Specializarea: Automatică ș i Informatică Aplicată [610598]

Tg Jiu
2018
Universitatea „ Constantin Brancuși ˮ din Tg Jiu
Facultate a de Știinte Tehnice, Medicale ș i Comportamentale
Specializarea: Automatică ș i Informatică Aplicată

CONTROLUL UNUI ROBOT MINI SUMO

Coordonator ștințific:
Lec.Univ.Dr. Ing. Borcoși Ilie
Absolvent: [anonimizat]

1
Cuprins

Capitolul І. Generalitați
1.1 Scurt istoric….…………………………… ………………………….. ……2
1.2 Rolul roboților în v iata omului…………………………….… ……….6
1.3 Funcțiile si legile generale ale roboților……………..………….. …….9
1.4 Elementele de baza ale unui robot……………………………….. ….10
Capitolul ІI. Sisteme de actionare a robotilor
2.1 Rolul sistemelor de actionare. …………………………………… …14
2.2 Sisteme de acționare electrică ……………………………………………. …….15
2.3 Sisteme de actionare hidraulice ………………………………………….. …… 28
2.4 Sisteme de acționare pneumatică ………………………………………. ……..33
Capitolul ІII. Sisteme senzoriale fol osite la roboti
3.1 Introducerea senzorială………………………………………….. …………….. ..35
3.2 Senzori de proximitate …………………….. ………… ………………………… ..36
3.3 Senzori de proximitate pneumatici ………………………………. ………… ..36
3.4 Senzori opti ci…………………………………………………………. …………… ..37
3.5 Traductuoare cu ultrasunete ……………………………………. …………….. ..38
Capitolul IV. Prezentarea robotului mini SUMO
4.1 Descrierea robotului mini SUMO ……………………. …………………… …40
4.2 Elementele componente ale unui robot mini SUMO …………. …….42
Concluzi ……………………………………………………………… ………………………. .50
Bibiografie ……………………………………………………………………………… ……51

2
Capitolul I
Generalități

1.1 Scurt istoric
Odată cu evoluția timpului, oamenii au început să construiască numeroase
unelte și obiecte pentru a -și ușura viața de zi cu zi. Astfel, pornin d de la
"arhicunoscuta " roată simplă , s-au realizat și dezvoltat treptat, de -a lungul
secolel or, mașinile complexe (care realizează funcții/acțiuni/activități
complexe). Acestea fiind echipamente automate (ce lucrează fără intervenția
omului) permit creșterea productivității , obținerea unor piese/lucrări/activități de
calitate și ajută omul să-și gestioneze/organizeze /controleze mai bine timpul.
În categoria acestor mașini complexe sunt roboții, sistemele automate sau
chiar sistemele virtuale, ac este sisteme artificiale efectuează anumite activități
pe care omul le face în mod normal sau nu le poate face deoarece s -ar desfățura
într-un mediu nociv și i -ar afecta sănătatea.
Astfel că, tot mai multe fabrici au fost mecanizate și un număr mare de
roboți au înlocuit activitatea umană ș i astf el munca a devenit mai eficientă.
Numele de robot apare pentru prima oară la începutul secolului al XX -lea,
în mai mul te lucrări de science fiction, în care scriitorul Karel Capek prezintă
acești roboți ca lucrători asemănători cu oamenii car e au fost crescuți în
hale/ateliere de producție . De-a lung ul timpului, acest nume a fost din ce în ce
mai mult utilizat, astfel că în zilele noastre un robot este un sistem automatizat
care poate fi programat pentru a efectua anumite acțiuni ’umane ’ complexe.
Acești roboți, uneori erau folosiți să ușureze munca oamenilor, alteori
erau folosiț i să înveselească publicul.M ecanismele /instalațiile/sistemele
automate începuseră să fie construite chiar înainte de epoca noastră (aceste
mecanisme fiind considerate strămoși ai roboților).
Un episod important pentru evoluția robotului, așa cum o știm astăzi, a
fost reprezentat de descoperirea ceasului mecanic (în secolul al XIV -lea), iar
apoi primele mașini păreau să semene cu roboții curenți. Secolul al XX -lea a
fost evidențiat pentru evoluția /descoperirile din domeniul elec trotehnicii , care a
dus la dezvoltarea roboticii .
În anul 1948, au fost asamblați primi i roboți mobili Elmer și Elsie, erau
doi roboți mobili care puteau să se deplaseze spre o sursă de lumină și să
recunoască prezența obiectelor din jur și să evite coliziunile cu acestea .

3
Acum câțiva ani , s-a construit robotul industrial numit Unimate, un robot
de 2 ton e, care era utilizat pentru munci complicate dar și grele pentru oameni
cum ar fi instalarea de iconoscoape /tuburi cinescop la televizoa re sau în
industria automobilelor.
Odată cu propunerea numelui și construcția robotului, stabilirea numelui
domeniului științific (și anume robotică) din care fac parte aceștia (roboții) , a
fost doar un pas. În fiecare acest domeniu se dezvoltă spectaculos/ impreviz ibil,
oamenii încearcă să construiască roboți care să semene tot mai mult cu ei ,
încercând să facă ceea ce acum câțiva ani părea imposibil, construirea unui robot
cu abilitatea de a gândi singur.
Astăzi, nu mai există practic domeniu care să nu fie robotizat, nu mai sunt
persoane care nu a u auzit deloc num ele de robot și care nu -și pot imagina unul.
Ar trebui să fie recunoscut în prealabil că literatura și filmul au fost domeniile
care au prezentat lumea roboților într -un mod unic, din acest motiv popularitatea
lor s-a dezvoltat foarte mult. Multe cărți și filme au schimbat gândirea oamenilor
despre aceste "creaturi" mecanizate, echilibrând avantajele și dezavantajele
extinderii și dez voltării acestei zone.
Având în vedere evoluț ia lor anuală importantă, se poate afirma cu
încredere că, în viitorul apropiat, roboții vor deveni extrem de importanți în
aproape toa te domeniile de activitate .
Un robot este un operator mecani c sau virtual/ artificial. Toți roboții care
sunt abreviați ca "bot", pot fi numiți software de calculator care efectuează
automat anumite f uncții sau operațiuni. Acești roboți sunt virtuali,nu mecanici .
Termenul robot descrie un domeniu destul de larg, motivul pentru care
roboții sunt ’aranjați ’ în mai multe categorii și anume:
• roboți mobili autonom i
• roboți umanoizi
• roboți industrial i
• roboți de serviciu
• roboți jucarie
• roboți explorator i
• roboți păș itori
• roboți militar i
• roboți pentru competiții(SUMO)
• roboți inteligenți.
Prezentarea și descrierea roboților umanoizi a luat amploare în literatură,
în special în romanele lu i Isaac Asimov în anii '40. Aceș ti roboți nu puteau fi
proiectați și realizați, din cauză că se confruntau cu m ulte probleme importante
ce trebuiau îndeplinite. Ei au ’datoria ’ de a acționa și de a reacționa autonom în

4
mediul înconjurător, mobilitatea fiind restrânsă la două picioare ca lo comoție.
Mai presus de toate, ei trebuie să poată lucra cu brațele și mâinile.
După apariția (proiectarea, realizarea și funcți onarea) lor, domeniul de
operare a fost testat pentru prima dată pe linia de producție a General Motors în
1961. Roboții industr iali au fost folosiți pentru prima dată în Germania pentru
lucrări de sudură din 1970.
Începând cu anul 2000, problema de bază pare să fie rezolvată (odată cu
apariț ia robotului (Honda) [1].În decursul timpului, s -au dezvoltat noi evoluții în
acest domeniu, iar robotica umanoidă poate fi descrisă ca roboți stepping
(pășitori). Atât primul robot industrial, cât și roboții industriali de a stăzi nu sunt
de obicei mobili.
Robotul de uz casnic este un robot independent ce ajută în gospodărie,
aplicațiile cunoscute fiind:
• robot aspirator (fabricat de: Electrolux, Siemens sau iRobot).
• mașină de tuns iarba
• robot pentru spălarea ferestrelor .
Roboții exploratori sunt roboți i care lucrează în locații /spații/zone greu
accesibile și periculoase, aceștia fiind teleghidați sau aproape autonomi . Ei
lucrează de exemplu, într -un loc unde este conflict militar , pe Lună sau pe
Marte, precum și unde este periculos pentru oameni și le -ar putea fi afectată
sănătatea și viața.
O navigație terestră pe Lună sau pe Marte nu poate fi rezolvată din cauza
distanței. Semnalele de comunicare ajung în acea locație în câteva ore, iar
recepția lor durează tot atâta timp. În astfel de cazuri, roboții trebuie să fie
programați cu mai mu lte tipuri de comportament, din care să -l aleagă pe cel
adecvat situației și să-l execute.

Această categorie de roboți dotată cu senzori a fost folosită și pen tru a
cerceta spațiul cosmic . O mulțime de crioboț i au fost deja testați de către NASA
în Antarctica. Acest tip de robot poate ajunge până la 3600 m prin gheață.
"Cryobotes " pot fi, de asemenea, utilizați în cercetarea climei polare de pe Marte
(și comunitatea din Europa , a lansat un astfel de proiect , pentru a căuta
eventuale urme de vieță străină [2].
Roboții de tip SUMO participă la competiții în care doi roboți încearcă să
se împingă unul pe celălalt în afara unui cerc (într -un mod asemănător cu sportul
sumo). Roboții care fac parte din această competiți e se numesc sumoboti [3].
Din categoria roboților inteligenți face parte și Sophia care este un robot
ce are capacitatea de a înțege diferite lucruri . Acest robot a fost asamblat /realizat
de Hanson Robotics în Hong Kong, fiind proiectată pentru a învăța ș i a se

5
obișnui /adapta la comportamentul uman , pentru a colabora cu oamenii . Acest
robot a participat la multe emisiuni TV și a fost intervievat în toată lume a.
În octombrie 2017, "roboțica SOFIA "a devenit cetățean al Arabiei
Saudite, fiind cel dintâ i robot care a primit naționalitatea unei țări. Sophia a fost
pusă’în funcțiune’ în data de 19 aprilie 2015.
A fost creată ca aspect după actrița Audrey Hepburn, pentru manifes tarea
și comportamentul ei uman; de altfel și SOFIA, spre deosebire de alți roboți ce
au fost creați până acum .
Datorită producătorului, David Hanson, Sophia are inteligență artificia lă,
adaptare foarte bună și recunoaștere a facială a interlocutorilor .
Sophia ,de asemenea , copiază gesturile și expresiile faciale umane și are
puterea de a răspunde la anumite întrebări și să poarte con versații pe subiecte
impuse (de exemplu , despre vreme , feminitate, rasism etc ).
Funcționarea r obotul ui se bazează și de tehnologia de rec unoaștere a vocii
dezvoltată de Alphabet Inc. (compania -mamă a Google) fiind dotată cu
algoritmi concepuți pentru a ’deveni mai insteață ’ odată cu tr ecerea timpului .
Software -ul inteligent a fost conceput de SingularityNET. Programu l de
inteligență artificială are rolul de control asupra comportamentului și
conversați ilor, permițând și o îmbunăt ățire a răspunsurilor /comportamentelor
viitoare. Conceptul e ste similar cu programul ELIZA, una dintre primele încercări
de a imita o conversație umană. Hanson a făcut -o pe Sophia să fie o com panie
accesibilă pentru persoanele în vârstă , în aziluri sau să ajute mulți oameni la
evenimente mar i sau în parcuri.
El speră ca robotul să fie capabil să colaboreze cu alți oameni suficient de
mult pentru a obține, în cel e din urmă, priceperea soc ială.Sofia a fost
intervievată într-o serie de spectacole în același mod , precum un om .

