STUDII REFERITOARE LA FENOMENELE COMBUSTIEI DATORATE INCENDIILOR ȘI LA PREVENIREA ȘI STINGEREA ACESTORA [309987]
[anonimizat] a intervenit, [anonimizat]. Pe acest parcurs viața și bunurile i-[anonimizat], [anonimizat], atacurilor năvălitorilor sau incendiilor produse de neglijența locuitorilor. Acestea s-[anonimizat], dezvoltarea comunităților umane dar și prin poluarea mediului datorită creșterii concentrației gazelor cu efect de seră în atmosferă. [anonimizat], generatoare de situații de urgență.
[anonimizat] „dezastru” și „situații de urgență” [anonimizat]. [anonimizat]. Odată cu diversificarea acestora s-[anonimizat], dimensiunea, viteza de debut cât și necesitatea de asigurare a unui răspuns.
[anonimizat], [anonimizat], [anonimizat], [anonimizat].
[anonimizat]. Tipurile de risc sunt „cazuri de forță majoră” [anonimizat], inundații, accidente, explozii, avarii, [anonimizat], [anonimizat], [anonimizat], tornade, avalanșe, [anonimizat], [anonimizat] „ordinea publică” și „siguranța națională” ori au „caracter militar”.
Clasificarea tipurilor de risc.
Din studiile și cercetările de specialitate existente nu a rezultat o clasificare unitară la nivel modial a tipurilor de risc. Acestea diferă de la o [anonimizat], [anonimizat], populația, [anonimizat], infrastructura și de specificul zonal.
O clasificare a principalelor tipuri de risc generatoare de situații de urgență identificate la nivel mondial se regăsește în Anexa 1.
Factorii de risc.
[anonimizat]-un ,,fenomen, [anonimizat], care pot determina sau favoriza producerea unor tipuri de risc”. [anonimizat]izați pentru fiecare tip de risc generator de situații de urgență.
Pentru producerea evenimentului excepțional este necesară reunirea și interacționarea în același loc, a cel puțin doi sau mai multor factori de risc.
Cel mai cunoscut risc generator de situații de urgență este incendiul.
Acesta este caracterizat prin frecvență, complexitate și consecințe.
De exemplu, pentru producerea unui incendiu acționează următorii factori de risc determinanți:
combustibilitatea și periculozitatea materialelor și substantelor;
densitatea sarcinii termice de incendiu;
sursele de aprindere;
împrejurarile determinante.
Situațiile de urgență și preocupările internaționale privind reducerea riscului de producere a dezastrelor
Ca urmare a creșterii frecvenței și complexității situațiilor de urgență, a apărut necesitatea dezvoltării unor politici de cooperare la nivel global pentru reducerea riscului de producere a dezastrelor și a efectelor negative ale acestora.
Un rol deosebit de important îl are Organizația Națiunilor Unite (ONU). În acest sens a elaborat Strategia Internațională pentru Reducerea Dezastrelor (UNISDR). Strategia are patru obiective principale:
creșterea conștiinței publice față de problematica riscului și a dezastrelor naturale;
obținerea angajamentelor autorităților publice de a reduce riscurile;
angajarea publicului în activități ce vizează crearea de comunități rezistente și adaptabile la dezastre;
reducerea pierderilor economice și sociale determinate de dezastre naturale sau antropice.
De asemenea, ONU a stabilit un nou program de dezvoltare prin care fiecare națiune poate utiliza tehnologa spațială existentă (sateliți meteorologici, sateliți pentru observarea pământului, sateliți de comunicare și sateliți de navigație) în furnizarea de informații exacte și timpurii, considerate utile în sprijinul managementului dezastrelor. Acest program asigură tuturor tărilor și organizațiilor internaționale și regionale accesul cât și posibilitatea de a-și dezvolta capacitatea de utilizare a tuturor tipurilor de informații spațiale pentru a sprijini pe deplin ciclul de gestionare a dezastrelor și vizează trei obiective principale:
să fie o poartă de acces la informații spațiale pentru sprijinul gestionării dezastrelor;
să servească ca o punte pentru a conecta comunitățile de gestionare a dezastrelor și a comunităților spațiale;
să fie un facilitator pentru consolidarea capacităților și consolidarea instituțională.
În acest sens primul acord global destinat să facă față schimbărilor climatice este cunoscut drept „Cadrul de Acțiune Hyogo”.
Acesta a stabilt un sistem unic de cooperare și coordonare, elaborând principiile directoare, sectoarele vulnerabile, parteneri implicați (guverne, agenții internationale, experți în dezastre etc.) și mijloacele practice de dezvoltare a rezistenței națiunilor și a comunităților în vederea reducerii pierderilor de vieți și de bunuri și protejarea mediului în caz de dezastre.
Pentru evaluarea și conștientizarea riscului schimbărilor climatice provocate de omenire, impactele și opțiunile potențiale pentru adaptare și reducere a acestora, Organizația Meteorologică Mondială (WMO) și Programul Națiunilor Unite pentru Mediu (UNEP) au instituit în 1988 Grupul interguvernamental de experți asupra schimbării climatice (IPCC), care își desfășoară sctivitatea prin intermediul a trei grupuri de lucru specializate:
Grupul I, evaluează aspectele științifice ale sistemului climatic și schimbării climatice;
Grupul II, evaluează vulnerabilitatea sistemelor socio-economice și naturale la schimbarea climei, consecințele negative și pozitive ale schimbării climei, și opțiuni de adaptare la schimbarea climei.
Grupul III, evaluează opțiunile de limitare a emisiilor de gaze de seră și de diminuare a schimbării climei.
În anul 2014, Grupul a emis două rapoarte foarte importante, unul al Grupului de lucru II, în 31 martie în Japonia și unul al al Grupului de lucru III, în 13 aprilie în Germania, concluziile fiind următoarele:
emisiile globale de gaze cu efect de seră au crescut la niveluri fără precedent, în ciuda unui număr tot mai mare de politici de reducere a schimbărilor climatice, emisiile au crescut mai rapid între anii 2000-2010 decât în fiecare din cele trei decenii anterioare;
schimbările climatice sunt reale iar efectele acestora, apar pe toate continentele;
temperatura combinată a atmosferei și a apei oceanelor a crescut, la nivel global, cu 0,68[0C], fiind considerat cel mai cald an din istoria omenirii;
lumea, în multe cazuri, este prost pregătită pentru riscurile provocate de schimbările climatice;
dezastrele afectează cel mai mult țările în curs de dezvoltare, deoarece acestea sunt cele mai vulnerabile și au cea mai redusă capacitate de a se confrunta cu astfel de situații.
În Fig. 1-1, Fig. 1-2, Fig. 1-3 și Fig. 1-4 sunt prezentate rezultatele unor studii și cercetări referitoare la numărul, procentul, tipurile de risc generatoare de situații de urgență și distribuția situațiilor de urgență produse în perioada 1980- 2014.
Potrivit UNISDR țările cu cel mai mare risc de mortalitate, respectiv de categorie 9, sunt Bangladesh, China, Columbia, India, Indonezia și Myanmar.
România este unul dintre statele care prezintă un risc foarte ridicat de producere a unor dezastre naturale, pe același loc cu Afganistanul, Guatemala, Iranul, Pakistanul, Peru, Filipine și Uzbekistan. La polul opus, cu un risc de categorie 1, considerat neglijabil, se află teritorii precum Groenlanda și insulele Wallis și Futuna.
Uniunea Europeană (UE) s-a alăturat acestei politici internaționale prin măsuri și acțiuni concrete, eficace și corespunzătoare, potrivit responsabilităților lor comune, dar diferențiate în funcție de capacitatea și situația lor socială și economică. Astfel, în martie 2008, a doptat o Comunicare„COM/2008/130/ FINALCS/2008/7562IP/2008/385BULLETIN/2008/3/1.23.8 JO C/2008/202/17 130” privind consolidarea capacității de răspuns a Uniunii în caz de catastrofe, care cuprinde toate etapele dezastrelor (prevenire, pregătire, răspuns imediat, recuperare), toate tipurile de dezastre (în interiorul sau în exteriorul UE, naturale sau provocate de om) și toate instrumentele UE, precum și coordonarea interinstituțională. Comunicarea a inclus și o anexă specifică privind incendiile forestiere.
Aderarea României la Alianța Nord-Atlantică (NATO) și la UE, cât și riscul foarte ridicat de producere a unor dezastre natural, a constituit începutul unui amplu și complex proces de transformări și reforme, politico-economice și sociale, în domeniul managementului situațiilor de urgență.
Astfel, pentru asigurea și apărarea în mod unitar și profesionist a vieții și sănătății populației, a mediului înconjurător, a valorilor materiale și culturale importante și restabilirea rapidă a stării de normalitate, în anul 2004, s-a înființat Sistemul Național de Management al Situațiilor de Urgență Anexa 2.
De asemenea în Anexa 3, se prezintă impactul activităților de prevenire și gestionare a situațiilor de urgență din România.
Concluzii
reducerea riscului la dezastre și a situațiilor de urgență [], este o parte integrantă a politicilor și strategiilor de cooperare, dezvoltare durabilă, securitate și stabilitate la toate nivelurile și în toate domeniile de interes;
riscurile generatoare de situații de urgență diferă de la o zonă la alta, în funcție de amplasarea geografică și relief, caracteristicile climatice, rețeaua hidrografică, populația, căile de transport, dezvoltarea economică, infrastructura și specificul zonal;
vulnerabilitatea globală în fața dezastrelor naturale crește pe măsură ce impactul schimbărilor climatice și procesele de degradare ale solului se accentuează, toate acestea pe fondul unei creșteri rapide a populației;
situațiile de urgență provocă perturbări masive la nivelul societății și suprasolicită sistemele economice naționale;
pierderi considerabile de vieți omenești și de proprietăți pot fi evitate printr-o mai bună informare a populației cu privire la riscul și debutul dezastrelor, printr-o evaluare detaliată a riscurilor, o avertizare timpurie precum și prin monitorizarea dezastrelor;
pe cât a crescut fondul alocării de resurse materiale și umane pentru prevenirea și reducerea efectelor dezastrelor, pe atât dezvoltarea societății umane reprezintă un factor favorizant pentru declanșarea unor dezastre;
riscul de incendiu rămâne un risc special prin frecvență, complexitate și consecinte fapt studiat și prezentat ca atare.
Studii și cercetări referitoare la fenomenele arderii datorate incendiilor, prevenirea și stingerea acestora.
Incendiul un risc generator de situații de urgență [] special prin frecvență, complexitate și consecințe, care produce pierderi de vieți omenești și/sau pagube materiale.
Până în anii 1990, fenomenul de incendiu a fost considerat simplist, fiind studiat numai din punctul de vedere practic al pompierilor, pentru organizarea intervenției și al consecințelor imediate. Prevenirea și stingeriea incendiilor era bazată explicit pe principiile ingineriei. Specialiștii se bazau pe câteva cerințe minimale, care de foarte multe ori nu erau colerate cu elementele sistemului de siguranță la foc și nu furnizau date suficiente pentru evaluarea securității la incendiu.
De aceea, cercetările referitoare la fenomenul de incendiu au căpătat o importanță deosebită atât la nivel guvernamental cât și la nivelul oamenilor de știință (Anexa 4), fiind orientate în direcția reformării reglementărilor vizând incendiul, către o strategie a securității la incendiu bazată pe ultimele studii și cercetări din toate domeniile de interes.
Arderea.
Fenomenul fizic al arderii
Arderea este o reacție chimică exotermică rapidă, în faza de gaz, desfășurată prin lanțuri de radicali, ioni ș.a., în stare neutră sau de excitație electronică. Modelul fizic al arderii este prezentat în Fig. 1-5.
Fenomenul de ardere este posibil numai dacă se întrunesc simultan, în timp și spațiu, următoarele condiții:
existența materialului combustibil;
prezența substanțelor care întrețin arderea (oxigenul din aer sau substanțe care pot ceda oxigen);
sursă de aprindere cu energie capabilă să realizeze condițiile de aprindere.
Marea majoritate a studiilor și cercetărilor au fost orientate spre arderea în instalații tehnice, industriale, artizanale sau de laborator având ca scop obținerea performanțelor optime cu un anumit combustibil, cu un anumit arzător sau cu o anumită instalație sau mașină termică. În aceste cazuri, cei trei factori sunt bine determinați (se cunosc materialele combustibile, caracteristicile fizico-chimice ale acestora, geometria camerelor de ardere, gazo-aero-dinamica fluxurilor de combustibil ș.a.), ceea ce a permis elaborarea unor metode de calcul și proiectare eficiente și obținerea unor date științifice precise care au contribuit la adâncirea cunoștințelor în domeniu.
În cazul fenomenele de ardere întâlnite în timpul incendiilor, cele trei elemente au caracter nedeterminat în timp și spațiu. De aceea fenomenele de ardere întâlnite în timpul incendiilor diferă față de fenomenele arderilor controlate din sistemele tehnice uzuale.
Astfel, inițierea și dezvoltarea incendiului sunt fenomene aleatorii, constând într-o însumare de procese fizice și chimice, care se amplifică și devin complexe pe măsură ce se înaintează în timp, astfel încât nu este posibilă descrierea lor printr-o simplă schemă funcțională. Inițierea și dezvoltarea incendiului sunt influențate de proprietățile fizico chimice, cantitatea și sortimentul substanțelor și materialelor combustibile, starea lor de agregare, natura și complexitatea proceselor tehnologice și de o multitudine de factori interni și externi cu evoluție aleatorie, ca de exemplu: temperatura și umiditatea mediului ambiant, viteza și direcțiile de deplasare a curenților de aer interiori, suprafața materialelor combustibile, suprafața și modul de dispunere a golurilor din pereți și plafoane, înălțimea și configurația geometrică a încăperilor și a clădirii în ansamblu, direcțiile dominante de acțiune ale curenților de aer exteriori.
Studiile și cercetările fenomenelor de inițiere și dezvoltare a incendiilor au la bază fenomene de ardere diferite față de cele clasice. De asemenea, prin repetarea experimentărilor nu se obțin aceleași rezultate care să conducă la relații precise.
Fenomenul tehnic al arderii.
Arderea, ca fenomen tehnic asociat unui incendiu, este definită, conform standardului SR- ISO 8421 / 1 -1998, drept reacția exotermă a unei substanțe combustibile cu un comburant, însoțită în general de emisie de flăcări și / sau incandescență și / sau emisie de fum.
În studiul teoretic al incendiilor, se consideră următoarele principii ale arderii:
pentru a avea loc un proces de ardere este necesară prezența unui material combustibil, a comburantului (sau agent de oxidare) și a sursei de aprindere;
materialul combustibil trebuie să fie încălzit până la temperatura de aprindere spontană
(sau aprindere) pentru ca să ardă sau să susțină propagarea flăcării;
arderea ulterioară a combustibilului este determinată de căldura disipată de flăcări către procesul de piroliză sau vaporizarea combustibilului.
Arderea va înceta în următoarele situații:
materialul combustibil este consumat;
concentrația comburantului devine mai mică decât minimul necesar pentru a susține arderea;
pierderile de căldură sunt atât de mari încât nu se mai asigură căldura necesară pentru piroliza în continuare a materialului combustibil.
În timpul unui incendiu are loc arderea unor materiale diverse, de regulă solide. Arderea are loc aproape întotdeauna în fază gazoasă: amestec aer-gaz combustibil, excepție făcând arderea difuzivă în mediu cu deficit de aer.
Concluzii.
Din prezentarea fenomenului fizic și tehnic al arderii rezultă următoarele concluzii:
fenomenele de ardere întâlnite în timpul incendiilor diferă față de fenomenele de ardere controlată;
fenomenelor de inițiere și dezvoltare a incendiilor au la bază fenomene de ardere diferite față de cele clasice;
nu orice ardere se transformă în incendiu.
Incendiul.
Noțiuni despre incendiu.
Incendiul este un proces complex, cu evoluție nedeterminată, incluzând fenomene cum ar fi: reacțiile fizico-chimice pe timpul arderii, formarea flăcării, degajarea și transferul de căldură, degajarea și răspândirea produselor arderii, schimbul de gaze cu incintele alăturate sau mediul înconjurător, transformările structurale produse în materialele de construcție și elementele de rezistență.
Orice incendiu este însoțit de fenomene fizice și chimice cum sunt: reacții chimice pe timpul arderii, degajarea și transferul de căldură, producerea de flăcări, degajarea, separarea și răspândirea produselor arderii, formarea schimbului de gaze, etc. Pe timpul incendiului toate aceste fenomene nu se produc separat, ci sunt strâns legate între ele și se desfășoară pe baza legilor chimiei și fizicii specifice fenomenelor respective.
În studiul teoretic al incendiilor se consideră următoarele principii ale arderii:
procesul arderii este posibil numai dacă se întrunesc simultan în timp și spațiu, următoarele condiții, conform triunghiului arderii prezentat în (Fig. 1-6):
existența materialului combustibil;
prezența substanțelor care întrețin arderea;
sursa de aprindere cu energie capabilă să realizeze temperatura de aprindere.
materialele combustibile trebuie încălzite până la temperatura de aprindere (aprindere spontană);
arderea ulterioară a combustibilului este determinată de căldura disipată de flacără către procesul de piroliză;
arderea continuă până când:
materialul combustibil este consumat;
pierderile de căldură devin mari și nu mai asigură căldura necesară întreținerii procesului de piroliză;
flăcările sunt inhibate chimic sau suficient răcite.
Arderea are loc aproape întotdeauna în fază gazoasă. Combustia fără flacără a materialelor ce rămân în stare solidă în timpul reacției, chiar dacă produsul arderii este parțial sau total un gaz, este o ardere mocnită.
Dacă arderea nu este completă, rezultă fumul (ansamblu vizibil de particule și/sau lichide în suspensie în aer).
După viteza de reacție, între oxigen și combustibil se pot deosebi:
arderi lente;
arderi normale (uniforme);
arderi rapide (explozii, deflagrații).
Fenomenele care se derulează în timpul unui incendiu sunt arderi normale, precedate de arderi lente.
Schema generală a procesului de ardere este prezentată în Fig. 1-7.
Viteza de ardere
Aceasta este o caracteristică cantitativă importantă în descrierea și evoluția unui incendiu, fiind influențată de temperatura la care are loc arderea, de compoziția chimică a substanțelor care ard, de umiditatea acestora, de curenții de aer, de presiunea atmosferică și nu în ultimul rând de raportul dintre suprafața liberă a combustibilului și volumul lui.
