Robotii Mobili

Cuprins

Noțiuni generale

Revoluția informatică a marcat saltul de la societatea industrializată la societatea avansat informatizată, generând un val de înnoiri în tehnologie și educație.

Japonezii au meritul de a defini sensul acestor mișcări de înnoire, brevetând în anul 1972 termenul de mecatronică. Termenul a fost utilizat pentru a defini fuziunea tehnologică: mecanică – electronică – informatică.

Electronica, alături de informatică, este unul dintre domeniile cele mai dinamice din robotică. Dezvoltarea electronicii s-a făcut cu pași rapizi, începând cu dublalarea numărului de componente pe o placă de siciliu, ajungând azi la zeci de milioane de tranzistori. În contextul acestei dezvoltări spectaculoase se înscrie și domeniul microcontrolerelor (calculatorul într-un singur chip).

Utilizarea microcontrolerelor în aplicații, la fel ca și utilizarea calculatoarelor de proces, permit înlocuirea componentelor hardware (electrice și mecanice) cu componente software.

Robotica este definită simplu "știința mașinilor inteligente". A fi inteligent într-un prim sens este faptul de a putea repeta sau crea în mod liber, legături între obiecte. Aceasta reprezintă o viziune mai mult sintetică a inteligenței. Astfel vorbind despre inteligență pentru ființele non-umane sau pentru mașini, se face prin referință la om. Turing a înțeles foarte bine aceasta, când a elaborat textul: "o mașină este inteligentă dacă comportamentul său seamănă cu al omului care o poate înlocui".

Inteligența mașinilor a fost prevăzută de multă vreme în literatură și cu mult înaintea apariției calculatoarelor, a trezit interesul oamenilor de stiință. Astfel prima denumire a fost de "creier electronic" și cea de "neuroni", pentru a desemna circuitele.

Prin mașină se înțelege un obiect manufacturat care interacționează cu mediul său. Prin această interacțiune fie că ia din mediu energia necesară și o convertește în energie mecanică și căldură disipată, fie manipulează informații. Din punct de vedere cronologic, ar exista mașini simple, conduse de către un operator uman, mașini programate să se comporte într-un anumit fel, mai avansate decât primele și mașini cu proprietăți senzoriale, cu capacitate de planificare, recunoaștere a formelor, navigare, învățare, cu disponibilități de prelucrare avansată a informațiilor, numite mașini inteligente.Mașinile inteligente pot opera individual sau conectate în cadrul unor sisteme.În acest ultim caz performanțele globale ale acestor sisteme sunt mai bune decât suma performanțelor mașinilor componente. De asemenea, mașinile inteligente operează autonom, fără un control total al operatorului uman dar cu posibilitatea de a colabora cu acesta, operează în medii nestructurate, ce pot fi periculoase sau lipsite de confort.

Dintre tipurile de structuri, pentru mașinile inteligente, cea mai adecvată arhitectură conține următoarele sisteme:

Subsistemul de percepție, care are rolul de a colecta, stoca, procesa și distribui informații despre starea actuală a mașinii și a mediului în care operează.

Subsistemul de cunoaștere, cu rolul de a evalua informațiile colectate de sistemul de percepție și de a planifica acțiunile mașinii.

Subsistemul de execuție, responsabil cu desfășurarea tuturor acțiunilor mașinii, pe baza instrucțiunilor de la celelalte două subsisteme.

Subsistemul de autoîntreținere are rolul de a menține mașina în condiții bune de funcționare. Acest subsistem asigură o monitorizare intermitentă a comportării mașinii pentru a preveni eventualele defecte (autoîntreținere preventivă) sau pentru a sesiza imediat ce apar (autodiagnostic). În cazuri particulare, autoîntreținerea poate însemna chiar și autoreparare.

Subsistemul de conversie a energiei asigură cantitatea și forma de energie necesară pentru ca toate celelalte subsisteme să aibă o bună funcționare.

Componentele fizice din structura acestor subsisteme sunt: senzorii și traductorii, actuatorii, microprocesoarele, rețelele de comunicații, dispozitivele de intrare/ieșire, efectorii finali, sursele de enegie.

Datorită dezvoltărilor din mecanică, automatică, electronică, informatică și inteligență artificială, noțiuni precum roboți evoluați, roboți inteligenți, roboți adaptivi, celule de automatizare flexibilă, ateliere de producție fără muncitori sunt din ce în ce mai folosite. Multe din aceste noțiuni nu sunt înțelese clar în afara cercurilor de specialiști, si datorită faptului că aceștia din urmă dau interpretări și definiții uneori divergente, care accentuează importanța anumitor domenii științifice (mecanică, electronică, automatică, informatică etc); publicul larg are imaginea roboților creati de literatura științifico-fantastică:

Roboți mobili

Noțiunea de robot este de origine slavă, însemnând lucru, corvoadă. Ea a fost introdusa de dramaturgul ceh Karel Capek, în anul 1922, în piesa de teatru "R.U.R. – Robotul universal al lui Rossum", pentru a denumi structuri artificiale antropomorfe care răspundeau perfect la comenzile stăpânului lor.

Termenul de " robotics" (robotică) se referă la știința care se ocupă de studiul și utilizarea roboților. Acest termen a fost folosit pentru prima dată de scriitorul și omul de știință american de origine rusă, Isaac Asimov, într-o scurtă povestioară numită „Runaround" în anul1950.

Primii roboți s-au numit Unimates și au apărut prin anii '50, fiind dezvoltați de George Devol și Joe Engelberger; acesta din urma a format Unimation și a fost primul care a vândut roboți, fiind considerat „părintele roboticii”.

Conform enciclopediei Webster, un robot este "un dispozitiv automat, care execută funcții normal atribuite oamenilor, sau o mașină cu asemănare de om". În timp ce această definiție ar putea fi satisfăcătoare pentru unii dintre noi, nu este însă neăparat și complectă. O altă definiție a fost dată de Institutul de Robotică din America în anul 1979: un robot este "o mașină reprogramabilă, multifuncțională creată pentru a muta diverse materiale, bucăți, unelte sau alte dispozitive specializate prin diverse mișcări programate, pentru realizarea unei varietăți mari de sarcini".

O definiție mai scurtă și larg acceptată la ora actuală este următoarea: un robot este un sistem inteligent care interacționează cu mediul fizic înconjurător, prin intermediul unor senzori efectori.

Roboții sunt mașini electromecanice automate, dar nu toți sunt automați, fiind controlați de oameni prin telecomandă, utilizând camere video sau alte sisteme de control. Majoritatea roboților sunt utilizați în procesele de fabricație. Alții pot fi utilizați ca manipulatoare pe adâncul mării, telecomandate. O altă categorie de roboți pot fi utilizați în diverse laboratoare unde se lucrează cu substanțe radioactive sau există temperaturi ridicate sau alte locuri periculoase. Unii roboți sunt mobili, având sistem de locomoție încorporat, putându-se deplasa pe uscat, pe apă, în aer. Modalitățile de propulsare sunt dintre cele mai diverse, cum ar fi:

cu roți;

cu apă;

cu jet de apă sau aer, etc.

Controlul automat variază, din punct de vedere al complexității: de la simple relee până la metode computerizate foarte sofisticate.

Roboții mobili, sunt dotați cu camere video sau alți senzori de percepere a mediului înconjurător în care activează. Controlul uman se realizează prin folosirea unor simple butoane până la joisticuri complicate cu putere de răspuns.

Sistemele de comandă includ module de comunicare bazate pe unde radio, acustice, echolocalizare (ghidare prin ecran), fibre optice sau cabluri.

Universul în care își desfășoară activitatea robotul fixat la sol, poate fi extins prin crearea capacității de mobilitate a bazei robotului, în funcție de reperul fixat la sol. De altfel, se știe că executarea unei lucrări atrage după sine necesitatea de a cunoaște poziția robotului față de elementele fizice manipulate. De asemenea, unul din punctele fundamentale ale robotului pe vehicul constă în a cunoaște unde se află el în mijlocul spațiului pe care îl poate parcurge. Soluția acestei probleme nu a fost imediată, cercetătorii focalizându-și atenția asupra vehiculului astfel încât se înțelege adesea prin robot mobil o platformă care se dorește a fi în totalitate automată, capabilă ca ea însăși să se deplaseze, de a se plasa și de a ști ce drum trebuie să urmeze în funcție de ce obiectivul indicat.

Ingineria roboților a fost foarte mult influențată de ficțiune, în sensul că are doza ei de utopie, totuși, foarte mulți bani sunt în continuare cheltuiți pentru cercetarea în domeniu, pentru obținerea de ființe artificiale prin duplicarea mâinilor și propulsiei prin mers pășitor biped.

Pentru a putea să definim un robot mobil sau un vehicul robot, trebuie să apelăm la definiția unui robot: „un dispozitiv mecanic care poate fi programat pentru a îndeplinii anumite sarcini ce îi sunt atribuite print-un control automat.”

În practică există o diversitate mare de roboți mobili. O clasificare a acestora este prezentată în figura 1.1.

O primă clasificare rezultă din diferența între vehiculele ghidate, AGV-urile (en. Automated Guided Vehicles) și cele neghidate. Un AGV este limitat la o traiectorie predefinită în spațiul său de lucru. Aceste traiectorii sunt marcate prin: șine, linii optice sau magnetice, sau sunt alcătuite dintr-o serie de poziții programate și stocate în memorie. AGV-urile nu pot sub nicio formă să părăsească traseul predefinit: dacă părăsesc traseul ele se „rătăcesc”.

O a doua clasificare se poate face după mediul în care acționează vehiculele robot. În timp ce vehiculele ghidate sunt terestre, cele neghidate pot acționa și în alte medii cum ar fi: mediul acvatic și spațial. Cea mai mare categorie a vehiculelor neghidate sunt terestre, care se pot clasifica și ele după tipul sistemului de locomoție. Dintre toate sisteme de locomoție, cel mai des întâlnit este cel cu roți.

În literatura de specialitate, vehiculele robot neghidate terestre cu roți se numesc și „roboți mobili” (en. Wheeled Mobile Robots) sau „vehicule robot mobiel autonome”.

Un robot mobil este alcătuit dintr-o serie de componente, de natură: fizică (hardware) și logică, computațională (software). Din punct de vedere al componentelor hardware, un robot mobil este compus din:

Locomoție – modalitatea prin care robotul se mișcă în mediul său ambiant;

Sistem senzorial – modalitatea prin care robotul măsoară proprietățiele lui și ale mediului înconjurător;

Procesare – modalitatea prin care robotul prelucrează datele și ia deciziile în legătură cu informațiile primite de la sistemul senzorial;

Comunicare – modalitatea prin care robotul comunică cu alți roboți sau cu un operator din mediu.

Sisteme de locomoție a roboților mobili

Locomoția este procesul care îi permite robotului mobil să se deplaseze prin mediu, prin acționarea anumitor forțe asupra sa. Studiul acțiunii acestor forțe se numește dinamică, iar studiul formulelor matematice asociate mișcării se numește cinematică.

Una din tehnicile de estimare a poziției unui robot mobil în mediu său înconjurător se numește odometrie. Prin odometrie se calculează distanța parcursă de un robot mobil în funcție de rotațiile facute de roțile acestuia. În cazul unei roți ideale, cu fiecare rotație se consideră că robotul a parcurs o distanță egală cu , unde r – raza roții respective. Din păcate, în parctică estimările sunt mult mai puțin precise datorită forțelor de frecare și de alunecare.

Un robot mobil aflat într-un plan are 3 grade de libertate: o poziție x,y și o orientare Ɵ față de axa orizontală. Tripletul (x, y, Ɵ) se numește poziție, relativă sau absolută, a robotului mobil și constituie variabila efectivă de control a sistemului de locomoție.

În dotarea unor roboți mobili, se regăsesc pe lângă roțile motoare și roți adiționale care adigură stabilitatea suportului robotului.

Sisteme de locomoție diferențiale

Sistemele diferențiale sunt printre cele mai simple sisteme de locomoție întâlnite la un robot mobil. Un sistem diferențial este alcătuit din două roți moinamică, iar studiul formulelor matematice asociate mișcării se numește cinematică.

Una din tehnicile de estimare a poziției unui robot mobil în mediu său înconjurător se numește odometrie. Prin odometrie se calculează distanța parcursă de un robot mobil în funcție de rotațiile facute de roțile acestuia. În cazul unei roți ideale, cu fiecare rotație se consideră că robotul a parcurs o distanță egală cu , unde r – raza roții respective. Din păcate, în parctică estimările sunt mult mai puțin precise datorită forțelor de frecare și de alunecare.

Un robot mobil aflat într-un plan are 3 grade de libertate: o poziție x,y și o orientare Ɵ față de axa orizontală. Tripletul (x, y, Ɵ) se numește poziție, relativă sau absolută, a robotului mobil și constituie variabila efectivă de control a sistemului de locomoție.

În dotarea unor roboți mobili, se regăsesc pe lângă roțile motoare și roți adiționale care adigură stabilitatea suportului robotului.

Sisteme de locomoție diferențiale

Sistemele diferențiale sunt printre cele mai simple sisteme de locomoție întâlnite la un robot mobil. Un sistem diferențial este alcătuit din două roți montate pe un ax comun controlate prin două motoare separate.

Cinematica se ocupă de relațiile între parametrii de control și de comportamentul sistemului în spațiul stărilor. În cadrul unui sistem de locomoție diferențial, robotul trebuie să se rotească în jurul unui punct care se află pe axa comună a celor două roți motoare. Prin modificarea vitezelor celor două roți, traiectoria de rotație poate fi modificată. Vitezele celor două roți trebuie să respecte următoarea relație:

(1.1)

Unde este viteza roții din partea stângă, viteza roții din partea dreaptă, R este distanța dintre mijlocul axei celor două roți și centrul de curbură CC, viteza unghiulară, iar l este distanța dintre cele două roți. Unghiul de rotație este reprezentat de Ɵ. Rezolvarea sistemului de ecuații de mai sus are următoarea soluție:

(1.2)

Un caz special îl constituie . Distanța R devine infinită, deci robotul se va mișca în linie dreaptă. Dacă , disntața R devine 0, iar robotul se va mișca pe loc în jurul mijlocului axei l. Pentru orice alte valori ale lui și , robotul se va roti pe un cerc de rază R față de centrul de curbură.

Știind un set de condiții inițiale se poate determina poziția robotului la un moment de timp t:

(1.3)

(1.4)

(1.5)

Determinarea parametrilor de control, vitezele și , pentru a ajunge într-un anumit punct stabilit, poartă numele de ecuații cinematice inverse. Datorită faptului că rezolvarea sistemului de ecuații de mai sus este greoi, se propun două cazuri speciale de mișcare a robotului.

În primul caz, se egalizează cu , ecuația de mai sus devine:

(1.6)

În al doilea caz, se alege , ecuația devine:

(1.7)

Sisteme de locomoție sincrone

Într-un sistem de locomoție sincron, fiecare roată poate fi controlată separat. Configurațiile tipice de sisteme de locomoție sincrone presupune existența a trei roți motoare așezate pe vârfurile unui triunghi echilateral.

Un tip de aranjament mecanic pentru un robot cu sistem de locomoție sincron este de a folosi două motoare, unul petru a roti toate roțile într-o direcție, iar cel de-al doilea motor pentru a le mișca înainte sau înapoi.

Datorită faptului că toate roțile rămân paralele, roboții cu locomoție sincronă se rotesc în jurul centrului lor geometric.

Ecuațiile cinematice directe pentru un robot cu sistem de locomoție sincron, care are viteza unghiulară și se deplasează cu viteza v, sunt:

(1.8)

(1.9)

(1.10)

Sisteme de locomoție tip tricicletă

Un sistem tip tricicletă este alcătuit din 3 roți, două în spate, pasive, și o roată în față, motoare, cu ajutorul căreia se poate stabili viteza de deplasare precum și direcția robotului. Robotul tip tricicletă este controlat prin unghiul α, respectiv prin viteza de deplasare v.