Ea a dat câteva răspunsuri care nu au sens, în timp ce alte răspunsuri au
fost impresionante, precum a fost discuția cu Charlie Rose într -o emisiune de 60
de minut e. Într -un spectacol CNBC, când intervievatorul și -a exprimat opinia cu
privire la comportamentul roboților, Sophia a glumit că "a citit prea mult Elon
Musk ".
Și ea a urmărit multe filme de la Hollywood. La 11 octombrie 2017,
Sophia (fig.1.1) a fost prezentată la Națiunile Unite, unde a purtat o mică
conversație cu secretarul general adjunct al ONU, Amina J. Mohammed.
La 25 octombrie 2017 , la Summitul privind investițiile viitoare din
Riyadh, i s -a dat cetățenia statului Arabiei Saudite, fiind as tfel primul robo t care
a avut vreodată cetățenie. Acest lucru a impus multe contradicții, oamenii

6
întrebându -se dacă aceasta înseam nă că Sofia ar putea vota sau s -ar căsători ori
dacă închiderea /oprirea din funcțiune deliberată poate fi considerată o crimă.
Utilizatorii media sociali au folosit această circumstanță pentru a reproșa
încălcările drept urilor omului în Arabia Saudită [4].

Fig. 1.1 Sophia

1.2. Rolul roboților în viata omului
După cum a fost prezentat mai sus roboții se folosesc în toate domeniile
vieții omului. Practic nu există activitate a omului în care să nu poată fi ajutat de
către sistemele automate/roboți.
La ora actuală, i ntervenții le chirurgicale realizate de către brațe robotice
capabile de mișcări discontinue , oferă pacienților posibilități neașteptate .
Roboții indust riali care ridică, se mișcă, sudează, taie și lipesc,
asamblează piese înlocuiesc munca grea a multor muncitori.
Sunt realizate jucării care imită aproa pe perfect tot felul de animale, dar
care fac parte din categoria roboți lor, de la robo -pui până la enormi dinozauri
animatronici.
Roboții militari, roboții implicați în acțiuni periculoase sunt printre noi,
trăim în jurul lor, uneori fără a ne d a seama cât de des este onorată prezența lor.
În ultimii ani, prezența zilnică a unui ro bot însoțitor este o realitate , trăind
în apropierea casei omului. Acest lucru nu reprezintă o proiecție SF, ci o ralitate
mai largă. Prezența roboților în societatea umană a început cu țări/comunități

7
foarte avansate din punct de vedere tehnologic /economic și se răspândește
treptat în întreaga societate occidentală. Japonia și Coree a de Sud au pus roboții
la un loc de frunte, folosindu -i pe scară largă.Apoi SUA și Europa câștigă forțe
de muncă majoră în industrie și ajutor în domeniul serviciilor prin folosirea
roboților .
Dincolo de țările dezvoltate din Asia, America sau Europa’se bucură’ de
prezența roboților și alți locuitori, desfăș urându -și viața de zi cu zi cu un robot
mai puțin și mai neobișnuit și mai ac ceptat pe scară largă.
Destinatarii acestor evoluții sunt, în principal, persoane le în vârstă,
singure și având nevoie de sănătate sau persoane cu diferit handicap . Pe măsură
ce populația lumii crește și îmbătrânește, cei care vor avea nevoie de asistența
constantă a unui partener permanent – fie uman, fie robotic – devin tot mai
numeroși.
Și, la fel ca în sistemul actual, îngrijirea cu personal uman specializat nu
este fără probleme (personalul fiind insuficient) , astfel ar fi bine ca roboții – cel
puțin în cazurile mai ușoare – să reducă personalul de a sistență medicală și
socială ( care s-ar putea pune să se ocupe de cazuri mai complicate care necesită
o abordare mai ambiți oasă, mai ac centuată și mai complexă de care omul este
capabil) .
De asemenea sunt fabricate multe jucării robot. Cu toate acestea, spre
deosebire de multe "animale animate " – unele foarte imitative – vândute de
japonezi (cum ar fi pisica Ne CoRo sau puiul de focă, figura 1.2 robotul jucărie
Paro nu este doar o jucărie; este un robot terapeutic, care s-a considerat necesar
pentru persoanele în vârstă și / sau afectate de boli cum ar fi demența și pentru
care singurătatea și lipsa de exprimare a afecțiunii ac centuează situația.
Multe studii anterioare au arătat că prezența un ui animal – un câine, o
pisică a fost un ajutor real pentru acești oameni, reînviorându -i, calmându -i,
ajutându -i să relaționeze m ai bine cu lumea din jurul lor. Dar prezența unui
animal viu presupune din partea proprietar ului o implicare , pe care acești
oame ni nu o pot întotdeauna asigura ; în plus, prezența animalelor ar crea
probleme specifice în spitalele și căminele persoanelor în vârstă.

8

Fig. 1.2 Puiul de focă,Paro
În Japonia, s-a dezvoltat tot mai mult ideea creeării roboților entuziasmați
și a unei companii de roboți animatronic i.Așa a apărut robotul Paro, costând
aproximativ 7.000 de dolari. A început să fie folosit în 2003 în Japonia și în
Europa, apoi în Ameri ca de Nord.
Prin îmbunătățiri treptate,el a ajuns acum la a opta generație.Prezentat cu
mai multe tipuri de senzori, capabil să perceapă reacții și chiar să interpreteze
anumite emoții ale indivizilor,Paro este capabil să comunice cu oamenii într -un
mod complex ș i aparent foarte "răcoritor " pentru pacienți.
Dovada utilității este că, după Japonia, a reușit în SUA, unde a fost testat
în mai multe case pentru vârstnici. (Unii pot considera că este ridicol, dar nu
este: până când nu a -ți simțit greutatea singurătăț ii atunci când vă petreceți viața
într-un adăpost, așteptând sfârșitul, vizitat rar sau deloc de familie, nu știți ce
înseam nă un animal nesăbuit , pe care îl poți ține în brațe și cu care poți să
lucrezi împreună .
Chiar dacă nu este real , dar în absența ființelor umane cu care să
comunici, nu alegi un animal robotic care este mereu la dispoziția ta și te
liniștește ?
Paro reacționează la atingerile umane și, așa cum spun cre atorii lui, fiind
înzestrat cu posibilitatea de învățare, dezvoltă, în timp, chiar și o personalitate în
favoarea utilizatorului. Există oameni care îl acceptă ca pe un membru al
familiei, chiar umanizându -l într-o oarecare măsură , numindu -l și alintându -l

9
într-un fel , așa cum o fac cu animalele de com panie. Cu toate acestea,Paro
rămâne un robot terapeutic cu un rol important în viața unor pacienți cu tulb urări
de sănătate grave.
De exemplu, el găsește una dintre cele mai interesante utilizări în
tratamentul persoanelor care suferă de demență; mulți dintre acești pacienți, care
sunt adesea agitați și chiar violenți, se liniștesc prin faptul că îl ține pe Paro în
brațe, îl mângâie și interacționează cu el – un efect secundar mai blând și mai
puțin comparativ cu "eviscerarea " cu tranchilizante [6].
1.3 Funcțiile si legile generale ale roboților
Un robot poate avea patru funcții:
• funcția de interacțiune asupra med iu prin intermediul unor elemente
fizice, de obicei mecanice, numite efectoare, cum ar fi clești i cu care pot realiza
diferite operații( manevrarea, ridicarea, sudarea etc );
• funcția percepției, în sensul colectării informațiil or despre mediu, prin
intermediul senzorilor sau traductoarelor (temperatură , formă, greutate,
presiune , volum etc.)și prelucrarea electronică a acestor informații pentru
identificare, clasificare , prelucrare etc;
• funcția de comunicare care contribuie la schimbul de informații între
roboți sau cu un operator uman , inclusiv pentru instruirea robotului
• funcția de luare a de ciziilor care contribuie,în principal, la organizarea
interacțiunii dintre primele trei funcții .
Termenul "robotică" este folosit pentru prima oară de Isaac Asimov în
povestea stintifico -fantastica "Run in Circle", publicată în 1941, care va deveni
ulterior parte din faimoasa carte "Eu, robotul". [7]
Autorul rămâne renumit pent ru un set de reguli de etică centr ate pe robot
și reguli inteligente, numite, c ele 3 legi ale roboticii, care au influențat în
totalitate alți scriitori și gânditori în legătură cu acest subiect.
În robotică sunt enumerate următoarele legi .
• Legea 1 constă în: u n robot nu are voie să facă rău unei ființ e umane sau
să nu intervină ,pentru a permite unui om să fie rănit.
• Legea 2 ne arată că: un robot trebuie să respecte ordinele date de o ființă
umană atât timp cât ele nu contravin legii 1.
• Legea 3 ne arată că: un robot trebuie să se îngrijească de propria sa
existență, atâta timp cât acest lucru nu contrazice Legea 1 sau Legea 2 .
• Legea 0 ne confirmă despre u n robot că nu are voie să dăuneze omenirii
sau prin neintervenție să permită omenirii să fie pusă în pericol.
Ca urmare a Legii 0, toate celelalt e legi se modifică , Legea 0 fiind o lege
importantă [8].

10
1.4 Elementele de baza ale unui robot
Pentru a îndeplini aceste funcții, un robot poate avea următoarea structură:
structura mecanică (cinematică), sistemul de acționare, unitatea senzorială, și
unitatea de comandă și programare. Sistemul mecanic al robotului este capabil
să realizeze diversit atea mișcărilor necesare pentru a acționa asupra mediului (pe
baza comenzilor primite de la sistemul de control). Cinematica sistemului
mecanic oferă rezultate valoroase dictate de domeniile de aplicare (viteză,
precizie etc.) .
Structura mecanică are un c aracter antropoid, fiind alcătuită dintr -un corp
fix (piedestal) p e care se dispune brațul. În unele cazuri, piedestalul poate fi
mobil și este echipat cu roți.Sistemul de acționare produce energie mecanică cu
ajutorul motoare lor electrice, hidraulice sau p neumatice, care oferă robotului
probabilitatea și puterea de a efectua mișcări mecanice.