Noțiunea de viteză de ardere are un înțeles diferit pentru stările de agregare ale substanțelor care ard:
la gaze, viteza de ardere [] reprezintă cantitatea de gaze care arde în unitatea de timp, fără a ține cont de suprafață;
(1.1)
vvol = viteza volumică de ardere [m3/zi sau m3/h];
V = volumul total al gazului ars [m3];
tard = timpul de ardere [zi sau h];
la lichide, viteza de ardere este liniară, raportându-se la suprafața oglinzii lichidului în stare liniștită și reprezintă grosimea stratului de lichid care arde în unitatea de timp;
(1.2)
v = viteza de ardere [mm/min];
h = grosimea stratului de lichid ars pe timpul incendiului [mm];
tard = timpul de ardere [min];
la solide, viteza de ardere se raportează la masă, însemnând cantitatea de material combustibil ars pe unitatea de suprafață de ardere în unitatea de timp.
Viteza de ardere, la majoritatea substanțelor combustibile, depinde de prezența oxigenului în zona de ardere. Dacă acesta este, în procente de volum, sub 14%, arderea încetează. Acest caz se poate întâlni numai în cazul incendiilor izbucnite în spații închise. La incendiile izbucnite în exterior, viteza de ardere depinde fundamental de viteza vântului, traducându-se prin rapiditatea cu care sunt eliminate produsele rezultate în urma arderii și înlocuite cu noi aporturi de oxigen, necesare continuării procesului.
Evoluția incendiului
Dezvoltarea unui incendiu este un fenomen aleator [], o însumare de procese fizice și chimice, care se amplifică și devin complexe, pe măsură ce se înaintează în timp, astfel încât nu este posibilă descrierea lor printr-o simplă schemă funcțională. S-au utilizat metode matematice (calcul probabilistic, statistică matematică) și aparatură de calcul electronic care au dus la realizarea unor progrese, prin găsirea unui sistem de ecuații care să descrie evoluția unui incendiu în toate momentele.
În definirea unui incendiu intervin 4 elemente:
existența combustibilului și acțiunea unei surse de aprindere;
inițierea și dezvoltarea în spațiu și timp a unei aprinderi și scăparea ei de sub control;
producerea de pierderi materiale în urma arderii;
necesitatea intervenției printr-o acțiune organizată de stingere cu scopul întreruperii și lichidării procesului arderii.
Astfel nu orice ardere constituie un incendiu (Anexa 6).
În dezvoltarea unui incendiu intervin numeroși factori: forma și dimensiunile încăperii, sarcina termică existentă, deschiderile spre exterior, natura materialelor combustibile, locul și
modul de inițiere a incendiului, dispunerea încăperii în clădire. Se cunoaște că nu există două incendii a căror evoluție să fie paralelă.
În baza datelor experimentale, analizându-se variația temperaturilor înregistrate în decursul unor incendii care au avut loc în spații închise, se pot distinge cinci faze (Fig. 1-8):
apariția focarului inițial;
faza de ardere lentă;
faza de ardere activă;
faza de ardere generalizată (după depășirea punctului de “flash – over”);
faza de regresie.
Unii cercetători completează această schemă cu încă două etape (Anexa 5):
faza “între camere” caracterizată prin trecere focului în camerele adiacente camerei focar;
faza “întreaga clădire” , când cea mai mare parte a clădirii este cuprinsă de flăcări.
Propagarea arderii
Focul se propagă de-a lungul suprafeței diferitelor obiecte și structuri arhitectonice, apoi de la un obiect la altul, fie prin transmisia căldurii (radiație, convecție, conducție), fie prin deplasarea substanțelor deja aflate în combustie. Aceste procese nu sunt independente, ci se întrepătrund.
Propagarea arderii depinde de:
compoziția chimică și viteza de ardere a materialului aprins;
temperatura mediului înconjurător;
curenții de aer din atmosferă sau cei care se formează;
cantitatea de materiale combustibile supusă arderii (sarcina termică);
sursa potențială de aprindere;
configurația spațiului respectiv;
obstacolele întâlnite în cale.
Dintre factorii prezentați mai sus un rol hotărâtor îl au: viteza de ardere și alimentarea cu aer. Dintre factorii care influențează viteza de propagare a arderii, pot fi menționați: factorii geometrici, încălzirea prealabilă a materialelor, natura materialelor și mecanismul propagării (în prezent se presupune că fenomenul constă esențial din piroliza materialelor din zonele încă intacte, sub influența căldurii, provenind din flăcările emise de regiunile în combustie).
Transmiterea căldurii prin radiație
În cazul incendiilor, radiația este emisă mai ales în infraroșu, fracția vizibilă fiind redusă. Energia radiantă este absorbită de către corpul pe care ajunge, transformându-se în energie termică, iar restul se reflectă, realizându-se un transfer de căldură prin radiație.
Într-un incendiu pot fi distinse trei tipuri de corpuri radiante: combustibil solid în stare de aprindere, corpuri solide care nu ard dar sunt încălzite prin combustie de altele, și flăcările – prin particulele incandescente pe care le include. Flăcările reducătoare și cele de difuzie, întâlnite des într-un incendiu, conțin numeroase corpuri absorbante și o mare cantitate de particule solide în suspensie, cenușă și mai ales carbon.
O mare importanță o are cunoașterea modului de transmitere a căldurii, pentru o bună protecție a personalului de intervenție și tehnicii de luptă. De asemenea, cunoscându-se posibilitățile de radiație ale flăcării, se poate stabili o distanță de amplasare a obiectivelor, menită să excludă transmiterea flăcării la o clădire sau instalație învecinată.
Transmiterea căldurii prin conducție
Conducția termică este transportul direct al căldurii în interiorul aceluiași corp material, în masa căruia există diferențe de temperatură, sau în corpuri diferite, atunci când între acestea există contact și o diferență de temperatură.
Cunoașterea valorilor conductivității termice folosește pentru estimarea mărimii fenomenului de transfer termic în cazul incendiului, cât și pentru luarea de măsuri de prevenire prin utilizarea unor materiale de izolare termică sau cu propagare lentă a focului.
Transmiterea căldurii prin convecție
Convecția este procesul de transmitere de căldură ce are loc datorită unui fluid în mișcare, care vehiculează energia termică spre zona cu temperatură mai scăzută.
În cazul incendiului, fluidul în mișcare este constituit din aer, gaze, vapori de debitare, precum și rezidurile gazoase ale arderii.
Temperaturi de ardere
Cu cât temperatura de ardere este mai ridicată, cu atât se disipează mai multă căldură în mediul înconjurător și pericolul de dezvoltare a incendiului crește. Pe timpul procesului de oxidare se formează produse de oxidare intermediare instabile, însă foarte active (atomi liberi, radicali, peroxizi, etc.). Peroxizii cedează cu ușurință oxigenul care intră în reacție cu substanțele neoxidate.
Temperatura teoretică de ardere nu trebuie confundată cu temperatura flăcărilor sau a materialelor în stare de incandescență. Temperatura reală de ardere a unei substanțe în condițiile unui incendiu este întotdeauna mai joasă decât cea teoretică, deoarece arderea nu se face complet din cauza lipsei de oxigen din aer și există pierderi de căldură în mediul înconjurător. Temperatura din zona incendiului poate fi determinată prin măsurarea nemijlocită cu ajutorul unor aparate sau
prin calcul analitic cu ajutorul unor relații matematice, prin apreciere după culoarea părților metalice încălzite în diferite zone ale focarului sau ale materialelor nearse topite. Ea variază la majoritatea substanțelor combustibile, în general, între 1700 – 2200 [șC]. În practică însă aceste temperaturi sunt mai scăzute, diminuându-se valoarea lor cu ≈1/3 din cea teoretică.
Temperaturile de ardere pe timpul incendiilor sunt direct influențate de puterea calorică a materialului combustibil care arde, de cantitatea de căldură rămasă în spațiul incendiat, precum și de modul în care se produce arderea – mai mult sau mai puțin completă.
Căldura absorbită de produsele de ardere și de mediul înconjurător determină evoluția temperaturii incendiului. Variațiile de temperatură ridicată fac posibilă o continuare și o propagare a incendiului produs, aducând cu sine pericolul de prăbușire a construcției, constituind în același timp un mare pericol pentru viața oamenilor și creând dificultăți la stingerea incendiului.
În Tabel 1.1 sunt prezentate temperaturile de ardere maxime atinse de câteva materiale combustibile.
Tabel 1.1 – Temperaturi maxime de ardere
Produse de ardere
Produsele de ardere și de descompunere care rezultă pe timpul incendiului sunt, în general, părți componente ale fumului, flăcări și o serie de gaze ca produs de ardere.
Fumul ca produs vizibil al majorității produselor de ardere este format din particule nearse ale materialului care arde, din vapori și gaze, care dau un colorit caracteristic, miros și gust (Tabel 1.2). Fumul degajat la incendii diferă în mare măsură, în ceea ce privește concentrația, aspectul și natura componenților. Se poate prezenta ca o emanație slab colorată care conține produse de descompunere sau de condensare, ori sub forma unor nori negri încărcați cu funingine. La un incendiu normal nu se poate stabili exact procentul de masă combustibilă care se transformă în fum. Cantitatea de funingine care se formează în timpul unei arderi incomplete este variabilă și depinde de natura combustibilului, de mărimea focarului și de condițiile de ventilație. Totuși este puțin posibil ca această depunere să depășească 10% din masa materialului.
Tabel 1.2 – Caracteristicile fumului
În cazul incendiilor izbucnite în aer liber, produsele arderii complete se degajă în cantități mai mari decât cele din interior, iar produsele arderii incomplete sunt mai reduse. Compoziția fumului prezintă cea mai mare importanță pentru aprecierea situației, în cazul incendiilor izbucnite în interior. În Tabel 1.3 sunt prezentate procentele volumice de dioxid de carbon, monoxid de carbon și oxigen ce se întâlnesc în cazul unor incendii în spații închise.
Tabel 1.3 – Compoziția volumică a fumului
Compoziția produselor arderii depinde de compoziția substanțelor aprinse și de condițiile arderii – arderea completă și incompletă.
Produsele arderii incomplete deseori sunt toxice și iritante ceea ce îngreunează acțiunea pompierilor în operațiile de stingere.
Cauze de incendiu
Pentru a putea izbucni un incendiu, prima condiție este existența unui material combustibil. Apoi, acest material trebuie încălzit deasupra punctului său de aprindere.
Clasificarea cauzelor de incendiu
Cea mai uzuală clasificare a incendiilor este realizată în funcție de sursele de aprindere:
Surse de aprindere cu flacără:
focuri în aer liber;
flacără (chibrit, lumânare);
flăcări de la aparate termice;
Surse de aprindere de natură termică:
obiecte incandescente (țigară, topituri metalice, becuri electrice, jar, cenușă, zgură de la aparate de încălzit, particule incandescente de la sudură ș.a.);
căldură degajată de aparate termice (casnice, industriale);
efectul termic al curentului electric;
coșuri defecte și necurățate (fisuri, scântei ș.a.);
Surse de aprindere de natură electrică:
arcuri și scântei electrice;
scurtcircuit (echipamente, cabluri ș.a.);
electricitate statică;
Surse de aprindere spontană:
aprindere spontană de natură chimică (inclusiv reacții chimice exoterme);
aprindere spontană de natură fizico-chimică;
aprindere spontană de natură biologică;
Surse de aprindere de natură mecanică:
scântei mecanice;
frecare;
Surse de aprindere naturale:
căldură solară;
trăsnet;
Surse de aprindere datorate explozivilor și materialelor incendiare;
Surse de aprindere indirecte (radiația unui focar de incendiu);
Explozia, ca fenomen tehnic distinct, trebuie tratată ca împrejurare declanșatoare a incendiului și nu ca sursă de aprindere. Pe de o parte explozia, ca orice ardere, poate genera sau nu un incendiu. Pe de altă parte, sursele de inițiere ale unei explozii nu sunt întotdeauna identice cu cele ale incendiului rezultat.
Concluzii generale
Din analiza situațiilor de urgență generate de incendiu și a studiilor și cercetărilor referitoare la fenomenele arderii datorate incendiilor, prevenirea și stingerea acestora, rezultă următoarele concluzii.
Managementul prevenirii și gestionării situațiilor de urgență este o expresie a interesului național și internațional privind responsabilitățile și nivelul de pregătire al statelor pentru prevenirea și înlăturarea efectelor dezastrelor naturale și este caracterizat de o serie de rezultate relevante în managementul situațiilor de urgență, după cum urmează:
reducerea riscului la dezastre și a situațiilor de urgență, este o parte integrantă a politicilor și strategiilor de cooperare, dezvoltare durabilă, securitate și stabilitate la toate nivelurile și în toate domeniile de interes;
asigurarea adaptării țărilor la efectele negative ale schimbărilor climatice, la dezvoltarea și perfecționarea tehnicii de prevenire și de intervenție în situații de urgență;
dezvoltarea capacității de reziliență în situații de criză și dezastre prin constituirea unui sistem eficient de ordine și siguranță publică, în serviciul cetățenilor pentru crearea unui mediu sigur în care oamenii să se simtă protejați și să se poată bucura de viața de zi cu zi fără teamă;
creșterea sferei de competență a autorităților locale;
identificarea, evaluarea riscurilor și amenințărilor cu impact direct asupra vieții, siguranței și bunăstării cetățenilor, analiza frecvenței de manifestare a situațiilor de urgență;
informarea și educarea preventivă a populației și comunităților;
consolidarea managementului integrat al intervenției;
reducerea efectelor situațiilor de urgență, creșterea capacității de refacere în urma dezastrelor și asigurarea unui răspuns la noile provocări, inclusiv la cele generate de schimbările climatice;
dezvoltarea și perfecționarea tehnicii [], de intervenție în situații de urgență prin valorificarea studiilor și cercetărilor din domeniul mecatronicii, optoelectronicii, electronicii de putere și al informaticii au permis punerea la dispoziția pieței specializate a tehnologiilor necesare realizării unei palete largi de roboți capabili să înlocuiască activitățile umane în medii periculoase.
STUDII ȘI CERCETĂRI REFERITOARE LA PLATFORMELE DE PREVENIRE ȘI STINGERE A INCENDIILOR
Motivația utilizării roboților mobili pentru stingerea incendiilor.
Stingerea incendiilor, salvarea vieților și a bunurilor presupune multe riscuri pentru forțele de intervenție ale pompierilor și nu numai. La stingerea incendiilor pompierii utilizează o multitudine de accesorii, echipamente și substanțe stingătoare. Autospecialele de intervenție sunt utilizate pentru transportul și deplasarea la/de la locul intervenției a echipajelor de intervenție precum și a accesoriilor, echipamentelor și substanțelor stingătoare. Reducerea riscurilor la care sunt supuse forțele de intervenție pe timpul misiunilor, este un motiv important pentru încurajarea proiectării, realizării și utilizării roboților mobili pentru stingerea incendiilor.
Profesia de pompier, la fel ca și altele, este o profesie foarte riscantă. Aceasta presupune nu numai stingerea incendiilor ci și transportul unor echipamente și accesorii grele, precum și evacuarea eventualelor victime pe timpul situațiilor de urgență. Există, din păcate, multe cazuri când pompierii plătesc cu viața pe timpul intervențiilor în medii ostile vieții. Tehnica modernă și implementarea acesteia și în acest domeniu de activitate poate scădea considerabil numărul deceselor și accidentărilor grave în rândul forțelor de intervenție. Conform statisticii IAFF anual, în SUA mor 1,9 pompieri, la 100.000 de incendii. Cu toate acestea, această rată a fost în creștere la 3,0 la 100.000 de incendii pe o perioadă de treizeci ani, punctul maxim fiind atins în anii 1990 (Kyle, 2007). Există mai multe cauze pentru decesele pompierilor pe timpul misiunilor cum ar fi: inhalarea de fum, arsuri, leziuni prin strivire și traumatisme [].
Moartea pompierilor la datorie în SUA în perioada 1977-2010, este prezentată în statistică din Fig. 2-1.
Din analiza statistică rezultă că numărul deceselor este aproape constant în fiecare an. Prin urmare, există o nevoie de vehicule robotizate de stingere a incendiilor asistate de pompieri, pentru a evita moartea pe timpul unor situații periculoase și în medii ostile vieții. Ca urmare a acestui fapt, în ultimii ani, cercetătorii în domeniul stingerii incendiilor, în special din Statele Unite, Japonia și Europa, au concluzionat că este necesară o dezvoltare a roboților/mașinilor care să poată înlocui pompierul în situații periculoase și în medii ostile vieții, reducând astfel riscul de accidentare gravă sau chiar deces în rândul pompierilor. Roboții pot ajuta pompierii folosind agenți de stingere, cum ar fi pulberile stingătoare, apa, spuma sau altele asemenea, fără ca pompierii să fie nevoiți să se mai apropie de zona periculoasă. Amano (2002) a subliniat deficiențele de proiectare ale mașinilor existente și propune integrarea tuturor elementelor importante în dezvoltarea unor noi mașini de stingere a incendiilor, astfel încât acestea să poată fi utilizate cu succes pe timpul intervențiilor. Elementele cele mai importante în realizarea mașinilor/roboților utilizați pe timpul situațiilor de urgență sunt: dimensiunea, greutatea, costul și performanța, elemente evidențiate în articolul Fire Fighting Mobile Robot: State of the Art and Recent Development, în care se prezintă câteva studii de referință privind situațiile de urgență:
Shanghai Qiangshi de combatere a incendiilor Equipment Co, Ltd., 2007;
Sofge, 2007; Konda, 2008; HKFSD, 2008; NEVA, 2008;
Tan et al, 2012a; Tan et al, 2012b;
Tan et al., 2013.
Aplicații existente. Domeniu.
Intervenția roboților pentru stingerea incendiilor impune utilizarea roboților [] pentru limitarea riscurilor din următoarele motive:
roboții reduc sau elimină timpul de intervenție a operatorului la incendiu;
procedurile efectuate pe timpul misiunilor de intervenție la incendii includ: observare și inspectare, analiza cu ajutorul senzorilor specializați;
eliminarea amplasării unor senzori sau dispozitive în imediata apropiere a surselor de incendii, acestea fiind deja implementate pe robot;
apropierea de incendiu poate fi foarte periculoasă în condițiile în care sursele de incendii (elementele cu potențial energetic) sunt necunoscute sau nu se știe care este situația acestora din punctul de vedere al temperaturilor atinse, curenților de aer etc.;
indiferent cât de atent este operatorul în intervenția la stingerea incendiilor există întotdeauna posibilitatea ca acestea să declanșeze explozii al căror efect nu poate fi prognozat;
un robot elimină riscul potențialelor scenarii mortale și permite operatorului să se concentreze la operațiile pe care le are de făcut pentru neutralizarea incendiilor și nu la pericolele imediate privind siguranța sa;
chiar dacă un robot nu poate neutraliza un incendiu el poate fi totuși folosit pentru furnizarea de informații hotărâtoare în alegerea procedurii și dispozitivelor necesare pentru stabilirea măsurilor necesare.
Problematica stingerii și prevenirii apariției incendiilor devine din ce în ce mai importantă, dificultățile de contracarare a acestora și a efectelor acestora fiind determinate în special de: mediu, materialele care sunt supuse incendiilor, climă, vânt etc..
