Sisteme de Conducere Pentru Roboti Mobili

CUPRINS

CAPITOLUL I. INTRODUCERE

I.1. Ce este un robot?

I.2. Ce sunt roboții mobili (RM) și vehiculele ghidate automat (VGA)

I.3. Aplicații ale roboților mobili

I.3.1. Curier poștal

I.3.2. Skywash

I.3.3. Robot pentru asistența persoanelor handicapate

I.3.4. Aplicații casnice

I.3.5. Servicii de supraveghere

I.3.6. Conducerea autovehiculelor

I.3.7. Explorarea spațiilor greu accesibile sau periculoase

I.4. Aplicații ale roboților mobili în industrie

I.4.1. Aplicații ale roboților mobili în agricultură

I.4.2. Aplicații ale roboților mobili în medicină

I.4.3. Manipulator pentru camera video

I.4.4. Aplicații ale roboți1or mobili în cercetarea spațială

I.4.5. Aplicații ale roboților mobili în cercetările subacvatice

I.5. Avantajele utilizării VGA

I.6. Dezavantajele utilizării VGA

CAPITOLUL II . CONDUCEREA ROBOȚILOR MOBIL

II.1. Sistemul de conducere

II.2. Conducerea roboților cu model cinematic

II.3. Conducerea robotului cu roți cuplate prin diferențial

II.4. Conducerea robotului cu roată standard fixă

II.5. Conducerea robotului cu roată castor

CAPITOLUL III. SISTEMUL DE ACȚIONARE AL ROBOTULUI

III.1. Structura și funcția sistemului de acționare al robotului

III.2. Elementele constructive ale motoarelor de curent continuu

III.3. Acționarea cuplelor cu motor de curent continuu

III.4. Frânarea motoarelor de curent continuu

III.4.1. Frânarea în regim de generator cu recuperarea energiei

III.4.2. Frânarea dinamică

III.4.3. Frânarea în regim de contracurent

III.5. Convertoare de energie

CAPITOLUL IV. SENZORI

IV.1. Senzori de infraroșu (IR)

CAPITOLUL V. REALIZARE SISTEM

V.1. Introducere

V.2. Sistemului mecanic

V.2.1. Motoarele

V.2.2. Reductoarele

V.3. Sistemul electronic

V.3.1. Driver-ul motoarelor

V.3.2. Microcontrolerul

V.3.3. Sursa de alimentare

V.3.4. Regulatorul de tensiune

V.3.5. Senzorii de linie

V.3.6. Senzorii cu infra-rosu

V.4. Programare microcontrolerului

CAPITOLUL VI. ANEXE (realizarea practica)

Fig 6.1 Platforma si rotile

Fig 6.2 Motoarele cu reductoare

Fig 6.3 Circuitul de comanda a motoarelor

Fig 6.4 Platforma de programare

Fig 6.5 Regulatorul de tensiune

Fig 6.6 Modul de alimentare extern

Fig 6.7 Ansamblul robot

CONCLUZII

BIBLIOGRAFIE

CAPITOLUL I

INTRODUCERE

I.1.Ce este un robot?

Prin aceastǎ întrebare se pot formula mai multe definiții. Definiția datǎ de dictionarul explicativ al limbii române este următoarea: Sistem automatizat care acționează pe baza unui program de lucru stabilit sau care reacționează la anumite influențe exterioare, dând impresia executării unor acțiuni omenesti. De exemplu în standardele japoneze definiția este următoarea: Robotul este un sistem mecanic, dotat cu funcții motoare flexibile analoage cu cele ale organismelor vii sau imitații ale acestora, cu funcții inteligente, sisteme care acționează corespunzător voinței omului.

Roboții sunt numiți oameni artificiali, pentru că au fost creați pe cale nenaturală. Roboții au fost inventați pentru a îndeplini sarcini periculoase, grele sau obositoare pe care omul nu le-ar putea executa în siguranță. Roboții sunt folosiți și în cercetare. Cercetările subacvatice, nucleare sau ale spațiului cosmic sunt exemple în care roboții sunt foarte des utilizați. De asemeni se pot întâlni roboți și în sfera serviciilor, agricultură, medicină și alte domenii.

În 1996 firma Honda construiește robotul P2. Acesta are mâini, picioare și se poate deplasa pe suprafețe orizontale, plane înclinate sau poate urca trepte. Este primul robot evoluat cu o înfățișare asemănătoare cu a omului.

Robotul P2.

I.2. Ce sunt roboții mobili (RM) și vehiculele ghidate automat (VGA).

Unul din scopurile finale ale cercetărilor în robotică este acela de a crea roboți mobili autonomi.

Cercetări1e din acest domeniu au debutat în anii ‘60. Roboți mobili cu sistem de locomoție cu roți sau bipezi, au inceput să fie studiați în marea majoritate a laboratoarelor universitare și de cercetare din întreaga lume.

Motivele care au determinat interesul crescut și deci dezvoltarea rapidă a domeniului sunt două. Primul, roboții mobili au un potențial de aplicabilitate ridicat tocmai datorită mobilității lor. Spre exemplu, un manipulator mobil are aplicații potențiale în domeniul industrial, militar și în domeniul serviciilor, deoarece combină flexibilitatea manipulatorului cu mobilitatea platformei la care acesta este atașat. Al doilea motiv este dat de recentele progrese în domeniul calculatoarelor, al senzorilor, al controlului și al tehnologiiior de navigație, progrese ce fac ca roboții mobili să devină tot mai inteligenți, din ce în ce mai autonomi și cu un cost din ce în ce mai scăzut. Ca rezultat, aria de aplicabilitate a roboților mobili se 1ărgește continuu.

Cercetările din domeniu au condus la apariția a trei familii de roboți capabili să se deplaseze:

Prima familie este cea a roboților mobili teleghidați. Denumirea lor în literatura de specialitate este Remotely Operated Vehicle (ROV). Acești roboți sunt comandați de către un operator uman, de la distanță, prin unde radio. Prezintă avantajul protejării operatorului uman, putând acționa în spații greu accesibile sau periculoase. Dezavantajele acestui tip de robot mobil sunt două. Primul este legat tocmai de prezența teleoperatorului. Pe lîngă faptul că ocupă timpul unui operator, reclamă în plus prezența acestuia într-o vecinătate mai mică sau mai mare. Cel de-al doilea dezavantaj este cel dat de către viteza finită de deplasare a undelor radio, purtătoare a semnalului de comandă. Nu este astfel posibilă utilizarea acestui tip de robot mobil pe suprafața planetei Marte, spre exemplu. Timpul necesar undelor radio de comandă pentru a parcurge distanța Terra – Marte dus – întors este de 40 minute, timp în care robotul a navigat necontrolat. Apare astfel o limitare a spațiului de operare la zona în care nu se fac înca sensibile întârzierile datorate propagării undelor de comandă.

Cea de-a doua familie este cea a vehiculelor ghidate. Pentru acestea denumirea consacrată în literatură este de Automated Guided Vehicles (AGV) sau Robocare. Vehiculele ghidate sunt roboți capabili să execute o deplasare de-a lungul unor traiectorii sugerate de către un anumit ghidaj. Firele îngropate sunt ghidajul cel mai des folosit de către producătorii japonezi. Dar poate fi la fel de bine folosit un marcaj pictat pe caldarâm. Obiectivul vehiculelor ghidate este acela de recunoaștere și urmărire a marcajului. Sisteme mai avansate sunt capabile chiar să negocieze cu obstacole staționate pe marcaj, prin ocolirea lor și recunoașterea marcajului pe partea opusă. O serie de dezavantaje umbresc utilitatea acestor sisteme ghidate. În primul rând, costul ridicat al unui astfel de sistem, implicând modelări corespunzătoare ale mediului. Nu trebuie uitat nici faptul ca păstrarea acestor marcaje în condiții de funcționare necesită un efort separat. În plus, este evident că o eventuală modificare a traseelor implică eforturi și costuri ridicate.

Cea de-a treia familie o alcătuiesc roboții mobile autonomi. Sunt denumiți Roboți Mobili (RM). Din această clasă fac parte sisteme capabile să îndeplinească anumite acțiuni fără intervenția directă a unui operator uman. Referitor la deplasare, roboții mobili antonomi sunt capabili să genereze o traiectorie validă între două puncte de interes, să urmărească această traiectorie fară o interventie externă, într-un mediu natural în care nu s-au efectuat modificări. Au o complexitate mult superioară comparativ cu cea a vehiculelor ghidate și sunt capabile să proceseze o cantitate mult mai mare și mai complexă de informație, dar on-road urmăresc totuși repere trasate. Ideea de bază a acestui gen de sisteme este aceea de recunoaștere și urmărire a benzilor albe ce marchează și delimitează carosabilul. Grupa vehiculelor comandate automat în teren accidentat (off-road), este grupa care face pasul spre și legătura cu roboții mobili autonomi. Acestea din urmă sunt nevoite să se descurce într-un mediu nestructurat.

Transferul autorității între cele trei clase mai sus prezentate se face gradat. Dacă pentru clasa roboților teleghidați deciziile erau luate în totalitate de către operatorul uman, robotului rămânându-i doar rolul de executor, pentru clasele superioare autoritatea începe să se împartă între operator și sistem. La autovehiculele ghidate apare deja situația în care sistemul trebuie să ia anumite decizii, cum ar fi spre exemplu partea în care să ocolească obstacolul ce staționează pe traseu. În cazul roboți1or mobili, autoritatea le este atribuită în exclusivitate. Pe baza unor algoritmi preprogramați sau pe baza cunoștiințelor apriori acumulate, robotul decide singur acțiunea ce urmează a fi executată.

Problema care stă în fața constructorilor este cea dată de programarea roboților astfel încât aceștia să-și indeplinească sarcinile cât mai flexibil, într-un mod cât mai adaptiv. Lipsa informației, complete despre mediu, în momentul proiectării, lipsă la care se adaugă și zgomotul inerent senzorilor, face ca sarcina programatorului să nu fie deloc ușoară. De fapt, complexitatea universului face imposibilă programarea ‘totală’.

I.3. Aplicații ale roboților mobili.

I.3.1. Curier poștal.

