrator realizat cu tranzistoarele T2 – T3.

Oscilatorul de radiofrecvență propriu-zis, realizat cu T1, cuprinde un circuit acordat L1C1 – Cv1 inseriat in circuitul de colector. Semnalul de reacție este asigurat prin intermediul cristalului de cuarț Q prevăzut pentru frecvența de 27,12 MHz.

Semnalul de radiofrecvență este cules prin intermediul circuitului serie Cv2 – L2 la care este cuplat și antena de emisie.

Polarizarea bazei oscilatorului se realizează prin intermediul rezistențelor R2 – R3.

Acordul circuitului derivație din colector se face prin intermediul condensatorului variabil Cv1, care va fi un trimer ceramic. De asemenea, acordul circuitului de antenă Cv2 – L2 se obține prin modificarea valorii lui Cv2 care este tot un condensator tip trimer.

Semnalul de modulație de joasă frecvență este asigurat de un multivibrator realizat cu T2 – T3.

Semnalul este cules prin intermediul condensatorului C3 de pe colectorul lui T2 si introdus prin șocul L3 pe bază tranzistorului T1.

Rolul șocului L3 este acela de a impiedica ca frecvența radio să patrundă in celelalte circuite. Modulația se face pe baza, ceea ce permite obținerea unui coeficient de modulație mare.

Din schemă se observă că semnalul de modulație asigurat de T2 – T3 nu este implicat in permanentă, ci numai când este acționat intrerupătorul K. In felul acesta, modulația poate fi aplicată la dorința și sub forma unor impulsuri mai lungi sau mai scurte.

Alimentarea intregii scheme se face de la sursa Ea cuplată prin întrerupătorul I1.

Emițătorul va fi realizat pe o placută de cablaj imprimat sau pe o placută cu capse. Dimensiunile acestei placuțe vor fi de 100 x 55 mm.

Pentru realizarea inductanțelor L1 si L2 se va folosi sârma de cupru neizolată avand un diametru de 1 mm. inductanța L1 conține 6 spire, iar L2 un număr de 5 spire. Ambele inductanțe sunt de tipul celor fară carcasă, fixarea lor in schema făcându-se prin simpla cositorire a capetelor pe cablajul imprimat sau in capsele folosite. Inductanța L1 nu este cuplată inductiv cu L2, acestea montându-se, fie perpendicular una fața de cealaltă, fie la o distanță de 2 cm.

Dispunerea pieselor pe placuța de montaj se va face după cum sunt desenate in schema de principiu, respectiv la unul din capete se va monta multivibratorul, iar la capatul opus, inductanțele.

Montarea inductanței L1 in schema se va face conform notatiei 1, 2, 3, 4 din desen.

Șocul de radiofrecventă L3 se va realiza bobinând pe o rezistență chimică de 1 MΩ/0,5 W, spiră langă spiră, un număr de 150 de spire, folosind sârma de cupru emailat având diametrul de 0,1 mm. Intregul montaj se va introduce intr-o cutie de tablă de aluminiu confecționată special in acest scop ; bateriile se vor introduce in partea de jos a acesteia, iar montajul in partea de sus. Drept antena de emisie se va monta o antenă telescopică folosită la radioreceptoarele portabile si care poate fi procurată de la magazinele de specialitate.

În cazul in care nu vom gasi o asemenea antenă, se va putea folosi o vergea sau o țeavă de duraluminiu sau de alamă avand o lungime de 0,9 – 1 m și un diametru de 5 mm.

Montarea antenei in cutia metalică se va face prin intermediul unei piese izolante de tipul ceramicii sau teflonului. In cazuri extreme, se poate folosi si textolitul sau bachelita.

Dupa terminarea construcției se va proceda la efectuarea reglajului, respectiv aducerea montajului in parametrii de lucru.

Mai intâi se va verifica dacă multivibratorul generează frecvența dorită.

Pentru aceasta, cu ajutorul unei căști de mare impedanță sau a unui amplificator audio, se va asculta dacă montajul generează frecvența in timpul apăsarii intrerupătorului K.

Conectarea căștilor in schema multivibratorului se va face între capetele rezistenței R2.

Reglajul inălțimii sunetului de joasă frecvență, respectiv reglajul frecvenței acestuia se face modificând valorile rezistențelor R5 – R6 sau inlocuind acestea cu un potențiometru de 0,5 MΩ.