Sistemele de acționare (care convertesc energia primară de intrare în
energie mecanică necesară mișcării) trebuie să furnizeze un raport între puterea
de ieșire / masa cât mai mare posibil. În același timp, este necesar ca accelerarea
și decelerarea mișcării să fie cât mai rapid posibil , dar și controlat .
Practic, se acceptă ideea unui compromis între viteza de răspuns
dobândită și eficientă a sistemu lui de acționare, care, la rândul său, depinde de
mărimea și masa robotului.

Sistemul senzorial al roboților cuprinde un set de elemente specializate
pentru transpunerea proprietăților fizico -chimice ale diferitelor obiecte /elemente
în informații despre parametrii acestor elemente, necesare pentru executarea
anumitor operații. Parametrii fizici pot fi de ordin electric, magnetic, optic,
mecanic, etc. Schema bloc al robot este prezentată în figura 1.3.
Sistemul mecanic asigură faptul că robotul poate efectua multe mișcări
necesare pentru a acționa asupr a mediului (pe baza comenzilor primite de la
sistemul de control).
Structura mecanică a brațelor, a îmbinărilor și a efectorilor finali
asamblate împreună este constituită ca o st ructură unitară care acționează asupra
interdependențelor și interconexiunilor.Comportamentul struc turii mecanice
poate fi determinat prin modelarea matematică.

11

Fig 1.3 Schema bloc al robot
Tipul efectoarelor finale (clești sau orice alt instrument) definește tipul de
sarcini pe care le poate efectua robotul. Tipul de transmisie leagă
servomotoarele de structura mecanică și definește abilitatea robotului de a
efectua anumite mișcări în condiț ii controlate. Toate elementele de transmisie
și/sau cutiile cu trepte de viteză influențează mișcările fiecărei articulații și
definesc comportame ntul dinamic al robotului.

Blocul de prelucrare a datelor preluat e de la senzori determină tip ul de
control al robotului și caracterizează echipamentul de control numeric /analogic
utilizat,limbajul de programare și restricțiile impuse pentru funcționarea
robotului.
Sistemul de control determină capacitatea de programare și abilitatea unui
robot de a răspunde diferitelor sarcini operaționale sau legate de muncă,
utilizarea parametrilor și a subprogramelor.

O altă modalitate de a pune în evidență componentele u nui sistem robotic
este prin precizarea următoarelor componente:
Sistemul mecanic și electric (partea Hardware):

• brațul robotului
• motoare le și componentele acestora

12
• controller
• consolă de programare (Teach panel)
• mână sau unelte mecanice de prindere
• instalații care să asigure siguranța operatională
• traductoare

Programal (partea Software):

• sistemul de operare al controlerului
• programe de aplicație utilizator

Brațul robot este utilizat pentru a deplasa un efector /elemet de prindere .
Este cea mai importantă parte a unui robot. Bratul robot este alcătuit din părți
mecanice individuale (legături) legate între ele prin îmbinări. Brațul poate
cuprinde mai multe articulații liniare și / sau rotative. La orice robot, primele 3
articulații sunt numite articulații principal e.

Un robot poate avea alte articulații, până la 5 sau 6. Numărul de
articulații este egal cu numărul de grade de libertate al robotului. E lementele
mecanice și îmbinările robotu lui formează un lanț cinematic. Acest lanț
cinematic este fixat precis la baza robotului. În principiu, există o mare varietate
de structuri de tip lanț cinematic care ar pu tea fi folosite pentru a realiza roboți.
Sistemul de antrenare /acționare furnizează mijloacele și energia necesare
robotului pentru a efectua mișcări în spațiul de lucru.
Deoarece articulațiile sunt mobile, sistemul de acționare trebuie să
impună forțe și momente pe ele, astfel încât robotul să fie rigid, chiar și atunci
când acesta nu se mișcă.

De asemenea, trebuie compensa tă greutatea proprie a robotului pentru a
manipula obiecte sau unelte cu efectorul final.
Robotul funcționează cu motoare electrice, pneumatice și hidraulice.În
general, motoarel e electrice sunt cele mai folosite pentru a opera roboți.
Unitatea mecanică cu motor electric pas cu pas sau cu servomotor DC
cuprinde următoarele componente:
• frânele
• transmisie (lanț, angrenaj, raft, etc.)
• circuit de putere (amplificator)
• circuit de comandă pentru controlul forței .
În general, percepția parametrilor robotului se realizează în două etape:
conversia sau traducerea proprietăților fizice într -un semnal electric și

13
următoarea etapă, procesarea semnalului pentru a obține informații utile.
Avantajul cel mai de dorit al senzorilor roboților este capacitatea de a
utiliza informații senzoriale în timp real pentru a efectua mișcări diferite în
medii necunoscute sau parțial cunoscute.

Din acest motiv este necesară dotarea structurilor mecanice cu senzori.
Informațiile senzoriale se reflectă în proprietățile fizico -chimice ale mediului de
lucru, precum și în interacțiunea structurii mecanice cu mediul. Senzorii utilizați
pentru dotarea structurilor meca nice sunt senzori de rezistență, viteză, poziție,
accelerație.
Informațiile senzoriale sunt utilizate în sistemul de control pentru a marca
modelul mediului de lucru etc. În special, informațiile privind poziția, viteza și
accelerația componentelor struc turii mecanice nu sunt considerate in formații
senzoriale; acestea fiind strâns legate de structurile de comandă a poziției și
vitezei fiecărui grad de libertate. Informațiile despre mediul de lucru și obiectele
din mediul înconjurător sunt considerate instincte senzoriale.
Sistemul de comandă și programare este conceput pentru a genera și
transmite comenzi către sistemul mecanic al robotului (prin sistemul de
acționare) pentru a realiza mișcările dorite cu performanțe bune (viteză, precizie
etc.)
Sistemul de comunicare cu operatorul uman este conceput pentru a oferi
comunicarea cea mai convenabilă și mai eficientă între robot și operatorul uman
pentru a transmite robotului dorințele operatorului (de exemplu, ce a făcut
robotul și cum să îl execute) și robotul comunică operatorului informații
specifice pentru luarea deciziei.
Terminalele roboților pot avea, de asemenea, un sistem de comuni care cu
operatorul uman , robotul fiind capabil să înțeleagă comenzile care îi sunt trimise
prin voce. Fiecare robot cuprinde în structura sa, într -o formă sau alta, toate cele
cinci componente menționate mai sus, a căror complexitate și performanță sunt
diferite, în funcție de tip ul de robot industrial utilizat [9].

14
Capitolul ІI.
Sisteme de acționare a roboților

2.1 Rolul sistemelor de actionare
Deplasările/mișcările roboților depind de mișcarea articulațiilor
individuale ce trebuie controlate astfel încât manipulatorul/robotul să facă
mișcarea impusă corpului, brațului, și în final elementu lui de prindere.
Acest lucru este asigurat de către sistemul de antrenare al robotului.
Articulațiile sunt deplasate cu servomotoare care primesc o anumită formă de
energie(actuator). Sistemele comune de acționare folosite în robotică sunt
acționarea electrică, acționarea hidraulică și acționarea pneumatică. Aceste
sisteme cuprind următoarele elemente principale [10]:
• energie primară ca formă de energie disponibilă de intrare;
• un sistem (numit motor) care transformă/converștește energia primară
de intrare în energie mecanică;
• un sistem de transmitere a energiei mecanice la articulațiile robotului;
• un sistem responsabil cu controlul parametrilor caracteristici ai acestor
sisteme.
Structura generală a sistemului de acționare este prez entată în f igura 2.1

Energie primară

Energie mecanică

Fig 2.1 Structura generală a sistemului de acționare Sursă primară
Convertor
(motor)
Sistem de
transmisie

Robot Sistem control

15
Cele mai importante și cele mai utilizate două tipuri de sisteme de
acționare sunt cele electrice și cele hidraulice. O mulțime de roboți industriali se
bazează pe sistemele hidraulice de acționare cu ajutorul cărora sunt puse în
evidență caracteristicilor speciale pe care le oferă aceste sisteme cu privire la
raportul dintre forța exercitată de către dispozitivul motor și greutatea acestuia .
O arie largă de utilizare este întâlnită și la acționă rile electrice, folosite în
principal pentru facilitățile de control pe care le pot oferi. Sistemele pneumatice
au o greutate scăzută, dar și un dezavantaj ce apare din cauza compresibilității
aerului, în această direcție fiind utilizate de obicei în sistemele de comandă
auxiliare sau la mecanismele/elementele de prindere.

2.2.Sisteme de acționare electrică
Sistemele de acționare electrică sunt în stare să deplaseze roboții cu viteză
mare sau cu putere mare.Implicarea acestui tip de acționare se poate face fie prin
servomotoare de curent continuu,ori prin motoare pas cu pas sau prin motoare
de curent alternativ.
Pentru aceste tipuri de motoare electrice se pot face corespunzător asoci eri
cu mișcări rotative, precum și deplasări liniare. Sistemul electric de acționare v -a
fi perfect pentru roboți mici și aplicații exacte. Este foarte important că folosind
acest sistem rezultă precizie mare și repetabilitate în mișcările robotului. Ca și
dezavantaj se poate scoate în relief, pentru aceste sisteme,că fiind puțin mai
costisitoare.
Folosită doar în anumite situații față de acționarea hidraulică, acționarea
electrică are în asamblu o zonă destul de mare de utilizare pentru roboți datorită
unor avantaje principale,acestea fiind:
• sursa primară de energie electrică este ușor de găsit fiind la îndemână;
• sistemele de control sunt sigure și relativ ușor de cuplat la conducerea
numerică de nivel înalt;
• funcționarea autonomă a robotului poate f i asigurată (prin utilizarea
unuei baterii/acumulator);
• nu sunt puse probleme specifice de poluare prin pierderi de ulei;
Funcționarea cu motoare de curent continuu are un avantaj important că
impulsurile de control nu țin cont de poziția și viteza motorului.
Dacă câmpul de excitație este produs cu un magnet permanent, atunci
momentul/cuplul dezvoltat are legături cu valoarea curentului în armături și
astfel cu tensiunea aplicată.Unele proceduri tehnologice au permis reducerea
greutății motorului,a cestea fac referință,de exemplu, la eliminarea în fășurării de

16
excitație prin folosirea motoarelor cu magnet sau prin micșorarea greutății
rotorului cu ajutorul unităților de disc.