Dacă roata din față este poziționată la un unghi α, robotul se va roti cu viteza unghiulară , la o distanță R pe direcția unei linii perpendiculare și care trece prin roțile din spate. R și sunt date de:

(1.11)

Ca și în cazul sistemului de locomoție diferențial, ecuațiile cinematice inverse sunt destul de complicate. De aceea se analizează două cazuri speciale.

Dacă α=0 , robotul se deplasează înainte, poziția lui este dată de:

(1.12)

Cel de-al doilea caz, este dacă robotul este capabil să manevreze roata motoare la unghiuri de ±90 grade, atunci robotul se poate întoare pe loc, poziția este:

(1.13)

Dacă roata din față nu se poate roti la unghiuri de ±90 grade, este imposibil de a schimba orientarea robotului fără a i se schimba poziția.

Sisteme de locomoție Ackerman

Sistemele de lcomoție Ackerman se regăsesc la majoritatea automobilelor existente. În modelul Ackerman, roțile din față se pot roti individual, pentru a putea modifica distanța față de centrul de curbură aflat pe o linie perpendiculară care trece prin centrul roților din spate.

În sistemul de lcomoție Ackerman, robotul se rotește în jurul unui punct aflat pe dreapta perpendiculară care trece prin mijlocul roților de la spate, la o distanță R dată de relația:

(1.14)

Pentru ca robotul să fie în mișcare de rotație, cea de-a doua roată motoare trebuie rotită cu un unghi , unde:

(1.15)

Sisteme de acționare a roboților mobili

Sistemul de acționare al unui robot cuprinde totalitatea surselor de energetice ale robotului precum și elementele de control direct ale acestora. Prin sistemul de acționare se înțelege asnsamblul motoarelor și convertoarelor prin care se obține energie mecanică necesară deplasării robotului și a dispozitivelor suplimentare ce controlează transferul de energie.

Un astfel de sistem este format din:

o sursă primară de energie;

un sistem de conversie al energiei primare în energie mecanică;

un sistem pentru transmisia energiei mecanice la componentele dorite;

un control al parametrilor caracteristicilor al acestor sisteme.

Sistemele de acționare uzuale folosesc trei surse primare de energie: electrică, pneumatică sau hidraulică. Tipul de acționare dominant la roboții industriali este acționarea hidraulică datorită unor caracteristici deosebite pe care aceste echipamente le oferă în ceea ce privește raportul dintre forță exercitată la dispozitivul motor și greutatea acestuia. Următoarea acționare este cea electrică, utilizată îndeosebi datorită facilitătilor de control pe care le poate asigura. Acționarea pneumatică este foarte rar folosită, ea fiind mai mult utilizată la sistemele de comandă ale dispozitivelor auxiliare.

La acționarea roboților mobili principala acționare este cea electrică datorită capacităților complexe și precise și varietatea de dimensiuni oferite de multitudinea de motoare electrice.

Sisteme de acționare electrice

Acționarea electrică ocupă o arie suficient de întinsă datorită următoarelor avantaje principale:

sursa de energie electrică primară este ușor de găsit;

sistemele de control sunt precise, sigure;

se poate asigura o funcționare autonomă prin alimentarea cu baterii;

nu se impun probleme specifice de poluare.

Motoare de curent continuu

Motorul de curent continuu este un motor electric cu comutație internă care este alimentat de la o sursă de curent continuă.

Motorul de curent continuu are pe stator polii magnetici și bobinele polare concentrate care crează câmpul magnetic de excitație. Pe axul motorului este situat un colector ce schimbă sensul curentului prin înfășurarea rotorică astfel încât câmpul magnetic de excitație să exercite în permanență o forță față de rotor.

În funcție de modul de conectare a înfășurării de excitație motoarele de curent continuu pot fi clasificate în:

Motor cu excitație independentă – unde înfășurarea statorică și înfășurarea rotorică sunt conectate la două surse separate de tensiune.

Motor cu excitație paralelă – unde înfășurarea statorică și infășurarea rotorică sunt legate în paralel la aceași sursă de tensiune.

Motor cu excitație serie – unde înfășurarea statorică și înfășurarea rotorică sunt legate în serie.

Motor cu excitație mixtă – unde înfășurarea statorică este divizată în două înfățurări, una este conectată în paralel și una conectată în serie.

Înfășurarea rotorică parcursă de curent va avea una sau mai multe perechi de poli magnetici echivalenți. Rotorul se deplasează în câmpul magnetic de excitație până când polii rotorici se aliniază în dreptul polilor statorici opuși. În acel moment, colectorul schimbă sensul curenților rotorici astfel încât polaritatea rotorului se inversează și rotorul va continua deplasarea până la următoarea aliniere a polilor magnetici. Pentru acționări electrice de puteri mici și medii, sau pentru acționări ce nu necesită câmp magnetic de excitație variabil, în locul înfășurărilor statorice se folosesc magneți permanenți.

Turația motorului este proporțională cu tensiunea aplicată înfășurării rotorice și invers proporțională cu câmpul magnetic de excitație. Turația se reglează prin varierea tensiunii aplicată motorului până la valoarea nominală a tensiunii, iar turații mai mari se obțin prin slăbirea câmpului de excitație. Ambele metode vizează o tensiune variabilă ce poate fi obținută folosind un generator de curent continuu, prin înserierea unor rezistoare în circuit sau cu ajutorul electronicii de putere (redresoare comandate, choppere).

Cuplul dezvoltat de motor este direct proporțional cu curentul electric prin rotor și cu câmpul magnetic de excitație. Reglarea turației prin slăbire de câmp se face cu diminuarea cuplului dezvoltat de motor. La motoarele serie același curent străbate înfășurarea de excitație și înfășurarea rotorică. Din această considerație se pot deduce două caracteristici ale motoarelor serie: pentru încărcări reduse ale motorului, cuplul acestuia depinde de pătratul curentului electric absorbit; motorul nu trebuie lăsat să funcționeze în gol pentru că în acest caz valoarea intensității curentului electric absorbit este foarte redusă și implicit câmpul de excitație este redus, ceea ce duce la ambalarea mașinii până la autodistrugere. Motoarele de curent continuu cu excitație serie se folosesc în tracțiunea electrică urbană și feroviară.

Schimbarea sensului de rotație se face fie prin schimbarea polarității tensiunii de alimentare, fie prin schimbarea sensului câmpului magnetic de excitație. La motorul serie, prin schimbarea polarității tensiunii de alimentare se realizează schimbarea sensului ambelor mărimi și sensul de rotație rămâne neschimbat. Așadar, motorul serie poate fi folosit și la tensiune alternativă, unde polaritatea tensiunii se inversează o dată în decursul unei perioade. Un astfel de motor se numește motor universal și se folosește în aplicații casnice de puteri mici și viteze mari de rotație.

Motoare pas cu pas

Motorul pas cu pas este un convertor electromecanic care realizează transformarea unuii tren de impulsuri digitale într-o mișcare proporțională a axului său.

Mișcarea rotorului motorului pas cu pas constă în deplasări unghiulare discrete, succesive, de mărimi egale și care reprezintă pașii motorului. Aceștia mai prezintă proprietatea de a putea intra în sincron față de impulsurile de comandă chiar din starea de repaus, funcționănd fără alunecare iar frânarea se efectuează fără ieșirea din sincronism. Datorită acestui fapt se asigură porniri, opriri și reversări bruște fără pierderi de pași în timpul lucrului.

Motoarele pas cu pas pot lucra cu frecvențe între 1000 și 20000 pași/secundă, având pașii unghiulari cuprinși între 180 și 0,3 grade.

Avantajele motoarelor pas cu pas:

gamă largă a frecvențelor de comandă;

precizie de poziționare și rezoluție mare;

permit porniri, opriri fără pierderi de pași;

memorează poziția;

sunt compatibile cu comanda numerică.

Dezavantajele motoarelor pas cu pas:

unghi de pas de valoare fixă pentru un motor dat;

viteză de rotație relativ scăzută;

puterea dezvoltată la arbore are valoare redusă;

randament energetic scăzut.

Sisteme de acționare hidraulice

Sistemele hidraulice de acțioare transformă energia lichidelor în putere mecanică de lucru.

Există două tipuri de sisteme de acționare hidraulice:

Hidrodinamice;

Hidrostatice

Sistemele hidrodinamice, transmit puterea mecanică prin intermediul energiei cinetice a fluidului hidraulic. În general aceste sisteme includ o pompă rotodinamică, o turbină și câteva elemente adiționale de control.

Sistemele hidrostatice sau sisteme hidraulice de putere, transmit și controlează puterea variând presiunea fluidului hidraulic. Aceste sisteme sunt utilizate în industrie, la echipamente mobile, aeronautică, etc.

În schema de mai jos sunt evidențiate componentele unui sistem hidraulic:

Sisteme de acționare pneumatice

Caracteristicile principale a acestor dispozitive este dată de utilizarea aerului ca fluid compresibil al sistemului de acționare.

Funcțiile de operare ale sistemelor pneumatice sunt similare cu cele hidraulice, particularitățile tehnologice și constructive specifice lor fiind datorate schimbării fluidului, specificul și proprietățile sale.

Avantajele sistemelor pneumatice sunt:

simplitatea echipamentelor de acționare;

robustețea dispozitivelor utilizate;

nepoluarea mediului de lucru;

sisteme de control simple;

raportul putere/greutate relativ ridicate;

rezistență la supra sarcini de valori mari.

Compresibilitatea fluidului, aerului, face ca sistemele de control să fie utilizate în special la elementele mecanice care lucrează pe principiul „totul sau nimic” fără să fie necesar un reglaj intermediar. Ca efect al acestei funcții, ele pot fi introduse cu succes la dispozitive de acționare ale griperelor unde sunt conturate doar două stări: deschis și închis.

Controlul poziției unui element mecanic prin sisteme pneumatice este rar utilizat datorită performanțelor slabe rezultate în comparație cu cele electrice sau hidraulice. Aceste rezultate slabe se atribuie compresabilității aerului care introduce o întârziere în dinamica dispozitivului.

O deficiență de bază o constitue faptul că aceste sisteme utilizează control după debit, parametru ce nu este întotdeauna indicat pentru comanda pneumatică a unei mișcări. Din acest motiv se recomandă utilizarea unui control al presiunii ce duce la o îmbunătățire considerabilă a performanțelor dar este mult mai complex și desigur mult mai costisitor.

Sisteme senzoriale ale roboților mobili

Orice robot mobil este echipat cu "organe de simț", care furnizează sistemului de comandă și programare informații, care permit supravegherea propriei activități și a mediului înconjurător. Din acest punct de vedere o primă clasificare a senzorilor folosiți ale robot este următoarea:

Organe de simț interne – menite să ofere informații asupra funcționării celorlalte sisteme componente ale robotului.

Organe de simț externe – menite să ofere informații despre mediul ambiant în care acționează robotul.

Informațiile furnizate de sistemul senzorial sunt prelucrate de către sistemul de comandă, având de cele mai multe ori ca rezultat transmiterea către sistemul de acționare a unor comenzi care corijează traiectoria, în vederea îndeplinirii sarcinilor de lucru, a evitării obstacolelor. Organele de simț ale robotului sunt: traductoare și senzori. Dacă preluam din automatică noțiunea de stare a unui sistem, atunci se poate spune că traductoarele și senzorii dau informații despre starea unui robot care execută o sarcină dată.

Robotul lucrează într-un mediu marcat de o serie de procese fizice specifice. Astfel, gravitația influențează mișcarea tuturor roboților care funcționează pe pământ și are un efect neglijabil pentru roboții din navele spațiale. Contactul fizic între corpuri generează forțe de reacțiune, care modifică starea robotului. Dacă mediul de lucru este parțial cunoscut, sau sarcina utilă de executat este parțial descrisă, atunci robotul, prin interacțiunea la distanță cu mediul, localizează și recunoaște obiectele, calculează poziția acestora și orientarea în vederea ocolirii sau manipulării.

Interacțiunile cu mediul pot fi de tip editară (volume din spațiul de lucru care nu pot fi atinse) și de tip control (robotul generează forțe prestabilite asupra obiectelor din mediu). Astfel, interacțiunile se traduc prin restricții de tip inegalitate sau egalitate.

În cazul ocolirii obstacolele, mișcarea robotului rămâne liberă și dacă se iau măsuri de siguranță, atunci nerespectarea inegalităților impuse poate să nu influențeze negativ acțiunea robotului.

În cel de al doilea caz când se generează forțe prestabilite între roboți și mediu, nerespectarea egalității prescrise poate avea urmări grave, deteriorarea robotului sau a obiectelor.

Localizarea obiectelor prin contact fizic impune restricții asupra vitezei de mișcare. Vitezele mari de lucru determină efecte dinamice. Folosind senzori de proximitate, se pot localiza și măsura distanțele până la corpurile mediului fără efectuarea contactului fizic. Pentru a evidenția existența obiectelor în mediu și distanța până la ele, corpurile trebuie să emită un semnal care să poată fi detectat. Acest lucru se poate întâmpla dacă corpul emite un semnal natural sau a fost dotat cu emițător sau dacă reflectă un semnal emis de robot spre el.

Un corp din mediu poate fi radioactiv (emite radiații α), luminoșcent (emite fotoni în spectrul vizibil), poate genera un câmp gravitațional, un câmp magnetic sau electromagnetic.

Obținerea unei informații despre un parametru caracteristic mediului intern sau extern al robotului presupune realizarea a două funcții: sesizarea și apoi măsurarea mărimii acestuia.

Senzorii realizează doar funcția sesizării, furnizând un semnal electric ce este prelucrat ulterior de un sistemul comandă. Traductoarele execută atât funcția de sesizare cât și pe cea de măsurare, furnizând sistemului de comandă un semnal ce caracterizează cantitativ parametrul urmărit.

O clasificare generală a senzorilor și traductoarelor poate fi:

După natura măsurării în raport cu un sistem de coordonate

Absolută – valoarea măsurării este raportată la poziția inițială;

Relativă sau incrementală – valoarea măsirării este raportaăt la ultima poziție cunoscută.

După modul de măsurare

Prin contact direct cu elementele măsurate;

Fără contact.

După principiul constructiv

Mecanic;

Electric;

Optic.

După modul de indicare a măsuriii măsurate

Analogic;

Numeirc.

Calitatea senzorilor și a traductoarelor este dată de câteva caracteristici:

Rezoluția – reprezintă cea mai mică mărime măsurabilă, care corespunde incrementalului sau pasului, pentru traductoarele numerice.

Precizia – constanța dintre rezultatele măsurării și mărimea de măsurat în plaja de funcționare.

Justețea – sau diferența între valoarea indictă și cea efectivă a mărimii măsurate.

Fidelitatea – este determinată de variația valorilor măsurate pentru aceeași mărime în condiții identice.

Pentru funcționarea roboților inteligenți sunt necesare mai multe informații decât cele furnizate de traductoare. Cu ajutorul acestor date se construiește modelul concret al comportării robotului sau succesiunea mișcării elementelor în conformitate cu problema de rezolvat. Roboții dotați cu inteligența artificială își găsesc aplicațiile în procesele tehnologice de montaj automat, la sudarea cu arc electric, în aplicațiile care necesită roboți mobili.

Senzorii reprezintă elementele instalației de comandă ale robotului ce interpretează nemijlocit elementele informative ale unui fenomen controlabil. Sistemul senzorial al roboților are funcțiile și principiile structural – operaționale similare sistemului senzorial uman.

Structura generală a unui senzor este prezentată în figura 1.9:

Clasificarea senzorilor este prezentată în figura 1.10.

Sistemul senzorial funcțional reprezintă ansamblul senzorilor extreni ce echipează un robot, împreună cu echipamentul de prelucrare a datelor care recepționează și prelucrează informațiile senzorilor și furnizează date pentru comanda robotului. Un sistem senzorial asistat de un microcalculator, asigură achiziția și prelucrarea informațiilor unui ansamblu de mai mulți senzori.