Una din aplicațiile testate a fost aceea de robot poștal, pentru distribuirea corespondenței într-un oficiu. Sistemul a fost astfel conceput încât este capabil să genereze singur traiectoria ce urmează a fii parcursă până la destinație. Dacă pe parcursul traiectoriei curierul se intersecta cu persoane, acesta urma să aibă o atitudine politicoasă, cedând prioritatea. Mișcarea este coordonată cu ajutorul unui sistem Fuzzy RuleNet, sistem care are la bază o rețea neurală feed-forward cu un algoritm de supervizare a învățării.

I.3.2. Skywash.

O altă aplicație a fost aceea a spă1ării avioanelor, sugestiv denumită Skywash. Sistemul este de fapt un manipulator gigant, cu 9 axe. Carcteristicile sale definitorii sunt: greutatea maximă admisă a sarcinii de 1500 kg, o întindere maximă a brațului de 22m, o precizie de pozițonare de 15 mm și o viteză maximă de deplasare a efectorului final de 1,5 m/s. Arhitectura sistemului se bazează pe un concept hibrid în care acțiunea este inițiată de către unn operator (poziționarea pe suprafața avionului) urmând ca apoi, în regim automat, să fie executată operațiunea de spălare. Operatorul uman este necesar totuși pentru supraveghere. Skywash are avantajul scurtării timpului necesar curățirii unei aeronave. În plus, concomitent cu spă1area propriu-zisă, poate fi efectuată o verificare a suprafeței aeronavei.

I.3.3. Robot pentru asistența persoanelor handicapate.

Un astfel de sistem aduce beneficii importante persoanelor handicapate. Au fost concepute cărucioare mobile cu un braț, care să ajute, spre exemplu, la ridicarea unui pahar, sau pentru a deschide uși, în general, pentru acțiuni de prindere și apropiere a obiectelor. Problema majoră a acestui tip de robot pentru servicii este modul de interfațare cu persoana handicapată. Pentru recepția comenzilor au fost gândite sisteme cu joystick, cu tastatură, prin voce sau bilă spația1ă, iar pentru semnalizare s-au conceput sisteme prin voce, display text sau grafic.

I.3.4. Aplicații casnice.

Una dintre acestea este curățarea (spă1area) dușumelelor. Pentru acest tip de roboți problema care se ridică este aceea a evitării irosirii timpului prin spălarea repetată a aceluiași sector de podea. Rezolvarea este dată prin utilizarea unui senzor olfactiv. Robotul lasă în urma lui, în zona care tocmai a curațat-o, o dâră dintr-o substanță volatilă (de regulă soluție de camfor). Dacă pe parcursul acțiunii de curațare întâlnește acest miros, consideră suprafața întâlnită ca fiind curațată și se întoarce. În consecință pot fi utilizați, mai mulți astfel de roboți, concomitent. Astfel într-un permanent zig-zag roboții curăță pardoseala.

I.3.5. Servicii de supraveghere.

Pentru instituții, problema supravegherii pe timp dețea neurală feed-forward cu un algoritm de supervizare a învățării.

I.3.2. Skywash.

O altă aplicație a fost aceea a spă1ării avioanelor, sugestiv denumită Skywash. Sistemul este de fapt un manipulator gigant, cu 9 axe. Carcteristicile sale definitorii sunt: greutatea maximă admisă a sarcinii de 1500 kg, o întindere maximă a brațului de 22m, o precizie de pozițonare de 15 mm și o viteză maximă de deplasare a efectorului final de 1,5 m/s. Arhitectura sistemului se bazează pe un concept hibrid în care acțiunea este inițiată de către unn operator (poziționarea pe suprafața avionului) urmând ca apoi, în regim automat, să fie executată operațiunea de spălare. Operatorul uman este necesar totuși pentru supraveghere. Skywash are avantajul scurtării timpului necesar curățirii unei aeronave. În plus, concomitent cu spă1area propriu-zisă, poate fi efectuată o verificare a suprafeței aeronavei.

I.3.3. Robot pentru asistența persoanelor handicapate.

Un astfel de sistem aduce beneficii importante persoanelor handicapate. Au fost concepute cărucioare mobile cu un braț, care să ajute, spre exemplu, la ridicarea unui pahar, sau pentru a deschide uși, în general, pentru acțiuni de prindere și apropiere a obiectelor. Problema majoră a acestui tip de robot pentru servicii este modul de interfațare cu persoana handicapată. Pentru recepția comenzilor au fost gândite sisteme cu joystick, cu tastatură, prin voce sau bilă spația1ă, iar pentru semnalizare s-au conceput sisteme prin voce, display text sau grafic.

I.3.4. Aplicații casnice.

Una dintre acestea este curățarea (spă1area) dușumelelor. Pentru acest tip de roboți problema care se ridică este aceea a evitării irosirii timpului prin spălarea repetată a aceluiași sector de podea. Rezolvarea este dată prin utilizarea unui senzor olfactiv. Robotul lasă în urma lui, în zona care tocmai a curațat-o, o dâră dintr-o substanță volatilă (de regulă soluție de camfor). Dacă pe parcursul acțiunii de curațare întâlnește acest miros, consideră suprafața întâlnită ca fiind curațată și se întoarce. În consecință pot fi utilizați, mai mulți astfel de roboți, concomitent. Astfel într-un permanent zig-zag roboții curăță pardoseala.

I.3.5. Servicii de supraveghere.

Pentru instituții, problema supravegherii pe timp de noapte poate fi lăsată pe seama unor roboți de patrulare. Un număr oarecare de roboți colindă pe culoarele instituției, avertizând un operator uman în situațiile critice. Din nou sunt folosiți senzori olfactivi, înlăturându-se astfel necesitatea unui program care să specifice ordinea de patrulare. Ca și în cazul roboților pentru curățarea pardoselii, roboții de supraveghere lasă în urma lor o dâră volatilă. Aflat într-o intersecție de coridoare, un robot va alege culoarul pe care simte cel mai puțin substanța volatilă. Se asigură astfel o supraveghere uniformă și cvasi-aleatoare a spațiului.

I.3.6. Conducerea autovehiculelor.

Navigația exterioară a beneficiat de o atenție sporită în ultima perioadă. Principalele sarcini ale acestor sisteme outdoor sunt: recunoașterea traiectoriei ce trebuie urmată și – la fel de important – evitarea oricărui obstacol apărut în cale. Este posibilă o clasificare a sistomelor de conducere automată a autovehiculelor după locul unde se face navigația. Astfel sistemele dedicate deplasării pe șosele sunt denumite on-road, iar cele dedicate navigării în teren deschis, off-road.

Așa cum am amintit deja, sistemele on-road sunt vehicule ghidate performante ce se orientează după liniile de demarcație ale carosabilului. Sunt capabile să se descurce în situatiile în care aceste marcaje dispar (pentru un interval de timp scurt), cum ar fi în cazul intersecțiilor. Există la ora actuală, sisteme capabile să piloteze un autovohicul, în mediu natural cu viteze de până la lOO Km/oră.

Tot legat de conducerea automată a autovehiculelor, apare problema parcării automate. O serie de mari fabricanți de automobile studiază această problemă sperând că, într-un viitor nu prea îndepărtat o vor putea oferi ca și facilitate, pe lângă cele deja consecrate, cum ar fi sistemul de antiblocare a roților, sistemul de control al tracțiunii, suspensia activă și compensarea zgomotului din habitaclul autovehicolului.

I.3.7. Explorarea spațiilor greu accesibile sau periculoase.

Este unul din domeniile în care roboții mobili își dovedesc din plin utilitatea. Roboții cu această aplicabilitate fac parte în general din clasa roboților telecomandați.

Normele în vigoare în statele industrializate prevăd anumite forme stricte de stocare și supraveghere a substanțelor reziduale toxice. Aceste depozite trebuiesc inspectate periodic pentru a preântâmpina degradarea containerelor. De regulă inspecția se face vizual, expunând elementul uman. Există depozite dotate cu senzori de gaz, radiații, chimici, care pot sesiza o creștere a factorului nociv. La detectarea unei astfel de situații, tot operatorul uman trebuie să pătrundă în porimetrul afectat și să inspecteze. Au fost construite sisteme de inspecție automată a depozitelor pentru substanțe toxice. Se elimină astfel prezența operatorului uman în interiorul zonei periculoase, beneficiind in plus de posibilitatea unei inspecții pe tot parcursul celor 24 do ore. Rămâne însă necesară prezența operatorului în fazele de decizie.

Au fost concepute sisteme de inspecție și de executare a unor lucrări de întreținere în interiorul sistemelor de canalizare.

Inspecția tancurilor poate fi făcută folosind serviciile unui robot mobil teleghidat. Inspecția se face vizual de către operator, urmărind imaginile transmise de robot. Principalul avantaj este cel al economiei de timp. Pentru o inspecție clasică sunt necesare circa 2 săptămâni, timp în care tancul trebuie golit, curățat și apoi cercetat. În cazul sitemului de inspecție Neptun, aceste operații nu mai sunt necesare, robotul lucrând în imersie. Inspectia se poate face fără se a scoate tancul din circuitul economic.

I.4. Aplicații ale roboților mobili în industrie.

Aplicațiile in industrie a roboților mobili sunt numeroase. Aprovizionarea, transportul de materiale, sunt aplicațile cel mai des întâlnite. Clasic, aprovizionarea fluxului de producție într-o fabrică modernizată se face folosind roboți mobili. În general acești roboți sunt sisteme ghidate automat Pentru cazul unui depozit obișnuit, depozit ce nu prezintă facilități de ghidare, problema conducerii roboților de transport se poate rezolva utilizând senzori olfactivi. Operatorul poate lăsa o dâră volatilă intre locul în care este depozitată marfa și rampa la care aceasta urmează să fie distribuită. Viteza de volatilizare a substantei aplicate pe podea este relativ mică, astfel că persistența ei este suficientă pentru ghidarea roboților. Dacă necesitațile impun schimbarea traseului înaintea volatilizării complete a celui existent, simpla spălare a pardoselei reface condițiile inițiale.