Teoretic, fiecare motor electric este mai greu de utilizat , acestea bazându –
se pe sisteme performante de comandă (pentru controlul turației și mișcării),
care sunt scumpe și mai greu de controlat.
Motorul pas cu pas prezintă avantaj față de celelalte tipuri de motoare
electrice datorită facilitaților pe care le r edă controlul în buclă deschisă în timpul
operațiunilor de poziționare.
Un dezavantaj al acestor acționari este greutatea componentelor. Raportul
„putere -greutate” la motoarele electrice este mai mic decât pentru
servomotoarele hidraulice.
Greutatea a cestor motoare eletrice nu poate fi scăzută semnificativ din
cauza circuitului magnetic care, pentru a constitui performanțe ridicate, are
nevoie de o geometrie corespunzătoare.
Motorul de curent continuu
Utilizarea motorului de curent continuu pentru a acționa structura
mecanică a unui robot poate face parte dintr -un sistem de reglare automată (cu
rol de a menține constantă turația motorului și implicit viteza de deplasare a
elementelor mecanice ale robotu lui). Fiecare cuplă cinematică (de rotație sau de
translație) a robotului are propriul sistem de acționare.
Un astfel de sistem de acționare poate conține următoarele elemen te:

• un tahogeneratorcare arată viteza de rotație a motorului;
• un dispozitiv mecanic care realizează conversia mișcării de rotație în
mișcare de translație (dacă este cupla cinematică este de translație);
• un dispozitiv electromecanic pentru blocarea motorului (o frână care de
regulă este electromagnetică).
Motoarele de curent continuu sunt alcătuite din două părți/elemente:

• partea fixă numită stator unde se află înfășurarea de excitație
• o parte mobilă numită rotor unde se află înfășurarea indusului și un
montaj aflat într -o armătură de rotor.
Atât sta torul cât și rotorul au un miez magnetic prin care se închid liniile
câmpului magnetic produs de cele două înfășurări.
Reprezentarea schematică simplificată a motorului de curent continuucu
excitație separată este prezentată în figura 2.2.

17

Fig. 2.2 Schema simplificată a motorului de curent continuu
Fluxul magnetic este raportat la valoarea curentului de excitație,
(2.1)
Așadar ecuațiile ce descriu regimul stationar (neglijând anumite efecte
inițiale) pentru cele două circuite electrice (de excitație și al indusului), precum
și pentru ten siunea autoindusă, sunt:
(2.2)
(2.3)
(2.4)

iar cuplul electromagnetic creat M de către motor va fi:
(2.5)
Datorită motorului care lucrează sub curent de excitatie constant,fluxul de
excitație va fi și el constant, astfel că se po ate scrie:
(2.6)
(2.7)
(2.8)
Dacă motorul funcționează cu excitație variabilă de curent și tensiune
constantă de alimentare, atunci ecuațiile de operare devin:
(2.9)
(2.10)
(2.11)
Această relație din urmă ne arată o dependență semnificativă neliniară față
de fluxul relativ, adică curentul de excitație. Această non -liniaritate îngreunează
legea de control și controlul vitezei prin controlul curentului de excitație (acest
control nu e ste folosit mai deloc în sistemele de acționare în general și în special
la roboți).

18
Funcționarea tranzitorie a motorului este obținută imediat din figura 2.2.
(2.12)
iar cuplul electromagnetic dzvoltat de motor va fi:
(2.13)
unde J reprezintă momentul de inerție al elementelor de rotație/mișcare
ale motorului, kf definește coeficientul de frecare vâscoasă ale elementelor
motorului, Mf definește cuplul corespunzător fricțiunii uscate și Ms cuplul de
sarcină.
Din (2.9) și (2.13) se obține ecuația mișcării:
(2.14)
Aplicând transformata Laplace în relațile (2.12) și (2.13), rezultă:

(2.15)
(2.16)
Cu ajutorul acestor ecuații se realizează schema bloc echivalentă a
motorului (figura 2.3).
Din (2.15) și (2 .16) rezultă:
(2.17)
Considerând cuplurile foarte mici de frecare Mf și prin neglijarea cuplului
de sarcină Ms rezultă raportulîntre viteză și tensiune (funcția de transfer
corespunzătoare):
(2.18)
sau
(2.19)
Dacă kf este privit ca fiind suficient de mic încât să poată fi neglijat, funcția
de transfer (2.19) poate fi :

19
(2.20 )
Atunci τe se definește ca fiind constanta de timp electrică iar τm constanta de
timp electro -mecanică, care este egală cu
(2.21 )

Fig. 2.3 Funcționarea tranzitorie a motorului
Ecuațiile de mai sus sunt specifice circuitelor electrice, dar pot fi aplicate
și motoarelor utilizate în sistemele de acționare a roboților, diferențele fiind
tehnologice,aceste ecuații ne arată adaptarea preferențială a vitezei prin reglarea
tensiunii de alimentare.
Verificarea/reglarea în permanență a vitezei este utilizată aproape în 85%
din sistemele de acționare ale roboților (cu motor de curent continuu). În acest
caz se mai utilizează si comanda/controlul curentului, acest proces fiind
avantajos datorită funcției de transfer mai simplă dintre cuplu și curent.

Controlul vitezei de rotație a unui moto r de curent continuu se poate face
prin modificarea tensiunii de alimentare. Acest lucru este rezolvat prin două
metode:
• redresoare comandate cu tiristoare
• variatoare de tensiune continuă.
Redresoarele comandate (cu tiristoare sau tranzistoare) sunt ehipamente
electrice care transformă energia de curent alternativ în energie de curent
continuu. Acestea sunt o soluție extrem de eficientă și există o literatură foarte
bogată care poate ’inspira’ pentru a rezolva această problemă, în sensul găsirii
unei soluții eficiente. Din ansamblul de structuri și scheme bazate pe această
metodă, vor exista câteva tipuri utilizate în mod obișnuit în controlul robotului.
După numărul de faze redresate există redresoare monofazate și
redresoare polifazate (în această ultimă categorie intră și redresoarele trifazatate
care sunt cele mai utlizate și cele mai eficiente dintre cele polifazate).Un alt
criteriu important privind alegerea tipului de redresor ar fi după posibilitatea
modificări i/reglării tensiunii de ieșire.

20
De asemenea, după numărul de alternanțe redesate e xistă redresoare
monoalternanță și redresoare dublă alternanță. Cele mai eficiente sunt
redresoarele dublă alternanță, deoarece tensiunea de ieșire are o valoare mai
mare decât în cazul redresoarelor monoalternanță, iar structura elementului de
filtrare es te simplă.
Pentru alimentarea motorului de curent continuu se folosesc r edresoare
comandate monofazate în punte. Aceste sisteme sunt întâlnite în principal la
putere și tensiuni reduse. Schema generală a unui astfel de redresor, de acest tip,
este prezenta tă în figura 2.4.

Fig 2.4 Schema generală a unui redresor
Astfel că, realizarea controlului turației este determinat de controlul
tensiunii de ieșire al punții, în circuitul exterior al redresorului fiind montat
motorul de c.c. Se scoate în evidentă, faptul că, la fiecare alternanță a tensiunii
de intrare în punte u s, intră în conducție cele două tiristoare opuse ale punții. De
exemplu, într -un semialternanță, tiristoarele T h2 și T h3 conduc (linia
neîntreruptă), iar în cealaltă semialternanță grupul fo rmat din tiristoarele T h1, Th4
(linia punctată).
Controlul valorii curentului redresat (ca de altfel și al tensiunii de ieșire din
redresor) se obține prin controlul unghiului de aprindere/desch idere/comandă al
tiristoarelor. Pentru a atenua componentele alternative (sau pentru a elimina
variațiile; sau pentru a netezi pulsațiile) care se găsesc în curentul prin motor, se
introduce bobina de filtrare L,în circuitul de alimentare al indus ului motorului.
Redresoarele trifazate în punte, sunt cir cuitele de acest gen care reprezintă
structura cea mai ’coerentă’pentru alimentarea motoarelor de curent
continuu,atunci când este nevoie de putere și eficiență mare. Structura principală
a unui astfel de circuit este prezentată în figura 2.5, iar formele de undă ale
semnalelor pot fi văzute în figura 2.6 .

21

Fig. 2.5 Redresoarele trifazate în punte

Fig. 2.6 Formele de undă ale semnalelor
Variatoare de tensiune continuă .
Aceste echipamente electrice transformă o tensiune continuă aplicată la intrare
în impulsuri de tensiune rectangulare la ieșire, astfel încât tensiunea de ieșire
medie se poate schimba în funcție de factorul de umplere al impulsurilor.
Schema de principiu a unei astfel de valori este prezentata în figura 2.7.
Elementul de bază al dispozitivului îl constitue comutatorul static CS,
format de multe ori dintr -un tiristor comandat (sunt folosite, de asemenea și
tranzistoarele, atât cele bipolare cât și cele un ipolare). Închiderea comutatorului
(în urma comenzii de intrare în conducție a elementului semiconductor: tiristor
sau tranzidtor) rezultă aplicarea semnalului de amplitudine mare (de tensiune
egală cu tensiunea U de alimentare a variatorului de tensiune) la bornele
motorului, situație ce se producepentru o perioadă de timp T i.

22

Fig. 2.7 Variatoare de tensiune continuă
Prezența bobinei de inductanță L atribuie o creștere a curentului, posibilă
ca fiind o creștere liniară (datorându -se faptului că bobina nu permite variații
mari ale curentului prin ea; totuși nu elimină complet aceste variații
transformându -le în niște variații liniare cu pantă mică), așa cum se prezintă în
figura 2.7b.
(2.22 )
Deschiderea comutatorului înseamnă anularea alimentării circuitului
motorului cu tensiunea de alimentare E și închiderea curentului de
autoinducție,din circuitul înfășurării motorului, prin dioda D. Tensiunea la
bornele motorului va avea o valoare medie egală cu:
(2.23 )
Această relație arată două moduri de a ține sub control componenta
continuă:
• prin stabilirea intervalului de timp al impulsului T i în timpul unei
perioade de comutare T constante;
• menținând intervalul de timp Ti constant și modificând perioada T.
Se pot utiliza cele două metode pentru controlul turației motorului de
curent continuu. Cea mai uzuală totuși este metoda PWM prin care se păstreaza
perioada T constantă și se modifică perioada T i.
În acest fel se poate inpune funcționarea motorului într -un singur mod,
regimul de motor. O variantă îmbunătățită poate fi dată d e motorul care
funcționează în două regimuri într -o perioadă de lucru, funcționarea în regim de
motor precum și funcționarea în regimul de frânare.În figura 2.8 este ilustrat un
variator ce lucrează în două cadrane (în cadranul I pentru regimul de motor și în
cadranul II pentru regimul de frână).

23
În primul mod (regimul de motor),intră în conducție elementul
semiconductor asociat comutatorului CS 1, iar dioda D 1 având funcția de
eliminare a tensiunii autoinduse .

Fig.2.8 Schema unui variator
Regimul de frână conduce la blocarea comutatorului CS 1 și la intrarea în
conducție a comutatorului CS 2 prin imtermediul căruia se scurtcircuitează
înfășurarea indusului motorului.
Atunci când se deschide CS 2, tensiunea electrică autoindusă în înfășurarea
motorului duce la forțarea întrării în conducție a diodei D 2 direcționând curentul
spre sursa de alimentare E, astfel că energia magnetică acumulată se transformă
în energie electrică. O astfel de schemă determină funcționarea motorului în
primele două cadrane. Sunt și circuite care determină funcționarea motorului în
toate cele patru cadrane.