Prelucrarea datelor furnizate de sistemele senzoriale funcționale se face prin utilizarea unor algoritmi specifici cum ar fi: de detectare a unui obiect, apreciere a distanței, de recunoaștere a formelor, de prehensiune, de evitare a obstacolelor, etc.

Senzori de contact

Cel mai des întâlnit tip de senzori de contact la roboții mobili sunt senzorii bumper (en. to bump = a se lovii). Aceste dispozitive pot fi simple întrerupătoare care raportează o valoare binară, 0 sau 1, fiind asociată unei stări: deschis sau închis. Astfel, în momentul în care robotul lovește un obstacol, întrerupătorul se va închide trimitând un semnal la sistemul de comandă care v-a lua urmâtoarele decizii.

Un scenariu în care robotul echipat cu senzori bumper întră în coliziune cu un obstacol este prezentat în figura 1.11.

Robotul din figura 1.11 are un sistem senzorial format din 10 senzori de tip bumper, care sunt situați pe circumferința acestuia. În momentul în care robotul se lovește de un obstacol, senzorii vor raporta acest lucru.

Cu toate că senzorii de tip bumper sunt folosiți pentru a evita lovirea robotului de obiectele aflate în mediu înconjurător. Dacă forța de impact este mare, detectarea coliziunii nu mai este suficiență pentru a evita distrugerea robotului. Majoritatea roboților mobili nu sunt echipați cu ssteme de franare active, în caz de coliziune unui robot mobil tot i-ar lua o distanță considerabilă pentru a se oprii datorită inerției motoarelor, deoarece are o anumită viteză.

Totuși senzorii bumper sunt instalați nu atât pentru detectarea coliziunilor, ci și pentru absorbirea forțelor produse la impact.

Senzori IR

Senzorii în infraroșu (IR) alcătuiesc cea mai simplă categorie de senzori de distanță folosiți la un robot mobil. Metoda lor de funcționare este foarte simplă, bazată pe un emițător și un detector (receptor). Emițătorul transmite un fascicul de lumină în spectru infraroșu, fascicul care se propagă în mediu și se reflectă de obiectele prezente în raza senzorului.Fascicolul reflectat este captat de detector, urmând ca printr-un calcul matematic să se determine distanța între senzorul IR și obiectul detectat.

Principiul de funcționare al senzorului IR este prezentat în figura 1.12:

Emițătorul și detectorul au o rază de acțiune. În funcșie de poziția obiectușui în mediu, poate să fie detectat sau nu de către senzor.

Plecând de la ipoteza că toate obiectele din mediul de lucru al robotului au aceeași culoare, senzorul IR poate fi calibrat astfel încât să măsoare distanțele între el și obiectele din zona lui de lucru.

În realitate, obiectele au culori diferite, unele obiecte reflectând o mai mare sau mai mică cantitate de lumină. De exemplu: suprafețele de culoare închisă sunt aproape invizibile pentru majoritatea senzorilor IR (figura 1.13).

Informațiile primite de la senzorii IR sunt predispuse la erori dacă în camera respectivă există o cantitate mai mare de lumină naturală, provenită de la soare.

Senzorii IR sunt de regulă senzori cu rază de acțiune mică (50–100cm) datorită faptului că intensitatea semnalului IR este invers proporțională cu pătratul distanței.

(1.16)

Senzorii IR sunt destul de des folosiți la construcția roboților mobili datorită prețului foarte mic pe care producătorii senzorilor îl practică.

Senzori ultrasonici

Senzori ultrasonici sau sonar (en. Sound Navigation and Ranging) folosesc un principiu asemănător cu senzorii IR, dar în loc de fascicol luminos, ei transmit semnale acustice, adică sunete. Un emițător sonar trasmite un semnal acustic în mediu, urmând ca ecoul, reflecția acestuia să fie recepționată de detectorul senzorului. Sunetele transmise de senzorii sonar fac parte din spectrul de sunete ultrasonice, având o frecvență foarte înaltă pentru a nu putea fi detectată de urechea umană.

Principiul de funcționare al senzorilor ultrasonici (figura 1.14) a fost împrumutat din lumea animală, de la lilieci și delfini care folosesc in scopuri de localizare și identificare a diferitelor animale sau obiecte care pot să le stea în cale.

Sensibilitatea unui senzor de acest tip nu este uniformă, diferind de la un senzor la altul.

Principalele probleme apărute la folosirea senzorilor ultrasonici sunt:

Poziția unui obiect detectat este necunoscută, datorită sensibilității sonarului. De exemplu un obiect detectat la o distanță d de sonar poate fi oriunde în conul acestuia.

Anumite suprafețe pot da naștere unor citiri eronate, semnalul acustic este reflectat într-o altă direcție.

Probleme care apara la intersectarea mai multor semnale acustice generate de senzori ultrasonici diferiți. Dacă semnalele de la acești senzori nu sunt codificate și sunt folosiți mai mulți senzori simultan, semnalele senzorilor se interferează unul cu celălalt dând naștere la citiri complect eronate. Rezolvarea vine prin folosirea senzorilor în miod secvențial.

Senzorii ultrasonici sunt cu siguranță cei mai întâlniți senzori din categoria senzorilor de distanță la construcția roboților mobili. Prețul lor este între prețul senzorilor IR, adică foarte mic, și prețul mult mai mare al altor categorii de senzori de distanță mai precise existente pe piață.

Senzori video

În lumea roboților mobili, senzori video sunt materializați în general de camere video.

Momentan senzorii video se folosesc de două tehnologi: CCD și CMOS; din punct de vedere al construcției unui robot cu senzori video, diferențele intre cele două tehnologii sunt nule.

Camerele video obțin o cantitate mare de informații din câmpul lor vizual. Procesarea acestor date necesită, de obicei, o putere de calcul destul de ridicată, mai ales în cazul când se dorește obținerea unor rezultate cât mai apropiate de cele reale.

Sisteme de comandă și conducere

Robotul este un sistem complex realizat cu ajutorul calculatoarului, a microprocesoarelor, senzorilor,sistem mecanic, sisteme de acționare, care au capacități de: acțiune, de sesizare, de decizie, de comunicare; desfățurându-și activitatea într-un mediu fizic.

Din punct de vedere structurat robotul este un ansablu de sisteme interconectate. în figura este prezentă structura bloc a unui robot.

Sistemul de comandă și sistemul de acționare al robotului pot fi considerate ca un sistem compact, numit „sistem de comandă”, care are ca rolul de punere în mișcare și de control a mișcării elementelor din cadrul sistemului mecanic și cel de acționare.

Sistemul de comandă este format dintr-un calculator sau din mai multe calculatoare interconectate și are rolul de elaborare a comenzi către sistemul de acționare și culegere de informații de la sistemul de acționare. Prin intermediul acestor comenzi se asigură coordonarea mișcărilor. De asemenea sistemul de comandă asigură comunicarea cu operatorul uman, preia informațiile de la senzori pentru a forma o imagine despre mediu.

Programarea reprezintă furnizarea de către roboți, sub formă codificată, a tuturor caracteristicilor operațiilor ce urmează a fi executată de acesta cum ar fi: comenzi de pornire/oprire, succesiunea mișcărilor, momentele în care este necesară luarea unor decizii, coordonatele deplasării pe o traiectorie definită, timpul de repaus, etc.

Scopul principal al programării unui robot urmărește efectuarea de către acesta a unor acțiuni tehnologice prescrise, în anumite puncte pe o traiectorie bine definită. în funcție de complexitatea arhitecturii robotului, ca sistem, se deosebesc 4 procedee de programare, de la cel mai simplu, care permite programarea motoarelor de acționare, până la cel mai complex, care definește sarcina impusă spre realizarea în termen obiectiv:

procedeul prin învățare;

procedeul prin limbaje specializate;

procedeul prin limbaje de programare textuale;

procedeul care exploatează funcțiile robotice bazate pe un sistem CAD (Computer Aided Design).

Motoare elecrice pas cu pas

Motoarele pas cu pas sunt destinate transformării impulsurilor de curent, în deplasări unghiulare sau liniare discrete, numite pași. Motoarele pas cu pas pot îndeplini funcția de decodificator al semnalelor liniare, utilizate în tehnica comenzilor numerice, permițând realizarea unor sisteme automate discrete fără necesitatea prezenței unei legături de reacție. Această proprietate se bazează pe faptul că se stabilește o corespondență riguroasă, univocă între informația primită sub formă de impulsuri și deplasarea sau numărul de pași pe care îi execută rotorul motorului.

Motoarele pas cu pas prezintă proprietatea de a putea intra în sincronism față de impulsurile de comandă chiar din stare de repaus, funcționând fără alunecare, frânarea efectuându-se fără ieșirea din sincronism. Datorită acestui fapt se asigură porniri, opriri și reversări bruște fără pierderi de pași în tot domeniul de lucru.

Viteza unui motor pas cu pas poate fi reglată în limite largi prin modificarea frecvenței impulsurilor de intrare. Astfel, dacă pasul unghiular al motorului este 1,8° numărul de impulsuri necesare efectuării unei rotații complete este 200, iar pentru un semnal de intrare cu frecvența de 400 impulsuri pe secundă turația motorului este de 120 rotații pe minut. Motoarele pas cu pas pot lucra până la frecvențe de 1000 – 20000 pași / secundă, având pași unghiulari cuprinși între 180° și 0,3°.

Motoarele pas cu pas și-au găsit aplicare în sistemele de comandă automată pe bază de program la acționările mașinilor-unelte, la mecanismele în aplicații de mică putere, caracterizate de mișcări rapide, precise, repetabile: plotere x-y, unități de disc flexibil, deplasarea capului de imprimare la imprimante serie, acționarea mecanismelor de orientare și prehensiune la roboți, deplasarea axială a elementelor sistemelor optice, mese de poziționare 2D pentru mașinile de găurit, etc.

Avantajele principale ale acestor tipuri de motoare sunt:

convertesc direct și univoc într-o deplasare determinată semnalele electrice fără a fi nevoie de reacție;

au o gamă largă de viteze, mai ales în domeniul valorilor mici, uzual între zero și câteva zeci de mii de pași/sec;

prezintă o revoluție excelentă a mișcării obiectului reglat, deoarece deplasarea se realizează cu pași mici, precizie de poziționare și rezoluție mare;

sunt compatibile cu comanda numerică;

memorează poziția finală a obiectului reglat, uneori chiar și după deconectarea de la sursă;

gamă largă a frecvențelor de comandă;

permit porniri, opriri, reversări fără pierderi de pași.

Principalele dezavantaje ale motoarelor pas cu pas sunt:

unghi de pas de valoare fixă pentru un motor dat;

viteză de rotație relativ scăzută;

putere dezvoltată la arbore de valoare redusă;

randament energetic scăzut.

Principiul de funcționare, construcția motoarelor pas cu pas

În figura 2.1 este prezentat un motor cu 6 poli aparenți pe stator și cu rotorul bipolar. Dacă se alimentează cu un puls de curent, înfășurările de pe polii l și 4, încât câmpul are direcția verticală pe figură, atunci rotorul se orientează pe direcția arătată în figura 2.1.a. Alimentând apoi înfășurarea de pe polul 2 și polul 5 statoric, întrerupându-se alimentarea bobinelor l și 4, rotorul se va orienta pe noua direcție a câmpului, figura 2.1.b. Această rotire este posibilă, întrucât la momentul T/6, când se realizează alimentarea bobinelor 2 și 5, cuplul are valoarea:

(2.1)

și mașina reușește să ajungă în situația de funcționare stabilă, rotorul fiind atras spre poziția de echilibru stabil corespunzătoare alimentării statorului din acesta situație. Alimentând în continuare bobinele statorului conform diagramei 2.1.d, se obține o funcționare pas-cu-pas a motorului, având un pas, iar numărul de pași la o rotație completă fiind:

(2.2)

Viteza de rotație a rotorului este invers proporțională cu perioada T sau timpul dintre două semnale succesive și direct proporțională cu frecvența impulsurilor aplicate.

În cazul în care impulsurile de curent se aplică la câte două perechi de poli alăturați, de exemplu 1 – 4 și 2 – 5, rotorul mai prezintă încă o poziție de echilibru stabil, cea prezentată în figura 2.1.c. Adică la alimentarea cu succesiunea de impulsuri prezentată în fig. 2.1.c, unghiul de pas se reduce la π/6 ceea ce înseamnă că într-o perioadă rotorul execută 12 pași.

În cazul alimentării după diagrama din figura 2.1.e pozițiile succesive ale rotorului devin: 2.1.c, 2.1.a, 2.1.b, etc.

În scopul micșorării unghiului de pas, deci al numărului de pași pe rotație, se pot folosi și un motor cu rotor tetrapolar.

Un motor tretrapolar este prezentat în figura 2.2. La alimentarea înfășurărilor l și 4 statorice, rotorul se orientează ca în figura 2.2.a. Alimentând simultan înfășurările 1 – 4 și 2 – 5, rotorul se orientează în poziția stabilă, de reluctanță minimă, ca în figura 2.2.b, efectuând, în sens trigonometric, o rotire cu un unghi de π/12 radiani. Dacă se întrerupe alimentarea bobinelor 1 – 4, rămânând alimentate numai bobinele 2 – 5, se mai obține o rotire a rotorului cu un pas de π/12, ajungându-se la poziția 2.2.c.

În cazul când se alimentează doar câte o pereche de bobine, adică după alimentarea perechii 1 – 4 (poziția 2.2.a) se alimentează perechea 2 – 5 (întrerupându-se 1 – 4), rotorul execută o rotire cu π/6 radiani. (figura 2.2.c), adică se execută 12 pași la rotația completă a rotorului.

Se poate observa că mărimea pasului depinde de numărul de înfășurări statorice, perechi de poli statorici, de modul de alimentare a înfășurărilor și de numărul de perechi de poli retorici, mai exact de numărul de poziții de reluctanță minimă ce se pot realiza pe traseele de închidere a câmpului statoric.

O altă variantă de motor pas cu pas reductor este prezentată în figura 2.3. Statorul prezintă 8 poli cu înfășurări, fiecare pol având doi dinți și o crestătură. Acești dinți au exact același pas ca și al dinților retorici, în număr de 18. În momentul alimentării bobinelor statorice de pe polii 1 și 5 (figura 2.3), rotorul se orientează pe poziția de reluctanță minimă, adică dinții 1 și 2 retorici sunt în dreptul dinților statorici ai polului 1, iar dinții 10 și 11 sunt în fața dinților polului 5 statoric. Dacă se alimentează înfășurările 2 și 6 statorice, rotorul se va roti în sensul acelor de ceasornic, sub acțiunea câmpului reactiv, încât dinții 3 și 4, respectiv 12 și 13 rotorici, se vor afla în fața dinților statorici ai polilor 2 respectiv 6. Unghiul de rotire al rotorului este egal cu diferența dintre unghiul la centru corespunzător unei perechi de dinți ai statorului.

În figura 2.4 este prezentat construcția unui motor pas cu pas cu magneți permanenți.

Acest tip de motor funcționează la viteze relativ mici,dezvoltând cupluri reduse, cu unghiurie pas mari, de 45 sau 90 de grade. Acest motor este soluția ideală pentru aplicații neindustriale, cum ar fi poziționarea rotiței de imprimare a unei imprimante. Motorul din figura 2.4. are unghi de pas de 90 de grade și 4 faze în stator, A – D.

Alimentându-se succesiv cele 4 faze, rotorul se va roti în funcție de modificările câmpului magnetic, adică se va poziționa sub polul a cărui înfășurare este alimentată, figura 2.5.

În general, schema de alimentare a motoarelor pas cu pas cuprinde următoarele blocuri: un generator de impulsuri dreptunghiulare de frecvență reglabilă, un distribuitor de impulsuri, un bloc de amplificatoare de putere (de ieșire), un dispozitiv de comutație. Dispozitivul de comutație folosește tranzistoare de putere înseriate cu înfășurările motorului, figura 2.6.a.