Pentru acordul emițatorului este necesar un undametru obișnuit sau, in lipsa acestuia, acordul se poate face si cu ajutorul unui bec de 2,5 V/0,07 A.

Când dispunem de undametru se va proceda in felul următor :

Se decuplează antena de la borne sau, daca este antenă telescopică, se pliază in locașul sau ;

Se cuplează alimentarea acționând întrerupătorul I1; se apropie firul sau bucla undametrului cât mai aproape de iductanță notata in schema cu L1, se fixează undametrul pe frecvența cuarțului ;

Se manevrează lent trimerul Cv1 până când se obține maximum de deviație la instrumentul undametrului ;

Se indepartează, câte puțin, undametrul de inductanță L1, realizându-se de fiecare dată deviația maximă. Dacă un acord maxim nu se poate face din manevrarea lui Cv1, atunci se va mări sau micșora valoarea condensatorului C1 până când se obține rezonanța dorită.

Pentru acordul emițătorului în ansamblu, adică având antena de emisie cuplată la circuitul

L2 – Cv2, se va proceda astfel :

Se introduce antena in locașul ei ; se așează undametrul la o distanță de 2 – 3 m de antena de emisie, avănd cuplat și el o antenă de 1 m ;

Reglând Cv2 se va urmări maximul de deviație a acului instrumentului undametrului ;

Se revine cu acordul asupra lui Cv1 iar asupra lui Cv2, de cateva ori, până când deviația undametrului este maximă.

Acordul emițătorului cu ajutorul becului, de care am amintit mai inainte, constă în cuplarea acestuia între punctele 1 – 3 ale inductanței L1 si urmărirea obținerii luminozitătii maxime atunci când se manevrează trimerul Cv2. Consumul emițătorului nu depășește 15 mA.

Tranzistoarele vor fi : T1 – P 403, EFT 317, BC 178 etc., iar T2 – T3 de tipul EFT 351, OC 817, MP 40 etc..

Semnalele emise de montajul descris vor fi captate de receptorul de telecomandă – pereche a cărui descriere o prezentăm in continuare.

Receptorul radio

Spre deosebire de emițător, care este fix, receptorul radio este mobil, deplasându-se odată cu modelele carora le asigură semnalul de telecomandă.

Pentru acest motiv, receptorul de telecomandă trebuie sa fie căt mai redus in volum si greutate, să necesite un consum mic de energie electrică, să aibă o mare siguranță in funcționare.

Pentru aceste considerente, schemele de receptoare destinate modelelor teleghidate sunt, în general, simple si functionează pe principiul superreacției care asigură in bună parte obținerea parametrilor amintiti mai sus. Schema de principiu a receptorului radio cuprinde un etaj de detecție tip superreactie realizat cu T1, un amplificator de joasă frecvență realizat cu tranzistoarele T2 – T3, un etaj de redresare a semnalului de joasă frecvență realizat cu T4 si un amplificator de curent continuu realizat cu tranzistorul T5.

Schema se alimentează la o tensiune de 6V si are un consum, cu regim de așteptarea semnalului, de cca 8 mA. Sensibilitatea receptorului este de cca 10 µV/m.

Semnalul de radiofrecvență din antena receptorului este dirijat, prin condensatorul de cuplaj C6, in circuitul acordat L1C1, unde are loc selecția semnalului. Din multitudinea frecvențelor din antenă, în acest circuit este favorizată numai frecvența de 27,12 MHz, pe care este acordat.

În același timp, etajul realizat cu T1 oscilează tot pe frecvența de acord a circuitului L1C1 insă

cu intreruperi periodice datorate unei frecvențe de relaxare condiționată, printre altele, și de valorile elementelor R3C3. circuitul de reacție necesar intrării in oscilație a montajului este format din condensatorul C7 montat intre colectorul si emițătorul tranzistorului T1. În urma unui proces de detecție specific etajului de superreactie, in circuitul colector apare si semnalul de joasă frecvență cu care a fost modulată la emisie unda purtatoare.

Acest semnal detectat impreună cu oscilația de relaxare este cules de la bornele rezistenței de emitor R3.

Oscilațiile de radiofrecvență sunt oprite să ajungă în acest punct de către șocul L2.