Motor ul pas cu pas
Aceste motoare sunt denumite în literatura engleză "step-by-step sau
stepp er" sau în limba română sunt prescurtate Mpp. Mpp sunt sisteme sincrone
pentru care există o relatie directă între mărimea de comandă și poziția rotorului.
Aceste motoare realizează conversia directă a semnalului de intrare de comandă,
într-o mișcare unghiula ră cu un pas/increment p. Mișcarea rotorului motorului se
obține prin cumularea pașilor (a mișcărilor unghiulare), aplicarea unei anumite
combinații pentru semnalele se comandă (sau aplicarea unei anumite succesiuni
de alimentare cu tensiune a celor patru faze/înfășurări).

Așadar, această proprietate (a relației ferme biunivoce dintre comandă și
poziția rototului) oferă o utilizare a motoarelor pas cu pas în toate sistemele de
poziționare cu buclă deschisă. Relția intrinsecă dintre comandă și poziție
conduce la proiectarea de scheme de control foarte simple și în același timp și
ieftine.

24
Este normal că după aceste avantaje să existe și unele dezavantaje care
sunt legate de:
• mișcarea discontinuă (sau sacadată) a rotorului (ceea ce conduce și la
accelerații și decelerații discontinue)
• dezvoltarea unui cuplu neuniform care depinde de poziția rotorului
față de stator
• pierderea pașilor (de mișcare/poziționare) atunci când frecvența de
comandă a acestora este mare.
Modul de funcționare al unui motor pas cu pas și elementele componente
sunt prezentate în figura 2.9.

Fig. 2.9 Motor pas cu pas
După cum se observă din figură, partea fixă a motorului, statorul cuprinde
patru poli (care susțin 4 bobine) iar partea mobilă, rotorul are în componență un
magnet bipolar.

Dacă bobinele 1 și 3 sunt alimentate cu tensiune, atunci rotorul atașat
magnetului bipolar,se va poziționa astfel încât să rezulte un flux magnetic
maxim (adică se va poziționa în dreptul celor două bobine alimentate).
Pentru a se mișca rotorul spre dreapta cu 90ș se alimentează bobinele 2 și
4. Dacă se schimbă polaritatea tensiunii de alimentare se schimbă sensul de
rotație spre stânga.
Dacă se alimentează bobinele 1 și 4 , atunci rotorul se va poziționa între
cele două bobine.
Cuplul dezvoltat depinde de poziția rotorului și are valori relativ mici.
O variantă tehnică superioară este dată de motoarele “stepper” cu
reluctanță variabilă.

25
Din punct de vedere al realizării fizice, aceste motoare au un rotor pasiv
(nu are prevăzute înfășurări), dar are tăieturi/crestături distribuite uniform pe
suprafața/c onturul exterior al rotorului.
Prin alimentarea unei faze a statorului, rotorul se va roti astfel încât
circuitul magnetic dintre stator și rotor să prezinte reluctanță magnetică minimă,
realizând o aliniere între polii statorului și ’’dinții rotorulu i’’.Prin alimentarea
următoarei înfășurări, la următoarea etapă,rezultă o mișcare a rotorului pentru o
nouă realiniere a dinților/polilor, producând cuplu util pentru mișcare.
Conform soluțiilor constructive utilizate, aceste motoare sunt clasificate
în: motoare cu o singură structură/grup -stator/rotor și motoare cu mai multe
structuri/grupuri -stator/rotor.
Prima configurație constructivă monostatorică (cu un singur grup
stator/rotor),este o variantă mai avantajoasă datorită simplității construcției .
Aceste configurații, la rândul lor, pot fi construite să aibă numărul de dinți
egal,atât în stator căt și în rotor sau pot fi construite motoare cu numărul de dinți
din rotor mai mare decât cel din stator (așa cum este prezentat în fig.2.10).

În figura 2.10 este scos în evidentă un motor care are 8 dinți pe stator și 6
dinți pe rotor, care prezintă 4 înfășurări în stator (fiecare înfășurare având câte
doi poli dispuși diametral pe stator) . Dinții rotorului sunt plasați în fața dinților
statorului pentru care este alimentată faza corespunzătoare. Când se alimentează
următoarea fază, axul motorului se va roti cu 15ș.

Calculul pasului de roatație al Mpp se face folosind următoarea formulă:
p = [(N S – NR) / (N S x N R)] x 360ș
înlocuind se obține:
p = [(8 – 6) / (8 x 6)] x 360ș = 360ș / 24 = 15ș

Fig. 2.10 Motor care are 8 dinți pe stator și 6 dinți pe rotor,

26
Pentru a avea o rotație ‚mai fină’, se măresc numărul de dinți atât în stator
cât și în rotor (așa cum rezultă din ultima relație), ca în figura 2.10, b.
Mărirea numărului de dinți este limitată de construcția fizică a motorului.
O altă modalitate de a micșorapasul, după cum s -a prezentat anterior, este
construcția motoarelor pas cu pas cu mai multe grupuri stator / rotor (motoare
polistatorice). În această situație, grupurile au toate același ax. Grupurile trebuie
să fie montat pe axul comun decalate uniform.

Figura 2.11 este caracterizatăde un motor cu 3 grupuri cu celei trei
statoare aliniate și cu rotoarele declate la o treime din pasul dentar realizat de
cele trei subsisteme de rotoare.

Fig. 2.11 Motor cu 3 grupur

27
După cum a fost prezentat mișcarea motorului pas cu pas se obține prin
acumularea succesivă a pașilor de deplasare unghiulară, adică prin aplicarea
unor secvențe de impulsuri de comandă fazelor motorului, succesiv.
Aplicarea succesivă a impulsurilor de comandă la fazele motorului se
poate realiza prin:

• comandă simetrică simplă
• comandă simetrică dublă
• comandă mixtă.
În figura 2.12se pot observa diagramele de comandă, p entru cele 3
variante de comandă enumerate mai sus, pentru un motor cu 4 faze.În figura
2.12, a este reprezentată comanda simetrică simplă, în care alimentarea fazelor
este schimbată succesiv, separat, pe fiecare înfășurare în parte.
În figura 2.12, b este prezentată comanda simetrică du blă, pentru care sunt
alimentate tot timpul (în orice moment de timp) două faze/înfășurări (de aici și
denumirea de comandă dublă).
În figura 2.12 c se arată o modalitate de comandă prin care se micșorează
la jumătate pasul de deplasare al motorului pas cu pas, prin comanda mixtă,
adică prin îmbinarea comenzii simetrice simple cu cea dublă. [11]

Fig. 2.12 Motor cu 4 faze
Schimbarea sensului de rotație al motorului pas cu pas se face prin
schimbarea succesiunii/ordinii de comandă/alimentare a fazelor motorului.
Alimentarea succesivă a bobinelor/înfășurărilor se face prin scheme
specifice de comandă. Aceste scheme este necesar să conțină, atât logica de
comandă succesivă a fazelor cât și dispozitive electronice ce asigură puterea
necesară de cuplare și decuplare a fazelor (comutarea fazelor) motorului ca în figura
2.13.

28

Fig. 2.13 Comandă succesivă a fazelor
2.3 Sisteme de actionare hidraulice
Sisteme le de acționare hidraulică realizează conversia din energia unui
fluid (care este incompresibil) în energie mecanică necesară mișcării/deplasării
unor elemente . Cu ajutorul a cestor sistem e de acționare se pot realiza atât
mișcări liniare cât și rotative. Mișcările rotative sunt realizate cu ajutorul
servomotoarelor hidraulice rotative, în timp ce mișcările liniare sunt produse de
pistoanele hidraulice.
În general, funcționarea motoarelor hidraulice este asemănătoare (se
bazează pe aceleași principii) ca și pompele hidraulice (elementele hidraulice
care sunt genertaoare de energie hidraulică).
Există următoarele tipuri de motoare hidraulice:

• motoare cu roți dințate
• motoare cu șuruburi
• motoare cu palete
• motoare cu pistonașe.
În figura 2.14 sunt reprezentate două servomotoare hidraulice folosite la
acționare/poziționare . Primul servomotor poate realiza o deplasare/poziționare
unghiulară mai mică decât 330ș, iar cel de -al doilea poate realiza o
deplasare/poziționare unghiulară mai mică decât 130ș (aceste limitări în
deplasarea unghiulară fiind determinate de construcție).

29

Fig. 2.14. Servomotoare hidraulice
Cele mai utilizate tipuri de sisteme de acționare hidraulice sunt cele
rectilinii/liniare. Acestea folosesc ansamblul cilindru -piston și transformă
energia hidraulică în energie de mișcare liniară și transmit forțe de împingere
sau de retragere.

Acestea pot fi cu acțiune/efect:

• unilaterală, cele care folosesc energia hidraulică să se deplaseze într -un
singur sens
• bilaterală, folosesc energia hidraulică să se deplaseze în ambele sensuri.

În figura 2.15 este prezentat un cilindru h idraulic cu acțiune unilat erală:

• primul din stânga acționează în sensul ieșirii tijei sub acțiunea energiei
hidraulice (acțiunea asupra suprafeței A1, prin legătura A) și se retrage sub
propria greutate
• cel din dreraptaacționează în sensul ieșirii tijei sub acțiunea energiei
hidraulice (acțiunea asupra suprafeței A1, prin legătura A) și se retrage sub
acțiunea forței arcului.

Fig. 2.15 Cilindru h idraulic acțiune unilaterală

30

În figura 2.16 este prezentat un cilindru hidraulic cu acțiune bilaterală, care
realizează următoarele acțiuni:

• acționarea în sensul ieșirii tijei se face prin alimentarea cu ulei hidraulic
sub presiune (având înmagazinată o energie hidraulică) prin orificiul A a
camerei din stânga (acțiunea asupra suprafeței A1) și eliberarea presiunii
uleiului din camera din dreapta
• acționarea în sensul intrării/retragerii tijei se face prin alimentarea cu
ulei hidraulic sub presiune prin orificiul B a camerei din dreapta ( acțiunea
asupra suprafeței A2) și eliberarea presiunii uleiului din camera din stînga.

Fig. 2.16 Cilindru hidraulic cu acțiune bilaterală
După cum se observă în figura de mai sus, cilindrul hidraulic are în
componență, pe lângă cele două orificii Ași B (pentru ali mentarea și evacuarea
cu ulei hi draulic) și partea exterioară (ca un cilindru), ansamblul mobil format
din tijă și piston. La viteze de deplasări mari (când debitul fluidului este mare)
apar șocuri la atingerea capetelor de cursă ale ansamblului mobil. Pentru a evita
acest lucru ( șocurile mecanice) se montează amortizoare (elemente care
amortizează mișcarea la capăt de cursă), ca în figura următoare, fig. 2.17 [12 ].

