Specializarea: Automatică si Informatică Aplicată [304011]

Universitatea „ Constantin Brancuși ˮ [anonimizat]: Automatică si Informatică Aplicată

CONTROLUL UNUI ROBOT MINI SUMO

Coordonator ștințific:

Lec.Univ.Dr. Ing. Borcoși Ilie

Absolvent: [anonimizat] І. Generalitați ….…………………………………………………… 2

1.1 Scurt istoric….………………………………………………………… 2

1.2 Rolul roboților în viata 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 ….………………………..14

2.1 Rolul sistemelor de actionare. ……………………………………15

2.2.Sisteme de acționare electrică………………………………………………… 16

2.3 Sisteme de actionare hidraulice………………………………………………. 29

2.4. Sisteme de acționare pneumatică……………………………………………. 35

Capitolul ІII. Sisteme senzoriale folosite la roboti….…………………….36

Capitolul IV. Prezentarea robotului mini SUMO……………..…………….41

4.1 Descrierea robotului mini SUMO……………………………………………41

4.2 Elementele componente ale unui robot mini SUMO …………………43

Concluzi…………………………………………………………………………………………51

Capitolul I

Generalități

1.1 [anonimizat] a-și ușura viața de zi cu zi. Astfel, pornind de la “arhicunoscuta” roată simplă, s-[anonimizat]-a [anonimizat] (care realizează funcții/acțiuni/activități complexe). Acestea fiind echipamente automate (ce lucrează fără intervenția omului) [anonimizat]/lucrări/[anonimizat]/organizeze/controleze mai bine timpul.

[anonimizat], aceste sisteme artificiale efectuează anumite activități pe care omul le face în mod normal sau nu le poate face deoarece s-[anonimizat] i-ar afecta sănătatea.

[anonimizat] a devenit mai eficientă.

[anonimizat], [anonimizat]/ateliere de producție. De-a [anonimizat] a [anonimizat] a efectua anumite acțiuni ’umane’ complexe.

[anonimizat], alteori erau folosiți să înveselească publicul.Mecanismele/indtalațiile/sistemele automate începuseră să fie construite chiar înainte de epoca noastră (aceste mecanisme fiind considerate strămoși ai roboților).

[anonimizat] o știm astăzi, a fost reprezentat de descoperirea ceasului mecanic ([anonimizat]), iar apoi primele mașini păreau să semene cu roboții curenți. [anonimizat] a fost evidențiat pentru evoluția/descoperirile dindomeniul electrotehnicii, care a dus la dezvoltarea roboticii.

În anul 1948,au fost asamblați primii 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.

Acum câțiva ani, s-a construit robotul industrial numit Unimate, un robot de 2 tone, care era utilizat pentru munci complicate dar și grele pentru oameni cum ar fi instalarea de iconoscoape/tuburi cinescop la televizoare sau în industria automobilelor.

Odată cu propunereanumelui 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/imprevizibil, 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 practicdomeniu care să nu fie robotizat, nu mai sunt persoane care nu au auzit deloc numele 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 dezvoltării acestei zone.

Având în vedere evoluția lor anuală importantă, se poate afirma cu încredere că, în viitorul apropiat, roboții vor deveni extrem de importanți în aproape toate domeniile de activitate [1].

Un robot este un operator mecanic sau virtual/ artificial. Toți roboții care sunt abreviați ca "bot", pot fi numiți software de calculator care efectuează automat anumite funcții 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 autonomi

roboți umanoizi

roboți industriali

roboți de serviciu

roboți jucarie

roboți exploratori

roboți pășitori

roboți militari

roboți pentru competiții(SUMO)

roboți inteligenți.

Prezentarea și descrierea roboților umanoizi a luat amploare în literatură, în special în romanele lui Isaac Asimov în anii '40. Acești roboți nu puteau fi proiectați și realizați, din cauză că se confruntau cu multe probleme importante ce trebuiau îndeplinite. Ei au ’datoria’ de a acționa și de a reacționa autonom în mediul înconjurător, mobilitatea fiind restrânsă la două picioare ca locomoție. Mai presus de toate, ei trebuie să poată lucra cu brațele și mâinile.

Începând cu anul 2000, problema de bază pare să fie rezolvată (odată cu apariția 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 astăzi nu sunt de obicei mobili.