În figura 2.6.b este prezentată variația în timp a tensiunii aplicate unei faze a mașinii, precum și forma curentului prin fază pentru diferite valori ale frecvenței de comutare. La frecvențe mici curentul are o formă dreptunghiulară, identică cu a tensiunii.O dată cu creșterea frecvenței, curentul prin înfășurare devine „triunghiulară", ceea ce conduce la o micșorare a valorii sale medii și implicit a cuplului mașinii, în scopul înlăturării acestui efect negativ, dictat de prezența constantei de timp, a înfășurării, se utilizează circuite auxiliare care cuprind rezistențe în serie cu înfășurarea și condensatoare în paralel, sau în alte scheme, se introduce în primele momente ale comutării o sursă de tensiune ridicată care forțează stabilirea rapidă a curentului prin înfășurare.

Parametrii și caracteristicile de funcționare a motoarelor pas cu pas

Parametrii caracteristici ai motoarelor pas cu pas sunt:

Unghiul de pas, Θp, este unghiul de rotație pe care îl execută motorul la aplicarea unui impuls de comandă. Acest unghi depinde de construcția motorului și de tipul secvenței de alimentare a înfășurărilor.

Unghiul dinamic de sarcină este unghiul de deviere a rotorului față de punctul de echilibru stabil, după aplicarea ultimului impuls de comandă.

Unghiul static de sarcină, ε, reprezintă unghiul ce definește deplasarea punctului de echilibru stabil, datorită cuplului rezistent pe arbore.

Cuplul sincronizam maxim, Ms, este valoarea maximă a cuplului rezistent de tip activ, care poate fi aplicat la ax, cînd o fază este alimentată, fără să se producă o rotire continuă a rotorului.

Caracteristica limită de pornire definește domeniul cuplu – frecvență de comandă limită, în care motorul poate porni fără pierderi de pași.

Caracteristica limită de mers definește domeniul cuplu – frecvență de comandă limită, în care motorul poate funcționa în regim stabilizat fără pierderi de pași.

Frecvența limită de pornire, reprezintă frecvența maximă a impulsurilor de comandă, la care motorul poate porni la un cuplu rezistent dat, MAP, și un cuplu de inerție dat.

Cuplul limită de pornire, reprezintă cuplul rezistent maxim la arbore cu care motorul poate porni, la o frecvență dată.

La frecvențe foarte joase de alimentare, motorul nu se utilizează din cauza oscilațiilor neamortizate ale rotorului în jurul pozițiilor de echilibra stabil. La frecvențe ridicate amortizarea se realizează datorită tensiunilor induse în înfășurări, provocate de mișcarea rotorului. Totodată, la frecvențe mari de alimentare, curenții prin înfășurări au valori medii reduse, din cauza constantei de timp a înfășurării, deci cuplul sacde simțitor, iar funcționarea

are loc cu pierderi de pași.

Alimentarea motoarelor pas cu pas

În general, comanda motoarelor pas cu pas se face printr-un bloc contactor static, realizat cu elemente electronice de putere, ce alimentează secvențial înfășurările fazelor motorului. Sensul de distribuire a pulsurilor de curent pe înfășurări ca și tipul secvenței de alimentare: simetrică, asimetrică, precum și frecvența de comutare înfășurărilor sunt realizate prin prelucrarea numerică într-un bloc distribuitor de impulsuri (figura 2.7).

Cea mai simplă variantă a blocului contactor static este aratată în figura 2.8, unde cele m faze ale motorului sunt alimentate succesiv prin intermediul tranzistoarelor de putere. Pentru frecvențe reduse de alimentare curentul are practic forma tensiunii de puls dreptunghiular deoarece perioada acestor pulsuri este mult mai mare decât constanta de timp a înfășurărilor.

La frecvențe mai ridicate, perioada de repetiție a pulsurilor de tensiune devine de același ordin de mărime sau chiar mai mică decât constanta de timp a înfășurării, iar în înfășurare se induc în plus de tensiune electro motoare (t.e.m.) de rotație. Ca urmare, curentul nu mai poate atinge valoarea sa inițială, ceea ce are ca efect scăderea cuplului electromagnetic produs de mașină și deci riscul de a pierde pași. Pentru a atenua acest efect se introduc rezistențe în serie cu fazele motorului în scopul diminuării constantei de timp sau se utilizează circuite de compensare RC (figura 2.9), care permit o creștere mai rapidă a curentului prin înfășurări.

Pentru scăderea cât mai rapidă a curentului din înfășurare se înseriază cu dioda de curent invers o rezistență de amortizare având o valoare de câteva ori mai mare decât rezistența fazei respective.

Cu creșterea frecvenței impulsurilor de comandă scade valoarea medie a curentului în înfășurări și ca urmare scade și cuplul electromagnetic produs.

Modalități de comandă a motoarelor pas cu pas

Există aplicații care cer o poziționare foarte precisă, cu rezoluție de ordinul 1[µm], fără utilizarea unei transmisii cu demultiplicare mare și voluminoasă, ci prin reducerea incremetului elementului de execuție. Este cazul microscoapelor electronice, dispozitivelor de confecționat circuite intregrate, plottere etc.

Comanda motorului pas cu pas depinde de tipul driver-ului folosit. Există următoarele modalități de comandă:

Cu pas întreg;

Cu pas înjumătățit;

Cu micropași.

Comanda cu pas întreg

Pasul întreg se obține alimentând înfășurările în ordine, câte una (tabelul 2.1)sau două (tabelul 2.2).

În principiu, o intrare de la driver este echivalentă cu un pas al rotorului motorului pas cu pas, unde H – high (on) și L – Low (off).

Tabelul 2.1

Tabelul 2.2

Comanda cu pas înjumătățit

În această situație, se alimentează prima înfășurare, apoi câte două înfășurări, prima cu a doua, pe urmă a doua înfășurare, a doua cu a treia, ș.a.m.d.(tabelul 2.3).

Tabelul 2.3

Comanda cu micropași (micropășirea)

În regim de micropășire, alimentarea obișnuită a fazelor cu impulsuri este înlocuită cu alimentarea combinată a două faze alăturată în așa fel încât poziția rotorului să se poată situa în mai multe puncte între axele fazelor respective, în acest fel pasul propriu-zis fiind divizat în pași mai mici (micropași), numărul acestora depinzând de combinațiile de alimentare a două faze alăturate. Trebuie însă menționat că se păstrează cuplul maxim și viteza de rotație.

Astfel, pentru un motor cu un pas unghiular de 1,8°, se pot obține deplasări de 1/256 dintr-un pas, deci numărul de pași este de 51200 la o rotație complectă a rotorului motorului.

Micropășirea se utilizează în aplicații care necesită o poziție foarte precisă și o rezoluție ridicată, într-un domeniu mare de viteze.

Tabelul 2.4

În figura 2.10 se compară răspunsul unghiular a motorului pas cu pas în regim normal de pășire și respectiv în regim de micropășire.

Se constată că în regim de micropășire mișcarea este mai lină, cu oscilații mult mai mici ale poziției rotorului. Frecvența de microtact estă însă de kV ori mai mare, lucru de care trebuie ținut seama în regim de micropășire.

Comanda motoarelor pas cu pas prin microcontroler

În general, chema de comandă a unui motor pas cu pas este formată dintr-o interfață cu utilizatorul, un controler, un driver și un motor pas cu pas, ca în figura 2.11. Controlerul este deobicei un microprocesor sau un microcontroler care generează impulsuri de pași și semnale de direcție către driver. Amplificatorul convertește semnalele de comandă de la controler în puterea necesară pentru alimentarea înfășurărilor motorului.

Știind că, motorul pas cu pas este un dispozitiv pentru converisa informațiilor numerice în lucru mecanic pe baza unui consum de energie de la o sursă. Motorul pas cu pas este un motor de curent continuu comandabil digital, cu deplasarea unghiulară a rotorului proporțională cu numărul de impulsuri primite. La fiecare impuls rotorul execută un pas unghiular apoi se oprește până la sosirea unui nou impuls. Motorul pas cu pas este capabil de reversarea sensului de mișcare. Dacă este comandat corect, cu o frecvență mai mică decât cea admisibilă, rămâne în sincronism cu impulsurile de comandă la accelerare, mers constant și încetinire.

Comanda motoarelor prin microcontroler se face prin smenal PWM. Un canal PWM fi

folosit pentru a comanda o fază a motorului pas cu pas pentru a obține un curent variabil. Semnalul PWM nu asigură succesiunea fazelor ci valoarea medie a tensiunii de alimentare a unei faze.

Motoarele pas cu pas pot fi motoare unipolare sau bipolare. La motoarele bipolare comanda pașilor se face prin inversarea curentului prin înfășurări (figura 2.12).

În aceste caz microcontrolerul trebuie să poată inversa polaritatea pentru o deplasare a curentului în ambele sensuri. Controlerul trebuie să alimenteze înfășurările succesiv cu o anumită secvență pentru un sens și senvența inversă pentru celălalt sens.

Motoarele pas cu pas unipolare folosesc o priză mediană legată la alimentare, inversarea curentului obținându-se prin legarea la masă succesivă a terminalelor extreme ale înfășurării. Înfășurările motorului sunt conectate ca în figura 2.13. Prizele mediane sunt legate la alimentare și secvența de impulsuri se aplică terminalelor 1a, 1b, 2a, 2b.

Sisteme de comandă a punții

Puntea H

O punte H (en. H Brige) este un circuit electronic ce permite aplicarea unei tensiuni pe o sarcină în orice sens. Aceste circuite sunt adesea folosite în robotică și alte aplicații pentru a permite motoarelor de curent continuu să se rotească în ambele sensuri fără a fi necesară modificarea circuitelor. Punțile H sunt disponibile ca circuite integrate sau pot fi construite din componente discrete cum ar fi tranzistoare bipolare sau MOS-FET.

Puntea H are numele derivat de la modul de desenare a circuitului, cel în formă de „H”. Această metodă este singura cale de a comanda motorul în ambele direcții de tip state.

Schema de acționare electrică din figura 3.1 este realizată cu ajutorul unor întrerupătoare de tip transistor, etc. Puntea este construită din patru întrerupătoare, acționate pe diagonală. Când întrerupătorul S1 și S4 sunt închise, iar întrerupătoarele S2 și S3 sunt deschise, o tensiune pozitivă va fi aplicată motorului, adică motorul se rotește in sensul acelor de ceas. Prin deschiderea întrerupătoarelor S1 și S4 și închiderea lui S2 și S3, tensiunea aplicată motorului este inversată făcând posibilă rotirea motorului în sens opus (figura 3.2).

Folosind metoda de mai sus, întrerupătoarele S1 și S2 nu trebuie să fie închise în acelaș timp, deoarece acest lucru ar provoca un scurtcircuit la sursa de tensiune, același lucru se aplică și întreruptoarelor S3 și S4.

Microcontroler

Un controler este o structură electronică destinată controlului unei interacțiuni specifice sau a unui proces cu mediul exterior, fără să fie necesară intervenția unui operator uman. Primele controlele au fost realizate în tehnologii analogice, folosind componente electronice distrete și comomente electromecanice, cum ar fi releele. Cele de tip numerice erau rar folosite deoarece erau destul de mari ca și dimensiune, aveau un consum de energie mare și aveau o fiabilitate care lăsa de dorit.

Odată cu dezvoltarea tehnologiei apar și microprocesoarele care duc la o reducere consistentă a costurilor, dimensiunilor, consumului de energie și o îmbunătățire pe plan de fiabilitate.

Pe măsură ce procesul de miniaturizare a continuat, dă posibilitate ca majoritatea componentelor necesare realizării unei astfel de structuri să fie integrate la nivelul unui singur microcircuit,cip. Astfel că un microcontroler ar putea fi descris ca fiind și o soluție a problemei controlului cu un singur circuit.

Microprocesoarele de uz general sunt desemnate prin MPU (MicroProcessor Unit), un microcontroler este desemnat ca MCU (MicroComputer Unit).

Microcontrolerul diferă de un microprocesor în multe feluri. În primul rând și cel mai important este funcționalitatea sa. Pentru a fi folosit, unui microprocesor trebuie să i se adauge alte componente ca memorie, sau componente pentru primirea și trimiterea de date. Pe scurt, aceasta înseamnă că microprocesorul este inima computerului. Pe de altă parte, microcontrolerul este proiectat să fie toate acestea într-unul singur. Nu sunt necesare alte componente externe pentru aplicarea sa pentru că toate perifericele necesare sunt deja incluse în el.

Resursele integrate la nivelul microcircuitului ar trebui să includă următoarele compomente:

O unitate centrală (CPU), cu un oscilator pentru ceasul de sistem;

O memorie locală de tip ROM/EPROM/FLASH și una de tip RAM;

Un sistem de întreruperi;

I/O – intrări/ieșiri numerice;

Un port serial programabil;

Un sistem de timere: temporizatoare/numărătoare programabile;

Un sistem de converise analog numerică

Un comparator analogic;

Un sistem generator PWM.

Un microcontroler are facilități de prelucrare a informației la nivel de bit, de acces direct și ușor la intrări/ieșiri.

Comunicarea cu lumea exterioară se realizeză prin intermediul porturilor. Porturile se clasifică în: porturi de intrare, porturi de ieșire și porturi de intrare/ieșire.

Utilizarea unui microcontroler poate constituii o soluție prin care se poate reduce dramatic numărul componentelor electronice precum și costul proiectării și al dezvoltării unui produs. Tot odată, folosirea microcontrolerului, fie el foarte performant, nu elimină unele componente ale interfeței cu mediul exterior, cum ar fi: subsisteme de prelucrare analogică (amplificatoare, redresoare, filtre), elemente de comutație de putere (tranzistoare de putere, relee), elemente pentru realizarea izolării galvanice (transformatoare).

Acestea sunt componentele de bază la care se adugă alte componente în funcție de necesități. Una dintre ele este unitatea timer. Acesta dă informații de timp, durată protocol. Unitatea de bază a acestuia este contor liber, de fapt un registru a cărui valoare se incrementează cu 1 la intervale regulate de timp. Cu ajutorul lui se poate determina timpul scurs între două momente. În cazul în care microcontrolerul se oprește sau începe să funcționeze defectuos se folosește un contor liber (free-run) unde se scrie 0 ori de câte ori programul funcționează corect. În cazul în care programul are erori, contorul va atinge valoarea maximă și se va reseta. Acest lucru duce la rularea programului din nou, și corect de această dată pe toată durata. Acesta este un lucru important care trebuie să funcționeze fără supravegherea omului.

Pentru ca semnele de la periferice diferă de ceea ce înțelege microcontrolerul este necesar un bloc pentru conversie analog-digitală. Acesta este responsabil de convertirea unei informații despre o anumită valoare analogică într-un număr binar făcând astfel posibilă procesarea ei de către CPU.

Pentru a face funcțional microcontrolerul, în afară de partea fizică a acestuia este necesar un program care să se execute. Rolul acestuia este de a realiza funcții diverse cu aceeași configurație hardware.

Scrierea programului se realizează într-un editor ce permite salvarea liniilor de comandă introduse. Programul poate fi:

Cod mașină;

Limbaj de asamblare;

Limbaj de nivel înalt (C++, Java, Python, etc).

Limbajul mașină este singura formă de reprezentare a informației pe care un microcontroler o "înțelege". Din păcate această formă de reprezentare a informației este total nepractică pentru un programator, care va utiliza cel puțin un limbaj de asamblare, în care o instrucțiune are drept corespondent o instrucțiune în limbaj mașină.

Limbajul de asamblare este primul care trebuie învățat atunci când dorim să proiectăm o aplicație hardware și software cu un anume microcontroler. Un program în limbaj de asamblare este rapid și compact. Aceasta nu înseamnă că un astfel de program, prost scris, nu poate fi lent și de mari dimensiuni, programatorul având controlul total pentru execuția programului și gestiunea resurselor.