Fig. 2.17 Amortizoare

31
Aceste elemente se montează lângă piston, astfel încât pistonul nu mai
lovește cilindrul la capăt de cursă. În figura de mai sus amortizoarele sunt notate
cu D și sunt elemente elastice cu crestături cu adâncime progresivă. La capătul
cursei, aceste crestături obturează progresiv (până la blocare) trecerea uleiului
din camera z1 spre orificiul de evacuare, provocând o micșorare a vitezei de
deplasare a tijei pănă la oprirea completă. Pistonul va rămâne depărtat de
peretele camerei (cilindrului).
În continuare este prezentat un sistem de creștere a presiunii de lucru,
necesară în unele aplicații unde sunt cerute presiuni de lucru mari, cum ar fi
sisteme de blocare/strângere sau ridicare. Funcționarea (creșterea presiunii) se
face pe baza principiului echilibrului de forțe pentru un cilindru cu două
secțiuni, ca în figura 2.18, adică, forța dezvoltată de către presiunea P 1, în
compartimentul din stânga al cilindrului, de secțiune A1, este egală cu forța de
compresiune a fluidului din compartimentul din partea dreaptă, de secțiune A2.
În acest compartiment, de secțiune A2, se va regăsi o presiune P 1, care va
rezulta din următoarea relație :
P1*A1=P 2*A2,
de unde rezultă că:
P2 = (A1/A2) * P 1
adică, cu cât secțiunea A2 este mai mică decât secțiunea A1, cu atât
presiunea P 2 este mai mare decât presiunea P 1.

Fig. 2.18 Cilindru cu două secțiuni

32
După cum se observă în figura anterioară, circuitul hidraulic conține, pe
lângă elementele descrise până acum (pompă și cilindrii hidraulici), apar
elemente de circuit hidraulic de distribuție (distribuitoar e) și reglare (supape de
sens). Distribuitoarele asigură distribuția/alegerea căii de transmitere a
presiunii/debitului uleiului Distribuitorul poate alege între o cale, ce dirijează
uleiul prin circuit în scopul deplasării elementului de acționare într -un sens (cale
ce asigură trecerea uleiului într -un sens prin circuit și apoi îl evacuează spre
bazin) și între o a doua cale (ce asigură trecerea uleiului în sens invers prin
circuit și apoi evacuarea l a bazin), ca în figura 2.19 [13 ].
Fig.2.19 Distruibuitor cu 4 orificii și 2 poziții

În figura de mai sus circuitul este format dintr -un distruibuitor cu 4
orificii și 2 poziții, precum și un cilindru hidraulic.
Supapele de sens permit trecerea fluidului într -un singur sens/dir ecție,
blocând trecerea în direcția opusă. În figura 2.20 se prezintă o modalitate de
conectare a unei supape de sens, intr -un circuit hidraulic, pentru a regla viteza de
deplasare a tijei pistonului spre dreapta. Acest lucru (micșorarea vitezei de
deplasa re) se face conectând, în paralel cu supapa de sens, un alt element
hidraulic, un drosel.

Fig 2.20 Supape de sens, intr -un circuit hidraulic

33

Dacă se face o analiza a sistemelor de acț ionare hidraulică cu ajutorul
cărora se pot poziționa elementele roboț ilor se poate indic a o pond ere de peste
50% în favoarea acț ionărilor hidraulice.
Aceas tă largă utilizare este datorată câtorva factori dint re care se pot
enumera :
• puterea obținută cu aceste sisteme este mult mai mare decât utilizând
orice alt sistem, luând în considerare greutatea echipamentului utilizat;
• acționările hidraulice sunt mult mai robuste de cât cele electrice,
creșterea puterii rezultată este mai mare, precizia și repetabilitatea sunt mai
bune;
• mișcarea hidraulică are o performanță foarte bună la viteze de
deplasare reduse;
• sistemele hidraulice pot fi cuplate direct la elementele acționate fără
alte dispozitive de transmisie suplimentare.
În celălalt sens, există anumite deficiențe ale acestor tip uri de sisteme de
acționare ce conduc la o limitare a utilizării lor. Printre aceste deficiențe se poate
indica o neliniaritate extrem de pronunțată a majorității elementelor, ceea ce face
dificilă obținerea unui control eficient.

O altă deficiență se poate lega de incompresibilitatea fluidului, factorul
determinant pe care se bazează acționările hidraulice, care devine un element
limitativ când se impune sau când este necesară realizarea unei legi de reglare.
Utilizarea unor legi de reglare a fluidului de tip P, PI, PID este extrem de
dificilă uneori, cu dispozitive electro -mecanice complexe. În plus, dacă un
element de trecere/blocare al fluidului (o electrovalvă) care nu lucrează
proporțional și blochează o cale a fluidului, acesta devine practic nefuncționat,
atunci când se dorește controlul fluidului după o anumită lege de reglare.
Un alt dezavantaj, care este major, dacă se produce, este legat de
eventualele pierderi / scurgeri de uleiuri hidraulice (este considera t un
dezavantaj mare al acestor acționări din perspectiva protecției mediului) .

2.4. Sisteme de acționare pneumatică
Sistemele de acționare pneumatică au ca și caracteristică importantă
folosirea aerului comprimat pentru transmiterea energiei de mișcare (fiind
înrudite cu cele hidraulice, diferențele majore sunt legate de fluidul folosit). Și
cu aceste sisteme de acționare se pot creea mișcări de rotație prin acționarea

34
servomotoarelor rotative pneumatice . Mișcări le de translație ale elementelor
unui robot pot fi de asemenea asig urate cu ajutorul cilindrilor pneumatici .
Dintre factorii care susțin utilizarea sistemelor pneumatice, se pot
enumera câțiva:
• elementele sistemelor de acționare sunt simple
• aceste sisteme sunt robuste;
• folosirea acestor sisteme de acționare nu duce la poluarea mediului
deoarece fluidul folosit (aerul) nu este poluant
• controlul elementelor pneumatice se face cu sisteme simple
• raportul dintre putere și greutate este relativ ridicat
• acceptă s uprasarcini fără să fie afectate
Pe lângă avantajele enumerate mai sus, aceste sisteme prezintă un
dezavantaj important. Acest dezavantaj al sistemelor pneumatice se referă la
compresibiltatea fluidului (aerului).
Astfel că aceste sisteme se utilizează f oarte rar în controlul poziționării
elementelor unui robot, deoarece ar introduce timpi morți (întârzieri) în mișcarea
acestor elemente.
Sistemele pneumatice se pot utiliza, de regulă, la elementele ce necesită o
funcționare/acționare de tipul ’tot sau ni mic’ (de exemplu de tipul închis /
deschis), nefiind nevoie de stări intermediare.Sistem ele de acționare pneumatică
au în principiu aceleași elemente componente (de distribuție, reglare etc) ca și
cele h idraulice. Diferențele constau în prezența elementelor de pregătire și
preparare al aerului comprimat.

35
Capitolul III
Sisteme senzoriale folosite la robot
3.1 Introducerea senzorială
Un robot trebuie să producă/realiz eze un număr mare de mișcări în
conformitate cu sarcinile tehnologice impuse a fi îndeplinite în diferite condiții
externe de mediu sau în mediul de operare și să modifice caracteristicile sale
funcționale în mod corespunzător cu modificările factorilor și pa rametrilor
interni și externi.
Întotdeauna un robot trebuie (ar fi bine) să fie auto -adaptiv, să aib ă
abilitatea de a schimba funcțiile de mișcare ca să corespund ă schimbărilor din
mediul înconjurător. Îndeplinirea acestui deziderat se poate realiza prin
introduce rea unor elemente speciale ( senzori și/sau traductoare) care să
furnizeze informații despre schimbarea caracteristicilor și parametri lor mediului
de operare și să fie folosite de sistem ul de management -conducere al roboților.
Toate a ceste dispozitive și ec hipamente care oferă robotului informații/o
imagine a mediului în care evoluează și care îi permit să se adapteze la orice
schimbare/modificare a parametrilor interni sau externi formează sistemul
senzorial al robotului.
Caracteristicile sistemului senzorial sunt strâns legate de funcția
tehnologică care trebuie reliz ată. Sistemul senzorial poate furniza informații
despre parametrii interni ai robotului (mișcare, viteză, accelerație) sau poate
defini caracterul obiectelor din vecinătatea spațiului de operare (informații
despre parametrii externi) .
O primă clasificare se referă la senzorii pentru identificarea /măsurarea
parametrilor interni precum și la senzorii pentru identificarea /măsurarea celor
externi ca punct de pleca re într -o scurtă prezentare a sistemului senzorial.
Senzorii utilizați pentru ec hiparea manipulatorilor și roboț ilor trebuie să aibă
caracteristici statice liniare și caracteristici dinamice stabile, viteză rid icată de
răspuns .

O altă clasificare ar putea fi definită în funcție de po ziționarea față de
obiectul supus interacțiunii nemijlocite sau evitării acestuia. Astfel, se poate
prezenta următoarea clasificare:

• senzori de tip contact utilizați pentru a ’vedea’ o anumită presiun e
dintre obiect și dispozitivul de prehensiune ;
• senzori de proximitate opt ici, pneumatici, cu curenți Foucault,capacitivi
și electromagnetici, care furnizează informații fără contact fizic cu obiectul;

36
• senzori ultrasonici de sunet sau camere video, utilizați de roboți i de
mișcare pentru detectarea obiectelor din spațiul de operare (fără contact) și
planificarea acțiunilor;
De asemenea, un alt criteriu, c onform proprietăților obiectelor pe care le
disting, există :
• senzori pentru determinarea formelor geometrice și a dimensiunilor;
• senzori pentru determinarea proprietăților fizice ale obiectelor (efort,
cuplu, densitate de presiune, debit);
• senzori pentru de terminarea proprietăților fizi cico-chimice ale
obiectelor (concentrație, compoziție, analiză chimică);
În ceea ce privește construcția și funcționarea, există :
• senzori activi (transmițător și receptor);
• senzori pasivi (numai receptivi);
Din punct de vedere al continuităț ii semnalului oferit, sunt :
• senzori analogi ci;
• senzori numerici;
Senzorii pentru parametrii interni, după cum s -a mai arătat, oferă
informații privind poziția, viteza și accelerația , care sunt obținute prin sisteme de
măsurare specifice, folosite pentru determinarea poziției, vibrații lor, forțe lor de
interacțiune interne.
Măsurarea vitezei se poate obține măsurând de fapt distanța , pe o perioadă
bine stabilită de timp. Astfel, măsurarea vitezei este obținută prin măsurarea
poziției.
3.2. Senzori de proximitate
Senzorii de proximitate sunt concepuți /realizați pentru a detecta existența
și carac teristicile obiectelor din soațiul de operare al robotului , adică într -o zonă
din apropierea acestuia.
3.3.Senzori de proximitate pneumatici
Un exemplu de sen zor de proximitate pneumatic e ste cel prezentat în
figura 3.1 Funcționarea acestui senzor se bazează pe principiul ’duză – clapetă’.
Clapeta este reprezentată de către obiectul a cărui prezență trebuie detectată. De
fapt senzor ul are trei duze (așa după cum se prezintă schematic în figura 3.1.a):
[11]
• duza corespunzătoare intrării cu rezistența echivalentă R i,
• duza prin care se obține presiunea /semnalul de ieșire xe (semnal de