Condițiile funcționale ale roboților de stins incendii trebuie să fie stabilite, astfel încât, aceștia să poată acționa în diverse locații precum și în orice moment al zilei (noapte/zi).
În rezumat aceste caracteristici sunt:
viteză adecvată, impusă de necesitatea de a desfășura rapid operațiunile de intervenție;
abilitatea de a îndeplini și finaliza operațiunea fără intervenția operatorului care ar fi altfel pus în pericol;
greutate redusă a componentelor mobile ale robotului, astfel încât sarcina utilă (rezervorul cu substanțe de stins incendii) sau echipamente care sunt legate la surse de substanțe pentru stingerea incendiilor la distanțe considerabile față de foc și care pot asigura un debit mare pe o durată suficient de mare pentru ca efectul asupra focului să fie sensibil;
interfață prietenoasă;
service și întreținere ușoară și cu costuri reduse;
capacitate de progresiune în teren adecvată; cu un compromis între stabilitate și performanțe;
gamă de lucru adecvată.
Termenul de manipulator mobil este în prezent o noțiune larg răspândită în domeniul construirii roboților, un astfel de sistem permițând realizarea celor mai uzuale misiuni ale sistemelor robotice care necesită ambele abilități: locomoție și manipulare. Lucrarea de față oferă pe de o parte o structura reală de tip LEGO cu scop educațional, pe de altă parte o analiză a manipulării, surprinzând efectele manipulatorului mobil pe o platformă neolonomo și totodată domeniile de aplicabilitate ale structurii.
Stingerea incendiilor.
Primele cunoștințe și preocupări referitoare la stingerea incendiilor au apărut în comuna primitivă odată cu binomul apă-foc.
Stingerea incendiilor reprezintă totalitatea acțiunilor de limitare și întrerupere a procesului de ardere prin utilizarea de metode, procedee și mijloace specifice.
Procedee de întrerupere a proceselor de ardere
În majoritatea cazurilor, arderea este rezultatul asocierii dintre substanța care arde (carburantul) și substanța care întreține arderea (comburantul).
Întreruperea procesului de ardere se realizează prin procedee specifice, astfel:
prin răcirea zonei de ardere;
prin izolarea produselor combustibile de aerul atmosferic;
prin reducerea conținutului minim de oxigen;
prin introducerea de inhibitori în spațiile în care au loc reacții de ardere;
prin folosirea substanțelor explozive;
prin reducerea temperaturii substanțelor aprinse, amestecând masele de lichid.
prin îndepărtarea substanțelor combustibile din zona de ardere.
Substanțe de stingere utilizate pentru întreruperea procesului de ardere.
În funcție de natura materialelor sau substanțelor combustibile prezente în spațiile afectate de incendiu, care pot fi implicate în procesul de ardere, incendiile
Produsele utilizate pentru stingere permit întreruperea procesului de ardere ca urmare a unor efecte, cum ar fi:
răcire (apă, spumă);
izolare (apă, spumă);
diluare (apă, gaze inerte);
inhibare (pulberi, haloni);
efect chimic (haloni și pulberi).
După starea de agregare substanțele de stingere pot fi:
Solide (pulberi);
Lichide (apa, spumele);
Gazoase (gaze inerte, haloni, vapori de apă).
Primele materiale folosite pentru stingerea incendiilor au fost apa, pământul și nisipul.
Odată cu apariția revoluției industriale au apărut noi substanțe de stingere. În prezent cele mai utilizate substanțe pentru stingerea incendiilor sunt:
apa;
aburul;
spuma;
pulberile;
halonii;
Gazele inerte.
Acțiunea de stingere a incendiului diferă în funcție de tipul materialului:
combustibil (lemn, hărtie);
inflamabil (benzină);
gazos (unde sub influența unei flăcări se produce explozia.
Operațiuni de desfășurare a intervenției pentru stingerea incendiilor.
Pentru stingerea incendiilor sunt necesare următoarele operațiuni:
alertarea pentru intervenție;
deplasarea la intervenție;
intrarea în acțiune a forțelor, amplasarea mijloacelor și realizarea dispozitivului preliminar de intervenție;
recunoașterea, analiza situației, luarea deciziei și darea ordinului de intervenție;
evacuarea, salvarea și/sau protejarea persoanelor, animalelor, bunurilor și mediului;
realizarea, adaptarea și finalizarea dispozitivului de intervenție la situația concretă;
manevra de forțe și mijloace;
localizarea și lichidarea incendiului;
înlăturarea efectelor negative ale incendiului;
regruparea forțelor și mijloacelor;
stabilirea cauzelor probabile a producerii incendiului și condițiilor care au favorizat evoluția acestuia;
întocmirea procesului verbal de intervenție, a raportului de intervenție și informarea eșalonului superior;
retragerea forțelor și mijloacelor de la locul incendiului;
restabilirea capacității de intervenție.
Având în vedere, scopul și obiectivele tezei de cercetare se prezintă operațiunile relevante în stabilirea și configurarea modelului experimental:
Deplasarea la locul de intervenție, presupune deplasarea:
echipajului specializat pentru stingerea incendiului;
a tehnicii de intervenție la locul incendiilor.
În cazul în care autospeciala nu poate ajunge la locul intervenției, deplasarea se realizează cu un alt vehicul sau pe jos. Materialele pentru intervenție fiind transportate de pompieri, în funcție de natura intervenției și de posibilitățile de acțiune existente. Autospeciala de stins incendii se amplasează cât mai aproape de focarul incendiului pentru a permite efectuarea de manevre, realizarea optimă a dispozitivelor de intervenție, și o eventuală evacuare rapidă a autospecialei în cazul în care integritatea acesteia este pusă în pericol.
Recunoașterea, este operațiunea care se desfășoară pe toata durata intervenției, de către echipa de recunoaștere:
evaluează situația de la locul incendiului;
analizează riscurile pentru populație și personalul de stingere;
salvează persoanele, animalele și bunurile materiale;
transmite informațiilor la dispeceretele intergrate.
Informațiile vizează următoarele elemente:
felul incendiului (de litieră, de coronament, subteran, combinat etc.);
materialului combustibil și caracteristicile acestuia;
viteza de propagare a incendiului și direcția vântului;
prezența pericolului pentru vecinătățile aflate pe direcția de propagare a incendiului;
posibilitățile de schimbare a direcției de propagare a incendiului, funcție de schimbarea de direcție a vântului;
limitele atinse de incendiu (suprafețe incendiate sau amenințate de către acesta);
existența diferitelor obstacole pe direcția de propagare a incendiului (ape, drumuri, zone amenajate special pentru limitarea propagării etc.);
aliniamentele pe care trebuie executate obstacole, atunci când acestea nu există și sunt necesare;
căile de acces pentru afluirea forțelor către zona incendiată;
posibilitățile de folosire a tehnicii de intervenție;
posibilitățile pentru asigurarea organizării sistemului de legătură prin agenți, telefon, stații radio;
tehnicile și tacticile de stingere și substanțele stingătoare ce se vor folosi.
Desfășurarea intervenției.
La desfășurarea intervenției se au în vedere toate elemntele rezultate în urma evaluării incendiului (elemente care stau la baza hotărârii adoptate de comandantul intervenției):
tipul de intervenție, există date concrete, privind iminența:
exploziei;
contaminării cu substanțe chimice / radioactive;
inexistența unor date certe privind fluxul tehnologic, natura și cantitatea materialelor combustibile conduce la intervenția de la distanță, din afara zonei de risc pentru protecția personalului, iar în celelalte situații se acționează direct asupra focarelor, pentru localizare,limitarea propagării și stingerea incendiului;
tactica de intervenție pentru sigurarea securității și eficienței intervenției;
substanțele de stingere a incendiului;
manevrele efectuate de forțe și mijloace necesare gruparii și regrupării resurselor la dispoziție, în scopul concentrării efortului pe direcțiile de intervenție, concomitent cu asigurarea scoaterii efectivelor, tehnicii și materialelor pentru intervenție din zonele cu pericol imminent.
Substanțe de stingere a incendiilor. Pulberile stingătoare
Primul produs de stingere cu pulbere stingătoare sub forma unui stingător, cu acționare cu cartuș de gaz, a fost introdus pe piață de compania americană ANSUL, în anul 1939. Acestea au fost dezvoltate, perfecționate și adaptate la noile riscuri generatoare de incendii (Anexa 7).
Pe plan modial s-au stabilit 3 grupe de pulberi stingătoare în raport de natura incendiilor, la care pot fi folosite:
B, C, E, eficace la stingerea incendiilor de lichide și gaze combustibile, la instalații și aparate electrice;
A, B, C, E folosite la stingerea categoriilor de incendii arătate la punctul 1), în plus sunt eficace și la stingerea incendiilor de materiale combustibile solide, ca lemn, cărbuni, paie etc.;
A, B, C, D, E, care sunt eficace la toate categoriile de incendii specificate mai înainte, precum și la incendiile de metale ușoare și aliajele acestora.
În Tabel 2.1 se găsește situația comparativă a pulberilor stingăroare în raport cu clasa de incendiu.
Tabel 2.1 – Pulberi stingătoare
Situația comparativă privind eficiența și compatibilității substanțelor de stingere în raport cu clasele de incendiu este prezentată în Tabel 2.2.
Tabel 2.2 – Eficiența și compatibilitatea sunstanțelor de stingere
Concluzii
Din analiza comparativă privind eficiența și compatibilitatea substanțelor de stingere în raport cu clasele de incendiu rezultă următoarele concluzii:
apa, indiferent sub ce formă, nu poate fi întrebuințată la toate categoriile de substanțe și materiale combustibile la care, în caz de incendiu, nu este indicat să se folosească apa și nici alte substanțe stingătoare pe bază de apă.Folosirea jetului pulverizat nu este întotdeauna eficient pentru stingerea incendiului, mai ales când acesta nu poate fi stins prin răcirea materialului combustibil. Pulverizarea apei cu aer comprimat este posibilă, prin dotarea cu compresoare speciale. Prin folosirea unor presiuni se întâmplă dificultăți în manipularea țevilor manuale de pulverizare. În afară de aceasta, pentru pulverizare sunt necesare țevi cu ajutaje speciale, furtunuri de mare rezistență și pompe speciale. În schimb, efectul de stingere nu este cu nimic superior celui obținut cu ceață de joasă presiune;
spuma chimică se utilizează la stingerea incendiilor de produse petroliere și de materiale combustibile solide, care nu reacționează cu soluțiile aprinse ale sărurilor.Utilizarea simultană în același loc a spumei mecanice grea și apei nu este permisă deoarece spuma se distruge foarte repede. Eficacitatea oricărei spume la stingerea incendiilor este dependentă în afară de calitățile fizico-chimice ale spumantului, de coeficientul de înfoiere, de structura spumei și de unii factori caracteristici incendiului, cum ar fi, de exemplu, natura substanței care arde, temperatura exterioară, vânt etc.;
spuma cu coeficient mediu și mare de înfoiere (spuma ușoară), trebuie folosită la o anumită temperatură a mediului ambiant, având în vedere faptul că principalul component al spumei este aerul. În cazul temperaturilor cuprinse între 0÷100 [șC], amestecul spumant nu suferă modificări esențiale. Sub temperatura de 100 [șC] există anumite limitări. Spumantul are temperatura de îngheț de ≈ – 15 [șC]. Prin formarea soluției de 2 [%] spumant cu apă, punctul de îngheț se modifică la – 2 [șC];
spuma cu coeficient mare de înfoiere se distruge în contact cu flăcările, cu suprafețele uscate sau din cauza temperaturilor ridicate. Deși se distruge la început, spuma este completată datorită debitului mare al generatorului. Pentru reușita acțiunii de intervenție este necesar să se țină seama de pierderile provocate prin distrugere, luându-se în calcul un coeficient de siguranță de 1,2 – 1,4. Dezavantajele spumei ușoare sunt următoarele: greutatea redusă instabilă atunci când bate vântul; preț de cost relativ ridicat; dificultăți la îndepărtarea ei, după stingerea incendiilor (unele tipuri de spumă înfundă canalizările);
bioxid de carbon, nu este recomandabil să se folosească la stingerea incendiilor de: cărbuni; sulf; metale ușoare ca magneziu; titan; plutoniu; uraniu; thoriu etc. sau în apropierea cianurilor, deoarece reacționează cu acestea;
apa, spuma și gazele inerte nu au fost întotdeauna eficace la stingerea unor categorii de incendii, ca incendii de metale (sodiu, potasiu, magneziu sub formă de pulbere), lichide ușor inflamabile, instalații electrice etc. la care unele din pulberile stingătoare au fost eficiente;
aburul ca substanță stingătoare este indicat să se folosească în instalații fixe, semifixe, în special acolo unde există pentru procesul tehnologic o instalație de abur, permanent în funcțiune. Analiza majorității incendiilor nestinse cu abur (vapori de apă), indică faptul că tocmai condensarea intensivă a aburului a dus la aceste insuccese;
pulberile stingătoare au tendința de întărire, la depozitare, ceea ce creează greutăți la păstrare și în mod deosebit la refularea lor asupra focarelor de ardere. Pulberile formate din cristale foarte regulate au un efect de stingere mai mare decât cele cu particule de formă neregulată (asimetrice), primele se caracterizează prin capacitatea de a se împrăștia ușor și de a forma un nor cu densitate uniformă.Pulberile care au cristalele sub formă neregulată sau cu rețea cristalină au o tendință mai mare de întărire, caz în care se formează aglomerări de particule, formări de bulgări, înrăutățindu-se astfel fluiditatea;
Cu toate acestea, din punct de vedere al compatibilității substanțelor de stingere în raport cu clasele de incendiu, pulberile stingătoare rămân cele mai eficiente substanțe de stingere disponibile pe piață la momentul de față.
Astfel un sistem chimic uscat surclasează frecvent orice sistem gazos, inclusiv Halon, deși aplicabilitatea lor în zone cu personal, nu este la fel de des utilizabilă.
În SUA, sistemele de stingere cu pulberi stingătoare sunt folosite în multe aplicații, inclusiv stațiile de distribuție carburanți, în spațiile de preparare a hranei cu gaze naturale la restaurante, vehicule miniere și alte mașini asociate;
În Europa o nouă „Directivă privind echipamentele tehnice” solicită ca toate mașinile noi să aibă o anumită formă de sistem de protecție împotriva incendiilor proiectat din fabrică.
Instalația de stingere a modelului experimental va utiliza ca substanță de stingere a incendiului pulberea stingătoare Florex, E.12, Carbo, pe bază de KHCO3.
Structura arhitecturală a unui robot EOD
Avantajele folosirii unui astfel de sistem robotizat în timpul unei misiuni de intervenție, sunt:
siguranță sporită – elimină expunerea directă a personalului la efectul incendiului ;
reducerea timpului de lucru la o acțiune;
precizie și exactitate în oferirea unor informații necesare procesului de luare a deciziilor cu privire la misiune;
cost redus – poate minimiza impactul social și economic al unui accident.
Analiza funcțiilor generale și specifice a unui robot EOD conduce către determinarea unei structuri generale ca în Fig. 2-2.
Scopul principal al robotului EOD este de a oferi siguranță în operațiunile de prevenire și stingere a incendiilor, oferind o linie suplimentară de apărare prin:
asigurarea unei monitorizării de la distanță pentru analiza incendiului;
permiterea utilizatorului să acționeze substanța de stingere ;
prin oferirea de feedback vizual și auditiv de la locul incendiului ;
prin oferirea unei aplicații foarte ușor de folosit pentru controlul robotului.
Din perspectiva funcțională, structura unui robot vizează asigurarea satisfacerii următoarelor condiții:
generarea și transformarea de energie pentru punerea în mișcare a elementelor mecanice;
generarea, transmiterea și transformarea mișcării în concordanță cu misiunile robotului;
aplicarea de forțe asupra diverselor părți din mediul de lucru;
deplasarea unor componente ale robotului în mediul de lucru și/sau deplasarea unor corpuri din mediu.
sistemul de comandă și control:
controlerul – sistemul care integrează și gestionează toate celelalte sisteme la nivel de comandă și control ale robotului;
interfața de comandă și control – asigură interfața între parametrii de comandă și utilizator;
modul transmitere date – asigură transferul de date (fără fir) între controler și interfața de comandă și control;
sistem locomoție:
platforma – asigură suportul pentru celelalte componente;
sistem propulsie – asigură capabilitatea de mobilitate a sistemului;
sistem manipulare:
manipulatorul – asigură poziționarea efectorului final;
efectorul final – acest modul se atașează la capătul distal al brațului manipulator și asigură operația de manipulare a obiectului de interes;
sistem senzorial:
extern – oferă informații despre mediul extern:senzori de gaz, fum, noxe, CO2, CO
intern – oferă informații despre starea internă a sistemului;
sistem de alimentare – asigură necesarul de energie pentru toate componentele;
sistem de prevenire și stingere a incendiilor:
stingătoare cu pulbere;
sistem de distribuție pulbere;
sistem de orientare jet;
sistem de acționare a buteliilor;
stație meteo.
Legăturile dintre componentele robotului și componentele care realizează legăturile cu mediu sunt:
legături directe, când sistemul de comandă transmite comenzi la sistemul de acționare, iar acesta acționează asupra cuplelor cinematice conducătoare, axele, sistemului mecanic, care la rândul său acționează asupra mediului cu efectorul final;
legături inverse, când informațiile sunt furnizate sistemului de comanda de către traductoare, senzori si aparate de măsura.
Se mai consideră legături și fluxul de energie dat de mediu sistemului de acționare al robotului, și fluxul de energie disipat de la robot la mediu.
În prezent acest tip de arhitectură a roboților pentru situații speciale este cel mai des folosită (Fig. 2-4).
Arhirectura sistemului de comandă și control
Literatura de specialitate oferă pentru rezolvarea operării la distanță trei tipuri de control:
Control direct sau manual (robotul nu posedă inteligență și/sau autonomie iar operatorul controlează mișcarea robotului direct fără ajutor automat);
Control mixt (robotul posedă un anumit grad de inteligență și/sau autonomie iar operatorul este asistat de către acesta pentru efectuarea anumitor operații);
Control de supervizare (robotul posedă un înalt grad de inteligență și/sau autonomie iar operatorul nu intervine decât la un nivel de decizie foarte înalt).
Legătura dintre operator și robot este numită bilaterală dacă operatul posedă toate informațiile (vizuale, acustice, tactile, etc.) despre mediu de operare pe care le-ar avea dacă ar acționa direct fără ajutorul robotului.
Controlul roboților mobili bazat pe operare la distanță necesită un sistem robust cu o interfață intuitivă, flexibilă și eficientă.
În cele mai frecvente situații roboții mobili sunt echipați cu senzori și module controlabile, care furnizează un volum impresionant de date către utilizator.
Proiectarea și implementarea unui sistem fiabil devine o sarcină dificilă dacă robotul mobil este folosit ca mijloc de intervenție operativă în situații complexe, care presupun siguranță și precizie în exploatare.