După apariția (proiectarea, realizarea și funcționarea) lor, domeniul lor operare a fost testat pentru prima dată pe linia de producție a General Motors în 1961. Roboții industriali au fost folosiți pentru prima dată în Germania pentru lucrări de sudură din 1970.

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 roboții care lucrează în locații/spații/zone greu accesibile și periculoase, aceștiafiind teleghidați sau aproape autonomi. Ei lucrează de exemplu, într-un loc unde este conflict militar, pe Lună sau pe Marte, precum șiunde 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 multe 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 pentru a cerceta spațiul cosmic. O mulțime de crioboți 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 țmpingă unul pe celălalt în afara unui cerc (într-un mod asemănător cu sportul sumo). Roboții care fac parte din această competiție se numesc sumoboti [3].

Din categoria roboților inteligenți face parte și Sophia care este un robot ceare capacitatea de a înțege diferite lucruri. Acest robot a fostasamblat/realizat de Hanson Robotics în Hong Kong, fiind proiectată pentru a învăța și a se obișnui/adapta la comportamentul uman, pentru a colabora cu oamenii. Acest robot a participat la multe emisiuni TV și a fost intervievat în toată lumea.

În octombrie 2017, ’roboțica SOFIA’ a devenit cetățean al Arabiei Saudite, fiind cel dintâi 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 manifestarea și comportamentul ei uman; ca de altfel și SOFIA, spre deosebire de alți roboți ce au fost creați până acum.

Datorită producătorului, David Hanson, Sophia are inteligență artificială, adaptarefoarte bună și recunoașterea facială a interlocutorilor.

Sophia,de asemenea, copiazăgesturile și expresiile faciale umane și are puterea de a răspunde la anumite întrebări și să poarte conversații pe subiecte impuse(de exemplu, despre vreme, feminitate, rasism etc).

Funcționarea robotului se bazează și de tehnologia de recunoaștere a vocii dezvoltată de Alphabet Inc. (compania-mamă a Google) fiind dotată cu algoritmi concepuțipentru a ’deveni mai insteață’ odată cu trcerea timpului.

Software-ul inteligent a fost conceput de SingularityNET.Programul de inteligență artificială are rolul de control asupra comportamentului și conversațiilor, permițând și o îmbunătățire a răspunsurilor/comportamentelor viitoare.Conceptul este similar cu programul ELIZA,una dintre primele încercări de a imita o conversație umană. Hanson a făcut-o pe Sophia să fie o companie accesibilă pentru persoanele în vârstă, în aziluri sau să ajute mulți oameni la evenimente mari sau în parcuri.

El speră ca robotul să fie capabil să colaboreze cu alți oameni suficient de mult pentru a obține, în cele din urmă, priceperea socială.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 minute. 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 astfel primul robot care a avut vreodată cetățenie.Acest lucru a impus multe contradicții, oamenii întrebându-se dacă aceasta înseamnă 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 drepturilor omului în Arabia Saudită [4].

Fig. 1.1

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, intervențiile chirurgicale realizate de către brațe robotice capabile de mișcări discontinue, oferă pacienților posibilități neașteptate.

Roboții industriali care ridică, se mișcă, sudează, taie și lipesc, asamblează piese înlocuiesc munca grea a multor muncitori.

Sunt realizate jucării care imită aproape perfect tot felul de animale, dar care fac parte din categoria roboților, 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 da seama cât de des este onorată prezența lor.

În ultimii ani, prezența zilnică a unui robot 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 foarte avansate din punct de vedere tehnologic/economic și se răspândește treptat în întreaga societate occidentală. Japonia și Coreea 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, desfășurându-și viața de zi cu zi cu un robot mai puțin și mai neobișnuit și mai acceptat pe scară largă.

Destinatarii acestor evoluții sunt, în principal, persoanele 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 asistență medicală și socială (care s-ar putea pune să se ocupe de cazuri mai complicate care necesită o abordare mai ambițioasă, mai accentuată 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 NeCoRo 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 accentuează situația.

Multe studii anterioare au arătat că prezența unui animal – un câine, o pisică – a fost un ajutor real pentru acești oameni, reînviorându-i, calmându-i, ajutându-i să relaționeze mai bine cu lumea din jurul lor.Dar prezența unui animal viu presupune din partea proprietarului o implicare, pe care acești oameni nu o pot întotdeauna asigura; în plus, prezența animalelor ar crea probleme specifice în spitalele și căminele persoanelor în vârstă.