37

ieșire care este legat de prezența unui obiect la o anumită distanță x) ,
• duza asociată obiectului ce trebuie detectat, cu rezistența echivalentă R e.
Dacă obiectul se află la o distanță mai mare decât o distanță limită
(distanță notată cu x lim), presiunea semnalului de ieșire are o valoare mică,
apropiată de valoarea presiunii atmosferice P 0 (așa cum este prezentat în figura
3.1.b), deoarece aerul iese liber prin duza de rezistenșă Re.. Valoarea lui x lim,
depinde de diametrul duzei .
Fig 3.1 Senzor de proximitate pneumatic
Dacă obiectul începe să se apropie de senzor, semnalul de ieșire x e începe
să crească. Dacă obiectul se a flă la o distanță suficient de m ică (sub o valoare
limită notată cu x0) semnalul de ieșire x e crește semnificativ și se apropie de
presiunea de intrare P a (când se poate confirma și prezența obiectului lângă
senzor).
3.4.Senzori optici
La construcția roboților se fo losesc, de regulă, pentru detectarea obiectelor
din spațiul de operare, senzori de proximitate optici. În figura 3.2 se prezintă
modalitatea de montare a acestor tipuri de senzori și părțile componente. Astfel
că, elementul 1 reprezintă emitorul/sursa de lumină (elementul care generează
razele optice/de lumină), elementul 2 este reprezentat de receptor, care
recepționează razele ref lectate de către obiectul 3 (cum este ân figura 3.2.a) sau
nu mai recepționează razele refelectate de către lentila 4 (sau orice element
reflector), atunci când obiectul 3 se interpune (așa cum este în figura 3.2.b).

Fig. 3.2 S enzor de proximitate pne umatic

38
Generatoarele sau emițăto arele pot fi diode electrolumino scente (LED –
uri) cu radiație în infraroșu sau lumină naturală. Se folosește radiația infraroșie
pentru a nu fi afectați senzorii de către lumina naturală.
Senzorii cu fibră optică cu prind un circuit de transmisie și modulare
precum și un circuit de demodulare și recepție, fasciculelor optice fiind ghi date
de două fibre optice distanțate și înclinate la un unghi pentru a permite
detectarea obiectelor.
Senzori i cu ajutorul cărora se măsoară di stanța pot fi folosiți pentru a ajuta
robotul să efectueze sarcini specifice /distincte , uneori , obțin chiar și ’cunoștințe
aprofundate ’ asupra mediului, astfel încât roboții ’sunt dotați’ cu astfel de
senzori .
Senzorii optici sunt proiectați să măsoare ti mpul când lumina se
deplasează /parcurge distanța între un emițător și un receptor [12].
Senzorii optici sunt folosiți în robotică pentru:

• detectarea unei linii
• măsurarea reflevtivității unei suprafețe
• detectarea unor obiecte.
3.5.Traductuoare cu ultrasunete
Sunetele sunt oscilații elastice care se datorează vibrațiilor mecanice ale
particulelor mediului, în jurul unor poziții de echilibru. [13]
Urechea umană sesizează sunete (vibrații ale aerului) cu frecvențe din
domeniul audio de la 20 Hz până la 20kHz.
Sunetul are o exprimare mai largă, fiind definite ca sunet orice
perturbație/ vibrație propagată printr -un mediu, chiar dacă au frecvența în afara
domeniului audio pentru om definit mai sus.
Astfel că, sunetele se pot împărți în:

• infrasunete cu frecvențe sub 20 Hz
• sunetele propriu -zise cu frecvențe între 20 Hz și 20 kHz
• ultrasunete cu frecvențe mai mari decât 20 kHz (de re gulă până la 100
GHz ).
Funcționarea acestor senzori se bazează pe măsurarea timpului necesar t
propagării semnalului ultrasonic între emițător – obiect și receptor, ca în figura
3.3 [14] .

39

Fig. 3.3 Senzor cu ultrasunete
Astfel că, distanța d până la obiect se poate exprima foosind relația
următoare:
d=(c*t)/2 (3.24 )
unde c reprezintă viteza sunetului și are valoarea de 343 m/s la o
temperatură de 20 gr ade Celsius. Viteza sunetului depinde atât de temperatură
cât și de mediul de propagare.
Senzorul ultrasonic se poate folosi în robotică:

• pentru măsurarea distanței la care se află obiectele (care se află în
mișcare sau sunt staționare)
• pentru detectarea apropierii unui obiect (funcționează ca un senzor de
perimetru).
Conform cu cele prezentate mai sus se recomandă folosirea senzorilor
optici și ultrasonici la proiectarea și realizarea roboților MINISUMO.

40
Capitolul IV
Prezentarea robotului mini SUMO

4.1 Descrierea robotului mini SUMO
Roboții mini Sumo se construiesc în scop didactic și pentru participarea la
competiții naționale sau internaționale.
Aceste competiții pentru roboți sunt inspirate după sportul național
japonez de lupte (SUMO). Astfel că se desfățoară aproximativ după reg ulile
acestui sport și anume, să împingă în afara unui ring, robotul adversar.
Roboții „care se luptă” trebuie să facă parte din aceeași categorie/clasă de
greutate și dimensiuni. Din acest motiv există mai multe categorii/clase la care
pot concura roboții, așa cu m sunt definite în continuare [15 ].
Clasa/Categoria Înălțime Lungime Lățime Greutate
Mega Sumo nelimitat 20 cm 20 cm 3 kg
Mega Sumo – RC nelimitat 20 cm 20 cm 3 kg
Mega Sumo – Rețea nelimitat 20 cm 20 cm 3 kg
Umanoid – RC 50 cm 20 cm 20 cm 3 kg
Lego Sumo nelimitat 15 cm 15 cm 1 kg
Mini Sumo nelimitat 10 cm 10 cm 0,5 kg
Micro Sumo 5 cm 5 cm 5 cm 0,1 kg
Nano Sumo 2,5 cm 2,5 cm 2,5 cm 0,025 kg

Clasele/categoriile care trebuie să funcționeze autonom, fără intervenția
omului/operatorului sunt: Mega, Lego, Mini, Micro și Nano. Se acceptă
funcționarea autonomă a robotului, adică acele metode de control care sunt date
de către circuitele/programele cuprinse în robot. Nu se acceptă niciun semnal de
comandă din exterior în a fară de cel de pornire dat de un oficial. După ce robotul
a primit semnalul de pornire, el trebuie să înceapă să funcționeze automat, după
un timp limită (de regulă câteva secunde).
Se controlează de la distanță (prin telecomandă – comandă radio) roboții
din categoriile / clasele cu indicativul RC (Remote Control): Mega Sumo – RC și
Umanoid – RC. De regulă nu se folosește frecvența de 75kHz . Frecven ța de
comunicație se alege diferit pentru a nu influența robot ul adversar. Nu se
folosește co ntrol autonom de niciun fel pe roboți, mișcările acestora sunt
realizate prin comenzile date de către operatori prin tel eoperare.

41
Comanda de pornire, începerea luptei , este dată de către un oficial/organizator.
Controlul prin rețea se face prin intermediul com unicațiil or Wi -Fi,
operatorii dâ nd comenzi manual de la un calculator prin intermediul unui router.
Nu se folosește control autonom de niciun fel pe roboți, mișcările acestora sunt
realizate prin comenzile date de către operatori prin teleoperare.
Cei doi roboți a dversari își vor disputa lupta într -un ring (de formă
rotundă și dimensiuni diferite în funcție de clasa la care participă), de culoare
neagră și o dungă albă la exterior, ca în figura 4.1, sau de culoare albă și cu o
dungă neagră la exterior, ca în figura 4.2.

Fig. 4.2 Ring unde își vor disputa lupta 2 robo ți

42
De regulă, câte un singur membru al celor două echipe combatante
intervin asupra roboților, atunci când decide arbitrul „judecător” (când robotul a
ieșit din ring, s -a blocat sau nu există niciun câștigător, lupta fiind foarte
apropiată și apoi este necesar a fi reluată).
Pentru a nu folosi hazardul in timpul unui meci, de obicei sunt 3 runde și
este declarat câștigător cel care a câștigat două runde. Fiecare rundă începe la
comanda persoan ei oficiale/arbitrului judecător.
Fiecare echipă, la unele competiții pot participa cu mai mulți roboți, care
trebuie omologați/înregistrați înaintea concursului prin verificarea greutății, a
dimensiunilor și a aderenței (nu se admite folosirea unor subst anțe lipicioase
care să îmbunătățească tracțiunea/frecarea; se verifică ca robotul să nu țină o
coală de hârtie mai mult de 3 secunde). Tot atunci, roboților li se atașează un
număr sau un nume astfel încât să poată fi identificați în timpul competiției.
Se admite în timpul luptei folosirea doar a forței de împingere. Nu se
admit dispozitive care să deterioreze robotul advers (cum ar fi dispozitive de
lovire sau de inc endiere sau alte dispozitive) [16 ].

4.2 Elementel componente ale unui robot m ini SUMO
S-au prezentat tipurile de roboți SUMO mai înainte, în cadrul
subcapitolului anterior. Se observă că sunt mai multe tipuri de roboți de tip
SUMO, clasificarea făcîndu -se în funcție de dimensiuni și greutate, modalitatea
de construire (din piese m odulare de tip LEGO sau alte piese), precum și de
forma robotului (de tip umanoid ce seamănă cu omul și care are două picioare).
Roboții mini SUMO sunt din categoria medie, nici prea grei, nici prea
mari având lățimea și lungimea la jumătate față de robot ul cel mai mare mega
Sumo, însă greutatea este de șase ori mai mică.
Roboții mega SUMO necesită multe elemente pentru construcție, fiind și
mult mai costisitor și din acest motiv, în cadrul proiectului, s -a ales varianta
robotului mini SUMO.
Elementele componente ale unui robot mini SUMO sunt:
• șasiul
• senzorii
• motoarele de acționare
• circuitul de omandă
• sursa de alimentare (bateria sau acumulatorul).
Aceste elemente sunt prezentate și în figura 4.3 sub forma unei scheme bloc,
punându -se în evidență, simbolic, poziționarea acestor elemente.

43

Fig. 4.3 Elementele componente ale unui robot mini SUMO

Șasiul permite montarea pe el a celorlalte elememente componente ale
robotului. Acesta poate avea dif erite forme, ca în figura 4.4 [17 ].

Fig. 4.4 Șasiul
De asemenea, șasiul roboților ce participă la competiții SUMO
trebuie să fie rezistent, să fie realizat din materiale rezistente. Prin alegerea
tipului de șasiu se are în vedere și protejarea elementelor componente în timpul
competiției/luptei.
Pentru acest proiect s -a ales/achiziționat un șasiu cu ș enile prezentat în
figura 4.5 [18 ].