Instrumentația virtuală are un rol important și în acest domeniu, oferind soluții pentru integrarea elementelor de control într-un sistem unitar, compact, cu un grad ridicat de mobilitate.
Criterii pentru clasificarea roboților mobili
Există numeroase criterii ce pot fi avute în vedere pentru clasificarea roboților mobili, cel care reține atenția în mod deosebit fiind gradul de autonomie, respectiv capacitatea decizională a robotului în prezența unei informații preliminare (insuficiente sau eronate) pentru realizarea sarcinii curente. In anumite domenii, cum ar fi astronautica, autonomia robotului mobil reprezintă o caracteristică fundamentală, întrucât durata comunicațiilor cu operatorul uman este în general prea mare în raport cu capacitatea sa de mobilitate. Alte criterii ce pot fi reținute pentru clasificarea roboților mobili vizează soluțiile constructive adoptate, cum ar fi: realizarea motricitatii și a sustentației, tipul sursei energetice și al acționărilor, sistemul senzorial îmbarcat, gradul de structurare a scenei de operare etc.
Din punct de vedere al nivelului de autonomie al unui robot mobil, se pot distinge următoarele soluții:
Robot mobil telecomandat permanent de un operator uman, la care operatorul comandă și controlează într-o manieră continuă toate sarcinile elementare ce urmează a fi realizate de către robot;
Robot mobil telecomandat periodic de un operator uman, la care operatorul intervine numai pentru a asigura nivelul decizional global, robotul controlând acțiunile sale între comenzile primite de la operator;
Robot mobil autonom, ce realizează obiectivele predefinite cu ajutorul capacității decizionale proprii (sistem de ghidare, de navigație, bază de cunoștințe dinamice, etc.) într-un mediu parțial cunoscut și structurat. Această clasă prezintă cel mai mare interes științific din punct de vedere al autonomiei și inteligenței artificiale îmbarcate.
Mobilitatea și autonomia în robotică sunt două noțiuni ce evoluează rapid odată cu progresul tehnic și reducerea prețului de cost al echipamentelor electronice complexe.
Pentru roboții mobili, funcția de mobilitate reprezintă în cazul general capacitatea de deplasare fără ajutor extern între două poziții, sau mai precis:
capacitatea de evoluție într-un mediu ostil (periculos, gen labirint, etc.) și pe diverse tipuri de soluri, inclusiv cele nepregătite aprioric (nisip, pietriș);
posibilitățile existente în evitarea sau depășirea obstacolelor (obstacole naturale, scări, șanțuri, plane înclinate, etc);
performanțele realizate: viteze, accelerații, rază de acțiune, capacitate de transport, durata independenței energetice, etc.
Autonomia unui robot mobil trebuie asigurată din cel puțin două puncte de vedere, după cum urmează:
autonomia energetică. Sursa energetică, cel mai adesea un acumulator electric, este îmbarcată. Robotul poate reîncărca acumulatorul cu ajutorul uneia sau a mai multor instalații fixe prevăzute în spațiul său de operare;
autonomia de decizie sau inteligența robotului mobil. Variantele uzuale pot fi filo-ghidate, opto-ghidate, radio-ghidate sau cu traiectorii memorate, și evoluează într-un mediu definit și aprioric cunoscut. Autonomia de decizie apare dacă robotul trebuie să rezolve evenimente neașteptate pe parcursul deplasării sale. Nivelul superior de inteligență presupune capacitatea robotului de a se orienta singur într-o scenă a cărei topografie este sumar cunoscută. Trebuie atunci modelat mediul, reactualizată permanent baza de cunoștințe în timpul deplasării și elaborate deciziile corespunzătoare. Aceste variante, mult mai complexe, constituie roboții mobili autonomi propriu-ziși și reprezintă acum mai ales o direcție de cercetare de mare interes.
Locomoția roboților mobili
Un robot mobil are nevoie de mecanisme de locomoție care îi permit să se deplaseze fără restricții în mediul său. În natură există o mare varietate de moduri de locomoție, și astfel alegerea modului de locomoție reprezintă un aspect important al proiectării unui robot mobil. În laborator, există roboți de cercetare care pot merge, sari, a alerga, aluneca, patina, înota, zbura, și, desigur, rostogoli. Cele mai multe dintre aceste mecanisme locomotorii au fost inspirate de natură (Fig. 2-6).
Este de dorit replicarea acestor mecanisme de locomoție folosite în natură și folosite la locomoția roboților mobili. Cu toate acestea, replicarea acestora este extrem de dificilă din mai multe motive:
complexitate mecanică se realizează cu ușurință în sistemele biologice prin replicarea structurală, ceea ce nu este încă posibil tehnologic;
celula (piatră de temelie a unui structuri biologice) prin dimensiunile sale permite miniaturizarea extremă;
sistemul de stocare a energiei biologice și sistemele de activare musculare și hidraulice utilizate de animale mari și insecte realiza cuplu, timpul de răspuns, și eficiențe de conversie care depășesc cu mult sistemele de om scalate în mod similar.
Datorită acestor limitări, locomoția roboților mobili, se realizează în general fie cu ajutorul unor mecanisme pe roți sau șenile, sau folosind un număr mic de picioare articulate.
În general, mecanismele de locomoție care folosesc picioare necesită grade mai mari de libertate și, prin urmare, un sistem mecanic mai complex decât în cazul mecanismelor de locomoție cu roți și șenile.
Mecanismele de locomoție cu roți și șenile, în afară de a fi simple, sunt extrem de bine adaptate la terenurile plate.
În (Fig. 2-7) se poate observa că, pe suprafețe plate mecanismul de locomoție cu roți este cu unul sau două ordine de mărime mai eficient decât mecanismul de locomoție cu picioare. Calea ferată este proiectată ideal pentru mecanismul de locomoție cu roți, deoarece frecarea materialului este redusă la minimum cu suprafață dură și plată de oțel.
Dar, când suprafața devine moale, locomoția cu roți își arată limitele din cauza forțelor de frecare iar locomoție cu picioare suferă mult mai puțin, deoarece interacționează cu solul numai în puncte.
Acest lucru este demonstrat în Fig. 2-7 de pierderea dramatică a eficienței în cazul unei roți pe teren moale.
Se observă că eficiența sistemelor de locomoție cu roți și șenile depinde în mare măsură de calitățile de mediu, în special planeitatea și duritatea solului, în timp ce eficiența sistemelor de locomoție cu picioare depinde de masa piciorului și a corpului.
Este de înțeles, așadar, că natura favorizează mecanismul de locomoție cu picioare, deoarece sistemele de locomoție în natură trebuie să funcționeze pe teren accidentat și nestructurat.
Bazei robotului mobil (platforma) îi revine sarcina asigurării mobilității și motricității întregii structuri în vederea exercitării sarcinilor specifice. Soluțiile globale avute în vedere la realizarea acesteia influențează esențial performanțele finale ale robotului mobil. Deși există o multitudine de soluții concrete pentru realizarea propulsiei unui robot mobil, calea energetică asociată fiecărei acționări este principial aceeași. Ansamblul (Controler – Convertizor de putere -Element de execuție – Senzori) constituie ceea ce se denumește acționare inteligentă.
Pentru asigurarea locomoției unui robot mobil sunt posibile mai multe soluții ce pot fi grupate în două clase principale:
Contact direct cu solul. Această clasă include cele trei soluții constructive tradiționale:
cu roți;
cu șenile;
cu structuri antropomorfe pășitoare sau șerpuitoare;
Fără contact direct cu solul. Această clasă include soluțiile neconvenționale:
cu pernă de aer;
sustentație magnetică;
de navigație propriu-zisă (vehicule spațiale sau submersibile).
Locomoția este complementul de manipulării. În manipulare, brațul robotului este fix, și acesta mișcă obiectele din spatiul de lucru cu forța generată de acesta. În locomoție, mediul este fix și robotul se deplasează prin forță conferită de mediu. În ambele cazuri, baza științifică este studiul actuatoarelor care generează forțe de interacțiune, și mecanisme care pun în aplicare proprietățile cinematice și dinamice dorite.
Locomoția și manipularea împărtășesc astfel aceleași probleme fundamentale:
stabilitatea:
numărul și geometria punctelor de contact;
poziția centrului de greutate;
stabilitate statică / dinamică;
înclinarea terenului;
caracteristicile de contact:
dimensiunea și forma punctului de contact / căi;
unghi de contact;
frecare;
tipul mediului de lucru:
structura;
mediu (de exemplu, apă, aer, sol moale sau tare)
Situațiile speciale pentru roboți mobili impun utilizarea acestora în diverse medii incluzând teren accidentat, medii de interior sau exterior, fiind necesară astfel o abordare mai complexă privind alegerea mecanismului de locomoție. Este foarte important să existe un mecanism mobil cu o eficacitate bună în condiții de sol diferite. Cele mai folosite mecanisme locomoție mobilă cele tip roată, de tip șenilă și tip de picior. Pentru o mai bună locomoție în teren accidentat, anumite mecanisme cu roți și șenile au nevoie de mecanisme suplimentare pentru o adaptare mai bine la mediu respectiv.
Există două tipuri de astfel de mecanisme:
cu adaptare activă;
cu adaptare pasivă.
Adaptarea activă utilizează un dispozitiv de acționare suplimentar pentru a modifica interacțiunea cu mediul în timp ce în cele pasive interacțiunea cu mediul este determinată de condițiile de sol și efectele gravitaționale.
Roboți mobili pășitori
Mecanismele de locomoție cu picioare sunt caracterizate de o serie de contacte punctiforme între robot și sol. Avantajele acestui tip de locomoție constau în adaptabilitate și manevrabilitate în teren accidentat. Deoarece este necesară doar o serie de puncte de contact, calitatea solului între aceste puncte nu contează atât de mult pentru ca robotul poate menține un spațiu adecvat între el și sol. În plus, un robot pășitor este capabil de trecere printr-o gaură sau canal atât timp cât ajunge sa
depășește lățimea găurii. Un ultim avantaj al acestui sistem de locomoție picioare este potențialul de a manipula obiecte din mediul cu mare abilitate.
Principalele dezavantaje ale locomoție cu ajutorul picioarelor sunt energia consumată și complexitate mecanică. Piciorul, care poate cuprinde mai multe grade de libertate, trebuie să fie capabil să susțină o parte din greutatea totală a robotului, și în multe cazuri trebuie să poată asigura ridicarea și coborârea robotului. În plus, o mare manevrabilitate poate fi atinsă numai în cazul în care picioarele au un număr suficient de grade de libertate pentru a se sprijini într-un număr de direcții diferite.
Deoarece roboții cu picioare sunt inspirați din natură, este instructiv să se examineze sistemele de picioare biologic de succes. Un număr de diferite configurații ale picioarelor au avut succes într-o varietate de organisme (Fig. 2-10). Animale mari, cum ar fi mamifere și reptile, au patru picioare, în timp ce insectele au șase sau mai multe picioare. În schimb unele mamifere au capacitatea de a merge pe doar două picioare. Mai ales în cazul oamenilor, echilibru a progresat până la punctul în care putem sări chiar și cu un singură picior. Această manevrabilitate de excepție vine cu un preț: un sistem complex de control care permite menținerea echilibrului. Pe de altă parte există animale cu trei picioare care pot prezenta o stabilitate statică, stabilă cu condiția ca acesta să se poată asigura că centrul de greutate se află în interiorul zonei de contact cu solul.
În cazul roboților mobili cu picioare, este necesar un minim de două grade de libertate, pentru a mișca un picior înainte de ridicarea piciorului și al balansa în față. Mai comun este adăugarea unui al treilea grad de libertate pentru mai multe manevre complexe, care rezultă în picioare, precum cele prezentate în Fig. 2-11.
În general, adăugând grade de libertate unui picior de robot crește manevrabilitatea a robotului, sporind totodată gama terenurilor pe care acesta se poate deplasa.
Dezavantajele principale ale adăugării gradelor de libertate sunt: articulații și elemente de acționare suplimentare ceea ce înseamnă desigur, energie, control și masă suplimentară.
Mai multe modele interesante sunt prezentate mai jos, începând cu robotul cu un singur picior și terminând cu roboți cu multiple picioare.
Roboți mobili cu șenile
Propulsorul cu șenile prezintă următoarele caracteristici funcționale:
permite obținerea unei cinematici simple, cu mers rectiliniu ferm și o variație largă a razei de viraj de la zero la infinit;
acționarea este simplă și se realizează ușor cu ajutorul a două motoare electrice;
controlul acționării electrice nu comportă aspecte dificile;
presiunea medie pe sol are valori scăzute;
capacitate sporită de abordare a obstacolelor;
rezistență sporită la acțiunea terenului.
Configurația platformei mobile a robotului cuprinde:
configurația geometrică a propulsorului;
dispunerea centrului de masă;
configurația sistemului de antrenare a platformei.
O soluție des întâlnită pentru roboți mobili este propulsorul șenilat. Există mai multe configurații principale de propulsor șenilat:
cu două șenile unitare având planele de simetrie fixe (Fig. 2-13 a) și cu configurație variabilă (cu planele de simetrie posibil de configurat conform necesităților de deplasare), așa cum se prezintă în Fig. 2-13, configurațiile b…f;
cu patru șenile, acționând două câte două (Fig. 2-14 a), sau acționând două câte două și având o axă unică pentru una dintre roți, această soluție îmbunătățind capacitatea de abordare a obstacolelor pentru roboții de mici dimensiuni(Fig. 2-14 b).
Una dintre principalele calități ale unui robot mobil o constituie capacitatea acestuia de a se deplasa pe terenuri cu configurație geometrică și caracteristici mecanice extrem de diverse.
Pentru roboți de dimensiuni medii, se consideră că propulsorul șenilat simplu, cu două șenile unitare cu plane de simetrie fixe poate satisface în mod corespunzător cerințele de mobilitate și stabilitate ale robotului.
Experiența acumulată în utilizarea roboților permite formularea concluziei că propulsorul șenilat, în ciuda complicațiilor constructive, conferă caracteristici de mobilitate superioare.
Configurarea profilului șenilei presupune rezolvarea următoarelor aspecte:
dispunerea roții motoare (în față, în spate, intermediar pe ramura superioară a șenilei etc.);
dispunerea galeților extremi;
dispunerea galeților intermediari;
dispunerea roții de întindere.
Există mai multe variante de dispunere a elementelor constitutive ale profilului șenilei, principalele soluții fiind analizate în cele ce urmează.
În Fig. 2-15 se prezintă o primă variantă de dispunere a roților propulsorului șenilat, caracterizată de dispunerea anterioară a roții motoare. Această soluție conduce la condiții favorabile de abordare a obstacolelor și la deplasare spre față a centrului de greutate a platformei robotului mobil. Datorită amplasării anterioare a roții motoare, ramura înclinată a șenilei de la partea anterioară este descărcată de forțele dinamice de întindere, ceea ce determină angajarea mai relaxată a șenilei pe primul galet; acest aspect poate conduce ca șenila să iasă din planul normal (“să sară”) pe timpul virajului, cu atât mai mult cu cât viteza de alunecare laterală este maximă în această zonă, notată A.
În varianta prezentată în Fig. 2-16 roata motoare joacă și rolul primului galet. Pentru abordarea unor obstacole cu înălțimea de h mm rezultă un diametru al roții motoare de 2xh mm, ceea ce impune realizarea unor rapoarte foarte mari de demultiplicare în transmisia mecanică de la motorul electric de acționare la axul roții motoare. Soluția prezintă avantajul simplității constructive și al unei ghidări bune a ramurii de sprijin a șenilei pe sol.
Cea de a treia variantă distinctă de dispunere a roților propulsorului șenilat este prezentată în Fig. 2-17 și se caracterizează prin dispunerea anterioară a roții motoare. Această variantă prezintă avantajul deplasării spre spate a centrului de greutate al platformei robotului mobil, fapt care permite montarea la partea anterioară a brațului manipulator, mărind astfel eficiența funcțională a acestuia și conducând, implicit la o poziție a centrului de greutate a întregului robot mobil apropiată de verticala care trece prin centrul geometric al suprafeței de sprijin pe sol. Faptul că ramura superioară a șenilei este descărcată de forțele dinamice de tracțiune conduce la posibilitatea apariției oscilațiilor transversale ale acesteia pentru preîntâmpinarea acestui fenomen, se impune montarea de role de sprijin a ramurii superioare a șenilei, fapt ce conduce la creșterea gradului de complexitate constructivă.
Roboți mobili cu roți
Mobilitatea unui robot, ca și a oricărui vehicul de altfel, presupune posibilități de deplasare pe planul suport (sol). Așa cum rezultă și din Fig. 2-18, se pot evidenția două funcții distincte:
Funcția de propulsie, ce include deplasările liniare ale robotului pe direcția longitudinală și pe cea transversală. Această funcție este realizată prin rotația comandată a roților în jurul propriilor axe de rotație. Axa de rotație este notată cu AR în Fig. 2-18;
Funcția de direcție (sau orientare), ce are ca finalitate rotația întregului robot in jurul axei sale proprii de pivotare, axa notata cu AP în Fig. 2-18.
Rezultă că, în cazul unei mobilități totale, există trei grade de libertate, cel puțin două acționări fiind necesare. Ca atare, roțile unui vehicul pot fi clasificate în două grupe:
Roți motrice, dacă o acționare transmite axului lor un cuplu ce asigură funcția de propulsie.
Roți directoare, cele destinate realizării funcției de orientare a robotului mobil în scena sa de operare.
Se poate face o distincție între roțile directoare capabile să realizeze numai o mișcare liberă de rotație, mecanismului de orientare revenindu-i comanda axei de pivotare, și roți directoare complet libere (independente, sau „castor”), capabile atât de rotație, cât și de pivotare pe o direcție normală. în acest ultim caz, funcția de orientare este transferată în comanda roților motrice.
Principalele patru tipuri de roți sunt (Fig. 2-19).
roată standard: două grade de libertate, rotație în jurul axului roții (cazul roții motorizate), și a punctului de contact;
roată tip „castor”: doua grade de libertate;
roată suedeză: trei grade de libertate; rotație în jurul axul roții (motorizate), în jurul rolelor, și în jurul punctului de contact;
roată sferică: trei grade de libertate dar realizare dificilă din punct de vedere tehnic.
Există patru clase de roți, așa cum se arată în Fig. 2-19. Acestea diferă foarte mult în cinematica lor și, prin urmare, alegerea tipului de roată afectează cinematica generală a robotului mobil.
Roata standard și roata tip “castor” au o axă principală de rotație și sunt astfel foarte ușor de direcționat. Pentru a o muta într-o altă direcție, roata trebuie să fi condusă mai întâi de-a lungul unei axe verticale. Diferența esențială dintre aceste două roți este că roata standard poate realiza acest lucru fără efecte secundare, pentru că centru de rotație trece prin suprafața de contact cu solul, în timp ce roata tip “castor” se rotește în jurul unei axe depărtate de punctul de contact, provocând o forță suplimentară pe carcasă robotului în timpul schimbării direcției.