Fig. 1.2

În Japonia, s-a dezvoltat tot mai mult ideea creeării roboților entuziasmați și a unei companii de roboți animatronici.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 America 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 și 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 ați simțit greutatea singurătății atunci când vă petreceți viața într-un adăpost, așteptând sfârșitul, vizitat rar sau deloc de familie, nu știți ce înseamnă 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 creatorii 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 într-un fel, așa cum o fac cu animalele de companie. Cu toate acestea,Paro rămâne un robot terapeutic cu un rol important în viața unor pacienți cu tulburări 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[7]:

funcția de interacțiune asupra mediu prin intermediul unor elemente fizice, de obicei mecanice, numite efectoare, cum ar fi cleștii cu care pot realiza diferite operații(manevrarea, ridicarea, sudarea etc); funcția percepției, în sensul colectării informațiilor 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 deciziilor 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". Autorul rămâne renumit pentru un set de reguli de etică centrate pe robot și reguli inteligente, numite Cele 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 1constă în: un robot nu are voie să facă rău unei ființe umane sau să nu intervină,pentru a permite unui om să fie rănit. Legea 2 ne aratăcă: 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 un 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 celelalte legi se modifică, Legea 0 fiind o lege importantă [8].

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 diversitatea 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 caracter antropoid, fiind alcătuită dintr-un corp fix (piedestal) pe care se dispune brațul.În unele cazuri, piedestalul poate fi mobil și este echipat cu roți.Sistemul de acționare produce energie mecanică cu ajutorul motoarelor electrice, hidraulice sau pneumatice, 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 sistemului 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.

Fig 1.3

Sistemul mecanic asigură faptul că robotul poate efectua multe mișcări necesare pentru a acționa asupra 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 structură unitară care acționează asupra interdependențelor și interconexiunilor.Comportamentul structurii mecanice poate fi determinat prin modelarea matematică.

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 condiții controlate.Toate elementele de transmisie și/sau cutiile cu trepte de viteză influențează mișcările fiecărei articulații și definesc comportamentul dinamic al robotului.

Blocul de prelucrare a datelor preluate de la senzori determină tipul 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 unui sistem robotic este prin precizarea următoarelor componente:

Sistemul mecanic și electric(partea Hardware):

brațul robotului

motoarele și componentele acestora

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 principale.

Un robot poate avea alte articulații, până la 5 sau 6. Numărul de articulații este egal cu numărul de grade de libertate al robotului. Elementele mecanice și îmbinările robotului 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 putea 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 compensată greutatea proprie a robotului pentru a manipula obiecte sau unelte cu efectorul final.

Robotul funcționează cu motoare electrice, pneumatice și hidraulice.În general, motoarele 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 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 mecanice 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 structurii mecanice nu sunt considerate informații 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 comunicare 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 tipul de robot industrial utilizat [9].

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 elementului 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 prezentată în figura 2.1

Energie primară

Energie mecanică

Fig 2.1

Cele mai importante și cele mai utilizate două tipuri de sisteme de acționare sunt cele electrice și cele hidraulice. O mulțime de roboți industrialise bazează pe sistemele hidraulice de acționare cu ajutorulcărora sunt puse în evidență caracteristicilor speciale pe care le oferă aceste sistemecu privire la raportul dintre forța exercitată de către dispozitivul motor și greutatea acestuia.

O arie largă de utilizare este întâlnită și laacționarile 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 roboțiicu viteză mare saucu 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 asocieri cu mișcărirotative, 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 mareși 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 fațăde acționarea hidraulică, acționarea electrică are în asamblu o zonă destul de mare de utilizare pentru roboți datorită unor avantaje principale,acestea fiind:

sursa primarăde 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 fi asigurată (prin utilizarea unuei baterii/acumulator);

nu sunt puse probleme specifice de poluare prin pierderi de ulei;

Funcționarea cu motoare de curent continuu areun avantaj important că impulsurile de controlnu țin cont de poziția și viteza motorului.

Dacă câmpul de excitație este produscu 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,acestea fac referință,de exemplu,vla eliminareaînfășurării de 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 electricedatorită facilitaților pe care le redă 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 acestor 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 robotului). Fiecare cuplă cinematică (de rotație sau de translație) a robotului are propriul sistem de acționare.