Șasiul Circuit de alimentare Circuit de comandă Senzori
Sistem de
acționare Sistem de
acționare

44

Fig4.5 Șasiu cu șenile
Pentru protecția robotului în timpul luptei, precum și pentru a eficientiza
învingerea robotului adversar, se montează, la roboții SUMO, în partea din față,
o lamă înclinată, din oțel, ca în figura 4.6.

Fig. 4.6 roboții SUMO cu o lamă înclinată
Senzorii
Un rol important în funcționarea robotului de tip mini SUMO îl au
senzorii robotului. Aceștia realizaează două cerințe pe care se bazează întreaga
strategie de luptă/competiție a robotului mini SUMO:
• detectarea robotului oponent/adversar
• detectarea spațiului/ringului unde roboții mini SUMO au voie să fie în
timpul competiției.Detectarea robotului adversar se poate realiza cu senzori

45
infraroșii sau cu ajutorul senzoril or ultrasonici, care furnizează la ieșire o
informație analogică. Astfel că, semnalul analogic este folosit de circuitul de
comandă pentru a permite setarea unei valori ce indică distanța de detectare a
robotului adversar.
S-au folosit pentru acest proiect senzori infraroșii de tip SHARP în
domeniul 15 -150 cm, pentru detectarea robotului adversar [19 ].
Semnalul acestui senzor se conectează la intrarea analogică a circuitului
de comandă. Se poate testa mai întâi cum se citesc valorile de la acest senzor
folosind următorul program pentru plăcile ARDUINO și dechizând Serial
Monitor -ul.

void setup()
{
Serial.begin(9600);
}
void loop()
{
int valoareSenzor = analogRead(0);
Serial.print("Valoare Senzor: ");
Serial.println(valoareSenzor,DEC);
}
Pentru detectarea marginii ringului s -au folosit tot senzori infraroșii,
formați dintr -un emițător (LED 1) și un receptor (fototranzistorul Q1),
polarizaț i/conectați ca în figura 4.7 [20 ]. Acești senzori detectează diferența
dintre ringul care este negru și margi nea ringului care este albă.

Fig 4.7 Senzor infraroșu

46
Motoarele de acționare
Motoarele de acționare împreună cu elementele de transmisie a mișcării
(reductoarele) fac parte din categoria sistemelor de acționare. Motoarele de
acționare sunt motoare electrice de curent continuu.
Motoarele electrice realizează conversia din energie electrică în energie
mecanică (de rotație) necesară acționării robotului.
Ansamblul motor -reductor se aleg astfel încât să asigure o viteză și un
cuplu corespun zătoare. Adică trebuie să asigure un cuplu suficient de mare și o
viteză tot la fel suficient de mare. Numai că cei doi parametri sunt invers
proporționali, adică, dacă viteza de rotație este marecuplul va fi mai mic.
Pentru a contracara acest impediment se alege motoru l cu viteza de rotație
mare și care realizează un cuplu mar e. Numai că, pentru a genera un cuplu mare,
un motor electric ˮ absoarbe” un curent mare (plus că ar avea dimensiuni și
greutate mare). Astfel că se face un compromis între cei doi pa rametri. Se mai
poate „regla” acest lucru alegând tensiunea de alimentare mai mare.
Este nevoie de mișcare de rotație mare pentru motoare pentru a imprima
robotului o deplasare rapidă/ poziționare rapidă pentru a detecta robotul advers
și a se poziționa ra pid în poziția d e atac”. De asemenea, este nevoie de un cuplu
mare pentru ca robotul să împingă robotul advers în afara ringului.
S-a ales pentru această aplicație un motor de curent continuu de tip HP (de
putere/cuplu mare), ca în figura 4.8, cu următoarele caracteristici [21 ]:
• raportul de transmisie: 30:1 tensiunea de alimentare 6V
• curentul absorbit : 120 mA ( fara sarcina ) 1.6A (blocat)
• cuplu dezvoltat: 0.6 Kg cm
• viteza de rotație: 1000 rpm

Fig. 4.8 Motor de curent continuu de tip HP

47
Pentru alimentarea motorului este nevoie de un „driver”, adică un circuit
de amplificare a impulsurilor. S -a ales circuitul L298N, prezentat în figura 4.9,
cu următoarele caracteristici [22 ]:

• tensiunea de operare: pana la 40V
• curent ul de operare: pana la 3A (25W in total)
• curent mic de saturatie
• protectie la supraincingere
• poate alimenta 2 motoare simultan
• imunitate mare la zgomot : Nivel logic "0" cu nivel de intrare pana la
1,5V .

Fig 4.9 Circuitul L298N

Circuitul de comandă
Aceste circuite constituie o parte foarte importantă în cadrul sistemului pe
care îl comandă sau controlează. Cu ajutorul acestor circuite se realizează
funcțiile/cerințele impuse roboților în general și al celor mini SUMO, care
participă la competiții, în special.
S-a ales pentru robotul mini SUMO, circuitul/placa de dezvoltare
ARDUINO NANO, care are următoarele specificații: [23]
• conține un microcontrol er ATmega328p
• tensiune a de funcționare: 5 V
• tensiune a de intrare /alimentare (recomandat): 8 -12 V
• intrări/ieșiri disponibile : 14 (din tre care 6 ieșiri PWM )
• intrări analogice : 8
• conector c onexiune: mini USB
• curent absorbit pe intrări/ieșiri : 40 mA
• memorie FLASH: 32 KB (ATmega328p)

48
• frecventa de lucru : 16 MHz
• dimensiuni le circuitului : 0,73" x 1.70" .
S-a ales această variantă deoarece are dimensiuni mici și nu ocupă spațiu,
iar specificațiile de mai sus sunt suficiente/cuprinzătoare pentru acest robot.
Conectarea acestei plăci de dezvoltare, la celelalte elemente ale robotului, se
face ca în figura 4.10.

Fig. 4.10 Plăcă de dezvoltare
Softul circuitului de comandă se bazează pe cele două principii de
funcționare ale robotului mini SUMO (de găsire a robotului adversar și de a nu
ieși din ring), fiind 3 variante
• varinta I:
✓ găsește/caută robotul adversar
✓ atacă robotul adversary și scoaterea/împingerea acestuia în afara
ringului/spațiului de luptă
• varianta II:
✓ localizează robotul adversar
✓ fuge de acesta și așteaptă ca acesta să iasă singur din ring
• varianta III:
✓ localizează robotul adversar
✓ fuge de aces ta și îl atacă din lateral
Pentru acest proiect s -a ales varianta I. Se au în vedere următoarele cerințe
pentru realizarea softului:
➢ se așteaptă semnalul de START de la arbitru
➢ după semnalul de START robotul testează senzorii să detecteze
adversarul Senzori
distanță
motor 1 Circuit de
comandă/
ARDUINO
NANO Circuit de alimentare
Driver
motoare
Senzori linie
motor 2

49
➢ dacă adversarul este găsit, robotul se duce cu toată viteza spre
adversar ca să -l împingă și să -l scoată din ring
➢ sunt testați în permanență senzorii de linie, astfel încât robotul să nu
depășească ringul
➢ dacă senzorii de linie sunt activați, robotul va merge î napoi și apoi
va face o virare (la stânga sau la dreapta).
Circuitul de alimentare (sau sursa de alimentare) Asigură pentru robot
energia necesară mișcării, a realizării sarcinilor impuse. Fiind un robot mobil, el
are nevoie de autonomie privind alimentarea cu energie. Din acest motiv pentru
limentarea robotului mini SUMO se folosesc baterii sau și mai convenabil
acumulatori. [24]

50
Concluzii

Pe parcursul realizării proiectului au fost realizate deprinderi privind:
➢ utilizarea senzorilor infraroșii
➢ utilizarea driverului de motoare
➢ alegerea motoarelor pentru robot
➢ alegerea unei plăci de dezvoltare
➢ realizarea unui robot(alegerea șasiului și a elementelor componente)
➢ utilizarea și programarea plăcii ARDUINO.
Robotul obținu t poate fi utilizat la competiții între roboți sau ca material
didactic. Acest robot s -a comportat satisfăcător în timpul testelor.
Pentru o funcționare corespunzătoare a robotului, programul de control
are ca prioritate menținerea acestuia în terenul de j oc și apoi depistarea
adversarului și scoaterea acestuia în exteriorul terenului/ringului.

51
Bibliografie

[1]https://despreroboti.wordpress.com/2013/12/05/istoria -robotilor
[2]https://ro.wikipedia.org/wiki/Robot -roboti
[3]https://en.wikipedia.org/wiki /Robot -sumo
[4]https://ro.wikipedia.org/wiki/Sophia_(robot)#cite_ref -cnbc_1 -0
[5]http://www.descopera.ro/stiinta/8455407 -viata -noastra -cu-robotii
[6]http://www.lr21.com.uy/wp -content/uploads/2016/01/foca -bebe -nuka.jpg
[7]http://www.creeaza.com/tehnologie/tehnica -mecanica/Functiile -si-
structura -robotul956.php
[8]http://www.cursuri.flexform.ro/courses/L2/document/Cluj –
Napoca/grupa5/Pop_Silvia_Florina/site/Legile%20roboticii.html
[9]http://www.creea za.com/tehnologie/tehnica -mecanica/Functiile -si-
structura -robotul956.php
[10]http://www.scritub.com/tehnica -mecanica/Roboti -Industriali -SISTEME –
DE-95268.php
[11]https://airo -pneumatics.ro/2013/11/11/sisteme -de-actionare -pneumatice –
componentele -subsistemului -de-comanda -senzori/
[12] http://iota.ee.tuiasi.ro/~mpobor/doc/Cursuri/RICurs4.pdf
[13] http://ep.etc.tuiasi.ro/site/Senzori_si_Traductoare/Cursuri/senzori_4.pdf
[14]http://www.electromatic.ro/senzori/item/35 –
senzorideproximitateultrasonici
[15]https://robotec.ligaac.ro/MiniSumo
[16]http://www -ee.ccny.cuny.edu/www/web/jxiao/PDR_Slides.pdf
[17]https://www.optimusdigital.ro/ro/robotica -kit-uri-de-roboti/1019 -asiu-
de-robot -zumo -fara-motoare.html
[18]https://en.wikipedia.org/wiki/Robot -sumo
[19]https://www.robofun.ro/docs/Curs%20Senzori%20Sharp.pdf

52
[20]http://cs.curs.pub.ro/wiki/pm/prj2010/pgp/sumorobot
[21]https://www.robofun.ro/producator -pololu/30 -1-micro -metal –
gearmotor -hpcb
[22]https://ardushop.ro/ro/electronice/84 -l298n -punte -h-dubla -dual-h-
bridge -motor -dcsteppe.html
[23]https://elinux.org/images/6/61/Sumo_Robot_Presentation.pdf
[24]http://users.encs.concordia.ca/~dave/project/project.htm

53