Microcontrolerul recunoaște instrucțiunile scrise în cod mașină. Dacă un program este scris în limbaj de asamblare sau limbaj de nivel înalt, va fi nevoie de un compilator care să transforme instrucțiunile în cod mașină. Transferul codului hexazecimal în memoria ROM a microcontrolerului se face cu ajutorul unui programator. Acesta este alcătuit dintr-un modul electronic care asigură interfațarea dintre aplicația ce conține microcontrolerul și calculator și o aplicație software ce rulează pe calculator.

Un compilator combină ușurința în programare oferită de un interpreter cu o viteză mai mare de execuție a codului. Pentru aceasta programul, în limbaj de nivel înalt, este tradus direct în limbaj mașină sau în limbaj de asamblare. Codul mașină rezultat are dimensiuni relativ mari și este executat direct de microcontroler. De regulă codul generat poate fi optimizat fie ca dimensiune, fie ca timp de execuție.

Cele mai populare și utilizate compilatoare sunt cele pentru limbajul C. Este un limbaj puternic și flexibil, de nivel înalt, care permite și accesul direct la resursele sistemului de

calcul. Un program bine scris generează un cod rapid și compact.

La ora actuală există foarte multe tipuri constructive de microcontrolere. Un criteriu de clasificare care se poate aplica este lungimea cuvântului de date, acestea pot fi de 4, 8, 16, 34, 64 sau, mai nou există și variante de128 biți, varintă care este mai puțin accesibilă din cauza prețului destul de piperat.

Microcontrolerul PIC18F4550

PIC18F4550 aparține unei clase de microcontrolere de 16 biți cu arhitectură RISC. Structura lui generală este arătată în schița următoare reprezentând blocurile de bază.

Memoria program (FLASH) – pentru înmagazinarea unui program scris. Pentru că memoria este făcută în tehnologia FLASH poate fi programată și ștearsă mai mult decât odată, aceasta face microcontrolerul potrivit pentru dezvoltarea de componentă.

EEPROM – memorie de date ce trebuie să fie salvată când nu mai este alimentare. Este în mod uzual folosită pentru înmagazinarea de date importante ce nu trebuie pierdute dacă sursa de alimentare se întrerupe dintr-o dată. De exemplu, o astfel de dată este o temperatură prestabilită în regulatoarele de temperatură. Dacă în timpul întreruperii alimentării această dată se pierde, va trebui să facem ajustarea încă o dată la revenirea alimentării. Astfel componenta noastră pierde în privința auto-menținerii.

RAM – memorie de date folosită de un program în timpul executării sale. În RAM sunt înmagazinate toate rezultatele intermediare sau datele temporare ce nu sunt cruciale la întreruperea sursei de alimentare.

PORTUL A, PORTUL B, PORTUL C, PORTUL D, PORTUL E – sunt conexiuni fizice între microcontroler și lumea de afară. Portul A are 6 pini, portul B are 8 pini, portul C are 8 pini, portul D are 8 pini iar portul E are 3 pini.

Timer-ul Liber – este un registru de 8 biți în interiorul microcontrolerului ce lucrează independent de program. La fiecare al patrulea impuls de ceas al oscilatorului își încrementează valoarea lui până ce atinge maximul, iar apoi începe să numere totul din nou de la zero.

Unitatea de Procesare Centrală (CPU) – are rolul unui element de conectivitate între celelalte blocuri ale microcontrolerului. Coordonează lucrul altor blocuri și execută programul utilizatorului.

PIC18F4550 se potrivește perfect în multe aplicații, de la industrie auto și aplicațiile de control casnice la instrumentele industriale, senzori la distanță, mânere electrice de uși și dispozitivele de securitate. Este de asemenea ideal și pentru aparatele alimentate de la baterie din cauza consumului lui mic.

Memoria EEPROM face mai ușoară aplicarea microcontrolerului la aparate unde se cere înmagazinarea permanentă a: codurilor pentru transmițătoare, viteza motorului, frecvențele receptorului, etc.

Costul scăzut , consumul scăzut, mânuirea ușoară și flexibilitatea fac ca PIC18F să fie aplicabil și în domenii unde microcontrolerele nu au fost prevăzute înainte, cum ar fi: funcții de timer, înlocuirea interfeței în sistemele mari, aplicațiile coprocesor, etc.

Programabilitatea sistemului acestui cip, prin intermediul a doar doi pini, face posibilă flexibilitatea produsului, după ce asamblarea și testarea au fost terminate. Această capabilitate poate fi folosită pentru a mării producția pe linia de asamblare, de a înmagazina date de calibrare disponibile doar după testarea finală sau poate fi folosit pentru a îmbunătăți programele la produse finite.

Ciclul de clock / instrucțiune

Clock-ul sau ceasul este starter-ul principal al microcontrolerului și este obținut dintr-o componentă de memorie externă numită "oscilator". Dacă ar fi să comparăm un microcontroler cu un ceas de mână, "clock-ul" nostru ar fi un ticăit pe care l-am auzi de la ceasul de mână. În acest caz, oscilatorul ar putea fi comparat cu arcul ce este răsucit astfel ca ceasul de mână să meargă. De asemenea, forța folosită pentru a întoarce ceasul poate fi comparată cu o sursă electrică.

Clock-ul de la oscilator intră într-un microcontroler prin pinul OSC1 unde circuitul intern al unui microcontroler divide clock-ul în 4 clock-uri egale Q1,Q2,Q3 și Q4 ce nu se suprapun. Aceste 4 clock-uri constituie un ciclu de o singură instrucțiune, numit și ciclu mașină, în timpul căreia o instrucțiune este executată.

Executarea instrucțiunii începe prin apelarea unei instrucțiuni care este următoarea în linie. Instrucțiunea este apelată din memoria program la fiecare Q1 și este scrisă în registrul de instrucțiuni la Q4. Decodarea și executarea instrucțiunii sunt făcute între următoarele cicluri Q1 și Q4. În următoarea diagramă se prezintă relația dintre ciclul instrucțiunii și clock-ul oscilatorului (OSC1) ca și aceea a clock-urilor interne Q1-Q4. Contorul de program reține informația despre adresa următoarei instrucțiuni.

Pipelining

Ciclul de instrucțiuni constă din ciclurile Q1, Q2, Q3 și Q4. Ciclurile de instrucțiuni de apelare și executare sunt conectate într-un așa fel încât pentru a face o apelare, este necesar un ciclu cu o instrucțiune, și este nevoie de încă una pentru decodare și executare. Totuși, datorită pipeline-ului sau liniei directe, fiecare instrucțiune este efectiv executată într-un singur ciclu. Dacă instrucțiunea cauzează o schimbare în contorul programului și PC-ul nu direcționează spre următoarea, ci spre alte adrese, poate fi cazul cu subprogramele jumps sau de apelare, 2 cicluri sunt necesare pentru executarea unei instrucțiuni. Aceasta este pentru că instrucțiunea trebuie procesată din nou, dar de data aceasta din partea adresei corecte. Ciclul începe cu clock-ul Q1, prin scrierea într-un registru (IR). Decodarea și executarea începe cu clock-urile Q2, Q3 și Q4.

TYC0 citește instrucțiunea MOVLW 55h (nu are importanță pentru noi ce instrucțiune a fost executată, ci explică de ce nu este un dreptunghi în partea de jos). TCY1 execută instrucțiunea MOVLW 55h și citește MOVWF PORTB.

TCY2 execută MOVWF PORT și citește CALL SUB_1. TCY3 execută o apelare a unui subprogram CALL SUB_1 și citește instrucțiunea BSF PORTA, BIT3. Pentru că instrucțiunea aceasta nu este aceea de care avem nevoie, sau nu este prima instrucțiune a unui subprogram SUB_1 a cărui execuție este următoarea în ordine, instrucțiunea trebuie citită din nou. Acesta este un bun exemplu a unei instrucțiuni având nevoie de mai mult de un ciclu.

TCY4 ciclul instrucțiunii este total folosit pentru citirea primei instrucțiuni dintr-un subprogram la adresa SUB_1. TCY5 execută prima instrucțiune dintr-un subprogram SUB_1 și citește următoarea.

Toate instrucțiunile sunt de un singur ciclu, cu excepția oricăror ramure de program. Acestea folosesc două cicluri pentru că instrucțiunea de aducere este descărcată din pipeline, în timp ce noua instrucțiune este adusă și apoi executată.

PIC18F4550 are un număr total de 40 de pini. Acești pini sunt poziționați într-o capsulă de tip DIP, Dual In Package, sau sunt și variante de capsule de tip SMD, Surface Mount Device, care este mai mică la dimensiune decât DIP.

Principalel caracteristici ale PIC18F4550:

13 pini pentru ADC pe 8 sau 10 biți de conversie

module PWM pe 10 biți sau module PCC pe 16 biți

suport pentru comunicare SERIAL și I2C

14 pini de I/O digitali, fără pinii de ADC

ceas intern cu o frecvență de până la 48MHz

12 milioane de instrucțiuni pe secundă

tensiune de operare 8 – 24 V

suport pentru interfațare cu module de afișare LCD

are regulator intern de 5 V

Pinii microcontrolerului PIC18F4550 au următoarea semnificație:

MCLR – resetează intrarea și tensiunea de programare Vpp a microcontrolerului;

RA0 – primul pin al portului A, poate fi configurat ca intrare analogică AN0;

RA1 – al doilea pin al portului A, poate fi configurat ca intrare analogică AN1;

RA2 – al treilea pin al portului A, poate fi configurat ca intrare analogică AN2 sau se poate seta o referință de tensiune negativă;

RA3 – al patrulea pin al portului A, poate fi configurat ca intrare analogică AN3 sau se poate seta o referință de tensiune pozitivă;

RA4 – al cincilea pin al portului A, TOCK1 – funcționează ca timer și areacelașt pin;

RA5 – al șaselea pin al portului A, poate fi configurat ca intrare analogică AN4 sau ca selecție slave pentru portul serial sincron de date;

RE0 – primul pin al portului E, poate fi configurat ca intrare analogică AN5.

RE1 – al doilea pin al portului E, poate fi configurat ca intrare analogică AN6;

RE2 – al treilea pin al portului E, poate fi configurat ca intrare analogică AN7;

VDD – polul pozitiv al sursei;

VSS – alimentare, masă;

OSC1 – pin dedicat pentru conectarea la un oscilator;

OSC2 – pin dedicat pentru conectarea la un oscilator;

RC0 – primul pin al portului C;

RC1 – al doilea pin al portului C, poate fi configurat ca port de captură sau ca port de ieșire a semnalului PWM;

RC2 – al treilea pin al portului C, poate fi configurat ca port de captură sau ca port de ieșire a semnalui PWM;

Vusb – pin dedicat pentru emisie/recepție de pe USB;

RD0 – primul pin al portului D, nu are funcție adițională;

RD1 – al doilea pin al portului D, nu are funcție adițională,

RD2 – al treilea pin al portului D, nu are funcție adițională;

RD3 – al patrulea pin al portului D, nu are funcție adițională;

RC4 – al cincelea pin al portului C, poate fi configurat ca SPI data IN;

RC5 – al șaselea pin al portului C, poate fi configurat ca SPI data OUT;

RC6 – al șaptelea pin al portului C, poate fi configurat ca transmițător USART;

RC7 – al optulea pin al portului C, poate fi configurat ca receptor USART;

RD4 – al cincilea pin al portul D, nu are funcție adițională;

RD5 – al șaselea pin al portului D, nu are funcție adițională;

RD6 – al șaptelea pin al portului D, nu are funcție adițională;

RD7 – al optulea pin al portului D, nu are funcție adițională;

VSS – alimentare, masă;

Vdd – polul pozitiv al sursei;

RB0 – primul pin al portului B, intrarea întreruptă este o funcție adițională;

RB1 – primul pin al portului, nu are funcție adițională;

RB2 – al doilea pin al portului B, nu are are funcție adițională;

RB3 – al treilea pin al portului B, funcționează și ca selecție pentru programarea la tensiune redusă;

RB4 – al patrulea pin al portului B, întrerupere la schimbarea stării;

RB5 – sl cincilea pin al portului B, întrerupere la schimbarea stării;

RB6 – al șaselea pin al portului B, întrerupere la schimbarea stării. Linia de „Clock” în mod programare;

RB7 – al optulea pin al portului B, intrerupere la schimbarea stării. Linia „Dată” în mod programare.

Circuit supervizor

Circuitul supervizor este un circuit electronic care monitorizează unu sau mai mulți parametrii de sistem cu ajutorul senzorilor și a traductoarelor. Acesta poate supraveghea: alimentarea cu energie electrică, turația motoarelor, poziția motoarelor, supravegherea temperaturii, etc.

Traductoare (encodere) incrementale

Acești traductori sunt proiectați și construiți astfel încât să genereze un număr fix de impulsuri pentru fiecare unitate de rotație unghiulară a discului codat. Procedeul de sesizare a incrementelor poate fi magnetic sau optic. Procedeul optic este cel mai utilizat datorită simplității constructive și a facilităților de prelucrare a semnalelor.

În cazul encoderelor incrementale (figura 3.7) o diodă fotoelectrică repecționează fasciculul luminos emis de sursă de lumină printr-un disc incremental, un disc din plastic sau din sticlă cu zone tranparente și opace uniform distribuite pe suprafața discului. Discul incremental nu conține codificarea poziției ci doar o serie de fante pentru a peminte trecerea luminii.

Forma semnalului oferit de acest traductor este un semnal dreptunghiular având pasul egal cu pasul la care se află interstițiile pe discul perforat (figura 3.8).

Acest tip de traductor este folosit pentru a obține informații privind viteza de deplasare și a distanței parcurse.

Principalul dezavantaj al acestui traductor este acela că nu poate oferi informații referitoare la sensul de mișcare și în cazul întreruperii tensiunii de alimentare este nevoie de readucerea discului incremental la punctul de referință, ceea ce în unele aplicații poate genera probleme.

Tocmai de aceea în aplicații care necesită acuratețe ridicată sau mișcări complicate sau precise, se folosesc encodere absolute.

Traductoare absolute

Elementele componente ale traductorului retativ absolut sunt: sursă de lumină, mască optică, element fotosensibil și disc perforat cu mai multe linii de fante (figura 3.9).

Principiul de funcționare este asemănător cu al encoderelor incrementale.

Principalele anvantaje ale traductorului absolut sunt: generarea unui cod unic pentru fiecare poziție a axului, neexistând două poziții care să aibe acelaș cod; nu iși pierde poziția dacă este întreruptă alimentarea, deoarece traductorul va oferi același cod ca în momentul opririi.

Senzori Hall

Descoperit de către Edwin Hall în anul 1879, efectul Hall se referă la apariția unui câmp electric în momentul în care un conductor parcurs de curent electric se află într-un câmp magnetic staționar. Vectorul de tensiune perpendicular pe direcția curentului și pe direcția de orientare a câmpului magnetic se numește tensiune Hall.

Convertor

Convertorul este un „organ” al sistemelor de reglare automată sau al aparatelor ori instrumentelor de măsură electrice, care sunt capabile să transforme datele dintr-o formă într-o altă formă de reprezentare, fără a modifica valoarea informației.

Convertorul reprezintă componenta principală a oricărui sistem de achiziție de date.

Convertor analogic-numeric (CAN) – reprezintă un bloc sau un circuit care poate accepta o mărime analogică, cum ar fi curent sau tensiune, la intrare, furnizând la ieșire un număr care constituie o aproximare a valorii analogice a semnalului de la intrare.