Un astfel de sistem de acționare poate conține următoarele elemente: 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 ststorul 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.

Fig. 2.2

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 tensiunea 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 poate 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 este folosit mai deloc în sistemele de acționare în general și în special la roboți).

Funcționarea tranzitorie a motorului este obținută imediat din figura 2.2.

(2.12)

iar cuplul electromagnetic dzvoltat de motor va fi:

(2.13)

unde Jreprezintă 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 șiMs 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 frecareMf și prin neglijarea cuplului de sarcină Ms rezultă raportulîntre viteză și tensiune (funcția de transfer corespunzătoare):

(2.18)

sau

(2.19)

unde

;  ;          (2.20)

Dacă kf este privit ca fiind suficient de mic încât să poată fi neglijat, funcția de transfer (2.19) poate fi :

(2.21)

Atunci τe se definește ca fiind constanta de timp electrică iarτmconstanta de timp electro-mecanică, care este egală cu

(2.22)

Fig. 2.3

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 aratăadaptarea preferențială a vitezei prin reglarea tensiunii de alimentare.

Verificarea/reglareaîn 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 motoor 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 eficientăși 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 modificării/reglării tensiunii de ieșire. Astfel că există redresoare necomandate (pentru care tensiunea de ieșire

De asemenea, după numărul de alternanțe redesate există 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 este simplă.

Pentru alimentarea motorului de curent continuu se folosesc redresoare 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 prezentată în figura 2.4.

Fig 2.4

Astfel că, realizarea controlului turațieieste 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 us, intră în conducție cele două tiristoare opuse ale punții. De exemplu, într-un semialternanță, tiristoarele Th2 și Th3 conduc (linia neîntreruptă), iar în cealaltă semialternanță grupul format din tiristoarele Th1, Th4 (linia punctată).

Controlul valorii curentului redresat (ca de altfel și al tensiunii de ieșire din redresor) se obține prin controlul unghiului de aprindere/deschidere/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 indusului motorului. Redresoarele trifazate în punte, sunt circuitele 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.

Fig. 2.5

Fig. 2.6

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 unipolare). 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 Ti.

Fig. 2.7

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.

(2.23)

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:

(2.24)

Această relație arată două moduri de a ține sub control componenta continuă:

prin stabilirea intervalului de timp al impulsului Ti 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 Ti.

În acest fel se poate inpunefuncționarea motorului într-un singur mod, regimul de motor. O variantă îmbunătățită poate fi dată de motorul care funcționează în două regimuri într-o perioadă de lucru, funcționarea în regim de motorprecum 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). În primul mod (regimul de motor),intră în conducție elementul semiconductor asociatcomutatorului CS1, iar dioda D1 având funcția de eliminare a tensiunii autoinduse.

Fig.2.8

Regimul de frânăconduce la blocarea comutatorului CS1 și la intrarea în conducție a comutatorului CS2prin imtermediul căruia se scurtcircuitează înfășurarea indusului motorului.

Atunci când se deschide CS2, tensiunea electrică autoindusă în înfășurarea motorului duce la forțarea întrării în conducție a diodei D2direcționând 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.

Motorul pas cu pas

Aceste motoare sunt denumite în literatura engleză “step-by-step sau stepper” 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 realizeazăconversia directă a semnalului de intrare de comandă, într-o mișcareunghiulară 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.

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 cestora este mare.

Modul de funcționare al unui motor pas cu pas și elementele componente sunt prezentate în figura 2.9.

Fig. 2.9

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 tehnicănet superioară este dată de motoarele “stepper” cu reluctanță variabilă. Din punct de vedere al realizării fizice, aceste motoare au un rotor pasiv (nu are prevăzute înfășurări), dar aretăieturi/crestăturidistribuite uniform pe suprafața/conturul 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 rotorului’’.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 clasificateîn: motoare cu o singură structură/grupstator/rotor și motoare cu mai multe structuri/grupuristator/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 = [(NS – NR) / (NS x NR)] x 360ș

înlocuind se obține:

p = [(8 – 6) / (8 x 6)] x 360ș = 360ș / 24 = 15ș

Fig. 2.10

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

După cum a fost prezentat mișcarea motorului pas cu pas se obține prin cumularea 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 potobserva diagramele de comandă, pentru cele 3 variante de comandî 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 dublă, pentru care sunt alimentatetot 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

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.