O clasă aparte a roboților mobili proiectați pentru transport, o reprezintă roboțeii Army-Ant. Ideea construirii unui astfel de sistem a plecat de la studiul comportamentului insectelor, în speță a furnicilor. Army-Ant sunt roboței de dimensiuni mici, fizic identici, constituind un grup omogen. Sistmele de transport clasice (AGV) sunt confruntate adesea cu situația în care transportă o sarcină mult sub capacitatea nominală, rezultând o utilizare ineficientă. în contrast, Army-Ant sunt micuți. În cazul lor transportul unor sarcini mari se poate face prin conlucrarea mai multor ‘furnici’. Caracteristicile acestui sistem sunt:

– Robustețea. Această caractenistică se datorează identitații celulelor componente. Oricare dintre roboți so defectează, poate fi înlocuit cu oricare altul disponibil.

– Dimensiuni reduse. Ceea ce face ca aproape de fiecare dată să lucreze la sarcina nominală, de aici eficința crescută. Mici fiind se pot strecura prin spații înguste. În plus, spațiul destinat stocării lor este și el redus.

– Cost mic. Faptul că sunt mici și identici duce și la un cost scăzut în cazul unei producții de masă. Se estimează costul unui astfel do robot la mai puțin de 1.OOO$/celu1ă, valoare mult mai mică decât prețu1 unui sistem de transport ghidat (75.000$/celulă).

– Comportament de grup. Pot fi implementate functii de cooperare. Copiind comportamentul insectelor sociale, pot fi implementate și funcții în care o celulă se sacrifică în beneficiul grupului.

I.4.1. Aplicații ale roboților mobili în agricultură.

Cu toate că în industrie și servicii există un număr impresionant de aplicații ale roboților mobili, numărul acestor aplicații în sectorul agriculturii este extrem de redus. Teoretic este posibilă programarea unui robot pentru o varietate de acțiuni din agriculturaă cum ar fi: transplantarea, udarea, săparea și chiar recoltarea selectivă, dar practic complexitatea lor face acest lucru extrem de dificil. Contrar aplicațiilor din induslrie care sunt simple, repetitive, bine definite și apriori cunoscute, în agricultură robotul trebuie să negocieze cu un mediu nestructurat, incert și nepredictibil. Dintre problemele cu care se confruntă un sistem autonom dedicat acțiunilor agricole, se evidențiază următoarele:

-trebuie să opereze într-un spațiu tridimensional în continuă schimbare;

-localizare aleatoare a țintelor (a fructelor);

-varietate mare a dimensiunilor fructelor, a formei, a culorii și a texturii;

-produsele manipulate sunt delicate;

-condiții ambientale schimbătoare, ca de exemplu lumina;

-condiții ambientale ostile, ca praf, noroi, temperaturi extreme șic1 umiditate. Există totuși încercări de recoltare automată a fructelor și a legumelor.

I.4.2. Aplicații ale roboților mobili în medicină.

Apariția mecatronicii, care este până la urmă o combinare a mecanicii cu electronica la scara micro-universului, a făcut posibilă dezvoltarea unor instrumente medicale deosebite. O realizare a acestui domeniu o reprezintă micro-roboții penlru explorarea colonului.

I.4.3. Manipulator pentru camera video.

Acest sistem a fost conceput pentru a înregistra acțiunile unei operații. A fost realizată o structură de manipulator cu șase grade de libertate, la care s-a atașat o cameră video. Numărul mare de grade de libertate permite poziționarea arbitrară a camerei, poziționare care se face prin telecomandă. Calculatorul atașat permite implementarea unor funcții specifice, cum ar fi de pildă mișcarea camerei pe o sferă în jurul obiectului studiat cu păstrarea focalizării într-un punct dorit sau momorarea unor poziții

I.4.4. Aplicații ale roboți1or mobili în cercetarea spațială.

• Prima clasă a acestui domeniu o constituie roboții spațiali ce evoluează pe o orbită circumterestră. Cercetările s-au îndreptat cu precădere asupra manipulatoarelor montate pe platforme spațiale, manipulatoare conduse prin teleoperare. Nu au fost însă neglijați nici roboții mobili liberi (free-flying). So speră că până în 2004 jumătate din acțiunile pe orbită (EVA) vor fi executate de către roboți mobili.

• Cea de a doua clasă a roboților spațiali este cea consacrată explorărilor planetare. In acest scop se urmărește construirea unor roboți care să satisfacă condițiile particulare viitorului mediu de lucru. Rolul lor este acela de a studia suprafața planetelor, de a instala instrumente și de a recolta mostre pentru analiză locală, sau pentru o eventuală expediere pe pământ. Se vizează explorarea planetei Marte

Moon robot.

Caracteristica principală pentru acest tip de roboți este gradul ridicat de autonomie. Trebuie să fie capabili sa identifice zonele de interes știintific, să poată să-și programeze acțiunile, să posede o mare abilitate de navigare și toate acestea în condițiile unui control riguros al resurselor. Problema majoră a roboților destinați explorării o reprezintă sursa de energie. Există trei posibile soluții ale acestei probleme. Prima soluție, generatoare termice radioizotopice, care produc ebectricitate utilizând termocuplurile atașate. Celulele fotovoltaice, cea de-a doua soluție, sunt cele mai ușoare și cele mai ieftine, dar au nevoie de baterii reîncărcabile în parallel, pentru a produce performanța necesară. În final, solutia a treia este cea a utilizării acumulatorilor nereîncărcabili. Această ultimă soluție asigură densitatea de putere cea mai mare dar și cel mai scurt timp de viață.

Cercetările au evidențiat două căi în soluționarea problemei consumului. Una este calea care utilizează roboți mobili de mici dimensiuni, roboți Rover. Cea de-a doua preferă roboții pășitori de dimensiuni normale.

I.4.5. Aplicații ale roboților mobili în domeniul cercetărilor subacvatice.

Întrucât suprafața pământului este acoperită în proporție de 700% cu apă, ideea conceperii unor roboți mobili pentru studiul spatiului subacvatic a apărut în mod firesc. Denumirea pe care o dă literatura de specialitate roboților mobili submersibili este underwater robotic vehicles.

Câteva dintre posibilele aplicații ale acestor roboți submarini sunt: cercetări oceanice, recuperări de mine, întreținerea și construirea structurilor subacvatice. Numărul acestor aplicații este restrâns din cauza costurilor ridicate ce se datorează necesității menținerii in zonă a unei nave care să permită telecomandarea robotului.

Pentru a înlătura prezența teleoperatorului, soluția este data de construirea unor vehicule subacvatice autonome (AUV). În figura de mai jos este ilustrat un exemplu de robot subacvatic.

Robot subacvatic.

Din punct de vedere al dificultății condițiilor de lucru, sistemele submersibile evoluează în conditii comparative cu roboții destinați explorărilor planetare. Problema navigării subacvatice este mai complexă decât cea de la suprafață, fiind îngreunată de câțiva factori. Primul dintre aceștia este distanța relativ mica de penetrare a luminii la adâncimi mari, fapt ce face, spre exemplu, ca un sistem video să piardă din concludență. În al doilea rând, nu este posibilă utilizarea unui sistem de poziționare globală (GPS), chiar comunicarea este limitată de densitatea mare a mediului. Nu trebuie uitată nici presiunea mare pe care acești roboți trebuie să o suporte.

I.5. Avantajele utilizării VGA.

Reducerea forței de muncă. Sistemele de robocare pot asigura o creștere semnificativă a volumului de materiale manipulate, fără a reclama o creștere a resurselor de fortă umană, permițând chiar o reducere a acesteia.De remarcat că reducerea fortei de muncă nu se aplică numai în rândul operatorilor care manipulează materialele, ci și in rândul funcționarilor care inventariază și expediază materialele. Redimensionarea forței de muncă este o consecință a faptului că intreaga activitate de gestionare și expediere a materialelor este controlată automat.

Îmbunătățirea productivității și calității. Sistemele de robocare permit funcționarea într-un regim discontinuu, cu opriri repetate, ceea ce le recomandă pentru liniile de asamblare asincrone. În prezent, în zona liniilor de asamblare deservite de conveiere monorail, operatorii se află în continuă mișcare, în timp ce lucrează sau preiau piesele pentru montaj. Principalul avantaj al liniei de asamblare asincrone constă tocmai în faptul că poate funcționa în ritmul de lucru al operatorului, ceea ce nu este posibil în cazul benzilor de montaj, sau al liniilor de asamblare sincrone. Un alt aspect, deloc de neglijat, îl constituie îmbunătățirea mediului de lucru prin reducerea nivelului de zgomot produs de deplasarea conveierelor, întrucât robocarele sunt acționate electric.

Controlul în timp real a manipulării materialelor. Orice semifabricat, piesă sau subansamblu, aflat într-un depozit automatizat, pe fluxul de transfer într-un anumit robocar, în procesul tehnologic de prelucrare pe o anumită mașină-unealtă, sau pe linia de montaj într-un anumit post de lucru, poate fi identificat în timp real. Existența unei evidențe pe calculator a resurselor materiale din depozit și a circulației materialelor pe fluxul tehnologic de fabricație sau de montaj prezintă numeroase avantaje printre care:

menținerea unui inventar riguros;

reducerea nivelului stocurilor și a timpului de livrare;

reducerea birocrației în gestionare și livrare;

reducerea pierdenilor de materiale;

răspunsuni rapide la intrebările apărute în procesul de fabricație.

Reducerea spațiului necesar. Ca rezultat al reducerii nivelului stocurilor de resurse materiale depozitate, cât și a stocurilor tampon din zonele productive, are loc o creștere a spațiului de producție disponibil. Organizarea riguroasă a fluxului de transfer în distribuirea semifabricatelor spre zonele de fabricație și transportarea pieselor finite spre depozite, are ca efect reducerea suprafeței ocupate de căile de acces ale robocarelor, în raport cu mijloacele convenționale de transport uzinal.

Reducerea rebuturior. Materialele transportate de un sistem de robocare sunt manipulate într-un mod controlat, ceea ce reduce în mod considerabil penicolul de distrugere a lor. Se elimină astfel operațiile de transfer, manual sau mecanizat, de la un conveier la altul, robocarele asigurând transferul materialelor pentru efectuarea tuturor operațiilor, chiar și a reparații1or, după care sunt readuse pe linia de montaj. Liniile de asamblare asincronă permit obținerea unei înalte calități a montajului în fiecare post de lucru, garantând spre exemplu montarea tuturor componentelor programate a fi instalate într-o anumită stație de lucru.