Circuitele de conversie a datelor utilizează în cadrul sistemelor de achiziții de date, sunt caracterizate prin:

Gama de variație a intrării, la CAN sau a ieșirii, la CNA – reprezentând domeniul maxim de variație a mărimi analogice, exprimată în unități absolute (V, mV, mA);

Caracteristica de transfer – reprezentând dependența mărimii de la ieșirea convertorului față de mărimea de intrare;

Rezoluția – reprezintă numărul total de coduri distincte de ieșire ale convertorului analog-numeric, respectiv numărul total de nivele de ieșire penru un convertor numeric-analogic. Rezoluția este exprimată în biți. Rezoluția teoretică a unui convertor cu N biți este 2N, dar rezoluția reală poate fi mai mică datorită erorilor;

Timpul de stabilire – reprezintă viteza de răspuns a circuitului și reprezintă timpul scurs între aplicarea unui semnal de intrare și până la obținerea ieșirii dorite cu o aproxiație specifică;

Timpul de conversie (tconv) – reprezintă intervalul de timp necesar unui convertor să obțină mărimea de ieșire pornind de la o mărime de intrare dată, adică timpul necesar obținerii codului numeric de ieșire corespunzător mărimii analogice de intrare;

Timpul de relaxare (trev) – reprezintă timpul necesar unui convertor pentru a putea opera din nou, corect;

Rata de conversie – este o măsură a vitezei convertorului și este definită de inversul sumei timpilor de conversie și de relaxare:

(3.1)

Subsistemul de alimentare

Bateria

Bateria este un mediu electrochimic de stocare a energiei. De la inventarea primei baterii, așa numita pilă voltaică, de către fizicianul italian Alessandro Volta în anul 1800 și de la apariția celulei Daniell în anul 1836, bateria a devenit o sursă de electricitate comunp multor aplicații din aria casnică și industrială. Probabil, bateria, este una dintre cele mai importante limitări ale tehnologiei de azi.

Majoritatea bateriilor au acelaș principiu de funcționare: substanțele chimice din interiorul bateriei produc electroni prin transformarea energiei chimice în energie electrică. În momentul când conectăm o baterie la un aparat, electronii se deplasează de la polul negativ al bateriei, prin apararul pe care îl deservește, inchizând astfel circuitul prin polul pozitiv al bateriei.

Diferența dintre diferitele tipuri de baterii existente pe piață, sunt cauzate de diferitele „amestecături” de substanțe chimice aflate în interiorul acestora, care disting bateriile între ele și le fac mai bune pentru unele utilizări.

Tipuri de baterii:

Baterii alcaline – sunt baterii clasice, sunt ieftine și la îndemână. Conțin o cantitate destul de bună de energie, dar totuși, energia se epuizează destul de repede.

Baterii cu oxid de argint – sunt baterii cu o viață lungă, conțin o cantitate mare de energie. Deobicei le gasim sub formă de nasturi, în ceasurile de mână. Una din problemele principale este că sunt scumpe, iar a doua problemă o reprezintă mercurul din interiorul bateriei.

Baterii cu plăci de plumb și acid sulfuric – această baterie este folosită la pornirea oricărei mașini sau motor cu ardere internă, fiind proiectată pentru a furniza scurte șocuri electrice.

Baterii alcaline reîncărcabile – aceste baterii se pot reîncărca după epuizarea lor cu ajutorul unui dispozitiv special. Bateriile alcaline reîncărcabile își pierd cu fiecare reîncărcare câte un pic din capacitatea de stocare a energiei, astfel încet-încet devin inutilizabile.

Baterii reîncărcabile nichel–cadmiu (NiCads) – sunt printre primele baterii reîncărcabile și printre cele mai ieftine. Se încarcă relativ repede, dar au un mare dezavantaj: efectul memoriei, adică, dacă se încarcă înainte de descărcarea complectă se vor descărca din ce în ce mai repede în viitor; dacă stau nefolosite mai mult de 90 de zile acestea vor fi descărcate complect.

Bterii reîncărcabile nichel–metal hibrid (NiMH) – aceste baterii înlocuiesc bateriile nichel – cadmiu cu un aliaj care face ca, în acelaș spațiu, să fie capabilă să stocheze cu 40% mai multă energie.

Baterii litiu–ion (Li-ion) – sunt noul standar de baterii folosite pentru alimentarea, mai ales, a telefoanelor mobile, reprezentând un progres considerabil în aspectul de energie stocată. O problemă întâlnită la aceste baterii este: dacă sunt consumate prea mult și ajung sub un prag critic din punt de vedere a voltajului, acestea sunt afectate în permanență.

Baterii litiu-ion-polimer – aceste baterii folosesc un electrolit bazat pe polimeri. Acestea sunt mai durabile decât bateriile Li-ion.

Baterii litiu-fier-fosfat – sunt o altă variantă a bateriilor Li-ion, având o capacitate de a se încărca foarte rapid. Din nefericire, la momentul actual, acestea sunt scumpe și procesul de fabricare este complicat. Probabil ca în viitorul apropiat aceste tipuri de baterii o să alimenteze mașinile hidrid.

Panouri solare

Panouri solare fotovoltaice – transformă energia luminoasă din razele solare directe în energie electrică. Un panou solar este compus din celule solare. Panourile solare se utilizează separat sau legate la baterii pentru alimentarea consumatorilor.

Sistem de alimentare wireless

Acest nou sistem de alimentare integreză o tehnologie de alimentare cu energie electrică, fără contact, bazată pe rezonanța magnetică. Cu ajutorul rezonanței magnetice, energia electromagnetică este transferată numai către dispozitivele cu aceași frecvență de rezonanță precum sursa de energie, pentru ca alimentarea să fie eficientă, chiar și atunci când dispozitivele nu sunt așezate în poziție optimă pentru transfer.

Redresorul de mare viteză minimizează pierderea de energie în timpul alimentării, de la transmițător la receptor.

Sisteme de comunicație

Roboții mobili trebuie să posede capacități de comunicare cu alți roboți din mediu sau cu un operator uman, pentru a raporta dacă o anumită sarcină dată a fost sau nu îndeplinită cu succes.

Sistemele de comunicatie reprezintă totalitatea echipamentelor care permit transferul informației între două sau mai multe puncte oarecare, fie ele fixe sau mobile, aflate la o anumită distanță,cu o fiabilitate și fidelitate cât mai mare. Sistemele de comunicație cuprind sursa de informație a echipamentului de emisie, canalul de distribuție sau comunicație a informației, echipamentul de recepție a informației și desigur un destinatar.

Sistemul de comunicații are ca obiectiv transmiterea corectă a informației, neacționând asupra conținutului informației.

Sursa introduce în sistem niște impulsuri electrice care reprezintă informația, aceasta poate să provină de la un calculator, telefon, senzor, etc. Transformara informațiilor în formă numerică se face după legi bine cunoscute în teoria transmiterii informației și teoria semnalelor.

Echipamentul de emisie, transmițătorul, operează asupra fiecărei secvențe de bit ce corespunde unui mesaj elementar, cum ar fi o literă sau o cifră,transformând-o într-un semnal electric. Tipul semnalului electric este ales corect pentru fiecare mediu de transmisie astfel încât să se asigure o protecție față de perturbații.

Canalul de comunicație poate fi o linie telefonică, un cablu metalic, cablu de fibră optică, linie microunde, prin satelit, etc. Transmiterea informație prin oricare mediu de propagare aduce de la sine niște deformăti inevitabile, de aceea sunt recomandate folosirea acelor canale care au un risc de pertubații cât mai mic.

Echipamentul de recepție, recepționează informația transmisă prin canalul de conumicare și o decodifică. Decodificarea informației reprezintă procesul invers realizat de către echipamentul de emisie.

Rețele Wireless

Transmisia wireless datează încă de la începuturile omenirii. Chiar și în timpurile străvechi, oamenii foloseau sisteme primitive de comunicație, care pot fi catalogate cu succes ca fiind wireless: semnalele de fum, oglinzile, steagurile, focurile, etc.. Este demonstrat faptul că, grecii antici foloseau un sistem de comunicație ce consta într-o succesiune de stații de observare situate în vârful dealurilor, fiecare stație fiind în aria de vizibilitate a stațiilor vecine. Sistem funcționa astfel: în momentul în care o stație primea un mesaj de la stația vecină, aceasta repeta mesajul, astfel încât este transmis stației următoare. În acest fel, mesajele se derulau între perechi de stații aflate la mare distanță una de alta. Astfel de sisteme au fost însușite și de alte civilizații.

Cu toate acestea, este mult mai logic să considerăm că originea rețelelor wireless este identică cu prima transmisie radio. Acest lucru a avut loc în anul 1895, la câțiva ani după inventarea telefonului. În acest an Guglielmo Marconi a realizat prima transmisie wireless, între Insula Wight și un remorcher aflat la 18 mile depărtare. Șase ani mai târziu, Marconi a transmis cu succes un semnal radio peste Oceanul Atlantic, de la Cornwall la Newfounland, iar în 1902 a fost stabilită comunicarea bidirecțională, de la un capăt al oceanului la altul. Odată cu trecerea anilor transmisia prin unde radio a continuat să evolueze, iar în anul 1915 a luat naștere telefonia bazată pe unde radio, pe timpul când se realizau convorbiri între nave.

Deși datează de aproape un secol, transmisia wireless a cunoscut o importanță și o răspândire deosebită în ultimii 20-30 de ani. În prezent, domeniul comunicațiilor wireless este unul dintre segmentele cu cea mai rapidă creștere din industria telecomunicațiilor. Sistemele de comunicație wireless, ca celularul, telefoanele satelit și retelele wireless locale (WLAN – Wireless Local Area Networks) au dobândit o largă întrebuințare și au devenit esențiale în viața de zi cu zi.

Rețelele wireless sunt acelea în care transmisia de voce și de date se realizează prin intermediul undelor radio.

Comparativ cu mediul de transmisie al unui sistem wired,prin cablu, mediul unui sistem wireless este nesigur, are lățime de bandă mică, dar suportă mobilitatea. În cadrul mediului cablat semnalele sunt transmise fizic prin diferite fire, dar toate transmisiunile wireless se realizează prin același mediu, adică aerul. Prin urmare, frecvența de operare și legalitatea accesului la bandă sunt cele care diferențiază diverse alternative pentru rețelele wireless. Acestea operează cu frecvențe de 1GHz (celular), 2GHz (WLANS), 5 GHz (WLAN), 28-60GHz și IR. Aceste benzi sunt cu licență, așa cum este banda utilizată de sistemele celulare, sau fără licență, așa cum sunt benzile ISM. Conexiunea wireless este folosită în situația în care instalarea cablurilor este anevoioasă sau este necesară mobilitatea computerelor, roboților, etc. Adăugarea în timp de noi echipamente în rețea se face cu mare usurința, fără a fi necesare lucrări de reamenajare a incăperii prin instalări de cabluri, respectiv mascarea acestora.

Caracteristicile conexiunii wireless sunt următoarele:

funcționeaza în banda 2,4GHz (802.11b si 802.11g), iar 802.11a în banda 5GHz;

utilizează tehnica spectrului împrăștiat;

pentru emisia radio nu este necesară aprobarea din partea instituțiilor abilitate.

Rețele wireless pot opera în două moduri; moduri prezentate în figura 4.2:

Modul Ad-hoc – asigură conexiunea wireless directă între două calculatoare, condiția este să fie dotate cu plăci de rețea wireless, fără comunicare cu rețeaua cablată. Funcționarea în acest mod permite doar transferul datelor între cele souă calculatoare. O rețea Ad-hoc permite fiecărui echipament să comunice direct unul cu altul. Nu există un Access Point care să controleze comunicația între echipamente.

Rețelele Ad-hoc sunt capabile să comunice doar cu alte echipamente, nu sunt capabile să comunice cu niciun echipament în modul infrastructură sau orice echipament conectat la o rețea pe cablu. În plus, securitatea în modul Ad-hoc este mai puțin sofisticată în comparație cu modul de rețea infrastructură.

Modul Infrastructură necesită utilizarea unui Access Point. Echipamentul Access Point controlează comunicația wireless și oferă câteva avantaje importante față de rețeaua Ad-hoc, cum ar fi: viteze de transfer mai mare, posibilitatea de integrare cu o rețea pe fir.

Wireless Local Area Network (WLAN) – Wi-Fi

O rețea wireless locală este aceea rețea wireless care face posibilă comunicarea între doi sau mai mulți utilizatori, având o viteză de transfer a datelor relativ mare. Această rețea este similară Ethernet-ului, dar există o diferență că Enthernet-ul este cablat iar WLAN este wireless și permite mobilitatea utilizatorului.

IEEE 802.11 (en. Institute of Electrical and Electronics Engineers – Institul de Inginerie Elecrică și Electronică), este primul standard WLAN. Activitatea de standadizare IEEE 802.11a a luat naștere în anul 1987. Întrucât principalul motiv de utilizare al WLAN-urilor a fost realizarea conecxiunii între diverse echipamente, producători precum GM au participat încă de la început la activitățile grupului IEEE 802.11. Standardul 802.11 a evoluat mai tarziu, apărând astfel urămătoarele standarde: 802.11b, 802.11a, 802.11g, 802.11n și 802.11s. Ultimele standarde permit transferul datelor de dimensiuni mai mari, iar 802.11s poate avea rețea de tip pânză de păianjen.

În tabelul 4.1 sunt prezentate standerdele IEEE WLAN.

Tabelul 4.5

După multe dezbateri, participanții la grupul IEEE 802.11 au ajuns la un comun acord, și astfel au formulat un număr de cerințe ce trebuiau îndeplinite de standardul 802.11:

un singur MAC ce suportă mai multe straturi PHY;

mecanisme ce permit suprapunerea mai multor rețele, aflate în aceeași zonă;

dispoziții care să se ocupe de interferența provocată de alte benzi ISM radio;

mecanism care să rezolve problema “terminalelor ascunse”, adică, prin terminale ascunse se întelege: două terminale se pot afla în afara razei de acțiune a celuilalt terminal datorită prezenței unor obstacole;

opțiuni pentru sprijinirea serviciilor contra timp;

dispoziții care să asigure confidențialitatea și accesul controlat.

Specificațiile standardului IEEE 802.11 prevăd trei variante de implementare pentru nivelul fizic:

folosind spectru împrăștiat cu salt de frecvență (FHSS);

folosind spectru împrăștiat cu secvență directă (DSSS);

folosind radiații în infraroșu (IR).

Sistemele care au la bază FH-SS – utilizează banda ISM (Industrial, Scientific and Medical band) de 2,4GHz. În SUA sunt specificate maxim 79 de canale pentru salturi de frecvență. Primul canal are frecvența centrală de 2,402 GHz iar celelalte canale sunt distanțate cu 1 MHz. Această variantă cunoaște trei seturi de secvențe de salt cu câte 26 de secvențe pe

set, făcând astfel posibilă coexistența mai multor BSS în aceeași zonă geografică ceea ce poate fi important pentru evitarea congesțiilor și pentru maximizarea transferului de date în BSS. Motivul pentru care sunt trei seturi diferite constă în evitarea perioadelor prelungite cu coliziuni între secvențele de salt dintr-un set.

Sistemele care folosesc DSSS utilizeză tot banda ISM de 2,4 GHz, imprăștierea fiind realizată prin împărțirea benzii disponibile în 11subcanale, fiecare cu lățimea benzii de 11 MHz. Se folosește o secvență de împrăștiere 11 biți/simbol și rezultă o capacitate maximă a canalului de 1 Mb/s. În cazul unor BSS adiacente sau suprapuse trebuie asigurată o separare între frecvențele centrale pentru BSS diferite de 30 MHz. Această condiție conduce la posibilitatea ca numai două BSS să fie adiacente sau suprapuse fără interferențe. Aceste sisteme necesită numai omologarea modelului de către administrația radio a țării unde se instalează. Au dezavantajul că au statut de utilizator secundar, cu alte cuvinte pot exista și alți utilizatori în aceiași bandă.

Sistemele care folosesc IR lucrează cu lungimi de undă între 850 și 950 nm. Aceste sisteme se utilizează în interiorul clădirilor și operează cu transmisiune nedirecțională. Stațiile pot recepționa date în vizibilitate directă sau reflectată.

IEEE 802.11 permite existența a trei tipuri de rețele:

rețea infrastructurală (figura 4.3 a);

rețea ad-hoc (figura 4.3 b);

rețea “pânză de păianjen” (figura 4.3 c).