Fig. 2.13

2.3 Sisteme de actionare hidraulice

Sistemele de acționare hidraulică realizează conversia din energia unui fluid (care este incompresibil) în energie mecanică necesară mișcării/deplasării unor elemente. Cu ajutorul acestor sisteme de acționare se pot realiza atât mișcări liniare cât și rotative.Mișcările rotative sunt realizate cu ajutorulservomotoarelorhidraulice 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).

Fig. 2.14.

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 hidraulic cu acțiune unilaterală: 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.

În figura 2.16 este prezentat un cilindru hidraulic cu acțiune bilaterală [xx], 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

După cum se observă în figura de mai sus, cilindrul hidraulic are în componență, pe lângă cele două orificii Ași B (pentru alimentarea și evacuarea cu ulei hodraulic) 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

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 P1, 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 P1, care va rezulta din următoarea relație:

P1*A1=P2*A2,

de unde rezultă că:

P2 = (A1/A2) * P1

adică, cu cât secțiunea A2 este mai mică decât secțiunea A1, cu atât presiunea P2 este mai mare decât presiunea P1.

Fig. 2.18

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 (distribuitoare) 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 la bazin), ca în figura 2.19 [13].

Fig.2.19.

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/direcție, 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 deplasare) se face conectând, în paralel cu supapa de sens, un alt element hidraulic, un drosel.

Fig 2.20

Dacă se face o analiza a sistemelor de acționare hidraulică cu ajutorul cărora se pot poziționa elementele roboților se poate indica o pondere de peste 50% în favoarea acționărilorhidraulice.

Această largă utilizare este datorată câtorva factori dintre 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 decât 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 tipuri 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 bazeazăacționările 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 considerat 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 servomotoarelor rotative pneumatice. Mișcările de translație ale elementelor unui robot pot fi de asemenea asigurate 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 suprasarcini 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 foarte 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 nimic’ (de exemplu de tipul închis / deschis), nefiind nevoie de stări intermediare.

Sistemele de acționare pneumatică au ân principiu aceleași elemente componente (de distribuție, reglare etc) ca și cele hidraulice. Diferențele constau ân prezența elementelor de pregătire și prparare al aerului comprimat.

Capitolul III

Sisteme senzoriale folosite la robot

Un robot trebuie să producă un număr mare de mișcări în conformitate cu sarcinile tehnologice impuse în diferite condiții de mediu sau în mediul de operare și să modifice caracteristicile sale funcționale în mod corespunzător cu modificările factorilor interni și externi. Întotdeauna un sistem trebuie să fie auto-adaptiv, să aibă abilitatea de a schimba legile de mișcare care corespund schimbărilor din mediul înconjurător, sarcina este de a introduce dispozitive speciale,senzori care furnizează informații primare prin îmbunătățirea caracteristicilor și parametrilor mediului de operare în orice sistem de management al roboților.

Asamblarea acestor dispozitive și echipamente care oferă robotului o imagine a unei lumi exterioare în evoluție care îi permite să efectueze un comportament normal asupra oricărei schimbări interne sau externe formează sistemul senzorial al robotului.

Complexitatea oricărui echipament senzorial este strâns legată de funcția tehnologică care trebuie efectuată. Sistemul senzorial poate furniza informații despre parametrii robotului (mișcare, viteză, accelerație) sau poate defini caracterul obiectelor din vecinătatea spațiului de operare. O primă clasificare se referă la sisteme pentru identificarea parametrilor interni și identificarea celor externi ca punct de plecare într-o scurtă prezentare a sistemului senzorial. Senzorii utilizați pentru echiparea manipulatorilor și robotilor trebuie să aibă caracteristici statice liniare și caracteristici dinamice stabile, viteză ridicată de răspuns, reproductibile.În cel mai general caz, clasificarea ținând cont de locul de extragere a informațiilor și de funcția efectuată este următoarea.