De la bornele lui R3, semnalul pătrunde in filtrul RC realizat cu R4 – C4 care blochează trecerea mai departe a frecvenței de relaxare, permițând trecerea către baza lui T2 numai a semnalului de joasă frecvență.

După amplificare in T2, semnalul este cules de la colectorul acestuia și prin C9 este introdus in baza lui T3 care este montat ca amplificator final. Semnalul amplificat de T3 este cules în secundarul transformatorului Tr 1 și aplicat între joncțiunea baza – emitor a tranzistorului T4.

Deoarece baza acestui tranzistor nu este polarizată, semnalul alternativ de audiofrecvență va suferi un proces de redresare în sensul ca alternanțele negative vor trece prin această joncțiune deblocând in același timp tranzistorul, pe când alternanțele pozitive nu vor trece.

Semnalul astfel redresat si filtrat de C11, va circula sub forma unui curent de colector prin T4. Cum acest curent de colector trece și prin rezistențele R10 – R11, rezultă ca la bornele acestora se poate culege o tensiune redresată (tensiune continuă) care va exista atat timp căt durează impulsul de joasă frecvență primit de T4.

In continuare, aceasta tensiune se culege de la bornele lui R11, sub forma unei tensiuni de polarizare si aplicată bazei tranzistorului T5, care este un amplificator de curent continuu. Prin deschiderea lui T5 se asigură curentul de funcționare a releului Rel, care prin contactele sale va cupla când o sursă (E1), când alta (E2), la bornele electromotorului M.

La rândul său, odată pus in mișcare, electromotorul va antrena mecanisme de direcție, de deplasare etc., în funcție de structura modelului telecomandat.

Intreaga schema se va executa pe o placuță de cablaj imprimat sau pe o placuță cu capse având dimensiunile de 60 x 40 mm.

Dispunerea pieselor pe aceasta placuță se va face în ordinea în care sunt figurate in schema de principiu. Inductanța L1 se va realiza pe o carcasa de material plastic cu diametrul de 6 mm și prevazută cu miez de ferită reglabil.

Pe aceasta carcasă se vor bobina, spiră lângă spiră, folosind sârmă de cupru emailat cu diametrul de 0,3 – 0,4 mm, un număr de 11 spire.

Șocul de radiofrecvență L2 se va realiza prin bobinarea pe o rezistență chimică de 1 MΩ/0,5 W, a unui număr de 80 de spire. Bobinajul se execută pe un singur strat, spiră langă spiră, folosind sărma de cupru emailat cu diametrul de 0,2 – 0,3 mm.

Transformatorul Tr 1 va fi un transformator miniatura de tipul celor folosite in receptoarele portative. Se va putea folosi chiar transformatorul defazor, sau folosind acelasi tip de tole, se va construi un transformator având in primar un număr de 200 de spire realizate cu sârma de cupru emailat cu diametrul de 0,1 mm iar in secundar un număr de 60 de spire bobinate cu sârma de cupru emailat cu diametrul de 0,2 mm.

Releul va fi de tipul celor construite in regim propriu sau poate fi un releu folosit la magnetofoane. Antena receptorului va fi realizată după aceleași indicații ca și pentru emițător.

Reglajul receptorului va consta în acordarea circuitului oscilant pe frecvența de lucru și urmărirea funcționării releului Rel, la primirea semnalelor de la emițător.

Dar, inainte de aceasta, este indicat să se verifice dacă montajul funcționează normal, în sensul ca etajul de detecție si celelalte etaje sunt corect realizate.

In acest scop, folosind o cască de mare impedanță (2000Ω) sau un amplificator de joasă frecvență, dupa cuplarea antenei și alimentarea montajului se va proceda in felul urmator :

Se cuplează casca sau amplificatorul la bornele condensatorului C4. Va trebui sa se audă un zgomot continuu ;

Se cuplează apoi casca in derivație pe C10, in care caz va trebui să auzim același zgomot insă mult mai puternic.

După ce ne-am convins de buna funcționare a montajului se va trece la realizarea acordului, folosind emițătorul descris mai inainte.