Roata suedeză și roata sferică sunt mai puțin constrânse de direcționalitate decât roata standard. Roata suedeză funcționează ca o roată normală, dar oferă o rezistență scăzută pentru altă direcție, chiar și pentru cele perpendiculare pe direcția principală. Avantajul cheie al acestui model este faptul că, deși sensul de rotație al roții este doar în lungul axei principale roata se poate deplasa cinematic cu foarte puțină frecare de-a lungul mai multor traiectorii posibile, nu doar înainte și înapoi.
Roata sferică este o roată cu adevărat omnidirecțională, de multe ori proiectată în așa fel încât să poată să se rotească de-a lungul oricărei direcții.
Indiferent de ce tip de roata se utilizează, roboții mobili cu mai mult de trei roți, au nevoie de un sistem de suspensie pentru a menține contactul roții cu solul. Funcțiile de direcție și propulsie pot fi deci cuplate mecanic, justificările acestei opțiuni constând în faptul că multe acționări pot asigura cele două funcții, există necesitatea asigurării stabilității direcționale în timpul propulsiei, și nu este posibilă realizarea orientării în lipsa deplasării pe planul suport. De asemenea, în stabilirea soluției optime pentru realizarea motricității unui robot mobil, mai intervine: numărul roților motrice și directoare, geometria generală a locomoției, posibilitățile constructive, precum și performanțele finale urmărite.
Stabilitatea
Trebui să fie luată în considerare în procesul de proiectare, pentru a preveni răsturnarea pe un teren denivelat, inclusiv scări, trepte, și pante. Stabilitatea poate fi investigată cu ajutorul a trei parametri: centrul de masă, zonă de sprijin, și marja de stabilitate. Stabilitatea presupune că centrul de masă rămâne în interiorul suprafeței de sprijin, cum se vede în Fig. 2-20. Zona de susținere este un poligon construit prin proiectarea limitelor robotului pe planul orizontal. Un vehicul convențional are limitări în teren accidentat datorită poziției fixe a centrului de masă în raport cu coordonatele corpului acestuia. Centrul de masă afectează foarte mult marja de stabilitate (lungimea minimă dintre centrul de masă și marginile zonei de susținere). În cazul în care centrul de masă este situat în afara zonei de sprijin, răsturnarea are loc. Marja de stabilitate a unui vehicul convențional este determinată în principal de panta terenului. Multe vehicule sunt concepute pentru a avea un centru de masă cât mai jos posibil, obținându-se astfel o marjă stabilitate mare.
Tabel 2.3 – Configurații posibile ale mecanismelor de locomoție cu roți
Manevrabilitatea
Unii roboți sunt omnidirecționali, ceea ce înseamnă că se pot deplasa în orice moment, în orice direcție de-a lungul planului de bază, indiferent de orientarea robotului în jurul axei sale verticale. Acest nivel de manevrabilitate impune roți care se pot deplasa în mai mult decât o singură direcție (de obicei, folosesc roți motrice suedeze sau sferice). Spre deosebire de configurațiile omnidirecționale, există configurația de direcție tip Ackerman (comună în cazul automobilelor). Un astfel de vehicul are de obicei o rază de viraj care este mai mare decât vehiculul. În plus, manevrabilitatea limitată a mecanismului tip Ackerman are un avantaj important: direcționalitatea și geometria direcției îi furnizează o foarte bună stabilitate laterală la viteze mari.
Tabel 2.4 – Legendă reprezentări grafice din tabelul Tabel 2.3
Controlabilitatea
Există, în general, o corelație inversă între controlabilitate și manevrabilitate. De exemplu, modelele omnidirecționale, cum ar fi configurația roții cu patru roți tip “castor” necesită o prelucrare semnificativă pentru a converti vitezelor de rotație și de translație a comenzilor individuale ale roților.
Controlul unui robot omnidirecțional pe o anumită direcție de deplasare este de asemenea mult mai dificil și, adesea, mai puțin precis în comparație cu modele mai puțin manevrabile. De exemplu, un vehicul de direcție Ackerman poate merge direct pur și simplu prin blocarea roților orientabile și de conducere roțile motoare.
Nu există nici o configurație care să maximizeze simultan stabilitatea, manevrabilitatea și controlul. Fiecare dintre acestea impune robotului mobil constrângeri unice, iar sarcina proiectantului este de a alege configurația optimă în funcție de misiunea acestuia.
Sistemul senzorial intern
În general, robotica poate fi divizată în trei domenii: percepție, cogniție și acțiune. Această diviziune e naturală: un robot trebuie în general să “simtă”, pentru a primi informații despre mediul înconjurător.
Pentru a realiza interacțiunea robot-mediu trebuie să existe elemente sensibile (senzori), care să măsoare diferitele caracteristici ale mediului sau ale obiectelor din mediu și o unitate de calcul, care să prelucreze în timp real informația senzorială, să o transforme într-o formă utilă pentru sistemul de comandă. Acesta din urmă, funcție de sarcina de îndeplinit și informația despre modificarea mediului de lucru, ia decizii pentru modificarea acțiunilor în curs de desfășurare, sau generează noi acțiuni.
Caracterul și volumul informațiilor utilizate de sistemul senzorial depinde de funcția scop asociată robotului și de gradul de autonomie care i se conferă.
Cu informația obținută de la sistemul senzorial robotul își construiește și își actualizează în permanență ,,modelul lumii″ în care evoluează, model în funcție de care își va genera planurile de acțiune viitoare.
Senzorii pentru aplicații robotizate trebuie să îndeplinească o serie de calități ca de exemplu caracteristici statice liniare, caracteristici dinamice stabile, viteză mare de răspuns, stabilitate la variația parametrilor mediului ambiant, caracteristici reproductibile, robustețe și fiabilitate mare în funcționare.
În concordanță cu modificările imprevizibile ale mediului înconjurător un robot mobil are nevoie de următoarele categorii de informații []:
descrierea generală a mediului de lucru;
caracteristicile fizico-chimice ale obiectelor cu care intră în interacțiune;
poziția și orientarea robotului și a organelor sale efectuare.
Tabel 2.5 – Senzorii utilizați în cadrul sistemelor robotizate mobile[]
Un criteriu de clasificare a senzorilor îl reprezintă scopul măsurării (Error! Reference source not found. [adaptat,2]):
senzori proprioceptivi (traductoare)(PC) care furnizează informații despre starea internă a robotului (configurație, temperatură, curent, etc.);
senzori exteroceptivi (EC) care furnizează informații despre starea mediul în raport cu robotului.
Un alt criteriu de clasificare a senzorilor îl reprezintă principiul de măsurare:
senzori pasivi (P) care utilizează doar energia din mediu;
senzori activi(A) care transmit energie în mediu și totodată primesc energie din mediu.
Un alt criteriu de clasificare al senzorilor poate fi distanța de la care sunt culese informațiile, în acest caz, vom avea:
senzori de zonă îndepărtată și foarte îndepărtată(senzori de distanță); aceștia furnizează informații despre toată zona de lucru a robotului și pot fi realizați cu camere video sau matriceale, traductoare electromagnetice, acustice sau pe bază de radiații;
senzori de zonă apropiată (senzori de proximitate); aceștia furnizează informații despre existența obiectelor, fără ca organul terminal al robotului să intre în contact cu obiectele, și în acest scop sunt frecvent utilizați senzori optici, pneumatici sau electromagnetici;
senzori de contact; se folosesc în general pentru a stabili dacă obiectul de lucru a fost apucat de mâna robotului. Cu aceștia se poate măsura valoarea și distribuția presiunii (senzori tactili) care apare între dispozitivul de prindere și obiect, alunecarea dintre obiect și dispozitivul de prindere și interacțiunea directă între robot și obiectul manipulat în urma căreia se dezvoltă forțe și momente de torsiune.
Informațiile privind poziția, viteza și accelerația sunt obținute prin sisteme de măsurare specifice, denumite în mod curent sub denumirea de traductoare de poziție, viteza si respectiv accelerație [].
Traductoarele reprezintă elemente indispensabile ale lanțurilor de măsurare și au rolul de a converti o mărime de intrare de o anumită natură (mecanică, termică, optică) într-o mărime de ieșire de altă natură.
Datorită avantajelor majore pe care le posedă semnalul electric ca purtător de informație, cele mai răspândite traductoare convertesc mărimea măsurată într-un semnal electric, purtând denumirea de traductoare electrice.
Criteriul de bază după care se pot clasifica traductoarele electrice îl constituie principiul de funcționare. Se pot distinge două mari categorii:
1. Traductoare parametrice, la care mărimea măsurată este transformată într-un parametru de natură electrică (rezistență, inductanță sau capacitate). Utilizarea acestui tip de traductor presupune existența unei surse de energie (generator de curent continuu sau alternativ).
Exemple de traductoare parametrice: marca tensometrică, traductorul inductiv de deplasare, microfonul capacitiv, etc.
2. Traductoare generatoare, la care mărimea neelectrică (sau variația în timp a acesteia) generează o tensiune electromotoare. În acest caz, circuitul în care este conectat traductorul nu necesită o sursă suplimentară de energie.
Exemple de traductoare generatoare: tahogeneratorul, microfoanele electrodinamice, traductoarele piezoelectrice, termoelementele, etc.
În funcție de modul în care are loc transformarea mărimii neelectrice în mărime electrică, traductoarele se pot clasifica astfel:
Traductoare directe, la care mărimea neelectrică este transformată direct într-o mărime electrică, astfel:
mărime neelectrică mărime electrică
Exemplu: la traductorul inductiv de deplasare schema prezentată mai sus devine:
deplasarea liniară inductanță
Traductoare complexe, la care mărimea neelectrică inițială suferă în prealabil o transformare într-o altă mărime neelectrică (traductoare complexe de ordinul întâi sau, pe scurt, traductoare complexe) sau mai multe transformări (traductoare complexe de ordin superior), astfel:
mărime neelectrică 1 mărime neelectrică 2 mărime electrică
sau
mărime neelectrică 1 … mărime neelectrică în mărime electrică
Exemplu de traductor complex de ordinul întâi: traductorul inductiv de accelerație:
accelerație forță inductanță
Exemplu de traductor complex de ordin superior: traductorul de presiune de tip tensometric:
presiune forță alungire rezistență
De regulă, traductoarele directe fac obiectul producției specializate a unor firme având o experiență îndelungată în concepție și fabricare. Pe baza traductoarelor directe fabricate industrial se pot concepe o multitudine de tipuri de traductoare complexe adecvate efectuării unei game largi de măsurări.
Traductoare rezistive:
Traductoarele rezistive se bazează pe fenomenul fizic de modificare a rezistenței unui fir (executat dintr-un material bun conducător de electricitate) în funcție de alungirea la care este supus. În acest mod, traductoarele rezistive convertesc alungirea (proporțională cu efortul aplicat) într-o variație a rezistenței ohmice.
Marca tensometrică.
Traductoarele rezistive se bazează pe fenomenul fizic de modificare a rezistenței unui fir (executat dintr-un material bun conducător de electricitate) în funcție de alungirea la care este supus. În acest mod, traductoarele rezistive convertesc alungirea (proporțională cu efortul aplicat) într-o variație a rezistenței ohmice.
Cea mai răspândită formă constructivă de traductor rezistiv o constituie marca tensometrică.
Principalele avantaje ale mărcilor tensometrice sunt următoarele:
permit măsurarea selectivă a stării de eforturi pe diferite direcții ale piesei supuse încercărilor;
permit compensarea surselor de erori (de exemplu efectul încălzirii);
permit măsurarea într-o plajă largă de valori ale alungirilor relative:
între 10-2÷102 [m/m] și într-o gamă de temperaturi de la –269÷1000 [0C];
posedă o rezoluție înaltă și o bună rezistență la oboseală;
au o masă proprie foarte mică;
au o influiență redusă asupra comportării obiectului instrumentat;
permit efectuarea măsurătorilor în regim dinamic.
Principiul de funcționare al mărcii tensometrice
Relația de calcul a rezistenței ohmice funcție de caracteristicile dimensionale și de natura materialului este următoarea:
(2.1)
Prin logaritmarea relației (1.4) se obține:
(2.2)
iar prin diferențiere și trecere la diferențe finite rezultă:
(2.3)
Relațiile de mai sus se pot scrie condensat sub forma următoare:
(2.4)
unde cu s-a notat alungirea specifică, iar cu s-a notat coeficientul lui Poisson, având valoarea teoretică = 0,3.
Considerând că rezistivitatea materialului nu depinde de alungire, rezultă că relația (2.4) se poate scrie sub forma:
(2.5)
unde: k’ reprezintă o constantă de proporționalitate având valoarea teoretică:
Această valoare are un caracter pur teoretic, deoarece, în practică, se consideraă valoare globală a constantei proprii ansamblului marcă tensometrică și adeziv; valoarea acestei constante se specifică cu o precizie de maximum 1% pentru fiecare marcă tensometrică, având următoarele valori uzuale k = 2,00…2,10.
Traductorul inductiv:
Traductoarele inductive au o răspândire largă în construcția unor traductoare directe destinate măsurării deplasărilor, dar și în construcția unor traductoare complexe destinate măsurării presiunilor, turației etc. Prezintă avantajul unei construcții robuste, dar frecvența proprie are valori relativ scăzute (până la cca.100Hz). Principiul de funcționare a traductoarelor inductive se bazează pe fenomenul electromagnetic de modificare a inductanței unei bobine datorată modificării reluctanței circuitului magnetic.
În Fig. 2-23 este prezentat schematic un traductor inductiv.
Inductanța bobinei se determină cu relația:
(2.6)
unde: Rm – reluctanța circuitului magnetic se determină cu următoarea relație de calcul:
(2.7)
Se poate observa că reluctanța magnetică depinde de lungimea întrefierului și are valoarea minimă în cazul în care aceasta este nulă. În această situație se obține valoarea maximă a inductanței bobinei Lmax :
(2.8)
Din relațiile de mai sus, pentru o anumită valoare a întrefierului, rezultă în final următoarea relație:
(2.9)
Datorită valorii foarte mari a permeabilității magnetice relative (µm=10.000….15.000), termenul al doilea din paranteza de la numitor înregistrează valori mult mai mari decât unitatea, chiar și pentru valori mici ale întrefierului.
Din relația (2.9) rezultă o variație de tip hiperbolic între întrefierul (mărimea de intrare) și inductanța bobinei (mărimea de ieșire). Pe această caracteristică, pentru valori suficient de mari ale
întrefierului, se poate alege un segment de curbă pe care abaterile de la neliniaritate să poată fi acceptabile.
Rezultă că aceste tipuri de traductoare permit măsurarea unor deplasări mici, de același ordin de mărime cu întrefierul (în general, sub 1mm).
Traductoarele inductive care utilizează o armătură cu poziție variabilă se mai numesc și traductoare inductive cu reluctanță variabilă.
Traductoarele inductive prezintă avantajul unei sensibilități ridicate, precum și a unei fiabilități sporite. Se utilizează pentru realizarea unor traductoare de măsurare a deplasărilor, precum și în construcția unor traductoare complexe.
Pentru măsurarea deplasărilor mici se utilizează traductoare cu reluctanță variabilă iar pentru măsurarea deplasărilor mari se utilizează traductoare inductive cu inductanță variabilă.
Pentru îmbunătățirea sensibilității se utilizează două bobine al căror mod de conectare și dispunere este prezentat în Fig. 2-24.
Varianta de montaj cu două armături (una fixă și cealaltă la distanță variabilă) este des utilizată în construcția senzorilor de prezență în proximitatea traductorului a unei piese feromagnetice. Pe această bază s-au realizat traductori inductivi capabili să măsoare deplasări de maxim 1 [mm] ale pieselor metalice. Sensibilitatea acestor traductori este dependentă de modul de montaj, precum și de valorile inițiale ale distanței dintre traductor și armătura mobilă.
Traductoarele inductive cu reluctanță variabilă se utilizează frecvent în construcția unor traductoare complexe destinate măsurării turației prin “sesizarea” prezenței plinului danturii la o roată dințată montată pe arborele a cărui turație se măsoară. Valoarea întrefierului este în acest caz de cca.0,4…0,6 mm, ccea ce impune ca bătaia radială a roții dințate să fie limitată la maximum 0,05 mm.
Traductoarele inductive cu reluctanță variabilă mai pot fi utilizate pentru determinarea poziției prin fructificarea fenomenului de autoinducție care transformă acest tip de traductor dintr-unul parametric într-un traductor de tip generator.
Tensiunea de autoinducție are valori relativ mici (zeci de milivolți) și depinde atât de mărimea întrefierului, cât și de viteza armăturii mobile.
Traductoarele inductive prezintă numeroase avantaje legate de robustețe și preț de cost, ceea ce le face atractive din aceste puncte de vedere.
Circuitul de condiționare a semnalului provenit de la traductoarele cu reluctanță (inductanță) variabilă constă dintr-o punte Wheatstone alimentată în curent alternativ.
În Fig. 2-25 se prezintă o variantă de utilizare a senzorului inductiv. Trecerea vârfului proieminenței roții dințate prin dreptul miezului senzorului (constituit dint-o inductanță cu o singură secțiune) produce o variație a câmpului magnetic B ce dă naștere unei tensiuni U:
(2.10)
Notând cu unghiul de rotire al roții dințate și cu viteza unghiulară a acesteia, rezultă:
(2.11)
(2.12)
Rezultă că tensiunea culeasă la bornele inductanței depinde de turația discului feromagnetic. Acest aspect funcțional constituie un dezavantaj major în cazul măsurării unor turații scăzute (sub 100 rot/min). Semnalul cules la bornele traductorului are o formă similară cu cea prezentată în Fig. 2-26.
Integrarea unui astfel de semnal în scopul obținerii unei tensiuni proporționale cu frecvența semnalului impune prelucrarea prealabilă prin transformarea într-un tren de impulsuri dreptunghiulare de aceași frecvență.
Pentru măsurarea turației, semnalul este aplicat unui formator de semnal dreptunghiular de forma celui prezentat în Fig. 2-27.
Rezultă un semnal dreptunghiular cu tensiunea U0 și lungimea impulsului indiferent de forma tensiunii generată de senzor. Prin integrare, se obține o tensiune proporțională cu frecvența semnalului de intrare în formator, ceea ce permite determinarea rotației discului, având N proieminențe, cu ajutorul relației:
(2.13)
Traductoarele piezoelectrice reprezintă o altă categorie de traductoare de tip generator, căpătând o largă răspândire datorită unor avantaje pe care le prezintă, și anume: robustețe și fiabilitate mare, compactitate deosebită (unele realizări constructive ating câteva grame greutate), permit efectuarea măsurătorilor în regim dinamic până la valori mari ale frecvenței, au o dependență scăzută față de condițiile ambientale.