Clasificarea senzorilor utilizați în robotică:

senzorii deliberați oferă date despre diferitele componente ale robotului (poziție, orientare, înfășurare articulată) senzorii externi colectează date despre elementele din afara robotului

Funcțiile de distanță de la care se colectează informațiile sunt următoarea clasificare: senzori de contact utilizați pentru a măsura presiunile dintre obiect și dispozitivul de prehensiune,alunecând obiectul împotriva dispozitivului de prehensiune, respectiv pentru a determina proprietățile fizice ale obiectului senzori de proximitate optici, pneumatici, de proximitate electromagnetică care furnizează informații fără contact fizic cu obiectul senzori ultrasonici de sunet sau camere video, utilizați de roboți de mișcare pentru planificarea acțiunilor

Conform proprietăților obiectelor pe care le distingem în mod clar: senzori pentru determinarea formelor geometrice și a dimensiunilor senzori pentru determinarea proprietăților fizice ale obiectelor (efort, cuplu, densitate de presiune, debit) senzori pentru determinarea proprietăților fizice ale obiectelor (concentrație, compoziție, analiză chimică);

În ceea ce privește construcția: senzori activi (transmițător și receptor) senzori pasivi (numai receptivi)

Din punct de vedere constructiv: senzori analogi senzori numerici

Senzorii interni, informațiile privind poziția, viteza și accelerația sunt obținute prin sisteme de măsurare specifice, desemnate în prezent ca poziționeri, flexibilitate, frecvență de vibrații, forțe de mișcare interne. Senzorii de poziție, acești traductori transformă o deplasare a pieselor în mișcare într-un semnal electric compatibil cu procesarea numerică ulterioară. Senzorii de viteză, cunoașterea vitezei unui robot este un factor extrem de important în construirea unei legi de conducere adecvate. Măsurarea vitezei se obține din variațiile distanței, poziției, măsurate pe o perioadă egală de timp. Astfel, măsurarea vitezei este obținută prin măsurarea poziției. Sunt utilizate în prezent două metode de calcul al vitezelor, ambele derivate din măsurarea poziției incrementale, masa pulsului reprezentând cozile de deplasare deplasate într-un interval de timp dat sau măsurarea timpului necesar pentru obținerea unui impuls de poziție.

Tipurile de senzori de viteză pot include: senzori cu elemente fotoelectrice senzori cu reluctanță variabilă senzori cu elemente sensibile inductive senzori cu elemente sensibile magnetice

Senzorii de tensiune din acest tip de senzori pot fi capturați în clasificarea abordării și în senzorii de măsurare a parametrilor externi, cuantificând forțele și momentele exercitate în zonele de contact. Este posibil să se menționeze senzori cu semnale tensiometrice a căror principiu de funcționare se bazează pe efectul tensio-respirator al modificării rezistenței unui conductor supus întinderii sau compresiei. Senzorii externi, nevoia de adaptare a robotului la mediul extern necesită dezvoltarea unui sistem senzorial care să furnizeze informații de mediu. Senzorii tactili furnizează robotului capacitatea de a obține informații despre proprietățile geometrice ale corpurilor. Ideea cuantifică forțele sau momentele exercitate de zonele de contact. Senzorii de proximitate sunt concepuți pentru a detecta existența și caracteristicile obiectelor din afara robotului într-o zonă în apropierea acestuia. Senzorii inductivi de proximitate includ un senzor LC de înaltă precizie, un detector de circuite magnetice și un amplificator. Senzorii cu fibră optică cuprind un circuit de transmițător și un circuit de modulare și recepție, fasciculele optice și receptoare fiind ghidate de două fibre optice optice distanțate și înclinate la un unghi pentru a permite detectarea obiectelor. Senzorii de la distanță efectuează sarcini specifice, uneori chiar și cunoștințe aprofundate asupra mediului, astfel încât roboții doresc o completare a sistemului senzorial și a senzorilor îndepărtați. Senzorii optici sunt proiectați să măsoare timpul când lumina se deplasează la distanță între un emițător și un receptor.