În cadrul rețelei infrastructură, mai mulți utilizatori sunt conectați direct la un punct de acces (AP) sau hub care este conectat la un sistem de distribuție. Un grup format dintr-un AP și mai mulți utilizatori poartă numele de BSS (Basic Service Set). Acest BSS permite accesul utilizatorilor la o rețea cu fir, cum ar fi internetul. Orice tip de informație cate trebuie transferată de la o stație la alta ajunge mai întâi la punctul de acces. Stația hub controlează celelalte stații și monitorizează stația ce a transmis mesajul, realizând astfel un acces organizat.

În cadrul rețelei ad-hoc, stațiile sunt conectate direct între ele, fără a necesita existența unui AP. Această rețea se mai numește rețea peer to peer, iar modul său de operare este cunoscut sub numele de BSS Independent, adică IBSS.

WiMAX

O tehnologie suplimentară, care poate capta datele de șapte ori mai repede și de o mie de ori mai departe decât populara tehnologie Wi-Fi, este tehnologia WiMAX. În timp ce rețelele Wi-Fi simple au o rază de acțiune de aproximativ 30 m, WiMAX utilizează o tehnologie de microunde radio care mărește distanța la aproximativ 50 km, astefel se pot construi chiar rețele metropolitane (MAN) bazate pe tehnologia WiMAX.

Wireless Wide Area Network (WWAN)

Rețeaua WWAN furnizează acoperire pe raze foarte extinse. Un exemplu bun de WWAN este rețeaua de telefonie mobilă. Aceste rețele folosesc tehnologii ca Code Division Multiple Access (CDMA) sau Global System for Mobile Communication (GSM).

Standardul Global System for Mobile Communications (GSM ), lansat de către ETSI în 1992, este cel mai popular standard pentru telefoanele mobile din lume. Asociația care îl promovează estimează că 82% din piața globală a telefoanelor mobile utilizează acest standard. GSM este folosit de peste 2 miliarde de oameni din 212 țări. Datorită GSM roamingul internațional este posibil între operatori mobili diferiți, facilitând utilizarea telefonulului mobil în multe părți din lume. GSM se diferențiază de predecesorii săi prin semnal și prin canalele de vorbire la calitate digitală, fiind astfel considerat parte a celei de-a doua generații de telefonie mobilă (2G).

Sistemele celulare de tip analog au fost dezvoltate pentru o singură aplicație: voce. În comparație cu acestea, serviciile GSM oferă o gamă largă de servicii, ce se pot grupa în trei categorii: teleservicii, servicii de portabilitate și servicii suplementare.

Teleserviciile permit comunicarea între doi utilizatori iar serviciile oferite erau: telefonie, apeluri în cazul urgentelor, teletex, FAX, mesaje scurte și videotext;

Serviciile de portabilitate permit comunicarea între AP-uri. Serviciile constau în accesul la PSTN al datelor sincrone sau asincrone.

Serviciile suplimentare sunt serviciile care nu pot exista pe cont-propriu, ci doar suplementând serviciile prezentate anterior. În prima fază întâlnim serviciile ce permit redirecționarea și restricționarea apelului. Un alt serviciu este cel de punere în așteptare al apelului.

IS-95 este standardul celular de tip digital care folosește CDMA, atât ca metodă de acces, cât și ca interfață-aer. Această tehnologie a fost dezvoltată de Qualcomm, în anul 1990, putându-se gași și în prezent sub numele de CDMA One. De atunci, standardul a cunoscut mai multe revizuiri, cum ar fi IS-95a și IS-95b. Dintre standardele generației a doua, acest standard este cel mai complex, întrucât prezintă avantaje neîntâlnite în cadrul sistemelor TDMA.

Sistemele din generația a treia (3G) sunt standardizate peste tot în lume sub emblema International Mobile Telecommunications beyond 2000 (IMT-2000).

O topologie de rețea specifică WWAN este cea care se bazează pe reutilizarea frecvenței de emisie conform grupării celulelor. Topologia este folosită și la rețeaua de telefonie mobilă, rețelele de comunicații și la rețelele locale.

Această topologie se folosește atunci când există un număr mare de utilizatori mobili raspândiți în cadrul unei zone geografice ce nu poate fi cuprinsă în aria de acoperire a unei BS sau punct de acces. În sistemele de tip celular, zona ce oferă servicii este împărțită în mai multe zone de dimensiuni mai mici, fiecare corespunzând unei celule. Toate aceste celule se grupează, formând un model relativ regulat, cu un nivel al semnalului bine determinat, astfel încât să nu se realizeze o interferență prea mare care să corupă calitatea serviciului. Fiecare celulă este o rețea arhitecturală, fiecare utilizator fiind controlat de Base Station (BS – stații bază) sau punctual de acces specific celulei din care face parte. În rețeaua celulară, fiecare BS sau AP sunt conectate, prin intermediul unei rețea backbone, la alte elemente de rețea, facând astfel posibilă implentarea unui control complex asupra rețelei și a unor algoritmi de organizare.

În cadrul unei rețele de tip celular, BS-urile sunt cablate la BS-urile de control (BSCs) și la centrele mobile de comutare (MSCs). BSC-urile și MSC-urile urmăresc apelul și păstrează integritatea acestuia pe toată durata sa, transferându-l dintr-o celulă în alta, după cum utilizatorii se deplasează în interiorul sistemului. Astfel, se creează o ierarhie bine definită, în ceea ce privește managementul rețelei și al facilităților de control.

Inițial, standardele WLAN, concepute pentru a realiza acoperirea pe zone reduse, permiteau doar rețele de tip ad-hoc sau centralizate. Mai recent, odată cu creșterea popularitățiii rețelelor WLAN, a apărut necesitatea de a mări zona de acoperire a rețelelor tipice create prin coordonarea mai multe AP-uri, astfel încât să se furnizeze un serviciu fiabil într-o zonă întisă.

Ca răspuns la această nevoie, un număr de companii au proiectat managementul rețelei și elementele de control utilizate de WLAN, astfel încat să permită o mai mare acoperire și operații mai bine coordonate ale unei rețele de scară mare, folosind mai multe AP-uri simple.

Rețelele de tip celular sunt proiectate să reutilizeze frecvența, astfel încât să maximizeze capacitatea totală ce poate fi atinsă cu un set limitat de canale de frecvență alocate. O schemă tipică ce ilustrează mecanismul de reutilizare a frecvenței este prezentat în figura 4.4.

În figura 4.4, celulele sunt organizate în grupuri de câte nouă, fiecare grup fiind alcătuit astfel din căte nouă celule numerotate de la A la H. În cadrul fiecărui grup sunt folosite câte nouă seturi de canale de frecvență, câte unul pentru fiecare celulă. Atunci când se atinge o anumită distanță, același set de canale de frecvență se poate folosi simultan. Acest lucru este evidențiat în model prin marcarea celulelor, care folosesc simultan același set, cu aceeași literă. Celulele care folosesc aceeași frecvență se mai numesc și celulele “co-channel”.

Folosind un asemenea sistem, capacitatea sa totală poate fi, în principiu, adusă la mărimea dorită, reducând în mod echilibrat aria de acoperire a fiecarei celule, în timp ce se controlează nivelul puterii, pentru a evita interferența dintre co-channels (interferența cu alți utilizatori ce operează în altă celulă ce folosesc aceeși frecvență). Sistemele celulare existente evoluează, transformându-se în sisteme celulare ierarhice, unde macrocelulele au raza de câțiva kilometri pentru a putea acoperi rute de calatorie majore și zone urbane și suburbane întinse, microcelulele au raza de câțiva metri, pentru a realiza acoperirea pe stăzile dens populate din centrul orașului, iar pico-celulele cuprind în aria lor câteva camere dintr-o zonă interioară. În cadrul industriei WAPN, retelele care opereaza cu pico-celule poarta numele de piconet. O ultima aditie la reteaua de tip ierarhic sunt megacelulele, folosite initial in cadrul retelelor de sateliti, acoperind zone cu raza de sute de kilometri.

Antene

În general, pentru orice echipament wireless, fie acesta o stație bază sau o stație client, antenele sunt cele care oferă robustețea și flexibilitatea rețelei. Chiar dacă sunt amintite ca și elemente principale ale rețelei wireless, antenele sunt cele ca optimizează anumite aplicații, cum ar fi legătura între mai multe stații de lucru, clădiri, etc.

Deoarece mediul fără fir este unul foarte dinamic, prin folosirea unor antene direcționale se poate influența modalitatea de propagare a semnalului radio, astfel, energia și caracteristica unui semnal poate fi direcționat de-a lungul unui culoar îngust în loc să se lovească de pereți, ceea ce ar duce la o risipă de energie și la interferențe de semnal nedorite.

Antenele omnidirecționale emit undele radio în toate direcțiile, în timp ce antenele unidirecționale concentrează semnalul pe o direcție preferențială dată de orientarea antenei.

Avantajul antenelor omnidirecționale constă în faptul că antena clientului nu trebuie să fie foarte precis orientată, fiind suficient se se afle în aria de acoperire a antenei stației de bază. Dezavantajele sunt numeroase: risipa de putere de emisie, securitate scăzută datorită riscului ridicat de interceptare a undelor radio.

Antenele unidirecționale se situează pe o poziție mai bună în ceea ce provește folosirea mai eficientă a puterii de emisie dar și a riscului mai scăzut de interceptare a transmisiei. Dezavantajul lor constă în faptul că acordarea antenelor bază – client trebuie făcută foarte precis și dimensiunea este semnificativă. În practică antenele unidirecționale se folosesc doar pentru legături fixe de tipul punct-la-punct, cum ar fi un ruter de tip wireless.

Diversitatea antenelor oferă beneficii substanțiale implementărilor rețelelor locale fără fir,cum ar fi luxul folosirii mai multor antene sau alegerea celui mai bun tip de antenă pentru o locație dată. Pentru acesta este nevoie de o bună cunoaștere a proprietăților semnalului radio și a modalitățiilor de amplasare corectă a antenelor radio.

În practică, antenele amplasate prea aproape una de alta duc la o degradare a performanței receptorului. Utilizarea diferitelor tipuri de antenă are impact asupra metodei și a rezultatelor monitorizării unei locații.

Comunicație client-server cu ajutorul socket-urilor

Modelul client-server este o structură sau arhitectură aplicație distribuită care partajează procesarea între furnizorii de servicii numiți servere și elementele care solicită servicii, numite clienți.

Clienții și serverele comunică printr-o rețea de calculatoare, de obicei prin Internet, având suporturi hardware diferite, dar pot rula și pe același sistem fizic. Un server fizic rulează unul sau mai multe programe server, care partajează resursele existente cu clienții. Clientul nu partajează niciuna dintre resursele proprii, ci apelează la resursele serverului prin funcțiile server. Clienții inițiază comunicația cu serverele și așteaptă mesajele acestora. Pentru menținerea legăturii între cei doi, indiferent de pauzele care intervin, se folosește conceptul de sesiune, care de obicei este limitată în timp.

Serverul poate accepta sau nu conexiunea. Dacă serverul acceptă conexiunea, poate începe un dialog între client și server. Pe durata unei conexiuni active a unui client la server, clientul poate trimite și primi date de la server. De fiecare dată când un partener de comunicație, client sau server, trimite date celuilalt partener se presupune că cel din urmă recepționează datele respective. Pentru a ști când datele au ajuns la destinație aplicația care primește datele are două opțiuni: fie verifică dacă datele au ajuns la intervale regulate de timp, fie folosește un fel de mecanism de notificare a momentului în care datele au ajuns la destinație.

Platforma robotului

Prin analogie cu locomoția în lumea vie și sistemele tehnice pot să se deplaseze într-un singur mediu sau la limita de separare dintre 2 medii. Astfel, sistemele mobile se pot deplasa:

prin târâre, imitând mișcările șerpilor, râmei, etc.

prin pășire, având 2, 4 sau 6 picioare;

prin sărituri repetate;

prin intermediul roților, de regulă cu 2, 3 sau 4 roți;

pe șenile;

pe baza unor soluții hibride cum ar fi roți și picioare și șenile;

Prezenta lucrare se încadrează în categoria sistemelor mobile care se deplasează prin intermediul roților și își propune să-și focalizeze atenția asupra modului de proiectare și realizare a unei platforme mobile, care să funcționeze în condiții de siguranță, să știe să detecteze și să ocolească obstacolele, să evite locurile periculoase.

Roata este cel mai popular mecanism de locomoție utilizat în robotica mobilă și în cazul vechiculelor construite de om.

Platforma mobilă, de tip robot mobil pe roți, este prezentată în figura 5.1.:

Proiectare – modelarea 3D – detalii constructive

Sistemul poate fi structurat în 3 componente de bază:

Partea mecanică , reprezentată de platforma mobilă;

Partea electronică, reprezentată de schema de acționare a motoarelor pas cu pas și schemele electrice ale sistemului video;

Aplicația software, necesară procesării informațiilor primite de la sistemul senzorial, video și pentru comanda motoarelor pas cu pas.

Platforma mobilă este formată dintr-un șasiu din duraluminiu pe care sunt montate 4 motoare pas cu pas de curent continuu, având incluse reductoare cu roți dințate drepte.

Părțile componente ale platformei mobile sunt:

Moatoarele pas cu pas cu reductoare(4xbucăți)

Placa cu microcontroler

Driver motor – punte H L298

Placă aciziție semnal video – Raspberry Pi

Suport cameră video

Cameră video

Servomotor

Roată

Baterie

Sistemul de propulsie mecanic este realizat cu ajutorul celor 4 motoare pas cu pas de tip PHG35Y/PTP36E, având următoarele dimensiuni:

Motoarele pas cu pas sunt amplasate în interiorul sașiului, în partea din spate și din față a platformei, fiind fixate cu ajutorul unei placi și prin intermediul unor șuruburi.(figura 5.5).

Partea de ghidare a robotului provine de la camera video amplasătă în partea frontală a platformei si de senzorul de proximitate Sharp.

Partea electronică – constă din placa de bază pe care a fost dispus microcontrolerul și drive-ul motor format din punți H L298.

Folosind un soft specializat pentru realizarea schemelor electrice se poate converti schema electrica in circuit imprimate,(Eaglee) se obține cablajul din figura.

Alimentarea sistemelor este facută prin intermediul acumulatorilor LiMH, oferind astfel robotului mobil o autonomie timp de mai multe ore.

Bateria folosita este Li-Po cu 3 celule cu o capacotate de 5000mAH cu o rata de incarcarae 5c si rata de descarcare 25-30c, unde c capacitatea bateriei. Bateria este fixata de sasiu prin velcro (carlig si bucla de fixare, alias scai).

http://www.reichelt.de/Akkupacks-NiMh/XR6-3600/3//index.html?ACTION=3&GROUPID=4224&ARTICLE=85267&SHOW=1&OFFSET=16&&SID=11U48ksX8AAAIAACT0DoU277ce2f5f4e64186382ab741df1a596f&LANGUAGE=EN

Subsistemul video

Subsistemul video este acela care captează informațiile din mediul exterior și transmite informația către o placă de procesare video, care la rândul său trimite datele procesate la plăcile răspunzătoare pentru comanda și controlul robotului.

Modulul camerei Raspberry Pi poate fi folosit pentru a realiza un video de înaltă definiție, precum și pentru a fotografia. Este un modul ușor de folosit, dar oferă utilizatorilor o varietate de domenii de folosire cum ar fi: filmare slow-motion, captarea de video inteligente, aplicații de securitate a casei, „capcane video”, etc.

Modulul camerei Raspberry Pi este un add-on personalizat pentru proiectele care folosesc placa Raspberry. Acest modul se leagă de Raspberry Pi, prin una dintre cele două prize mici aflate pe suprafața superioară a plăcii. Aceasta folosește interfața CSI dedicată, care este special proiectată pentru interfațarea cu camere dedicate. Busul CSI este capabil de transfer extrem de ridicat de date, ideal pentru transferul video.