Funcționarea traductorului piezoelectric are la bază fenomenul de apariție a sarcinilor electrice pe suprafețele unor anumite materiale atunci când acestea sunt supuse acțiunii unei forțe mecanice.
Principalele tipuri de materiale care prezintă fenomenul descris mai sus sunt: cristalul de cuarț, tartratul de sodiu și potasiu, turmalina, titanatul de bariu și zirconatul de plumb.
Între sarcina electrică Q care ia naștere și forța mecanică F aplicată asupra cristalului (vezi figura 1.11) există următoarea relație de proporționalitate:
,
unde pentru titanatul de bariu, avem: d33 =13…16×10-11 [C/N].
Indicii _33 se referă la cazul discului piezoelectric supus unei forțe de compresiune (sau de întindere) pe direcția câmpului electric creat. Capacitatea electrică Ce a traductorului piezo-electric este dată de relația:
,
iar pentru titanatul de bariu: d =1,25×10-13 [F/m].
Uzual, capacitatea electrică a traductorilor piezoelectrici de accelerație este de ordinul 200÷2000 [pF]. Rezultă că, în cazul traductoarelor piezoelectrice, capacitatea proprie a cablurilor de legătură (care este de ordinul 1…100 [pF]) este de natură să afecteze precizia măsurătorilor, în cazul
în care nu se întreprind măsuri adecvate de eliminare a acestei influențe (utilizarea cablurilor speciale cu capacități proprii reduse, etalonarea accelerometrelor împreună cu cablul de legătură etc.).
Tensiunea electrică în circuit deschis se determină cu următoarea relație:
.
Rezultă că traductorul piezoelectric poate fi privit ca un generator de tensiune, caracterizat printr-o capacitate electrică proprie și, inevitabil, printr-o rezistență internă (aceasta atinge valori foarte mari, de ordinul 20÷1000 [GW]).
Sensibilitatea traductoarelor piezoelectrice se exprimă prin raportul dintre semnalul electric generat și accelerația aplicată masei inerțiale. Deoarece la bornele traductorului se poate măsura tensiunea electrică generată sau sarcina electrică acumulată pe armături, rezultă că se pot defini două tipuri de sensibilități:
sensibilitatea în tensiune, exprimată în [mV/ms-2];
sensibilitatea capacitivă, exprimată în [pC/ms-2].
Traductoare analogice. Măsurarea analogica a poziției este cel mai simplu sistem de măsurare.
Conectarea cursorului potențiometrului la elementul mobil permite măsurarea unei tensiuni,
(2.14)
în mod similar, pentru deplasări unghiulare rezultă,
(2.15)
În general, măsurarea liniara rezistiva nu este indicată. Măsurarea unghiulară este utilizată datorita simplității soluției si prețului de cost foarte mic. Cu toate acestea, trebuie subliniat faptul că aceste sisteme dau erori mari iar precizia măsurării este scăzută.
Traductoarele numerice. Traductoarele din aceasta categorie convertesc mărimea măsurată, deplasarea, într-un număr N corespunzător numărului de cuante de deplasare echivalent cu distanta parcursă.
După modul în care este redat acest număr N se disting două tipuri de traductoare:
incrementale la care ultima poziție atinsă este obținută din poziția precedentă prin cumularea cu numărul de cuante corespunzătoare deplasării:
liniare: Principiul de funcționare al acestor traductoare se bazează pe împărțirea domeniului de măsurare într-un număr de cuante elementare si contorizarea acestora simultan cu deplasarea elementului mobil. Elementul de baza la aceste sisteme este rigla de măsura;
unghiulare. Elementul sensibil la aceste traductoare îl constituie un disc cuantificat, fiecare increment unghiular măsurabil determinând rezoluția sistemului;
absolute în care numărul de cuante este codificat într-un cod adecvat:
liniare: Traductoarele din aceasta categorie sunt construite pe sistem optic si au ca element de baza o rigla de măsurare a cărei valori cuantificate sunt exprimate într-un cod absolut, codificarea se face în cod binar natural, binar codificat zecimal sau Gray;
unghiulare. Aceste traductoare sunt realizate după același principiu ca si traductoarele liniare, numărul de cuante unghiulare corespunzătoare unei anumite poziții, unghi, fiind codificat după unul din codurile precizate anterior.
Pentru a exemplifica modalitatea de extragere a informațiilor din semnalele și , obținute cu traductoarele incrementale de deplasare unghiulare (TID). Semnalele și (impulsuri rectangulare de scurta durata) sunt obținute prin detecția fronturilor de ridicare ale semnalelor și .
Pe baza acestor semnale rezultă că:
semnalul va fi pe ”1” logic doar dacă deplasarea este în sens direct, adică:
(2.16)
semnalul va fi pe ”1” logic doar daca deplasarea este în sens invers, adică
. (2.17)
Semnalele si servesc deci atât pentru indicarea sensului de deplasare cât și pentru contorizarea impulsurilor incrementale, în vederea determinării poziției absolute pe o axă.
Impulsurile rezultate la ieșirea unei porți SI logice (P) sunt contorizate cu ajutorul numărătorului N. Conținutul numărătorului este transferat microcontrolerului la intervale egale cu perioada de eșantionare . Logica de comandă a întregului circuit se poate implementa tot cu ajutorul microcontrolerului. Inițializarea logicii de comandă este efectuată cu ajutorul semnalului , care provine de la traductorul optic incremental.
Sistemul senzorial extern
Prevenirea și stingerea incendiilor presupune aplicarea, în toate împrejurările, a unor proceduri care reprezintă cursuri sau moduri particulare de acțiune, adoptate de către personalul specializat.
Acestea sunt următoarele:
proceduri de acces la locul incendiului;
proceduri de efectuarea a recunoașterii zonei incendiate;
proceduri pentru desfășurarea activităților de prevenire și stingere a incendiilor;
proceduri pentru salvarea persoanelor și a bunurilot materiale;
proceduri pentru punerea în stare sigură a sistemului robotizat;
pentru transmiterea informațiilor la dispeceratele integrate .
În general controlul roboților pentru prevenirea și stingerea incendiilor se realizează prin comandă de la distanță sau teleoperare. Acest lucru implică existența în circuitul de control al unui robot a unui operator uman. Operatorul ia toate deciziile importante pentru executarea misiunii în timp ce robotul este responsabil cu implementarea mecanică a deciziei operatorului.
Teleoperarea presupune existența unei bariere între utilizator și mediu de operare și a două locații una a operatorului și una a robotului. Aceste bariere, fie că este vorba de distanță, medii periculoase, medii foarte mici sau foarte mari, pot fi depășite prin operare de la distanță.
Controlul roboților mobili bazat pe teleoperare necesită un sistem robust cu o interfață intuitivă, flexibilă și eficientă. În cele mai frecvente situații roboții mobili sunt echipați cu senzori și module controlabile, care furnizează un volum impresionant de date către utilizator.
Analiza misiunilor precum și a realizărilor în domeniul roboților pentru intervenții în situații de urgență conduc către o configurație senzorială bazată pe:
Senzori video
Senzori audio (microfoane și difuzoare)
Senzori poziționare (de obicei GPS)
Senzori de detecție:explozivi, radiații, substanțe chimice,substanțe biologice.
Concluzii
Specificațiile tehnice ale celor 10 roboți mobili pentru stingerea incendiilor au fost prezentate în
Anexa 8. Din analiza comparativă a acestora au rezultat următoarele concluzii :
MVF5 este cel mai mare și mai greu dintre roboți putând fi utilizat numai din exteriorul obiectivului afectat.MVF5 este urmat de LUF60 și JMX-LT50;
MVF5, LUF60 și JMX-LT50 au fost concepute pentru a rezista la încărcături mari, fiind echipate cu bazin de apă mai mare și cu tun de apă, fiind în măsură să controleze focul eficient într-un timp scurt;
Tunul robotului JMX-LT50 poate fi controlat de la distanță;
LUF60 este echipat cu un ventilator puternic pentru stingerea incendiului cu ceață de apă;
Ceilalți 7 roboți sunt mai ușori, având mase sub de 1000 kg;
Cei mai multi dintre acești roboți, cum ar fi Firerob, FFR-1, Firemote-4800, SACI, ArchiBot și MyBOT2000 folosesc baterii de acumulatori ca sursă de energie, cu excepția robotului Thermite la propulsia căuia fiind utilizat motorul diesel;
În general, 90% dintre roboții mobili folosesc duze de apă, 80% folosesc tunuri de apă controlate de la distanță, și mai puțin de 20% dintre sunt prevăzuți cu bazine de substanțe stingătoare.
Se dorește realizarea roboților mobili pentru a fi utilizați în combinate petrochimice, în zone periculoase cum ar fi medii radioactive, clădiri cu structuri de rezistență instabile precum și la inrevenții la instalații și rezervoare în care se lucrează cu presiune înaltă.
În prezent, dezvoltarea roboților mobili pentru stingerea incendiilor nu este pe deplin susținută de autorități și nici de serviciile pentru situații de urgență, dar trebuie avut în vedere faptul că aceștia pot elimina sau cel puțin micșora riscurile pentru echipajele de intervenție pe timpul misiunilor care se desfășoară în medii ostile vieții. Sunt necesare eforturi susținute pentru încurajarea utilizării acestor roboți, precum și pentru proiectarea și realizarea acestora la costuri mici și în același timp de o calitate înaltă.
Algoritmii de generare a traiectoriilor sau de simulare a unor situații de funcționare a roboților mobili, este posibil să nu reflecte realitatea. De aceea este foarte important ca testările de evaluare să fie efctuate cât mai riguros, iar algoritmii să fie reformulați în funcție de datele obținute.
În lucrarea [] se descrie procesul de realizare a unei platforme flexibile de robot mobil, capailă să suporte diverși algoritmi de funcționare.
Acest proces constă în două etape:
examinarea platformelor existente pentru a determina caracteristicile dorite pentru o platformă flexibilă;
implementarea unei platforme de robot mobil (FRP), are cel puțin trei caracteristici posibile;
Caracteristicile definitorii pentru o platformă mobilă robotizată flexibilă sunt următoarele:
capacitatea de interfațare a componentelor (senzori și actuatori);
dezvoltarea de interfețe pentru programarea de aplicații (API – Application Programming Interface);
șasiu reconfigurabil;
costuri reduse;
modularitate.
În scopul de a identifica factori suplimentari care să permită o flexibilitate sporită, s-a realizat un studiu comparativ al platformelor robot mobil disponibile în comerț (Tabel 2.6):
Tabel 2.6 – Avantajele și dezavantajele diverselor platforme robotizate
Configurația standard a unui robot mobil flexibil este prezentată în [] (Fig. 2-31).
Testarea unei platforme flexibile mobile presupune efectuarea unor teste și apoi compararea rezultatelor cu alte rezultate oferite de către cercetările în domeniu.
Testele trebuie să atingă următoarele cerințe:
valori privind performanțele de navigație terestră, de tip cantitativ;
valori privind performanțele de dinamicitate a FRP;
utilitatea valorilor;
compararea acestor valori măsurate cu cele obținute pe cale analitică.
Pentru a permite realizarea de studii comparative între platforme flexibile diferite, trebuie definiți factorii de flexibilitate. Un set de asemenea factori este prezentat în .
Testarea cantitativă a FRP presupune efectuarea a trei experimente de navigație terestră în linie dreaptă, cu respectarea condițiilor de experimentare.
Cele trei experimente au constat în programarea controlerului de a se deplasa pe o traiectorie de 4.877 [mm], folosind trei metode diferite de navigație:
Primul experiment presupune utilizarea unei funcții "mișcare" pentru a muta pur și simplu robotul pe distanța specificată;
Al doilea experiment are prestabilită viteza roților motrice și monitorizează distanța parcursă;
Al treilea experiment presupune ca robotul să se repoziționeze pe traseul de urmat pe baza datelor furnizate de către un senzor sonar.
Pentru acest test s-a utilizat platforma Pioneer-1, în anul 1999 – conform , autorul experimentului este Ugonna Ibeanusi.
Tabel 2.7 – Factori de flexibilitate pentru platforme mobile robotizate
CERCETĂRI REFERITOARE LA PROIECTAREA SISTEMULUI DE PROPULSIE AL INSTALAȚIEI DE PREVENIRE ȘI STINGERE A INCENDIILOR
Configurarea platformei – propulsor
Traversarea obstacolului tip treaptă
Obstacolele tip treaptă, borduri, scări, obiecte ale căror dimensiuni permit trecerea peste ele etc., impune studierea acestui proces pentru o configurare geometrică optimă a propulsorului electric 6×6.
Traversarea obstacolului tip treaptă are două etape succesive:
abordarea obstacolului, care se derulează între momentul atingerii de către propulsorul pe roți a obstacolului și până în momentul în care puntea a II-a începe să se desprindă de pe sol;
traversarea obstacolului, care se derulează până în momentul în care centrul de masă al platformei trece de verticala obstacolului tip treaptă.
Schematizarea primei etape este prezentată în (Fig. 1-1). S-a considerat că înălțimea obstacolului, h [m], este mai mare decât înălțimea de dispunere a roților care intră în contact cu obstacolul ha [m]: [m].
Datorită antrenării roților de către motoarele electrice, la interacțiunea primului tren de rulare cu obstacolul ia naștere o forță ascensională Tasc [N]. Valoarea acesteia este limitată de:
coeficientul de aderență dintre roți-teren pe care are loc deplasarea t [-];
coeficientul de aderență dintre roți și obstacol obs [-].
(3.1)
unde: G – greutatea totală a platformei [N].
Forța ascensională este dată de următoarea relație:
. (3.2)
Condiția de escaladare a obstacolului, la limită, este următoarea:
, (3.3)
care, după transformări, conduce la următoarea condiție:
. (3.4)
Prin urmare se desprinde ideea că deplasarea spre spate a centrului de masă favorizează abordarea obstacolului. Totuși, deoarece coeficienții de aderență au valori subunitare, inegalitatea din ecuația (3.4) este îndeplinită numai în condiții de aderență extrem de favorabile.
Dacă se consideră schematizarea escaladării obstacolelor înalte prezentată în (Fig. 3-2), se constată că traversarea obstacolului este posibilă numai în cazul în care se produce un echilibru de momente asigurat de roțile motare ale punții nr. 3 și roțile motrice ale punții nr. 1. Fenomenul de „cățărare” pe peretele vertical al obstacolului, implică modificarea relației de determinare a coeficientului de frecare dintre roțile motrice și obstacol. Coeficientul de frecare [-] este dat de următoarea relație de calcul :
. (3.5)
se notează cu [-] raportul:
(3.6)
Cu această notație, inegalitatea (3.5) devine:
(3.7)
Pentru evaluarea influenței pe care o prezintă coeficientul de aderență și poziția centrului de greutate, se consideră că înălțimea obstacolului este: [m].
Se notează [-] , inegalitatea (3.7), devenind în acest caz:
(3.8)
Relația (3.8) de mai sus permite evaluarea influenței pe care o are poziția centrului de masă asupra condițiilor de escaladare a obstacolului.
În (Fig. 3-3) se prezintă modul de variație a coeficientului minim de frecare necesar pentru ca platforma propulsor de tipul 6×6 să escaladeze obstacolul tip treaptă. Se poate constata influența majoră pe care o are centrul de greutate asupra coeficientului de frecare minim admisibil. Astfel, se obțin valori ce pot fi realizate practic numai pentru valori [-], astfel încât centrul de greutate trebuie să se găsească deplasat spre partea din față a platformei propulsor.
Dacă se impune condiția ca axul punții față, respectiv ale roților care intră în contact cu obstacolul să se afle pe aceeași orizontală cu muchia obstacolului, condițiile de abordare a obstacolului se îmbunătățesc substanțial,
prima etapă având o durată extrem de redusă, inerția platformei la mersul rectiliniu jucând un rol important.
Pentru efectuarea studiului mai sus amintit, se consideră schematizarea vehiculului 6×6 pe timpul urcării unui obstacol tip treaptă prezentată în (Fig. 3-4).
Având în vedere notațiile prezentate în (Fig. 3-4) rezultă următoarele ecuații:
(3.9)
(3.10)
(3.11)
(3.12)
unde: – distanța de la axa roții din spate la centrul de greutate, măsurată pe direcția linie imaginare ce trece prin centrul roților [m]; – distanța de la centrul de greutate la linia imaginară ce trece prin centrul roților [m]; rm – raza de rulare a roții punții din spate, h – înălțimea obstacolului tip treaptă [m]; d – lungimea liniei imaginare dintre punctul de contact din spate și muchia obstacolului [m]; – distanța pe orizontală dintre punctul de contact din spate și muchia obstacolului [m]; – unghiul de înclinare al liniei imaginare ce trece prin centrul axului roților motrice [grade].
Analizând modul de urcare a robotului 6×6 pe obstacol, se pot distinge următoarele situații distincte:
– vehiculul poate urca peste obstacol;
– vehiculul nu poate urca peste obstacol;
– condiția critică, la limită.
Din analiza a ecuațiilor (3.9)÷(3.12) și a condițiilor la limită prezentate, rezultă:
(3.13)
După transformări, ecuația (3.13) devine:
(3.14)
În urma rezolvării ecuației de mai sus (3.14) rezultă valorile unghiului . Rezolvarea ecuațiilor s-a efectuat pentru o rază de rulare de 0,0425 [m].
Modul de variație a unghiului maxim de dispunere a liniei imaginare a axului roților față de sol este prezentat în (Fig. 3-5) și (Fig. 3-6). Se poate observa că unghiul de înclinare scade odată cu deplasarea spre față a centrului de masă.
Reprezentarea grafică a ecuațiilor (3.9)÷(3.12) este cuprinsă în (Fig. 3-5).
O altă situație specifică o constituie traversarea unor obstacole tip șanț. Schematizarea geometriei platformei propulsor pentru situația limită de traversare a șanțului este prezentată în
(Fig. 3-8).
În faza inițială, vehiculul păstrează poziția orizontală până în momentul în care verticala care trece prin centrul de masă coincide cu marginea șanțului. Vehiculul începe să oscileze în jurul punctului de contact cu marginea șanțului (punctul notat cu P).
Poziția limită la care mai este posibilă traversarea șanțului (desenată cu roșu) survine atunci când se realizează contactul cu cealaltă margine a șanțului într-un punct situat pe circumferința roții din față pe axa de simetrie orizontală a acesteia.
Scenariul de abordare menționat anterior neglijează forțele de inerție datorită vitezelor mici de deplasare ale platformei robotului mobil.
Pentru situația limită, se pot scrie următoarele ecuații geometrice:
(3.15)
(3.16)
cazul general, în care s-a presupus că .
Ecuațiile (3.15) și (3.16) formează un sistem de două ecuații cu două necunoscute: și Ls.
Eliminând necunoscuta s-a calculat lățimea șanțului ce poate fi traversat în funcție de poziția pe orizontală a centrului de masă, utilizând notația: , vom obține următoarele rezultate (Fig. 3-9).