Intreținerea și siguranța mai mare. Îtreținerea este mult îmbunătățită prin eliminarea conveierelor instalate la sol, care fac dificil accesul și au tendința de a acumula diverse materiale. Siguranța în exploatare este mult imbunătățită, datorită fiabilității ridicate a sistemelor de robocare.

Reamplasare facilă. Un sistem de robocare poate fi instalat relativ repede și, cu excepția căi de ghidare, poate fi ușor mutat. Pentru că sistemele de robocare sunt ușor detașabile, ele pot fi ușor mutate dintr-o hală într-alta, sau de la o fabrică la alta. Astfel părțile cele mai costisitoare ale sistemului, vehiculele și echipamentul de conducere și control, pot fi ușor reinstalate și astfel salvate. În esență, numai calea de ghidare nu se poate recupera, dar costul ei în ansamblul sistemului este relativ scăzut. De remarcat că, în situații similare de reamplasare, sistemele convenționale de transfer sunt recuperate într-o mică măsură, sau vândute la fier vechi.

Integrarea totală în vederea automatizării. Întru-cât funcționarea unui sistem de robocare este integral controlată de un calculator, există conditiile create pentru integrarea sa întru-un sistem de fabricație flexibil controlat de un calculator de proces. Astfel, prin integrarea unui sistem de robocare cu centre de prelucrare și mașini-unelte cu comandă numerică, calculatorul de proces asigură controlul fluxului de materiale și garantează apelarea programului de prelucrare, adecvat procesului tehnologic de execuție, în fiecare post de lucru în parte. Flexibilitatea ridicată a sistemelor de robocare le recomandă pentru a lega impreună “insulele de automatizare” existente într-o întreprindere. De asemenea, sistemele de robocare se pot integra cu depozite automatizate și își pot sincroniza activitatea pentru manipularea materialelor din și în depozit. Sistemele de robocare sunt ușor interfațabile și cu alte dispozitive automate pentru a realiza activități ca: închiderea-deschiderea automată a ușilor, incărcarea /descărcarea automată a mașinii-unealtă, etc.

Adaptabilitatea și flexibilltatea sistemului. Extinderea sau modificarea unui sistem de robocare este relativ ieftină, în raport cu extinderea sau modificarea unor transportoare sau conveiere. Trebuie menționat insă că adaptarea unui sistem de robocare la un nou amplasament, prin extinderea sau modificarea celui vechi, nu se reduce numai la extinderea căi de ghidare sau eventual la creșterea numărului de robocare. Încă din faza de proiectare, sistemul de robocare trebuie astfel conceput, încât să fie adaptabil la schimbările de amplasament ce pot surveni ulterior, cum ar fi extinderea caii de ghidare, adăugarea unui robocar etc., ceea ce însă ridică costurile investiției.

Flexibilitatea sistemului de robocare este cu atât mai mare, cu cât robocarele au un grad mai mare de autonomie, adică sunt capabile să părăsească calea de ghidare pentru a-și îndeplini sarcina.

În completarea avantajelor prezentate, sistemele de robocare oferă și alte beneficii notabile:

• răspunde la pretențiile impuse de standardele în vigoare, referitor la operarea în mediul camerelor curate;

• constituie un element major în modernizarea întreprinderilor;

• furnizează oportunități adiționale pentru operațiile de transfer, fiind flexibil și adaptabil;

• asigură o îmbunătățire a competitivității etc.

I.6. Dezavantajele utilizării VGA.

Costul investiției. Un sistem de robocare proiectat să satisfacă toate avantajele prezentate in paragraful anterior este foarte scump. Din experiența utilizatorilor rezultă că investițiile inițiale pentru un sistem de robocare destinat unei linii de asamblare, pot fi de două, trei ori mai mari decât pentru un sistem convențional de transfer și manipulare a materialelor. Dar tot așa de adevărat este și faptul că durata de amortizare a investiției poate fi mai mică de un an, în cazul sistemelor cu un număr redus de robocare și rareori depășește doi ani. Un sistem de robocare este dependent de mai multi factori, dintre care un singur factor, cum ar fi de exemplu flexibilitatea sistemului, poate justifica cheltuielile ridicate ale investiției.

Limitarea folosirii robocarelor in exteriorul halei. Utilizarea robocarelor pe traiectorii ce sunt in afara halelor industriale, pe timp ploios sau de iamă, ridică probleme deosebite privind protecția la scurt-circuit a căii de ghidare, protecția la intemperii a insăși robocarului și a pieselor transportate. Calea de ghidare trebuie păstrată curată, neacoperită cu noroi, zăpadă sau gheață.

Calitatea suprafeței de rulare. Robocarele nu sunt proiectate să se deplaseze pe orice fel de suprafață de rulare. Suprafețele de rulare extrem de accidentate, murdare, umede sau înghețate produc perturbații in funcționarea robocarelor. Suprafețele de rulare trebuie să fie plane, fără pante, netede, aderente și ușor de întreținut. Pantele rampelor sunt uzual limitate la 4 – 6%, deși sunt permise și pante de 10%, cu condiția reducerii sarcinii transportate. Rampele lungi pot crea unele probleme atât în deplasarea vehiculelor, prin încălzirea excesivă a motoarelor de tracțiune, cât și prin limitarea sarcinii transportate.

În afară de dezavantajele și limitările prezentate, se impun și alte elemente ce trebuie luate în considerare, cum ar fi:

interdicția de a folosi robocarele în loc de depozite intermediare;

robocarele pentru sarcini mai mari de 4000 kg sunt foarte scumpe;

greutatea și dimensiunile de gabarit ale sarcinii să fie compatibile cu platforma robocarului;

toate componentele unui sistem de robocare trebuie livrate de aceeași firmă;

este foarte dificil să se ridice rangul unui sistem de robocare simplu la nivelul unuia complex

CAPITOLUL II

CONDUCEREA ROBOȚILOR MOBILI

II.1. Sistemul de conducere.

Sistemul de conducere al unui robot are de efectuat operațiile:

calcule de cinematică, prin care se determină elementele unei traiectorii: poziții, viteze, accelerații;

calcule de dimanică;

interpretarea informațiilor de la senzori și traductoare;

calcule aferente reprezentării interne în calculator a lumii înconjurătoare;

comanda sistemelor de acționare;

dialogul cu operatorul uman prin dispozitive adecvate și programe corespunzătoare;

Mai jos este reprezentata schema bloc a unui robot.

Schema bloc a unui robot.

II.2. Conducerea roboților cu model cinematic.

Diferența majoră dintre un robot mobil și unul fix este dificultatea de estimare a poziției. Determinarea poziției gripperului este doar o problemă de înțelegere a cinematicii robotului și determinare a poziției tuturor cuplelor intermediare. Poziția manipulatorului este așadar întotdeauna calculabilă prin interogarea senzorilor. Dar un robot mobil reprezintă un sistem automat independent care se mișcă cu totul in cadrul spațiului înconjurător. Nu există așadar o cale directă de a determina poziția robotului instantaneu. În schimb trebuie integrată mișcarea luând în considerație timpul. La acestea se mai adaugă erorile din estimarea mișcării datorită alunecării și este evident că determinarea poziției exacte a unui robot mobil reprezintă o problemă mult mai dificilă.

Este necesară analiza mișcării roților robotului mobil și de aici determinarea poziției acestuia în spațiu. Deci, cinematica roboților mobili începe cu analiza cinematicii roților acestuia.

Vom considera un robot mobil ca un corp rigid amplasat pe roți numit șasiu, operând într-un spațiu ortogonal. Orientarea în acest spațiu a șasiului robotului se face prin trei dimensiuni, două pentru poziția în planul orizontal și una pentru orientarea pe axa verticală pependiculară pe acest plan.

Pentru a specifica poziția robotului în plan considerăm două sisteme de referință, unul fix denumit global sau inerțial (având indicele I) și un sistem de referință local al robotului (având indicele R). Axele XI și YI definesc sistemul de referință global O XIYI. Pentru a specifica poziția robotului, se alege un punct P pe șasiul robotului ca punct de referință a poziției în care se fixează axele sistemului de referință local al robotului P XRYR. Poziția punctului P în cadrul sistemului de referință global este specificat de către coordonatele x, y și de diferența unghiulară dintre sistemul de referință global și cel local exprimat prin unghiul θ. Putem descrie poziția robotului în sistemul I ca un vector ξI cu trei elemente:ξI = [x y θ]T ,

Sistemele de referință I și R ale robotului mobil.

Pentru a descrie mișcarea robotului este nevoie de multe ori să se treacă de la un sistem de coordonate la altul în concordanță cu modul de realizare a mișcării acestuia. De regulă, în sistemul de coordonate local acest lucru se face prin intermediul matricei de rotație cu unghiul θ, având expresia:

Această matrice are două proprietăți, și anume: determinantul său este unitar și matricea inversă se obține ușor prin transpunere: .

Pentru mișcarea robotului mobil este necesar să calculăm vitezele care sunt derivata a vectorului poziției. În consecință, viteza de mișcare a robotului mobil în sistemul de coordonate R va fi dată de mișcarea punctului P prin expresia:

Spre exemplu, în cazul robotului mobil, în care , vom avea:

,

Robotul mobil rotit cu 90o.

În acest caz datorită poziției în care se află robotul, mișcarea de-a lungul axei XR este egală cu , iar de-a lungul axei YR este -.

Regimul cinematic al robotului depinde și de tipul de roți folosite la depanare, precum și de tipul reductorului.

Vom considera în continuare mai multe tipuri de roți, cum ar fi: roți diferențiale, roți fixe, roți mobile viratoare, roți castor și roți tip bilă.