Sistemul sensorial al robotiilor,sistemele de control al robotului bazate pe senzori pot depăși multe dificultăți cu modele care au parametri variați și condiții de mediu necunoscute, ceea ce le-ar limita domeniul de alianță. În prezent, există un interes deosebit pentru creșterea inteligenței robotului prin utilizarea mai multor senzori, în special a sistemelor de integrare senzorială sau de fuziune. Senzori de efort,de fapt, acest tip de senzori pot fi capturați în clasificarea aderentă și în cadrul senzorilor pentru a măsura parametrii externi care determină forțele și momentele de exercițiu în zonele de contact. Este posibil să menționăm senzori cu semnale tensiometrice a căror principiu de funcționare se bazează pe efectul efectului rezistiv al unui conductor supus întinderii sau compresiei. Senzorii vizuali sunt de fapt unul dintre cele mai complexe elemente ale sistemului senzorial, luând în considerare lanțul de procesare a informațiilor conectat la senzor. În general, acești senzori pot fi împărțiți în două categorii: active și active. Distribuția depinde de sursa de iluminare, senzorii din această din urmă categorie au această sursă ca parte integrantă. Putem exemplifica camerele, în timp ce scanerele laser fac parte din cel de-al doilea. Camerele Vidio cu vidicon au dezavantajul unei imagini care nu are o dimensiune pătrată, iar unele etape sunt necesare în tratamentul aplicațiilor constând în măsurători,de asemenea, nu poate oferi rezoluții constante și timp constant în prelucrarea cadrelor de imagini pentru toate aplicațiile. Un alt dezavantaj va fi răspunsul neliniar al tubului vidicon la variația intensității luminii.Cerințele senzoriale tipice pentru roboții mobili, în cazul acestor roboți autonomi, interesul este localizat pentru senzorii de navigație și ghidare. Tipurile de senzori utilizate vor fi în concordanță cu metodele de orientare selectate.

Există două principii de bază implementate în gestionarea roboților mobile:

determinarea poziției robotului mobil este relativă la unele puncte externe fixe. poziționarea și orientarea robotului mobil sunt determinate utilizând un sistem de senzori montat independent de robot.

Senzorii de lungă distanță, îndeplinesc sarcini specifice, uneori necesită o cunoaștere aprofundată a mediului, astfel încât roboții să completeze sistemul de senzori și senzorii de la distanță.

Senzorii ultrasunei, capabili să propageze obiecte rectilinie la mediul înconjurător, au condus la construirea unui senzor care le folosește de la un emițător care generează un semnal electric, transformat într-un semnal acustic de către un traductor electrostatic și primit, după reflexie, de către obstacol.

Dotarea cu roboți seriali și paraleli pentru un astfel de robot, dacă ne-am limita la a avea senzori de tip incremental în articulații, efectorul ar urma o traiectorie din spațiul de lucru fără a avea nici o reacție utilizată în control. Această situație ar impune limite severe asupra sarcinilor pe care le-ar putea realiza și ar crește prețul elementelor seismice fixate la exterior pentru localizarea obiectelor. Deci, cu ajutorul senzorilor adecvați, roboții pot avea un "comportament adaptiv", sistemele multisenzor care au succes astăzi. Senzorii de proximitate inductivi, un astfel de senzor cuprinde un oscilator LC de înaltă frecvență (1-5MHz), un detector de circuit cu declanșator magnetic Schmidt și un amplificator, circuitul magnetic al oscilatorului fiind deschis. Dacă o piesă de metal intră în câmpul creat de oscilator, curentul turbionar apare în cale, datorită energiei disipate a câmpului electromagnetic al oscilatorului, amplitudinea oscilațiilor scade, acest lucru fiind sesizat de celelalte component. Senzori de proximitate capacitivi, acest tip de senzori este utilizat pentru a se referi la apropierea de obiecte non-feromagnetice.

În prezența obiectelor neferomagnetice, abilitatea unui circuit oscilant de a schimba oscilația se oprește, aceasta fiind notată. Senzori cu ghidaj optic tangențial, folosiți pentru ghidarea luminii un strat transparent (acrilat, sticlă) care este încorporat într-un material elastic (cauciuc, silicon). Lumina reflectată de materialul elastic este confiscată de o rețea de elemente fotosensibile care sunt dispuse pe suprafață reflexie opusă. Reflexia va fi sub un unghi diferit de cel normal când apare o presiune externă.[14]

Capitolul IV

Prezentarea robotului mini SUMO

4.1. Introducere

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 regulile 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 cum sunt definite în continuare [15].

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 afară 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. Frecvența de comunicație se alege diferit pentru a nu influența robotul adversar. Nu se folosește comntrol autonom de niciun fel pe roboți, mișcările acestora sunt realizate prin comenzile date de către operatori prin teleoperare. Comanda de pornire, începere a luptei, este dată de către un oficial/organizator.