Se poate constata o dependență invers proporțională între lățimea maximă a șanțului care poate fi traversat și distanța pe orizontală de la axa roții spate și centru de masă.
Rezultă că deplasarea spre față a centrului de masă conduce la mărirea înălțimii treptei care poate fi urcată, dar și la micșorarea lățimii șanțului care poate fi traversat.
Condiționări impuse de presiunea medie pe sol
Principalul avantaj al propulsorului 6×6 derivă din suprafața de sprijin mare pe care o oferă în raport cu propulsorul cu roți.
Presiunea medie exercitată de roți asupra solului este dată de următoarea relație:
(3.17)
unde: G – greutatea totală a robotului [N]; b – lățimea petei de contact al pneului cu solul [m]; La – lungimea de aderență a petei de contact al pneului cu solul cu solul [m].
Prin utilizarea relației (3.17) s-a obținut graficul tip „Contour Plot” prezentat în (Fig. 3-10).
Analizând graficul din (Fig. 3-10) se poate desprinde concluzia firească că zona amplasată în partea dreapta sus, pentru care pmed<6 kPa este cea mai avantajoasă.
O presiune medie pe sol cu valoare redusă se poate obține prin mărirea lungimii de aderență și/sau prin majorarea lățimii petei de contact al pneului cu solul.
Pentru a avea un prim termen de comparație, se prezintă în (Fig. 3-11) [] valorile presiunii medii pe sol exercitate de roboți.
Se poate constata că pentru robot 6×6 cu mase mai reduse, presiunea medie pe sol este de circa 30…40 [kPa].
Totuși, raportarea la robot 6×6 nu este capabilă să genereze valori consistente pentru presiunea medie pe sol recomandată datorită “efectului de scală” [],ilustrat în (Fig. 3-12).
Se poate constata că, la trecerea vehiculului 6×6 fără suspensie și cu o presiune pe sol suficient de mare se dezvoltă simultan două procese: tasarea solului datorită compresiunii acestuia sub acțiunea presiunii exercitate de ramura de sprijin a petei de contact al pneului cu solul și deformarea acesteia cu tendința de a se mula pe solul astfel deformat. În cazul platformelor 6×6 de mici dimensiuni cu suspensie rigidă, efectul de tasare a solului este mult mai redus iar capacitate petei de contact al pneului cu solul de a se mula pe denivelările solul este sever limitată de montajul rigid (fără suspensie) a roților. Ca o consecință a fenomenului descris mai sus, platforma 6×6 va avea oscilații de tangaj care urmăresc denivelările terenului, conducând la oscilații mari ale câmpului de vedere al camerei video.
Se remarcă și faptul că presiune medie pe sol redusă va genera și o afundare mai mică a propulsorului în terenul deformabil, cu consecințe favorabile asupra rezistenței la înaintare datorate terenului.
Urmare a considerentelor de mai sus, se pot formula următoarele concluzii []:
platformele mobile 6×6 întâmpină mai frecvent obstacole de tip rampă sau treaptă pe timpul deplasării datorită faptului că presiune medie pe sol ridicată, ca urmare a concentrării efortului pe o suprafață de contact mică conduce la tasarea nesemnificativă a solului;
absența suspensiei la platformele roboților mobili 6×6 se justifică prin simplitate constructivă și o mai mare stabilitate pe timpul executării operațiunilor dar conduce la oscilații mari ale asietei vehiculului pe timpul deplasării;
datorită efectului de scală nu se pot utiliza relațiile de calcul bazate pe cercetarea experimentală a vehiculelor 6×6 de dimensiuni normale;
Deși structura relațiilor teoretice este identică iar relațiile semi-empirice pot avea aceeași formă matematică, coeficienții derivați din măsurători efectuate asupra vehiculelor normale pot diferi substanțial.
Condiționări impuse de presiunea roților pe sol – autopropulsarea robotului mobil 6×6
Mișcarea robotului 6×6 este determinată de mărimea, direcția și sensul forțelor active și a forțelor de rezistență ce acționează asupra acestuia.
Definirea condițiilor de autopropulsare precede calculul de tracțiune, împreună cu care se condiționează performanțele robotului 6×6. Cu precizarea dată de tipul, caracteristicile și destinația robotului 6×6, a cauzelor fizice pentru forțele de rezistență ce acționează asupra robotului 6×6.
Rezistența la rulare
Rezistența la rulare Rr este o forță cu acțiune permanentă la rularea roților pe cale, de sens opus sensului deplasării robotului 6×6.
Cauzele fizice ale acestei rezistențe la înaintare sunt: deformarea cu histerezis a pneului, frecări superficiale între pneu și cale, frecările din lagărele roții, deformarea căii, percuția dintre elementele pneului și microneregularitățile căii, efectul de ventuză produs de profilele cu contur închis pe banda de rulare etc.
Față de cauzele determinate, rezistența la rulare depinde de un număr mare de factori de influență, printre care semnificativi sunt: construcția pneului, viteza de deplasare, presiunea aerului din pneu, forțele și momentele ce acționează asupra roții.
În calculele de proiectare dinamică a roboților 6×6, rezistența la rulare este luată în considerare prin f – coeficientul rezistenței la rulare, care reprezintă o forță specifică la rulare definită prin relația:
(3.18)
unde: Rr – este rezistența la rulare ; – componenta greutății normală pe cale.
În Tabel 1.1 – Temperaturi maxime de ardere sunt prezentate valori medii ale coeficientului rezistenței la rulare f pentru diferite drumuri.
Tabel 3.1 – Valori medii ale coeficientului de rezistență la rulare f
Deoarece pneul nu este perfect elastic, energia consumată pentru deformarea elementelor sale componente este mai mare decât energia cedată în timpul revenirii lor la forma inițială, diferența transformându-se în căldură – fenomenul de histerezis (Fig. 3-13).
Având în vedere că rularea pneului pe drum constă dintr-o succesiune continuă de comprimări și destinderi ale elementelor de pneu se poate ușor înțelege că diferența dintre energia
consumată la comprimare și cea recuperată la destindere se manifestă prin încălzirea pneului și prin apariția unei forțe rezistente care se opune rulării acestuia.
Se observă (Fig. 3-13) că pentru aceeași deformație este necesară, la comprimare o forță pe care o dezvoltăelementul elastic la destindere. Rezultă că presiunile de contact dintre pneu și cale vor avea o distribuție asimetrică, rezultanta lor Zr se va afla pe un suport, deplasat cu distanța a în sensul de mers, față de axa verticală, care trece prin centrul roții. Reacțiunea Zr va genera un moment de rezistență la rulare, definit prin relația (3.19):
(3.19)
Aria hașurată (Fig. 3-13 b) reprezintă energia pierdută prin fenomenul de histerezis, iar prezența sa fizică se manifestă prin încălzirea pneului în timpul rulării.
Echilibrul roții motoare
Pentru a scoate în evidență existența forței de rezistență la rulare, trebuie studiat echilibrul roții motoare (Fig. 3-14), aplicând metoda izolării corpurilor. Astfel, în articulația de legătură cu puntea asupra roții acționează două forțe perpendiculare: -G greutatea repartizată pe roată; F forța cu care puntea împinge roata. Ca urmare a acțiunii acestor forțe în suprafața de contact a roții cu calea de rulare, apar reacțiunile drumului asupra roții: -Zr reacțiunea normală; -X reacțiunea tangențială. Contactul dintre roată și cale se face pe lungimea l, iar forța Zr este rezultanta forțelor de presiune dintre anvelopă și cale.
Ecuațiile de echilibru de forțe și momente ale roții motoare, la deplasarea robotului 6×6 cu viteză uniformă, sunt:
(3.20)
Relația (3.20) este echivalentă cu:
(3.21)
Din (3.21) se poate determina expresia forței Rr, numită rezistență la rulare, care apare la roată și care se opune înaintării sale:
[N] (3.22)
În mod convențional se definește forța la roată FR forța rezultantă a eforturilor de frecare dintre pneu și calea de rulare, care ar produce asupra roții același efect pe care-l produce momentul la roată MR, adică:
[N] (3.23)
Din analiza relațiilor (3.22) și (3.23) se ajunge la expresia:
[N] (3.24)
Putem concluziona că forța de tracțiune Ft , cu care roata motoare împinge puntea robotului 6×6 (asigură propulsarea robotului 6×6), este dată de diferența dintre forța la roată FR , generată de momentul la roată MR și rezistența la rulare Rr proprie roții motoare.
Rezistența aerului
Rezistența aerului Ra reprezintă interacțiunea, după direcția deplasării, dintre aerul în repaus și robotul 6×6 în mișcare rectilinie. Ea este o forță cu acțiune permanentă de sens opus sensului de deplasare a automobilului.
Cauzele fizice ale rezistenței aerului sunt: repartiția inegală a presiunilor pe partea din față și din spate a caroseriei, frecarea dintre aer și suprafețele pe lângă care are loc curgerea acestuia, energia consumată pentru turbionarea aerului și rezistența curenților exteriori folosiți pentru răcirea diferitelor organe și pentru ventilarea caroseriei.
Pentru calculul rezistenței aerului se recomandă utilizarea relației:
[N] (3.25)
unde : – densitatea aerului [kg/m3] pentru condiții atmosferice standard; cx – coeficientul de rezistență a aerului [-]; A – aria secțiunii transversale maxime [m2]; v – viteza de deplasare a robotului 6×6 [m/s].
Notând produsul constant:
[kg/m3] (3.26)
numit coeficient aerodinamic, rezistența aerului este dată de relația:
[N] (3.27)
unde : [kg/m3] în condiții atmosferice standard.
Aria transversală maximă se determină cu suficientă precizie cu relația :
[m2] (3.28)
unde: B – ecartamentul autoturismului [m]; H – înălțimea autoturismului [m].
Pentru determinarea mărimii coeficientului de rezistență a aerului cx, se pot folosi valorile din Fig. 3-15, conform literaturii de specialitate:
Tabel 3.2 – Valori ale coeficientului de rezistență a aerului
Rezistența la demarare
Regimurile tranzitorii ale mișcării automobilului sunt caracterizate de modificarea vitezei de deplasare a robotului 6×6, prin accelerare – demarare – sau reduceri ale vitezei – frânare. Rezistența la demarare Rd este o forță care se opune înaintării robotului 6×6 și se manifestă în regimul de mișcare accelerată a robotului 6×6.
Ca urmare a legăturilor cinematice determinate în lanțul cinematic al transmisiei dintre motor și roțile motrice, sporirea vitezei de translație a robotului 6×6 se obține prin sporirea vitezelor unghiulare de rotație ale elementelor transmisiei și roților. Masa robotului 6×6 în mișcare de translație capătă o accelerație liniară, iar piesele aflate în mișcare de rotație, accelerații unghiulare.
Se poate spune, astfel că Rd apare ca urmare a inerției în translație sau de rotație cu care piesele robotului 6×6, prin masa lor, se opun accelerației sale.
În regimul frânării inerția pieselor robotului 6×6 devine forță activă, care tinde să mențină deplasarea robotului 6×6 și contribuie la mărirea spațiului său de frânare.
La mișcarea accelerată a robotului 6×6 masa sa totală, în mișcare de translație cu accelerația a, se opune mișcării cu o forță de inerție:
[N] , (3.29)
iar piesele care execută mișcare de rotație cu momentul de inerție masic J și accelerația unghiulară [rad/s] se opun cu momentul de inerție:
[] . (3.30)
Dacă se notează cu Rd forța rezistentă totală la demaraj, atunci expresia ei va fi:
[N] . (3.31)
unde: Rdt – este forța de inerție datorată masei totale a robotului 6×6 aflat în mișcare accelerată de translație [N]; Rdr – este forța de inerție datorată inerției pieselor în mișcare de rotație[N].
Rezistența la demarare Rdt se calculează cu relația:
[N] (3.32)
Pentru calculul rezistenței la demarare generată de masele în mișcare de rotație se vor înlocui toate aceste mase cu o singură masă de translație, ipotetică, numită masă redusă, mred, care are proprietatea că la o viteză oarecare v de deplasare a robotului 6×6 are aceeași energie cinetică cu energia cinetică a tuturor maselor aflate în mișcare de rotație. Dacă se notează cu Ji [kg·m2] momentul masic al unei piese “i” a transmisiei, inclusiv momentul de inerție masic al motorului electric, cu , viteza unghiulară de rotație a acesteia, cu t randamentul transmisiei până la roțile robotului 6×6, cu Jr [kg·m2] momentul masic al unei roți și cu r, viteza unghiulară a roților motoare, relația de echivalență devine:
[Nm] (3.33)
Relația de legătură între viteza robotului 6×6 va [m/s] și viteza unghiulară i [rad/s] a piesei care execută mișcare de rotație, este de forma:
[m/s] (3.34)
unde: R, viteza unghiulară a roții motoare [rad/s]; iti este raportul de transmitere între o piesă oarecare “i” și roțile motrice.
Din cele trei relații (3.32), (3.33) și (3.34) rezultă:
[Nm], (3.35)
Se notează: [-]; [-].
Se definește coeficientul de influență a maselor în mișcare de rotație prin următoarea expresie:
[-]. (3.36)
Pentru alegerea mărimii coeficientului [-] se recomandă utilizarea următoarei metode, având la bază schema din Fig. 3-17:
Robotul 6×6 se află în prima treaptă a reductorului:
[-]. (3.37)
unde: Jm – este momentul masic de inerție al pieselor motorului reduse la arborele primar al reductorului [kg·m2]; JR – este momentul masic de inerție al unei roți [kg·m2]; icv1 – raportul de transmitere al primei trepte din reductor; i0 – raportul de transmitere al transmisiei principale [-]; t – randamentul transmisiei [-]; rr – raza de rulare a roților [m].
Pentru celelalte trepte, grupând constantele, se obține relația de calcul:
[-] (3.38)
unde:
(3.39)
În concluzie rezistența [] la demarare Rd [N] se calculează cu relația:
[N], (3.40)
unde: Ga – greutatea totală a robotului 6×6 [N]; g – accelerația gravitațională [m/s2].
Analizând cele prezentate se poate aprecia că:
în regimul de frânare, rezistența la demarare Rd [N] devine o forță activă, acționând în sensul deplasării robotului 6×6;
în cazul frânării cu motorul decuplat inerția masei de translație Rdt [N] nu este influențată de momentul de inerție al motorului;
forța Rd [N] de rezistență la demararea robotului 6×6 se consideră că are punctul de aplicare în centrul de greutate al robotului 6×6.
Rezistența la pantă
La deplasarea robotului 6×6 – – pe căi de rulare cu înclinare longitudinală , greutatea sa totală Ga [N] al cărei punct de aplicare se află în centrul de greutate cg , se descompune astfel:
o componentă paralelă cu calea de rulare [N] , care în situația că robotul 6×6 urcă panta este cu semnul “-“ se opune înaintării robotului 6×6 pe rampă. Dacă robotul 6×6 coboară panta atunci componenta devine forță activă (se va utliza în calcule cu semnul “+” și care astfel, contribuie la deplasarea robotului 6×6;
o componentă perpendiculară pe calea de rulare [N].
Expresia generală de calcul a rezistenței la pantă este dată de relația:
[N]. (3.41)
Observație: semnul “+” se folosește la urcarea rampelor și semnul “-“ se folosește la coborârea rampelor.
Deoarece rezistența la rulare Rr [N] cât și rezistența la pantă Rp [N] sunt determinate de starea și caracteristicile căii de rulare, se definește forța de rezistență totală a căii R, calculată cu relația:
[N]. (3.42)
Puterile consumate pentru învingerea rezistențelor la înaintare, respectiv pentru învingerea:
rezistenței la rulare Pr [W];
rezistenței aerului Pa [W];
rezistenței la demarare Pd [W];
rezistenței la pantă Pp [W], se calculează cu relațiile:
.
(3.43)
Ecuația generală de mișcare a robotului 6×6
Pentru stabilirea ecuației generale a mișcării, se consideră robotul 6×6 în deplasare rectilinie, pe o cale cu înclinare longitudinală de unghi , în regim tranzitoriu de viteză cu accelerație pozitivă. Luând în considerare acțiunea simultană a forțelor de rezistență și a forței motoare din echilibru dinamic după direcția mișcării, se obține ecuația de echilibru de forțe:
[N], (3.44)
[N], (3.45)
[-] (3.46)
unde: Me [Nm] – momentul motorului; iti [-] – raportul total de transmitere “i” al reductorului; io [-] – raportul de transmitere al global; t [-] – randamentul global al transmisiei.
Înlocuind expresiile (3.40), (3.43), (3.44) și (3.55) în ecuația (3.46), rezultă:
[N] (3.47)
Relația (3.47) reprezintă ecuația de mișcare rectilinie a robotului 6×6. Este o ecuație diferențială de ordinul I, cu ajutorul căreia se determină bilanțul de tracțiune al robotului 6×6, care definește echilibrul tuturor forțelor ce acționează asupra robotului 6×6 în mișcare rectilinie, motorul funcționând la turație maximă.
Din graficul prezentat în Fig. 3-19 se observă că la intersecția dintre sumele rezistențelor la înaintare și curba forței de tracțiune la roată, în punctul c, rezultă că se atinge viteza maximă vmax a robotului 6×6, când disponibilul de forță pentru accelerare devine nul (Rd = 0).
În funcție de condițiile de autopropulsare a robotului 6×6, ecuația de mișcare se poate defini prin mai multe forme particulare:
deplasarea cu viteză maximă:
La deplasarea robotului 6×6 cu viteza maximă, pe un drum orizontal, rezistența la pantă Rp și forța disponibilă pentru accelerare sunt nule, astfel încât relația (3.47) devine:
[N]. (3.48)
deplasarea pe calea de rulare cu înclinarea longitudinală maximă sau pe calea cu rezistență specifică maximă:
În acest caz coeficientul rezistenței totale a drumului capătă forma:
, astfel încât relația (3.30) ia forma următoare:
[N]. (3.49)
unde: FtImax [N] – forța de tracțiune la roată; vtImax [m/s] – viteza maximă a robotului 6×6 în prima treaptă a reductorului.
pornirea de pe loc cu accelerația maximă pe drum orizontal:
În acest caz rezistența la pantă Rp, ca de altfel și rezistența aerului Ra sunt nule, astfel încât ecuația generală a mișcării ia forma particulară:
[N]. (3.50)
unde: [m/ss] – accelerația maximă.
Plecând de la ecuația (3.47) se poate defini accelerația robotului 6×6:
[m/ss]. (3.51)
Pentru definirea bilanțului de tracțiune trebuie calculat și bilanțul de putere, care reprezintă echilibrul dintre puterea la roată Pt și suma puterilor necesare învingerii rezistențelor la înaintare, .