II.3. Conducerea robotului cu roți cuplate prin diferențial

Robotul cu două roți, de rază r, cuplate prin diferențial are cinematica ce va fi descrisă în continuare. Considerăm un punct P situat centrat între cele două roți conducătoare, fiecare dintre ele aflându-se la distanța I față de P . Fie r, I, θ și viteza de rotație a fiecărei roți, și , modelul cinematic direct va face predicția vitezei robotului în cadrul sistemului de referință global:

,

Putem calcula mișcarea robotului în cadrul sistemului de referință global din mișcarea sa în cadrul sistemului de referință local: . Strategia folosită constă în calcularea mai întâi a contribuției fiecărei dintre cele două roți la mișcare în cadrul sistemului de referință local, .

Robot mobil cu acționare diferențială în sistemul de referință global.

Presupunem că sistemul de referință local al robotului este aliniat astfel că robotul se deplasează de-a lungul axei . Întâi considerăm contribuția vitezei de rotire a fiecărei roți la viteza de translație a punctului P pe direcția .

Dacă o roată se rotește în timp ce cealaltă nu contribuie cu nimic și este staționară și datorită faptului că punctul P este situat la jumătatea distanței dintre cele două roți , el se va mișca instantaneu cu jumătate din viteza : și . În cazul unui robot cu acționare diferențială, aceste două contribuții pot fi foarte simplu adunate pentru a calcula componenta a lui . Considerăm pentru exemplu un robot diferențial în care fiecare roată se rotește cu viteză egală, dar în direcție diferită. Rezultatul este un robot staționar care se rotește în jurul lui P. Așa cum este de așteptat va fi egal cu zero în acest caz. Valoarea lui este chiar mai simplu de calculat. Nici una dintre roți nu contribuie la mișcarea laterală a robotului în cadrul sistemului de referință, așadar este întotdeauna zero. Trebuie să calculăm componenta circulară a . Din nou, contribuția fiecărei roți trebuie calculată independent și apoi adunate cele două. Considerăm roata din dreapta (pe care o vom denumi pe mai departe roata 1). Rotația spre înainte a acestei roți produce o mișcare circulară a punctului P inversă acelor de ceasornic. Ținem cont că atunci când doar roata 1 se rotește, robotul pivotează în jurul roții 2. Viteza de rotație a punctului P poate fi calculată deoarece roata se deplasează de-a lungul unei traiectorii circulare de rază 2I:

,

Același calcul se aplică și roții stângi, cu precizarea că mișcarea spre înainte a acesteia determină o rotație în sensul acelor de ceasornic a punctlui P:

,

Combinând aceste două formule individuale rezultă modelul cinematic pentru exemplul robotului cu acționare diferențială:

,

Spre exemplu, presupunem că robotul este poziționat astfel încât θ = π/2, r = 1 și l=1. Dacă robotul antrenează roțile inegal, cu viteza și , putem calcula viteza în cadrul sistemului de referință global:

,

Așadar robotul se va mișca instantaneu de-a lungul axei y a sistemului de referință global cu viteza de 3m/s în timp ce se va roti cu viteza de 1rad/s.

II.4. Conducerea robotului cu roată standard fixă

Roata standard fixă nu prezintă axa verticală de rotire pentru asigurarea virajului. Unghiul sau șasiul este așadar fix, și mișcarea sa este limitată de-a lungul planului roții înainte și înapoi.

În fig.2.5 se prezintă o roată standard fixă A și indică poziția relativă a robotului în sistemul de referință local PXRYR. Poziția lui A este exprimată în coordonate polare prin distanța l și unghiul α. Unghiul planului roții față de șasiu este notat cu β și este constant datorită faptului că roata nu este viratoare. Roata cu diametrul r, se poate roti în funcție de timp și deci poziția unghiulară a roții este φ(t).

Pentru analiza cinematicii acestei roți vom considera că planul acesteia rămâne întotdeauna vertical și există doar un singur punct de contact între roată și planul suport. De asemenea presupunem că nu există alunecare în punctul de contact.

Cea de-a doua restricție împune conceptul de lipsă a derapării laterale, adică roata nu trebuie să alunece ortogonal pe planul acesteia.

Prima restricție înseamnă că toate vitezele elementelor robotului proiectate pe axa de înaintare trebuie să fie în echilibru dinamic, adică vitezei active i se opune viteza de inerție .

-=0 ,

În sistemul de referință inerțial, vectorul vitezelor este:

,

Proiectând acest vector după axa va trebui să multiplicăm componentele vectorului cu cosinușii directori: sin(α+β), -cos(α+β), -l·cosβ. În plus, rezultatul trebuie multiplicat cu matricea de rotație cu unghiul , notația R().

În consecință

,

Întrucât viteza , se obține ecuația matricială a restricției de alunecare:

,

Rstricția de derapare ca nulă componenta de mișcare a roții ortogonal pe planul acesteia. În acest caz cosinușii directori diferă cu unghiul față de cazul precedent, iar viteza roții după această direcție este nulă. Se obține ecuația matricială a restricției de derapare:

,

Roata standard fixă.

Ca exemplu, să presupunem că roata A se află într-o poziție în care (α=0), (β=0). Aceasta plasează punctul de contact al roții pe axa XI și planul roții orientat paralel cu axa YI. Dacă =0, atunci restricția de alunecare se reduce la:

,

Din relația de mai sus rezultă că viteza de-a lungul XI este zero (=0) și cum XI și XR sunt paralele, roata este împiedicată de a derapa.

II.5. Conducerea robotului cu roată castor

Roțile castor sunt capabile să vireze în jurul axei verticale, ceea ce permite modificarea direcției în plan și fac parte din categoria roților autodirecționale. Spre deosebire de roata standard viratoare, axa verticală de rotație la o roată autodirecțională nu trece prin punctul de contact al roții cu suprafața suport. Figura de mai jos prezintă o roată de acest tip, autodirecțională. Se observă că forma specială a acestui tip de roată necesită un parametru suplimentar.

Punctul de contact al roții este în poziția B, care este legat printr-o tijă rigidă AB cu dimensiunea fixă d de punctul A, pe unde trece axa de rotație în jurul căreia se rotește punctul B în plan vertical. Acest punct are o locație bine determinată în sistemul local de referință al robotului. Presupunem că planul roții este aliniat cu axa AB tot timpul. Roata castor autodirecțională are doi parametrii care variază în funcție de timp, și anume: φ(t), ce reprezintă unghiul de rostogolire a roții; β(t), care reprezintă unghiul castor și orientarea tijei d în timp.

Pentru o roată castor autodirecțională, restricția de alunecare este identică cu cea de la roata standard deoarece deplasamentul axei de rotație a roții castor nu influențează în nici un fel.

Șasiul robotului

Roata castor autodirecțională.

Se obține ecuația restricției de alunecare:

,

Totuși geometria roții castor autodirecționale are un impact semnificativ asupra restricției de derapare, care devine:

,

Prin ecuația de mai sus se precizează că orice mișcare perpendiculară pe planul roții trebuie sa fie contrabalansată de mișcare echivalentă și de sens opus de direcționare a roții castor. Acest rezultat este foarte important la succesul roților autodirecționale deoarece prin stabilirea unei valori β se poate elimina orice mișcare laterală. În cazul roților autodirecționale procesul de virare în sine provoacă o modificare a poziției șasiului, datorită deplasamentului dintre punctul de contact al roții cu suprafața suport și axa verticală de rotație.

Dacă un asemenea robot are numai două roți castor, acesta se poate mișca cu orice viteză în spațiul tuturor mișcărilor posibile ale robotului și devine un robot omnidirecțional.

CAPITOLUL III

SISTEMUL DE ACȚIONARE AL ROBOTULUI

III.1. Structura și funcția sistemului de acționare al robotului

Sistemul de acționare asigură mișcarea cuplelor cinematice ale robotului. Aceasta se realizează cu ajutorul motoarelor de acționare, care pot fi de tip electric, pneumatic sau hidraulic. Roboții actuali au aproape in intregime motoare electrice de acționare.

Motoarele electrice de acționare folosite sunt in general de două feluri: de curent continuu (MCC) sau motoare pas cu pas (MPP).

Structura sistemului de acționare cuprinde: motorul, reductorul si driver-ul (dispozitivul de comandă locală al motorului).

Driver-ul comandă alimentarea cu energie electrică pentru motor asigând legătura cu sistemul de comandă al robotului. Driver-ul realizează 4 comenzi: START, STOP, STÂNGA, DREAPTA.

Motorul convertește energia electrică în energie mecanică de mișcare a cuplelor, asigurând momentul necesar pentru învingerea forțelor rezistente și realizând o anumită traiectorie de mișcare.

Motoarele utilizate pentru acționarea roboților mobili și industriali trebuie să răspundă următoarelor cerințe:

Moment de valoare ridicată în raport cu greutatea și volumul;

Calități dinamice ridicate (Inerție redusă), dând robotului posibilitatea de a accelera și de a frâna în timp cât mai scurt;

Domeniu larg de variație a turației (vitezei de rotație);

Precizie cât mai mare de poziționare;

Fiabilitate ridicată;

Întreținere ușoară și cu costuri cât mai reduse.

Criteriile pentru alegerea motoarelor sunt:

Supraîncărcabilitatea;

Dinamica;

Moment mare la turație redusă.

Reductorul face legătura între motor și cupla cinematică în vederea adaptării vitezei și momentelor necesare cuplelor.

Schema bloc a unei acționări este dată in figura alaturata:

Schema bloc a sistemului de acționare al robotului.

Funcția de acționare trebuie să asigure momentul mecanic, deplasarea relativă și execuția comenzii pentru cuplele cinematice ale robotului. Funcția de acționare este realizată de către sistemul de acționare.

Acționarea electrică este dominată datorită avantajului energiei electrice și posibilităților de comandă pe care le au motoarele electrice.

Acționarea hidraulică este utilizată pentru a dezvolta puteri mari și a asigura o anumită compactizare a roboților, iar cea pneumatică pentru sarcini reduse și mișcări elastice.

Acționare electrică se realizează cu motoare de curent continuu având excitația în paralel sau mixtă (serie-derivație), precum și motoare de curent continuu cu magneți permanenți dacă nu este necesară o sarcină mare.

Dacă se folosesc motoare de curent continuu este nevoie de un traductor pentru controlul poziției cuplei robotului, iar la motoare pas cu pas acest lucru nu este necesar.