Controlul prin rețea se face prin intermediul comunicațiilor Wi-Fi, operatorii dănd comenzi manual de la un calculator prin intermediul unui router. Nu se folosește comntrol autonom de niciun fel pe roboți, mișcările acestora sunt realizate prin comenzile date de către operatori prin teleoperare.

Cei doi roboți adversari 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.

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 persoanei 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 substanțe 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 incendiere sau alte dispozitive) [16].

4.2. Elementele componente ale unui robot mini 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 modulare 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 robotul 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 șidin 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.

Fig. 4.3.

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

Fig. 4.4

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 șenile prezentat în figura 4.5 [4].

Fig4.5

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.

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 infraroșii sau cu ajutorul senzorilor 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 [18].

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), polarizați/conectați ca în figura 4.7 [19]. Acești senzori detectează diferența dintre ringul care este negru și marginea ringului care este albă.

Fig 4.7

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 corespunzătoare. 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 motorul cu viteza de rotație mare care și care realizează un cuplu mare. Numai că, pentru a genera unn cuplu mare, un motor electric „absoarbe” un curent mare (plus că ar avea dimensiuni și greutate mare). Astfel că se face un compromis între cei doi parametri. 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 rapid în poziția de „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 [20]:

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.

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 [21]: tensiunea de operare: pana la 40V

curentul 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 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: [22]

conține un microcontroler ATmega328p tensiunea de funcționare: 5 V tensiunea de intrare/alimentare (recomandat): 8-12 V intrări/ieșiri disponibile: 14 (dintre care 6 ieșiri PWM) intrări analogice: 8 conector conexiune: mini USB curent absorbit pe intrări/ieșiri: 40 mA memorie FLASH: 32 KB (ATmega328p) frecventa de lucru: 16 MHz dimensiunile 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.

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 adversarși 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 acesta 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

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 înapoi 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 alimentarea robotului mini SUMO se folosesc baterii sau și mai convenabil acumulatori. [23]

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 obținut 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 joc și apoi depistarea adversarului și scoaterea acestuia în exteriorul terenului/ringului.

Bibliografie

Istoria Robotilor

https://ro.wikipedia.org/wiki/Robot-roboti

https://en.wikipedia.org/wiki/Robot-sumo

https://ro.wikipedia.org/wiki/Sophia_(robot)#cite_ref-cnbc_1-0

Viaţa noastră cu roboţii

http://www.lr21.com.uy/wp-content/uploads/2016/01/foca-bebe-nuka.jpg

http://www.creeaza.com/tehnologie/tehnica-mecanica/Functiile-si-structura-robotul956.php

http://www.cursuri.flexform.ro/courses/L2/document/Cluj-Napoca/grupa5/Pop_Silvia_Florina/site/Legile%20roboticii.html

http://www.creeaza.com/tehnologie/tehnica-mecanica/Functiile-si-structura-robotul956.php

http://www.scritub.com/tehnica-mecanica/Roboti-Industriali-SISTEME-DE-95268.php

http://iota.ee.tuiasi.ro/~mpobor/doc/Cursuri/RICurs4.pdf

http://www.termo.utcluj.ro/ahp/ahp.pdf

http://www.creeaza.com/tehnologie/constructii/instalatii/DISTRIBUITOARE-HIDRAULICE841.php

http://robogames.net/rules/all-sumo.php

https://robotec.ligaac.ro/MiniSumo

http://www-ee.ccny.cuny.edu/www/web/jxiao/PDR_Slides.pdf

https://www.optimusdigital.ro/ro/robotica-kit-uri-de-roboti/1019-asiu-de-robot-zumo-fara-motoare.html

https://en.wikipedia.org/wiki/Robot-sumo

https://www.robofun.ro/docs/Curs%20Senzori%20Sharp.pdf

http://cs.curs.pub.ro/wiki/pm/prj2010/pgp/sumorobot

https://www.robofun.ro/producator-pololu/30-1-micro-metal-gearmotor-hpcb

https://ardushop.ro/ro/electronice/84-l298n-punte-h-dubla-dual-h-bridge-motor-dcsteppe.html

https://elinux.org/images/6/61/Sumo_Robot_Presentation.pdf

Anexă

În continuare voi prezenta conținutul acesti lucrări:

Coperta lucrării de licență

Prima pagină a lucrării de licență

Cuprins

Rezumatul lucrării

Lista figurilor și tabelelor sunt în număr de:32 figurii; 1 tabel.