Pentru aceasta operație, ne vom deplasa intr-un loc deschis și asigurând intre partea de emisie si partea de recepție o distanță de 10 – 15 m, se va proceda după cum urmează :

Se alimentează atât receptorul cât și emițătorul ;

Se ține apăsat contactul K al emițătorului ;

Folosind o șurubelniță de material plastic, se rotește lent miezul de ferită al inducțantei L1 până în momentul în care releul anclanșează ;

Se continuă rotirea până când releul se eliberează, reținându-se numărul de rotații ce se fac asupra miezului ;

Se rotește miezul in sens invers cu jumătate din numărul de rotații ce s-au făcut între cele două momente descrise, asigurându-se prin aceasta un acord chiar pe mijlocul curbei de rezonanță.

La realizarea schemei receptorului se vor folosi următoarele tipuri de tranzistoare : T1 – 2SA 341, EFT 317, 2SA 435 etc., T2 – T3 de tipul EFT 351, T4 de tipul EFT 321, iar T5 de tipul EFT 125 sau 2SB 465.

Integratul Rx-2 care este montat pe receptor are funcția de a codifica un semnal primit de la un alt integrat Tx-2 care este montat pe emițător.

Dioda electroluminiscentă (LED)

Diodele LED se utilizează ca elemente de afișare și semnalizare.

Căderea de tensiune în conducție directă este de 1,2 – 1,6 V, iar curentul este cuprins între 1 – 100 mA. Randamentul cel mai bun îl au diodele roșii. Comparativ cu lămpile cu incandescență , viața diodelor LED este de cca 100 mai lungă.

Timpul de răspuns uzual fiind de 10 – 100 ns, diodele LED sunt net superioare și din acest punct de vedere lămpilor cu incandescență.

7.3. Puntea H.

Puntea H pentru comandarea motorului de curent continuă.

Motorul de curent continuu trebuie privit ca o cutie neagră din punct de vedere al automatistului care are 2 borne prin care se introduce semnalul de intrare (de natură electrică) și un arbore de ieșire prin care se culege de la acest dispozitiv mărimea de ieșire (de natură mecanică).

Există două punți care comandă fiecare un motor.

Puntea H este un ansamblu de 4 tranzistori cu ajutorul cărora putem determina rotația unui motor într-un sens sau în sensul opus motorului de curent continuu.

Dacă Q1 și Q3 sunt deschise și saturate iar Q2 și Q4 sunt blocate atuci curentul pornelte motorul spre dreapta.

Dacă Q2 și Q4 sunt deschise și saturate , iar Q1 și Q3 sunt blocate se mișcă către stânga.

Astfel cele patru semnale de comandă ale circuitului integrat care vin de la calculator dirijeajă sensul de rotație ale celor două motoare.

Se dă un impuls da la calculator (PC) prin portul paralel cu ajutorul pinilor care comandă cele două motoare folosite pentru acționarea robotului mobil.

Emițătorul preia semnalele de la calculator le codifică și le transmite receptorului de pe robot. Receptorul de pe robot primește semnalele de comandă care sunt decodificate cu ajutorul unui integrat epecializat de codificare și prin intermediul punților H sunt comandate motoarele de acționare indicâdu-le fiecăruia sensul și turația dorită. Logica motorului este aceea de acționa până în momentul în care simte un obstacol posibil. S-a folosit un senzor mecanic de tip “ touch “ iar senzorul reprezintă originea semnalului de control.

Led-ul de stare de pe cutia de radiocomandă semnalizează faptul că se comunică cu robotul mobil. La atingerea unui obstacol montajul emițătorului de pe robot preia semnalul de la senzor și îl trimite prin unde către calculator. Semnalul transmis de la emițătorul de la robot este preluat de cătrea receptorul de la radiocomandă și cu ajutorul interfețelor transmite calculatorului datele primite.

Calculatorul ia deciziile aferente propuse de procedurile programatorului.

7.4. Tehnologia cablării.

Un cablaj imprimat cuprinde un sistem de conductoare plate, așezate în 1,2 sau mai multe plane paralele, fixate (lipite) pe un suport izolant rigid sau flexibil, formând un ansamblu.

Există o mare varietate de cablaje imprimate, dar tehnologiile de fabricație pot fi grupate în 3 categorii:

1. tehnologii substractive, în care se pleacă de la un semifabricat (suport placat cu folie metalică);

conductoarele se obțin prin îndepărtarea metalului în porțiunile ce trebuie să fie izolatoare;

2. tehnologii aditive, în care se pleacă de la un suport izolator neacoperit; conductoarele se formează și se fixează pe suport în forma definitivă;

3. tehnologii de sinteză, în care și conductoarele și izolantul se realizează în aceeași etapă.