Sistemul de acționare trebuie să realizeze funcția de acționare, care înseamnă asigurarea mărimilor cinematice ale cuplelor: turație n, unghi de rotație α, poziție x și a momentelor mecanice necesare atingerii poziției impuse.

Deoarece viteza motoarelor electrice de curent continuu este mare comparativ cu aceea pe care o necesită organele roboților, se folosesc reductoare de turație. Acestea pot fi: cu roți cilindrice, cu melc, cu roți conice, diferențiale sau planetare.

a). b). c).

Scheme de reductoare.

Mai sus se prezintă câteva scheme de reductoare cu roți cilindrice, cu melc și

raportul lor de transmisie , , unde n1, n2, D1, D2, z1, z2 sunt respectiv turațiile diametrele sau numărul de dinți ale celor două roți.

În fig. a, reductorul cu roți cilindrice, asigură o reducere a turației cu i = 2…5, de asemenea se transmit momente mari. Arborii sunt paraleli.

Dacă este nevoie de schimbarea unghiului între arbori se folosește reductorul cu pinion din fig. b. Aici unghiul dintre arbori este π/2 și raportul de transmisie mai mic (2…3).

Raportul mare de transmisie este realizat de reductorul cu melc din fig. c, valori i = 8…10, dar cu momente de transmisie mai mici.

III.2. Elementele constructive ale motoarelor de curent continuu.

Părțile pricipale: statorul (inductor), rotorul cu colector (indus), crucea portperii, scuturi, lagăre, cutia de borne.

Statorul produce fluxul magnetic inductor și este format din:

carcasă;

poli;

poli principali (numiți și poli de excitație);

poli auxiliari (numiți și poli de comutație);

bobinele polare;

bobine de excitație (montate pe polii de excitație);

bobinele polilor auxiliari, parcurse de curentul principal.

În interiorul carcasei sunt fixați polii principali și polii auxiliari ai mașinii. Carcasa fixează mașina pe placa de fundație sau șasiu.

Partea carcasei care asigură conducerea fluxului magnetic, produs de polii principali și de polii auxiliari se numește jug.

De o parte și de alta a carcasei sunt prinse două piese, numite scuturi. Până la diametre de 40cm, scuturile mașinii susțin lagărele și poartă numele de scuturi portlagăr. Dacă diametrul scutului depășește 1m se folosesc lagăre de susținere care se așează separat, pe placa de fundație.

Bobinele polilor principali, care în ansamblul lor formează înfășurarea de excitație a mașinii (înfășurarea inductoare) sunt legate de regulă în serie. Polii servesc la îmbunătățirea comutației.

Rotorul (indusul) este format din:

arbore, care transmite cuplul magnetic între pachetul de tole și capătul de arbore liber;

pachetul de tole ale rotorului, care are la exterior crestături deschise sau semiînchise în care se introduce bobinajul indus;

colectorul, format din lamele de cupru de secțiune trapezoidală;

bobinajul indus, format din bobine introduse în crestăturile pachetului de tole, capetele fiind lipite de colector;

suporți de bobinaj;

ventilator, prevăzut la unele mașini, pentru a realiza o circulație de aer necesară răcirii mașinii.

Rotorul constituie partea destinată procesului de transformare a energiei, din energie mecanică în energie electrică, dacă mașina este generator și invers, dacă mașina este motor.

Miezul rotorului se execută din tole de oțel electrotehnic, izolate între ele printr-un strat subțire de lac, oxid sau foiță de hârtie, obținându-se astfel o reducere importantă a curenților Foucault induși în miez, care tind să se închidă paralel cu axa mașinii.

Miezul se fixează pe arborele mașinii fie direct, fie prin intermediul unui butuc. Colectorul redresează forța electromotoare alternativă indusă în mașină și trebuie să prezinte o formă perfect cilindrică.

Legătura circuitului indus al rotorului cu circuitul exterior se face cu ajutorul periilor plasate pe colector. O perie acoperă obișnuit, cel puțin două lamele de colector.

III.3. Acționarea cuplelor cu motor de curent continuu.

Acționarea cu motor de curent continuu cu magneți permanenți se prezintă

MCC cu magneți permanenți.

Vom determina caracteristica mecanică pentru acest motor adică dependența vitezei ω de momentul motor M: ω=f(M).

și

; = constant =

; M = = ;

Rezultă: ,

Caractesistica mecanică a motorului este liniară de forma și este prezentată

Caracteristica MCC cu magneți permanenți.

Sursa de curent continuu U este generată de un redresor adecvat puterii motorului. Funcția de activare a robotului cu motor de curent continuu are proprietatea că momentul de pornire este mare, deci este ușor să fie scoasă cupla din repaos.

III.4. Frânarea motoarelor de curent continuu.

Există 3 procedee importante de frânare și anume:

frânarea în generator, cu recuperarea energiei;

frânarea dinamică (în regim de generator debitând în rețea);

frânarea în regim de contracurent (prin conectarea inversă).

III.4.1. Frânarea în regim de generator cu recuperarea energiei.

Pentru ca motorul să devină generator trebuie ca E = KE⋅n⋅Φ să devină mai mare decât tensiunea rețelei Ur.

La ic = ct (Φ = ct) n devine mai mare ca n0.

Curentul din indus:

,

Pentru E > Ur, curentul indus Ia își schimbă sensul, pentru Φ = ct. cuplul M = KM⋅Φ⋅I își schimbă sensul devenind cuplu rezistent (din cuplu motor).

Pentru a mări viteza mașinii peste n0, la arborele său trebuie să acționeze un cuplu motor din exterior (figura 3.5).

Caracteristicile mecanice ale frânării cu recuperarea energiei, la motorul derivație.

III.4.2. Frânarea dinamică.

Motorul se va decupla de la rețea, conectându-se pe o rezistență exterioară, excitația rămânând în continuare la rețea.

Caracteristicile mecanice ale frânării dinamice a motorului derivație.

Cuplul de frânare M = KM⋅Φ⋅Ia = KM’⋅Ia = KM’’ se micșorează pe măsură ce viteza n scade. Ia se menține cât mai constant, micșorând rezistența Rareg rezultând un cuplu constant pe toată perioada frânării.

III.4.3. Frânarea în regim de contracurent.

Se inversează sensul curentului în motorul care trebuie frânat, prin inversarea legăturii indusului cu barele de alimentare, legătura excitației rămânând neschimbată.

Înainte de schimbare: U = Ur; Ie = ct (Φ= ct.); M = KM⋅Φ⋅Ia cuplul motor este proporțional cu curentul:

,

După inversare: U = – Ur și curentul din indusul motorului va fi:

,

Deci, acesta își schimbă sensul.

,

Termenul UrIa reprezintă puterea furnizată motorului din rețea, iar EIa este puterea furnizată de arborele motorului în contul energiei cinetice a maselor în rotație.

Schimbarea sensului curentului în indus schimbă sensul cuplului electromagnetic M. La arborele motorului apare un cuplu dinamic negativ Mj = – M – (M0 + M2), care produce o frânare a motorului, urmată de inversarea sensului de rotație.

Dacă nu se urmărește schimbarea sensului de rotație, ci numai frânarea în vederea opririi, motorul trebuie deconectat de la rețea în momentul când viteza sa ajunge aproape de zero, căci astfel motorul începe să se învârtească în sens invers.

Sistemul de frânare în regim de contracurent se poate folosi și la limitarea vitezei.

III.5. Convertoare de energie.

Convertorul de energie poate fi realizat cu componente discrete sau cu circuite integrate. Un exemplu de schemă de comandă cu circuit integrat a unui sistem de acționare cu motor de curent continuu este prezentată in figura de mai jos.

Sistem de comandă cu circuitul integrat TC4469.

Prin aplicarea de impulsuri logice la pinul 2 al integratului se modifică sensul curenului prin motor și prin urmare sensul de rotire al motorului. Prin aplicarea unui impuls 0 logic motorul se rotește spre stânga, iar prin aplicarea impulsului 1 logic motorul se rotește spre dreapta.

Prin modificarea lațimii impulsului se modifica tensiunea aplicată motorului și implicit și turația lui.

Mai jos se prezintă circuitul de comandă a două motoare cu IC L293.

IC L293.

CAPITOLUL IV

SENZORI

IV.1. Senzori de infraroșu (IR).

Spectrul radiației IR se situează intre domeniul microundelor și cel vizibil având lungimea de undă, λ, cu valori intre 750nm și 1mm. Senzorii sunt formați din două elemente: emițătorul și receptorul. Emițătorul este de obicei un led de infraroșu, iar receptorul este element fotosensibil, cum ar fi: fototranzistor, fotodiodă sau fotorezistență.

Elementul fotosensibil este de obicei urmat de o parte electronică cu ajutorul căreia semnalul este amplificat și format, tot ansamblul alcătuind un circuit integrat.

Deoarece intensitatea luminii scade cu patratul distanței, d2, senzorii IR se utilizează pentru domenii reduse (50-100 cm). Pentru a se obține distanțe de emisie acceptabile, ledul nu este aprins continu, ci este comandat în impulsuri. Impulsurile de curent au o astfel de amplitudine, durată și perioadă, încât valoarea medie a curentului să nu depășească valoarea medie admisă dată în catalog.

Formele de unda aplicate LED-ului.

CAPITOLUL V

REALIZARE SISTEM

V.1. Introducere

Ideea de la care s-a placat a fost constructia unei platforme robot care sa aiba capacitatea de a se deplasa pe o traiectorie bine stabilita, care poate asigura trasportul a diferitelor obiecte intr-o fabrica. Robotul dispune de mai multi senzori printre care putem sa il aducem in prim plan pe senzorul de distanta care ne ajuta in caz de platforma intampina un obstacol sa nu mai continue traseul pana cand acesta nu a fost indepartat. Principiul de baza al conexiunilor robot a fost implementat pornind de la urmatoarea schita:

Structură robot.

Dupa cum se observa si in schita de mai sus robotul a fost impartit in doua mari sisteme si anume: mecanic si electronic.

V.2. Sistemul mecanic

Șasiul, motoarele și roțile sunt componente de baza in formarea sistemului Șasiul este construit din material pexiglas având geometria unui dreptunghi. Cele două roți sunt cuplate la reductoare care împreuna cu roata castor sunt dispuse pe suprafata acestui dreptunghi având posibilitate de rotire în spațiul său.