Placa cu camera video este de dimensiune foarte mică, în jur de 25x20x9 mm. De asemenea aceasta are o greutate de 3g, ceea ce face să poată fi folosită cu succes în aplicații unde dimensiunea și greutatea sunt importante. Acest modul se conectează la placa Raspberry cu ajutorul unui cablu panglică. Camera este conectată la procesorul placii prin magistrala CSI, datorită lățimii de bandă mare.

Senzorul video în sine are o rezoluție de 5 megapixeli și are o focalizare fixă. În ceea ce privește imaginea, senzorul video este cababil de o rezoluție de 2592×1944 pixeli la imagine statică, iar 1080p30, 720p30 și 640x480p60/90 pentru video.

Dispozitivul de mișcare a camerei video

Servomecanismele sunt dispozitive electromecanice, compuse dintr-un motor electric de curent continuu, un potențiometru cu rol de traductor, un circuit electronic de control al poziționării și un reductor mecanic format din roți dințate cu dinți drepți.

Servomotoarele sunt folosite în mod normal pentru a controla deplasări unghiulare cu valori cuprinse între 0 și 180 de grade sau în unele cazuri până la 270 grade. Părțile componente ale unui servomecanism:

angrenaj cu roți dințate;

rezistențe variabile;

motor electric de curent continuu;

circuit electronic de control al poziționării.

Majoritatea servomotoarele sunt prevăzute cu 3 fire: 2 pentru alimentarea cu tensiune electrică, iar cel de al treilea fir reprezintă firul de comandă. Pe firul de comandă se transmit impulsul de tensiune cu o anumită perioadă. Unghiul de rotire este determinat de durata acestui impul care este aplicat pe firul de control. Pentru a funcționa servomotorul așteaptă un impuls la fiecare 20 ms (0,02s). Lungimea acestui impuls va determina viteza și sensul de rotație a rotorului.

Servomotorul folosit pentru mișcarea camerei video este fabricat de firma Futaba având următoarele dimensiuni (figura 5.9), și are următoarele caracterisitici (tabelul 5.1).

Tabelul 5.6

Placă de captărea semnalelor video

Placa folosită pentru captarea semnalelor video este Raspberry Pi.

Raspberry Pi este un Single-Board Computer (SBC) de dimensiunile unui card de credit, produs în Marea Britanie de către Raspberry Foundation cu scopul de a promova învățarea noțiunilor de bază din domeniul informaticii în școli.

Placa Raspberry Pi este fabricat în două configurații: Raspberry Pi model B și Raspberry Pi model A. Specificațiile modelelor se regăsesc în tabelul 5.2.

Tabelul 5.7

Achiziția de imagini

Imaginile sunt formate prin înregistrarea de către un senzor a radiației ce reacționează cu un obiect fizic. Un sistem digital de achiziție a imaginilor se compune din:

Un sistem optic;

Un senzor foto

Un amplificator și filtre pentru semnalul de la senzor;

Un convertor analog-numeric.

Toate aceste subsisteme influențează direct imaginea achiziționată.

Un element foarte important în sistemul de achiziție a imaginii este subsistemul optic, cum ar fi: tipul lentilei, distanța de focalizare, adâncimea de câmp, deoarece un sistem optic greșit proiectat duce la obținerea unor informații total eronate.

Celelalte componente ale sistemului de achiziție a imaginii pot influența și ele rezultatul final al achiziției, cum ar fi alegerea incorectă a convertorului poate duce la pierderea unor informații.

În final sistemul de achiziție produce o imagine digitală, mai bine spus un tablou bidimensional, iar valorile acestui tablou pot reprezenta intensitatea luminii, distanțe sau alte mărimi fizice.

Recunoașterea formelor

Recunoșterea formelor reprezință o modalitate des folosită la roboții mobili și funcționează pe extragerea informațiilor din imaginile achiziționată. Este un domeniu larg și cuprinde: recunoașterea scrisului, recunoșterea feței umane,recunoasșterea amprentelor, recunoșterea diverselor obiecte din mediu. Recunoșterea formelor constă într-o clasificare și o descriere a conținutului imaginii.

Clasificarea constă în atribuirea unei forme necunoscute din imaginea preluată la o clasă dintr-un set predefinit de clase care sunt stocate în memoria calculatorului prin compararea modelelor. Operația de clasificare va produce la ieșire o nouă imagine care reprezintă o hartă a obiectelor aflate în scena respectivă. În noua imagine, valorile pixelilor reprezintă de fapt codurile asociate claselor corespunzătoare.

Clasificarea folosește metode matematice numite metode de recunoaștere teoretic – decizionale sau statice.

Robotica este o frontieră interesantă de cercetare, cu o gamă largă de potențiale aplicații. Capacitatea de a detecta și de a identifica obiectele din mediul înconjurător este importatn dacă sunt roboți mobili, pentru a efectua în condiții de siguranță și în mod eficient sarcinile date în medii nestrcturate, dinamice, cum ar fi casele noastre, birouri, spitale, hale, etc.

Accentul este pus pe detectarea și clasificarea obiectelor în scene de interior. Abilitatea de a recunoaște obiecte, este important dacă vrem să utilizăm sisteme de recunoștere. Recunoscând mii de obiecte este o capacitate esențială pentru un robot mobil de a înțelege și de a interacționa cu mediul înconjurător zi de zi.

senzori utilizati

Senzorul utilizat este Sharp GP2Y0A21.

Senzorii de distanță Sharp sunt o alegere ideala pentru multe proiecte care necesită măsurători precise distanta. Acest senzor IR este mai economic decât telemetre sonare, dar oferă performanțe mult mai bune decât alte alternative IR. Interfațarea la majoritatea microcontrolerelor este simplă: ieșirea analogică poate fi conectat la un convertor analog-digital pentru efectuarea măsurătorilor de distanță, sau de ieșire poate fi conectat la un comparator de prag de detectare. Raza de detectare a acestui senzor este de aproximativ 10 cm la 80 cm.

Caracterisitici:

Tensiune de operare: 4,5 V la 5,5 V;

Comnusm mediu de curent: 30 mA;

Tipul de iesire: tensiune analogica de la 0 la 5 V in juctie de distanta;

http://www.pololu.com/product/136

Funcționarea sistemelor

Deplasare înainte

Pentru deplasarea înainte vom acționa toate motoarele pas cu pas spre direcția înainte cu o viteză unghiulară egală.

Pentru deplasarea înainte și virajul la dreapta, în timp ce motoarele sunt acționate spre înainte cu viteze unghiulare egale, vom reduce , opri și chiar schimba sensul motorului din dreapta până când acesta va ajunge pe traiectoria dorită.

Pentru deplasarea înainte și virajul la stânga, în timp ce motoarele sunt acționate spre înainte cu viteze unghiulare egale, la fel ca la virajul la dreapta, vom reduce, opri și chiar schimba sensul motorului, de data asta din partea stângă, sau mărim viteza motorului din dreapta.

Deplasare înapoi

Pentru deplasarea înapoi vom acționa toate motoarele pas cu pas spre direcția înapoi, având grijă ca acestea să se rotească cu viteze unghiulare egale.

Pentru deplasarea înapoi și virajul la dreapta, în timp ce motoarele sunt acționate spre direcția înapoi, motorul din dreapta își reduce viteza, se oprește și chiar își schimbă sensul, sau mărim viteza motorului de pe partea stângă.

Pentru deplasarea robotului înapoi și virajul la stânga, în timp ce motoarele sunt acționate spre direcția înapoi, motorului din stânga i se reduce viteza, se oprește sau chiar i se schimbă sensul, mai putem să îi mărim viteza motorului din dreapta.

In cazul ca intalneste un obstacol in tip ce se deplaseaza inapoi, senzorul IR sesizeaza prezenta obstacolului acesta poate sa iil ocoleasca obiectul sau sa opreasca deplasarea, depinde cum a fost scris programul.

Întoarcere spate

Întoarcerea se poate face în mai multe moduri:

– pentru întoarcerea dreapta spate, se oprește motorul din dreapta, lăsându-l pe cel din stânga să învârtă roata stângă spre înapoi până la întoarcerea cu 180°.

– pentru întoarcerea stânga spate, se oprește motorul din stânga acționându-l pe cel din dreapta spre înapoi până la întoarcerea cu 180°.

– pentru întoarcerea dreapta spate fără oprirea vreunui motor, se reduce viteza unghiulară a motorului de pe partea dreaptă, se menține sau eventual se mărește viteza unghiulară a motorului de pe partea stângă spre înapoi până ce robotul se întoarce cu 180°.

– pentru întoarcerea stânga spate fără oprirea vreunui motor, se reduce viteza unghiulară a motorului de pe partea stângă, se menține sau eventual se mărește viteza unghiulară a motorului din partea dreaptă spre înapoi, și se menține eventual, până ce acesta se configurează cu 180° față de ultima lui poziție.

Întoarcere față

Pentru întoarcerea dreapta față, se oprește motorul din dreapta, lăsându-l pe cel din stânga să învârtă roata stângă spre înainte până ce robotul se întoarce cu 180°.

Pentru întoarcerea dreapta față fără oprirea vreunui omotor, se reduce viteza unghiulară a motorului de pe partea dreaptă, se menține sau eventual se mărește viteza unghiulară a motorului de pe partea stânga spre înainte până ce robotul se întoarce cu 180°.

Pentru întoarcerea stânga față fără oprirea vreunui motor, se reduce viteza unghiulară a motorului din partea stângă, se menține sau eventual se mărește viteza unghiulară a motorului din partea dreaptă spre înainte și se menține apoi până ce acesta se configurează cu 180° față de ultima lui poziție.

Programul

Schemele bloc utilizate pentru realizarea programului

Robotul mobil a fost conceput în vederea realizării unor sarcini independent de PC dar cu posibilitatea modificării programului în cazul în care este nevoie de prefecționarea programului sau de schimbarea totală a programului, deoarece s-a schimbat sarcina robotului. Toate acestea fiind posibile deoarece robotul este echipat cu un modul de emisie/receptie radio, astfel se transmit sarcini catre robot de la PC prin intermediul portului paralel si al modulului de emisie radio si se receptioneaza informatii cu privire la efectuarea sau nu a comenzii. Daca in spatiul de lucru al robotului apar diverse obiecte neprevazute de programul de lucru acesta le poate sesiza cu ajutorul senzorilor optici. Dupa detectia obstacolului respectiv robotul face o subrutina de ocolire, dupa care revine si isi continua rutina pe care trebuia sa o execute, facand apel la aceasta subrutina ori de cate ori va fi necesar.

Concluzii

Robotul reprezintă, după părerea mea, o mașinărie programabilă care este capabilă să imite aspectul unei ființe inteligente. Roboții au un rol foarte important în viața de zi cu zi, fie că este vorba despre un autovehicul, un avion sau pur și simplu obiectele de uz casnic pe care le folosim în fiecare zi.

Scopul acestei lucrări a fost de a studia și a proiecta un robot mobil autonom cu roți acționat cu motoare pas cu pas. Această lucrare a încercat să scoată în evidență îmbinarea și fuziunea tehnologică dintre componentele de bază ale roboticii: mecanică, electronică, informatică, precum și utilizarea microtrolerului pentru comandarea procesului de mișcare și a mini calculatorului Raspberry Pi pentru procesarea semnalelor video primite de la camera video.

S-a avut în vedere proiectarea unui robot mobil cu o arhitectură cât mai simplistă, care trebuie să detecteze obstacole și să fie în primul rând autonom. Robotul fiind prevăzut cu senzori care sesizează obiectele ce îi apar în cale, în cazul nostru senzori video, Prin posibilitatea programării microcontrolelelor cu care acesta este dotat, oferă o flexibilitate destul de mare robotului din punct de vedere al domeniilor de aplicabilitate.

Îmbunătățiri ce pot fi aduse:

Pentru o percepție mai bună a mediului înconjurător se poate monta un sonar pentru percepția obstacolelor cu o precizie cât mai ridicată, senzori IR pentru umărirea unui traseu predefinit și marcat sau, de ce nu, cu un braț articulat cu un gripper pentru a putea îndeplinii unele misuni, desigur pentru gabaritul său.

Bibliografie

Barabas T., Vesselényi T. – Conducerea și programarea roboților industriali, editura Universitatea din Oradea, 2004;

Dumitru Ion, Eugenia Diatcu – Roboți mobili și vehicule ghidate automat, editura Victor, București, 2003;

Inocențiu Maniu, Valer Dolga, Valentin Ciupe, Ivan Bogdanov, Corneliu Rădulescu, Ștefan Varga – Robotică. Sistemul de acționare, editura Politehnica, Timișoara, 2010;

Țarcă Radu – Introducere în robotică, editura Universității din Oradea, 2003;

Țarcă Radu – Roboți prestări servicii, editura Universității din Oradea, ;

Virgil Tiponuț, Ioan Gavruluț, Alexandru Gacsadi – Roboți mobili autonomi, editura Politehnica, Timișoara, 2010;

Lucian Ioan, Grazziela Niculescu – Sisteme de comunicații. Cunoștințe generale și arhitecturi reprezentative, editura Matrixrom, 2012;

Tripe Vidican Călin – Microroboți – suport de curs;

Tripe Vidican Călin – Sisteme de achiziții de date – suport de curs;

Viorica Spoială – Acționări electrice – suport de curs;

Trip Nistor Daniel – Microcontrolere și microprocesoare – suport de curs;

Vesselenyi Tiberiu – Senzori și traductoare – suport de curs;

Radu Bogdan Rusu – Arhitecturi moderne pentru roboți mobili, lucrare de disertație, Universitatea Tehnică din Cluj Napoca, 2005;

http://www.microchip.com/ – Documentație despre microcontrolere;

http://grabcad.com/library/raspberry-pi-b-1 – Modelul 3D a plăci Raspberry Pi;

http://grabcad.com/library/futaba-servo – Modelul 3D a servomotorului Futaba S3003;

Catia – soft de proiectare 3d

Eagle – soft pentru realizarea circuitelor electrice și a placajelor

Bibliografie

Barabas T., Vesselényi T. – Conducerea și programarea roboților industriali, editura Universitatea din Oradea, 2004;

Dumitru Ion, Eugenia Diatcu – Roboți mobili și vehicule ghidate automat, editura Victor, București, 2003;

Inocențiu Maniu, Valer Dolga, Valentin Ciupe, Ivan Bogdanov, Corneliu Rădulescu, Ștefan Varga – Robotică. Sistemul de acționare, editura Politehnica, Timișoara, 2010;

Țarcă Radu – Introducere în robotică, editura Universității din Oradea, 2003;

Țarcă Radu – Roboți prestări servicii, editura Universității din Oradea, ;

Virgil Tiponuț, Ioan Gavruluț, Alexandru Gacsadi – Roboți mobili autonomi, editura Politehnica, Timișoara, 2010;

Lucian Ioan, Grazziela Niculescu – Sisteme de comunicații. Cunoștințe generale și arhitecturi reprezentative, editura Matrixrom, 2012;

Tripe Vidican Călin – Microroboți – suport de curs;

Tripe Vidican Călin – Sisteme de achiziții de date – suport de curs;

Viorica Spoială – Acționări electrice – suport de curs;

Trip Nistor Daniel – Microcontrolere și microprocesoare – suport de curs;

Vesselenyi Tiberiu – Senzori și traductoare – suport de curs;

Radu Bogdan Rusu – Arhitecturi moderne pentru roboți mobili, lucrare de disertație, Universitatea Tehnică din Cluj Napoca, 2005;

http://www.microchip.com/ – Documentație despre microcontrolere;

http://grabcad.com/library/raspberry-pi-b-1 – Modelul 3D a plăci Raspberry Pi;

http://grabcad.com/library/futaba-servo – Modelul 3D a servomotorului Futaba S3003;

Catia – soft de proiectare 3d

Eagle – soft pentru realizarea circuitelor electrice și a placajelor