Din punct de vedere funcțional, prin tehnologia cablajelor imprimate se pot realiza :

conductoare imprimate – pentru conectarea diverselor componente fixe sau mobile;

componente imprimate de circuit – rezistoare, condensatoare, bobine, linii cu constante distribuite, elemente pentru microunde etc; subansamble pentru comutatoare mecanice – cu comutări complicate;

părți pentru mașini electrice – servomotoare, mașini speciale.

Tehnologia substractivă

Este cea mai răspândită metodă de realizare a cablajelor imprimate pe suport rigid cu 1 sau 2 straturi. Se pleacă de la un semifabricat placat pe una sau ambele fețe, tăiatsub formă de plăci cu dimensiuni și forme potrivite pe care se imprimă desenul cablajului. Înlăturarea cuprului din regiunile ce vor fi izolatoare se face prin corodare chimică cu substanțe acide.

Dacă este necesară și metalizarea găurilor se recurge la un procedeu combinat ; chimic, pentru corodare și electrochimic pentru metalizarea găurilor.

Pentru ca un cablaj electronic să ajungă în stare funcțională, cea pe care o cunoaștem cu toții, trebuiesc parcurși următorii pași :

Pasul 1: – alegerea unei plăcuțe de cablaj și dimensionarea ei:

Pasul 2: – desenarea circuitului ce urmează a fi imprimat:

Pasul 3: – punctarea cablajului, care se face cu ajutorul unui punctator :

Pasul 4: – găurirea cablajului se face cu ajutorul unui pistol (sau mașină) de găurit:

Pasul 5: – desenarea traseelor cablajului se face cu ajutorul unui marker de cablaj :

Pasul 6: – corodarea în clorură ferică (FeCl3 ); marker-ul are rolul de a proteja traseele

viitorului circuit împotriva corodării.

Pasul 7: – curățarea cablajului cu diluant sau acetonă:

Pasul 8: – verificarea traseelor cablajului împotriva eventualelor defecte se face cu ajutorul

unui aparat de măsură. Tot acum se verifică și piesele ce urmează a fi lipite pe cablaj, sau alte

elemente gen conectori.

Pasul 9: – lipirea componentelor pe cablaj se face cu ajutorul unui pistol de lipit (letcon) iar

elementul ce asigură „sudarea”pieselor de cablaj este fludorul.

Experiment

Experimentul va consta în verificarea următoarelor aspecte :

Modul în care reacționează sistemul robot la depistarea unui obstacol posibil.

Deviație față de punctul inițial țintă.T ( ).

Modul de desfășurare a experimentelor:

A. Scenariul.

Robotul va executa un vector PiT . Se va intera un obstacol în mod intenționat pe această direcție de deplasare.

La detectarea obstacolului, calculatorul de conducere va face în mod automat :

afișarea pe ecran (display) a unui mesaj de avertizare în acest sens.

lansează o procedură de ocolire.

B. Se repetă execuția unui aceluiași vector PiT și se va măsura fizic distanța față de poziția teoretică T( ) a punctelor ().

Observații: S-a constatat că la o turație mare robotul mobil are o deviație de la punctul țintă cu un δ=3,56.

Calculul Economico-Finaciar

Cheltuieli materiale folosite :

Cheltuielile totale ale machetei sunt de 1.500.000 lei

La producerea ei în serie costurile scad datorită furnizorilor.

Bibliografie.

Manualul inginerului-fundamente.Hütte,Ed Tehnică-ediția tradusă .29.

Mașini electrice-Nicolae Galan, Constantin Ghiță,Mihai Cistelecan; Ed didactică și pedagogică-București,1981.

Tehnologie electronică-Ed didactică și pedagogică –București-1981. Prof.dr.ing. Vasile M. Cătuneanu.

Programarea calculatoarelor,Ed didactică și pedagogică-București; Conf. dr. ing. Florin Munteanu.

www.robotics.com

www.google.com (mitsumi dc motors small)

Curs Roboți industriali mobili,anul-IV,Poapa Florin.

Curs Proiectarea structurilor mecanice a roboților,anul-IV, Ardeleanu Mihăiță.

Roboți de servicii- curs tradus.