Șasiul, motoarele și roțile.

Cele două motoare sunt folosite pentru a manevra robotul într-o configurație de conducere diferențială cu o mișcare de rotație continuă.

. Dimensiunile roților sunt prezentate în tabelul 1.

Tabel 1.

V.2.1. Motoarele

S-au folosit doua motoare care lucreaza la o tensiune cuprinsa 3-12v fiecare, capabile sa sustina platforma si sa functioneze in ambele sensuri in functie de valorile scoase de senzori.

Motoar cu redactor 120:1

Capacitatea maxima care o poate sustine este de aproximativ 2,7 kg iar pragul de turatie in gol la o tensiune de 5v este 100 rpm.

Aceste motoare pot primi un curent cu o intensitate maxima de 1250 mA, alimentant cu mai mult riscam sa se arda si sa se blocheze axul reductorului.

Pentru contrabalans sa folosit o rotita castor care are un rol foarte important ajutand platforma sa se ghideze in functie de directia rezultata de la motoare.

Conducerea diferențială.

V.2.2.Reductoarele

Rolul acestora este de a putea face posibila transmiterea fortei dezvoltate de motoare si transmisa la roti

Pentru acest proiect s-au folosit reductoare cu ax exterior tip 120:1 care sunt prinse de platforma de pexiglas cu suruburi iar sistemul de alaturare cu rotile se face prin metoda presarii axului in suportul localizat in centrul rotii.

V.3. Sistemul electronic

Partea electronică este formată din placa de programare cu microcontrolerul, senzori ( infra-roșu, de linie), sursa de alimentare, regulatorul de tensiune,si driver-ul motor.

V.3.1. Driver-ul motoarelor

Aceasta componenta este un cip care asigura diferentialul la roti prin intermediul portillor logice ridicand si coborand voltajul prin intermediul programariii cu valori LOW si HIGHT.

Pentru acest proiect s-a folosit driver-ul L293B care este foarte des intalnit in proiecte cu diverse platforme. El functioneaza la voltaj de la 4,5 -36 V si un amperaj de pana la 1A.

Driver-ul motoarelor

V.3.2. Microcontrolerul

Pentru controlul robotului s-a folosit platforma de programare Arduino Mega2560 V3 care foloseste microcontrolerul Atmega2560 .Placa este impartita in doua parti si anume, are 16 pini pe partea cu intrarile de semnal analogic si 54 de pini pentru partea cu semnal digital.Aceasta placa are o parte de regulator de tensiune lucrand la 2 tensiuni si anume de 5v si de 3,3v, facand posibila conectarea unei game mari de senzori. Microcontrolerul este integrat pe aceasta placa si are o memorie flash de 256 kb care face posibila scrierea unor programe destul de mari si de complexe, precum ofera si oportunitatea de stergere si de rescriere a acestora.

Placa aduino mega 2560 v3 cu microcontrolerul AT2560

Tensiunea de intrare recomandata a acestei platforme este intre 7-12v dar se poate alimenta cu un prag cuprins intre 6-20v.

Dispunerea senzorilor folositi in acest proiect a fost facuta comform tabelului de mai jos :

V.3.3. Sursa de alimentare externa

Pentru alimentarea cu energie a robotului s-au folosit 6 baterii AA de 1.5V puse in paralel care emit o tensiune aproximativa de 8V asigurand suficienta elergie pentru functionarea platformei. Pentru corelarea buna a tensiunii a acestora sa folosit un modul de 8 baterii care insumeaza tensiunea si o transmite la platforma de programare prin intermediul bornelor.

V.3.4.Regulatorul de tensiune

Majoritatea senzorilor robotului folosesc 5 volți ca sursă de alimentare și de aceea s-a folosit un regulator de tensiune. Acest regulator de tensiune furnizează un curent maxim de 1.5 Amperi, care este suficient pentru circuitele electronice și electrice ale robotului. Ca aplicabilitate in aceasta lucrare am aplicat un regulator compus din piese discrete si facut manual dupa urmatoarea schema.

Regulatorul de tensiune

Principiul de baza al acestul regulator de tensiune este limitarea tensiunii si pentru aceasta s-a folosit 2 tranzistoare LM7805 care au fost puse in paralel si desigur diodele si condensatoarele care au rolul principal de a indica sensul de scurgere a-l electronilor prin circuit.

V.3.5. Senzorii de linie (line following):

Scopul introducerii acestui grup de senzori a fost ca robotul să urmărească o linie neagra pe un fundal alb pentru a se stabilii un traseu fix care ar putea fi cerut la proiectarea traseului intr-o fabrica a unei platforme.

In general senzorii de linie sunt de 2 tipuri, cei care sunt construiti prin intermediul componentelor discrete (1 led is 2 fotorezistente) si senzorii de linie care sunt gata proiectati din fabrica ca modul (senzorului de linie 8QTR-A).

Pentru cei care sunt construiti manual prin intermediul componentelor discrete valoarea acestor foto-rezistențe depinde de lumina incidentă lor. Când lumina incidentă este slabă, valoarea lor crește, iar când lumina incidentă crește, valoarea lor scade.

și similar ,

(V=5 Volti)

Atunci când robotul se află pe o suprafață neagră lumina emisă de led nu se reflectă asupra celor două foto-rezistențe R2 și R4 rezultând rezistențe mari, ceea ce determină ca și de valori mari.

Când partea stângă a robotului se află pe o suprafață albă lumina emisă de led se reflectă numai asupra foto-reziztenței din partea stângă (R2) și

valoarea lui va fi de valoare mică.

Funcționarea senzorilor de linie.

Când partea dreaptă a robotului se află pe o suprafață albă lumina emisă de led se reflectă numai asupra foto-reziztenței din partea dreaptă (R4) și valoarea lui va fi de valoare mică.

Modul senzor de linie

Pentru aceasta lucrare s-a folosit senzorul de la pololu QTR -8A care contine un ansambu de 8 senzori dispusi pe o placuta care au capacitatea de a citii o latime mai mare de banda. Acest senzor lucreaza la o tensiune de 5v si este introdus pe semnal analogic fiind alocat in acest proiect pinilor numerotati de la A0-A7.

Ansamblul senzorilor de linie.

Ca punct de referinta se poate observa senzorul cu cele 8 module din figura alaturata care face posibila incadrarea machetei in functie de valorile low sau hight.

V.3.6. Senzori în infra-roșu

Pentru detectarea și evitarea obstacolelor se pot folosi senzori în infra-roșu. Un exemplu de senzor infra-roșu este ilustrat în fig.

Senzor infra-roșu.

Senzorul infrarosu de la SHARP de detactare distanta mediu 10-80 cm care este pozitionat in partea din fata a platformei avand un rol definitoriu in detectarea eventualelor obstacole.

Dispunere senzor

Detectorul de distanta are un emițător și un receptor. Emițătorul continuu emite raze IR. Atunci când un obiect se găsește în fața detectorului și distanța de la detector a fost mai mică decât distanța maximă care o poate detecta senzorul, lumina IR se reflectă de pe obiect și ajunge pe receptor determinând ca ieșirea detectorului (Vo) să treacă la nivel ridicat. Dacă nu se detectează vreun obiect ieșirea este la un nivel scăzut.

In figura de mai jos este reprezentat un grafic prin intermediul caruia se observa cresterea tensiunii atunci cand intampina un obiect si scadearea ei dupa inlaturarea acestuia.

Grafic senzor distanta 10-80

Evitarea obstacolelor

Cu acest senzor conectat la pinul A8 al platformei Arduino , robotul se poate deplasa evitând orice obstacol în calea sa. Robotul se deplasează după următorul program:

START

IF nici un obstacol nu este detectat THEN deplasare înainte

IF un obstacol este detectat THEN emite STOP

Repetare program atata timp cat obstacolul nu este ilaturat

V.4. Programarea microcontrolerului

Programul care a fost implementat microcontrolerului este prezentat în cele ce urmează. Programul a fost incarcat prin intermediul platformei de programare arduino Mega 2560 si a fost scris desigur in limbajul definitoriu arduino, dar se poate redacta si in limbaj c, c++ programul arduino acceptand o gama larga de limbaje de redactare.

Fiecare linie de cod este comentata astfel incat sa incercam sa urmarim in detaliu fiecare pas ca sa nu ne incurcam.

int val_IR1 = 0;//variabilele in care se citesc senzorii de urmarire a liniei

int val_IR2 = 0;//variabilele in care se citesc senzorii de urmarire a liniei

int val_IR3 = 0;//variabilele in care se citesc senzorii de urmarire a liniei

int val_IR4 = 0;//variabilele in care se citesc senzorii de urmarire a liniei

int val_IR5 = 0;//variabilele in care se citesc senzorii de urmarire a liniei

int val_IR6 = 0;//variabilele in care se citesc senzorii de urmarire a liniei

int val_IR7 = 0;//variabilele in care se citesc senzorii de urmarire a liniei

int val_IR8 = 0;//variabilele in care se citesc senzorii de urmarire a liniei

int val_sharp = 0;//variabila in care se citeste senzorul Sharp

int dir1a = 2;//pinii de directie ai driverului de motor – canal 1(stanga)

int dir2a = 3;//pinii de directie ai driverului de motor – canal 1(stanga)

int dir1b = 4;//pinii de directie ai driverului de motor – canal 2(dreapta)

int dir2b = 5;//pinii de directie ai driverului de motor – canal 2(dreapta)

int motorPin = 9;//pinul PWM care da turatia motoarelor

//int viteza;//variabila care pastreaza viteza robotului

int senzori_stanga = 0;//suma valorilor senzorilor din jumatatea stanga a senzorului

int senzori_dreapta = 0;//suma valorilor senzorilor din jumatatea dreapta a senzorului

int deviatie = 0;//diferenta dintre jumatatea stanga si cea dreapta a senzorului, folosita sa determine in ce parte a liniei a deviat robotul

int mijloc = 0;//suma valorilor celor 2 senzori din mijloc

int prag_mijloc = 0;//valoare de referinta pt banda neagra calculata o singura data in rutina de calibrare

int initializare = 0;//folosit ca programul sa execute rutina de calibrare o singura data

void setup()

{

pinMode (A0, INPUT);//la pini A0->A7 se conecteaza senzorul analogic de linie

pinMode (A1, INPUT);

pinMode (A2, INPUT);

pinMode (A3, INPUT);

pinMode (A4, INPUT);

pinMode (A5, INPUT);

pinMode (A6, INPUT);

pinMode (A7, INPUT);

pinMode (A8, INPUT);//aici se conecteaza senzorul Sharp

pinMode (dir1a, OUTPUT);

pinMode (dir2a, OUTPUT);

pinMode (dir1b, OUTPUT);

pinMode (dir2b, OUTPUT);

pinMode (motorPin, OUTPUT);

//Serial.begin(9600);

}

void inainte(int viteza)//rutina de mers inainte

{

analogWrite(motorPin, 0);//se opresc motoarele

digitalWrite(dir1a, HIGH);//se seteaza valorile pinilor de directie

digitalWrite(dir2a, LOW);//valorile pinilor de directie sunt luate din fisa circuitului L293B

digitalWrite(dir1b, HIGH);

digitalWrite(dir2b, LOW);

analogWrite(motorPin, viteza);//se pornesc motoarele cu viteza dorita

}

void inapoi(int viteza)

{

analogWrite(motorPin, 0);//se opresc motoarele

digitalWrite(dir1a, LOW);//se seteaza valorile pinilor de directie

digitalWrite(dir2a, HIGH);//valorile pinilor de directie sunt luate din fisa circuitului L293B

digitalWrite(dir1b, LOW);

digitalWrite(dir2b, HIGH);

analogWrite(motorPin, viteza);//se pornesc motoarele cu viteza dorita

}

void dreapta(int viteza)

{

analogWrite(motorPin, 0);//se opresc motoarele

digitalWrite(dir1a, LOW);//se seteaza valorile pinilor de directie

digitalWrite(dir2a, LOW);//valorile pinilor de directie sunt luate din fisa circuitului L293B

digitalWrite(dir1b, HIGH);

digitalWrite(dir2b, LOW);

analogWrite(motorPin, viteza);//se pornesc motoarele cu viteza dorita

}

void stanga(int viteza)

{

analogWrite(motorPin, 0);//se opresc motoarele

digitalWrite(dir1a, HIGH);//se seteaza valorile pinilor de directie

digitalWrite(dir2a, LOW);//valorile pinilor de directie sunt luate din fisa circuitului L293B

digitalWrite(dir1b, LOW);

digitalWrite(dir2b, LOW);

analogWrite(motorPin, viteza);//se pornesc motoarele cu viteza dorita

}

void motorstop()

{

analogWrite(motorPin, 0);//se opresc motoarele

}

void citire_senzori()

{

val_IR1 = analogRead(A0);//se folosesc valorile brute ale senzorilor – netransformate in mm sau cm

val_IR2 = analogRead(A1);//valorile generate de senzori sunt mai mari deasupra liniei negre decat deasupra fondului alb

val_IR3 = analogRead(A2);

val_IR4 = analogRead(A3);

val_IR5 = analogRead(A4);

val_IR6 = analogRead(A5);

val_IR7 = analogRead(A6);

val_IR8 = analogRead(A7);

val_sharp = analogRead(A8);//valoarea generata creste pe masura ce un obiect se apropie de senzor.

}

void calibrare()//se citesc de 10 ori senzorii din mijlocul baretei de senzori (senzorii 4 si 5) si se face media sumei lor

{

int x;

for(x=0;x<10;x++)

{

val_IR4 = analogRead(A3);

val_IR5 = analogRead(A4);

mijloc = mijloc + val_IR4 + val_IR5;

delay(50);

}

prag_mijloc = mijloc/10;

}

void loop()

{

if(initializare == 0)//se executa o singura data la pornirea programului

{

calibrare();

initializare = 1;//programul nu mai poate executa a doua oara rutina de calibrare

delay(5000);//asteapta 5 secunde dupa pornire

}

citire_senzori();//apeleaza rutina de citire a tuturor senzorilor

senzori_stanga = val_IR5 + val_IR6 + val_IR7 + val_IR8;//se face suma valorilor senzorilor de pe partea stanga

senzori_dreapta = val_IR1 + val_IR2 + val_IR3 + val_IR4;//se face suma valorilor senzorilor de pe partea dreapta

deviatie = senzori_stanga – senzori_dreapta;//se calculeaza deviatia robotului de la linie.

mijloc = val_IR4 + val_IR5 + 400;

while(val_sharp < 250)//inceput bucla deplasare – daca valoarea generata de senzorul Sharp este mai mica decat un prag prestabilit (adica nu exista obstacol pe linie) robotul porneste

{

while((mijloc > prag_mijloc)&&(val_sharp < 250))//daca deviatia fata de centru nu depaseste o anumita valoare si nu exista un obstacol in fata, robotul merge inainte.

{

inainte(200);//robotul porneste inainte

citire_senzori();//apeleaza rutina de citire a tuturor senzorilor

senzori_stanga = val_IR5 + val_IR6 + val_IR7 + val_IR8;

senzori_dreapta = val_IR1 + val_IR2 + val_IR3 + val_IR4;

deviatie = senzori_stanga – senzori_dreapta;

mijloc = val_IR4 + val_IR5 + 400;//constanta "400" a fost introdusa pt a evita oscilatiile frecvente stanga<->dreapta

delay(50);

}

if(val_sharp > 250)//daca robotul se afla pe linie dar s-a detectat obstacol robotul se opreste

{

motorstop();

}

if((mijloc < prag_mijloc)&&(val_sharp < 250))//rutina de corectie a traiectoriei – robotul a deviat de pe linie si nu s-a detectat obstacol.

{

if(deviatie > 0)//robotul s-a deplasat spre dreapta liniei. Traiectoria trebuie corectata spre stanga.

{

while((mijloc < prag_mijloc)&&(val_sharp < 250))//cat timp deviatia este mai mare de un anumit prag, robotul se misca spre stanga

{

stanga(180);

citire_senzori();//apeleaza rutina de citire a tuturor senzorilor

senzori_stanga = val_IR5 + val_IR6 + val_IR7 + val_IR8;

senzori_dreapta = val_IR1 + val_IR2 + val_IR3 + val_IR4;

deviatie = senzori_stanga – senzori_dreapta;

mijloc = val_IR4 + val_IR5 + 400;

delay(50);

}

}

if(deviatie < 0)//robotul s-a deplasat spre stanga liniei. Traiectoria trebuie corectata spre dreapta.

{

while((mijloc < prag_mijloc)&&(val_sharp < 250))//cat timp deviatia este mai mare de un anumit prag, robotul se misca spre dreapta

{

dreapta(180);

citire_senzori();//apeleaza rutina de citire a tuturor senzorilor

senzori_stanga = val_IR5 + val_IR6 + val_IR7 + val_IR8;

senzori_dreapta = val_IR1 + val_IR2 + val_IR3 + val_IR4;

deviatie = senzori_stanga – senzori_dreapta;

mijloc = val_IR4 + val_IR5 + 400;

delay(50);

}

}

}//sfarsit rutina corectie a traiectoriei

}//sfarsit bucla deplasare

if(val_sharp > 250)//daca robotul se afla pe linie dar s-a detectat obstacol robotul se opreste

{

motorstop();

}

}//sfarsit loop

CAP. ANEXE VI

REALIZAREA PRACTICǍ

Ceea ce s-a descris în capitolul 5, părțile componente ale sistemului robot, s-a încercat și punerea lor în practică.

S-a plecat pas cu pas urmarind detaliile tehnice si rectificand orce greseala incercand sa ajung la un raspuns final

Prezentarea părtilor componente ale sistemului sunt ilustrate în figurile următoare.

Fig 6.1 Platforma si rotile

Fig 6.2 Motoarele cu reductoare

Fig 6.3 Circuitul de comandă a motoarelor

Circuitul de comandă a motoarelor are schema electronică din fig. 6.3a, iar în fig. 6.3b este prezentat circuitul montat pe placa de conexiune si cablajul.

Fig. 6.3a. Driver-ele celor două motoare.

Motoarele ai tensiune la borne dar care este transmisa de cip-ul L293, acesta este alimentat cu o tensiune de 5v si un amperaj echivalent cu 1A.

Fig. 6.3b. Comanda motoarelor.

Fig 6.4 Platforma de programare arduino cu microprocesorul ATMega2560 V3

Fig 6.5 Regulatorul de tensiune

Fig 6.6 Modul de alimentare extern

Fig 6.7 Ansamblul Robot

CONCLUZII

Acest proiect a fost creat in ideea in care in toate fabricile exista etape care se repeta fapt ce constitue o actiune monotona. De aceea s-a incercat implementarea acestei platforme care poate cara sarcini diferite cu ajutorul stabilirii unei rute fixe si distante cu puncte determinate.

Domeniile de aplicabilitate in general sunt in industria auto, cartoanelor, sticlei, etc.

Avantajele adaugarii acestui sistem si dezvoltarii lui ar fi in prin plan reducerea personalului si automatizarea locatiilor , ceea ce duce la cresterea productivitatii si scaderea costurilor.

In schimb dezavantajele sunt foarte infime rezumandu-se la maintenance ceea ce este un lucru normal.

BIBLIOGRAFIE

Site-urile:

http://wikipedia.ro

http://robofun.ro

http://electronics.ro

http://datasheet.ro

Nomenclatura:

[1] Dan Andreiciuc, Vehicole Ghidate Automat, curs, 2004.

[2] Emil Pop, M. Leba, Maria Pop, Sisteme de conducere a roboților, 2000.

[3] www.x-robotics.com

[4] www.robotix.gr

BIBLIOGRAFIE

Site-urile:

http://wikipedia.ro

http://robofun.ro

http://electronics.ro

http://datasheet.ro

Nomenclatura:

[1] Dan Andreiciuc, Vehicole Ghidate Automat, curs, 2004.

[2] Emil Pop, M. Leba, Maria Pop, Sisteme de conducere a roboților, 2000.

[3] www.x-robotics.com

[4] www.robotix.gr