[W]. (3.52)
Calculul de tracțiune
Calculul de tracțiune al robotului 6×6 se face în scopul determinării unor parametri ai motorului:
Pmax – puterea maximă și nP – turația de putere maximă;
Mmax – momentul maxim și nM – turația de moment maxim;
ce min – consumul specific minim și nec turația economică a motorului;
t – randamentul transmisiei;
iCV – rapoartele de transmitere din reductor;
i0 – raportul de transmitere din transmisia principală,
astfel ca robotul 6×6 să fie capabil să realizeze performanțele cerute.
Randamentul transmisiei
Pentru propulsarea robotului 6×6, puterea dezvoltată de motor trebuie să fie transmisă roților motoare ale acestuia. Transmiterea fluxului de putere este caracterizată de pierderi datorate fenomenelor de frecare dintre organele transmisiei. Cantitativ, pierderile de putere din transmisie se apreciază prin randamentul total al transmisiei t:
[-] . (3.53)
Randamentul unei transmisii se determină experimental, pe standuri de încercări, fie pentru întreaga transmisie, înainte de a fi montată pe robot 6×6, fie pentru fiecare ansamblu în parte, după care se determină valoarea sa totală cu ajutorul relației:
[-]. (3.54)
Caracteristica puterilor
Reprezintă dependența grafică dintre puterea motorului și viteza robotului 6×6, corespunzătoare fiecărei turații a motorului (Fig. 3-21).
Caracteristica puterilor se construiește pornind de la caracteristica exterioară a motorului, prin schimbarea turației din abscisă cu viteza va de deplasare a robotului 6×6, legătura dintre aceste mărimi fiind dată de relația:
[m/s] . (3.55)
unde: – viteza unghiulară a motorului [rad/s].
Pentru o viteză oarecare v1:
segmentul ab reprezintă puterea necesară învingerii rezistenței la rulare;
segmentul bc reprezintă puterea necesară învingerii rezistenței la pantă;
segmentul cd reprezintă puterea necesară învingerii rezistenței aerului;
segmentul de reprezintă puterea disponibilă pentru demarare, corespunzătoare vitezei v1.
Abscisa punctului g de intersecție dintre curba puteriiși curba care reprezintă suma puterilor necesare învingerii rezistențelor la rulare și a aerului [W], indică viteza maximă a robotului 6×6 pe drum orizontal.
Pentru o viteză oarecare v2 cu care robotul 6×6 se poate deplasa, se poate constata că puterea disponibilă pentru accelerare, este mai mică decât aceeași putere pentru o turație mai mică a motorului electric.
Evaluarea performanțelor robotului 6×6
Performanțele unui robot 6×6 pot fi exprimate prin valorile maxime, privind viteza de deplasare, posibilitățile de accelerare, de frânare, de consum de combustibil, de confort de conducere, de stabilitate etc. Performanțele reprezintă limitele pe care le poate atinge un robot 6×6 în timpul unor solicitări de intensitate maximă, cum sunt accelerația maximă sau decelerația
maximă, timpul și spațiul de demarare, spațiul și timpul de frânare, vitezele critice de apariție a alunecării sau derapării etc.
Criteriile de apreciere ale performanțelor dinamice se fac prin studii utilizând caracteristica puterilor, caracteristica de tracțiune și caracteristica dinamică.
Caracteristica forței la roată (Fr)
Caracteristica forței la roată sau caracteristica de tracțiune reprezintă dependența grafică dintre forța la roată FR și viteza va de deplasare a robotului 6×6.
Caracteristica forței la roată se obține din caracteristicii exterioară de funcționare a motorului, utilizând relațiile: [N] (3.56)
[m/s] (3.57)
La o viteză oarecare v, segmentele marcate pe diagrama din Fig. 3-22 sunt proporționale cu următoarele forțe:
– rezistența la rulare;
– rezistența la pantă;
– rezistența totală a drumului;
– rezistența aerului;
– forța la roată corespunzătoare vitezei v.
Deoarece forța la roată FR trebuie să echilibreze totdeauna suma forțelor de rezistență înseamnă că segmentul , care reprezintă mărimea forței disponibile pentru demarare Rd va fi:
.
Punctul f caracterizează regimul la care robotul 6×6 trece de la o mișcare accelerată la una uniformă, a cărei accelerație este egală cu “0”.
[N] (3.58)
Caracteristica dinamică
Aprecierea calităților dinamice ale robotului 6×6 se poate face cu ajutorul factorului dinamic D, care este un parametru adimensional, definit ca raportul dintre forța de tracțiune excedentară – [N] – utilizată la învingerea rezistențelor la înaintare și greutatea totală a robotului 6×6 Ga :
[-] , (3.59)
[-] , (3.60)
unde:
– [-] – este rezistența specifică la rulare;
– [-] – este rezistența specifică la urcarea pantei;
– [-] – este rezistența specifică la demarare.
Prin urmare, factorul dinamic, așa cum este definit, permite compararea performanțelor roboților 6×6, raportate la greutatea lor totală, la proprietățile aerodinamice și la forța disponibilă la roata motoare.
Caracteristica dinamică a robotului 6×6 reprezintă dependența grafică dintre factorul dinamic D și viteza v, pentru toate treptele reductorului, conform graficului din Fig. 3-23:
Viteza maximă rezultă la intersecția dintre curba factorului dinamic corespunzător treptei de priză directă, iCV = 1 și o paralelă la abscisă, dusă la înălțimea f.
Rampa maximă pe care o poate urca robotul 6×6 este, diferită, în funcție de treapta cuplată în reductor și depinde de valoarea maximă a coeficientului rezistenței totale a drumului max
[-] , (3.61)
[rad]. (3.62)
Valoarea aderenței maxime, care presupune îndeplinirea dublei inegalități:
[N], (3.63)
unde: – este coeficientul de aderență [-].
Forța maximă la roată FRmax, este limitată de apariția patinării roților pe cale, adică:
[N]. (3.64)
Cu această observație, ținând cont că la limita aderenței viteza robotului 6×6 devine constantă, din relația (5.4) se obține expresia:
[-]. (3.65)
Curbele corespunzătoare factorului dinamic D la limita aderenței (Fig. 3-23) indică limitele posibile de deplasare, fără apariția patinării roților motoare, ca și trapta de viteză care poate fi cuplată pentru a se asigura acest lucru.
Pentru fiecare raport de demultiplicare valorile factorului dinamic D situate deasupra valorilor
D corespunzătoare treptei de viteze, nu pot fi utilizate, deoarece apare patinarea roților motoare.
Conform relației (5.8) se observă că în cazul roboților 6×6 cu tracțiune integrală factorul Zr devine de fapt , ceea ce conduce la obținerea unor valori D mai mari, în grafic se vor regăsi deasupra curbelor de aderență D, adică acest robot 6×6 va avea o aderență sporită.
Caracteristica accelerațiilor
Din ecuațiile de definire a factorului dinamic (3.59), (3.61) și (3.63), se poate deduce expresia accelerației de mișcare a robotului 6×6, pentru fiecare raport de demultiplicare:
[m/s2]. (3.66)
Ca și în cazul factorului dinamic D și în cazul accelerațiilor se definește o caracteristică a accelerațiilor, ca reprezentare grafică a accelerațiilor robotului 6×6, în funcție de viteza de deplasare a acestuia Fig. 3-24.
Caracteristica timpului de demarare
Prin timp de demarare se înțelege timpul necesar robotului 6×6, pentru a atinge viteza maximă, pornind de pe loc. Ipotezele de lucru adoptate sunt: motorul funcționează pe caracteristica exterioară, iar schimbarea treptelor de viteze se realizează instantaneu.
Pentru calculul timpului de demaraj se pornește de la definiția accelerației:
[m/s2] , (3.67)
[s], (3.68)
în care v0 și 0,9·vmax sunt vitezele de la începutul, respectiv sfârșitul demarajului.
Integrarea se face până la 0,9 din vmax deoarece la vmax accelerația este 0, iar inversul său tinde către .
Deoarce funcția [m/s2] nu este cunoscută pentru rezolvarea integralei din relația (3.67), se recurge la metoda grafo-analitică, care presupune construirea caracteristicii inversului accelerațiilor (Fig. 3-25) adică a dependenței grafice dintre inversul accelerațiilor și viteza de deplasare a robotului 6×6.
Totuși pentru a găsi o soluție se aplică metoda numerică aproximativă:
[s], (3.69)
[s], (3.70)
[s], (3.71)
[1/(m/s2)] , (3.72)
rezultă:
[s], (3.73)
unde. – și scările alese pentru reprezentarea timpului de demarare propriu fiecărui interval calculat.
Caracteristica spațiului de demaraj
Prin spațiu de demaraj se definește distanța parcursă de robotul 6×6 în timpul demarajului. Pentru calculul spațiului de demaraj se folosește relația de definiție a vitezei:
[m/s], (3.74)
[m], (3.75)
[m], (3.76)
[m], (3.77)
[m], (3.78)
Se observă (3.78) că pentru determinarea caracteristicii spațiului de demarare trebuie trasat graficul timpului de demaraj, astfel încât să se poată calcula mărimile i (Fig. 3-26).
Pentru calculul efectiv al spațiului de demaraj trebuie calculată aria fiecărui interval i.
Ținând cont de metodologia prezentată – relația (3.78) și graficul din Fig. 3-26 – putem construi caracteristica spațiului de demaraj (Fig. 3-27).
Condiționări geometrice impuse de executarea virajului
Din punct de vedere al executării virajului platformei 6×6 există doi factori majori de condiționare: poziția centrului de masă și ecartamentul.
Poziția centrului de masă (CG) condiționează direct modul de repartiție a presiunii exercitată de ramura de sprijin a petei de contact al pneului cu solul pe sol. În cazul în care centrul
de greutate se găsește pe verticala centrului paralelogramului de sustentație (definit ca proiecția pe sol a propulsorului 6×6) distribuția presiunii pe sol este uniformă, epura având formă dreptunghiulară. Deplasarea longitudinală x a centrului de masă conduce la o distribuție neuniformă a presiunii pe sol, epura considerându-se trapezoidală datorită absenței unei suspensii elastice. Urmare a deplasării longitudinale a centrului de greutate, are loc o deplasare corespunzătoare a polilor de viraj, notată x0. Valoarea deplasării polilor de viraj se obține prin rezolvarea ecuației următoare:
[m]. (3.79)
Momentul rezistent în viraj se determină cu relația:
[Nm] , (3.80)
unde: – coeficientul de rezistență la virare, k – coeficient care ține cont de deplasarea polilor de viraj:
[Nm]. (3.81)
Valoarea coeficientului k este unitară în cazul în care centrul de greutate se află pe verticala care trece prin centrul poligonului de sustentație.
Pentru cazul în care centrul de greutate este deplasat longitudinal, coeficientul k are valori supraunitare, ceea ce conduce la mărirea momentului rezistent la virare.
Modul de variație a coeficientului k în funcție de deplasarea relativă a centrului de greutate este prezentată în (Fig. 3-28). Se poate constata și faptul că o deplasare relativă de maximum 0,27 spre față contribuie la diminuarea momentului rezistent în viraj.
Ecartamentul platformei 6×6, notat cu B, determină mărimea forțelor de tracțiune la cele șase roți:
[N]. (3.82)
[N]. (3.83)
unde: F1,2 – forțele de tracțiune la roțile interioare, respectiv exterioare virajului [N]; f – coeficientul de rezistență la înaintare la mersul rectiliniu [-]; – coeficientul de rezistență la virare [-], calculat cu relația:
[N], (3.84)
în care: max – coeficientul de rezistență la virare pentru raza de virare egală cu ecartamentul platformei 6×6; R2 – raza de viraj măsurată la roata exterioară virajului.
Pentru valori constante ale coeficientului k, ale greutății platformei și ale coeficientului maxim de rezistență la viraj, valoarea forțelor de tracțiune la cele șase roți depinde de raportul La/B și de raza specifică de viraj:
[N], (3.85)
S-au considerat următoarele valori: f=0,1 [-]; G=1962 [N]; max =0,5 [-]; pentru aceste valori s-au trasat graficele de variație a forțelor de tracțiune în viraj în funcție de raportul La/B, graficele fiind prezentate în (Fig. 3-29) și (Fig. 3-30).
Se poate constata o des-creștere rapidă a valorii absolute a forței la roata interioară virajului odată cu creșterea razei de viraj. La limită, forța de tracțiune specifică la roata interioară virajului tinde către valoarea specifică mersului rectiliniu.
În ceea ce privește influența ecartamentului. din graficul prezentat în se poate constata că mărirea acestuia, pentru o aceeași valoare a lungimii de aderență, conduce la scăderea valorii absolute a forței de tracțiune la roata interioară necesare executării virajului.
La concluzii similare se ajunge și în cazul petei de contact al pneului cu solul exterioare virajului prin analiza graficului cuprins în (Fig. 3-30).
Rezultă că este rațională o adoptare a unei valori a ecartamentului B cât mai apropiată de valoarea lungimii de aderență a petei de contact al pneului cu solul cu solul.
Studiul stabilității în regim static a platformei mobile
Caracteristicile geometrice ale propulsorului 6×6, precum și poziția centrului de masă a robotului mobil sunt elemente critice pentru asigurarea stabilității în regim static. În continuare se studiază influența acestor caracteristici asupra stabilității robotului mobil în următoarele situații caracteristice:
deplasarea pe panta longitudinală;
traversarea pantei;
virajul cu rază stabilă;
manevrarea încărcăturilor.
Din punct de vedere al stabilității platformei 6×6 pe timpul deplasării pe panta longitudinală, situația cea mai dificilă intervine la frânarea pe timpul coborârii pantei. Schematizarea forțelor care acționează asupra platformei 6×6 este cuprinsă în (Fig. 3-31) în care s-a notat cu a decelerația platformei pe timpul frânării: [m/s2].
La limită [], dezaxarea x a centrului de presiune pe sol devine egală cu L-L1 ; în acest caz, din ecuația de echilibru a momentelor față de punctul P a forțelor care acționează asupra platformei rezultă a rezultat expresia finală următoare:
[m/s2]. (3.86)
Utilizând relația de mai sus, se prezintă în (Fig. 3-32) rezultatele obținute pentru un unghi al pantei de 30ș.
Se poate concluziona că majorarea înălțimii centrului de greutate, precum și deplasarea acestuia spre partea din față a platformei conduce la micșorarea substanțială a decelerației de frânare la care apare răsturnarea. Având în vedere faptul că la platformele 6×6 antrenate electric frânarea se realizează prin blocarea petei de contact al pneului cu solul cu ajutorul motoarelor electrice, rezultă că decelerațiile obținute pot avea valori mari.
În concluzie, se impune utilizarea unui algoritm de control a motoarelor electrice care să nu permită scăderea brutală a turației acestora în scopul prevenirii răsturnării.
În situația deplasării pe teren orizontal, ecuația la limită (3.86) devine:
[m/s2]. (3.87)
Reluând calculele care au condus la trasarea graficului prezentat mai sus, se obține variația decelerației maxime la frânare pe teren orizontal prezentată grafic în (Fig. 3-33).
Considerând că decelerația pe timpul frânării este constantă, iar viteza inițială este v, rezultă că timpul minim necesar pentru frânare este dat de relația:
[s].
Pentru v=1 [m/s] (3,6 hm/h), teren orizontal, hg=0,5 [m] și L1=0,6 [m], se obține o decelerație maximă de 7,854 [m/s2] și un timp minim de frânare de 0,127 [s]. Se menționează faptul că aceste situații de deplasare spre față a centrului de masă, precum și creșterea înălțimii de dispunere a acestuia intervin în cazul transportului de către robotul mobil a încărcăturii suspendate.
Stabilitatea pe panta transversală constituie un caz particular al problematicii referitoare la stabilitatea laterală.
Schematizarea geometrică, precum și forțele care acționează asupra platformei pe timpul traversării pantei sunt prezentate în (Fig. 3-34). Condiția de stabilitate la răsturnare este satisfăcută atâta timp cât rezultanta reacțiunilor terenului se găsește în interiorul poligonului de sustentație:
[m] , (3.88)
unde: Fc – notat forța centrifugă [N].
În cazul în care valoarea acesteia este nulă (mers rectiliniu), din relația (3.87) se obține condiția referitoare la poziția pe verticală a centrului de greutate:
[m] . (3.89)
Pentru un unghi al pantei transversale de 30ș rezultă , ceea ce nu implică condiții severe.
Concluzii
Studiile efectuate și prezentate anterior pe parcursul acestui subcapitol au avut ca principal obiectiv evidențierea influențelor pe care parametrii geometrici principali le exercită asupra caracteristicilor funcționale ale robotului mobil.
Rezultă următoarele concluzii referitoare la configurarea geometrică a platformei robotului mobil:
Creșterea înălțimii la care este dispus centrul de masă conduce la condiții mai favorabile de abordare a obstacolelor de tip treaptă dar generează condiții de pierdere a stabilității la deplasarea pe pantă și la frânare, în mod deosebit la frânarea pe timpul coborârii pantei.
Mărirea înălțimii de dispunere a axului roților conduce la mărirea corespunzătoare a înălțimii obstacolului tip treaptă ce poate fi abordat, dar și la mărirea lățimii șanțului ce poate fi traversat.
Deplasarea spre față a poziției pe orizontală a centrului de greutate conduce la condiții mai avantajoase pentru abordarea obstacolelor tip treaptă, dar micșorează corespunzător lățimea șanțului ce poate fi traversat și mărește valoarea forțelor necesare executării virajului.
Mărirea lungimii de aderență a propulsorului 6×6 cu solul conduce la mărirea corespunzătoare a lățimii șanțului ce poate fi traversat dar și la majorarea forțelor de tracțiune în viraj.
Mărirea lățimii petei de contact al pneului cu solul permite obținerea unei presiunii medii pe sol mai reduse, micșorându-se afundarea propulsorului 6×6 în solul deformabil și, deci rezistențele la înaintare. Afundarea (Fig. 3-35) mai redusă în solul deformabil conduce și la reducerea efectului de excavare laterală pe timpul executării virajului, ceea ce conduce la micșorarea momentului rezistent în viraj.
Toate aceste concluzii evidențiază caracterul contradictoriu al influenței pe care o exercită principalii parametri geometrici ai propulsorului 6×6 asupra caracteristicilor funcționale ale robotului mobil []. Rezultă necesitatea unei optimizări a parametrilor geometrici ai propulsorului 6×6 în funcție de caracteristicile misiunii specifice pentru care este destinat robotul mobil. Toate aceste considerente s-au avut în vedere la realizarea demonstratorului tehnologic care face obiectul prezentei lucrări.
Rezultatele proiectării privind platforma operațională sunt prezentate în figurile următoare.
Copyright Notice
© Licențiada.org respectă drepturile de proprietate intelectuală și așteaptă ca toți utilizatorii să facă același lucru. Dacă consideri că un conținut de pe site încalcă drepturile tale de autor, te rugăm să trimiți o notificare DMCA.
Acest articol: STUDII REFERITOARE LA FENOMENELE COMBUSTIEI DATORATE INCENDIILOR ȘI LA PREVENIREA ȘI STINGEREA ACESTORA [309987] (ID: 309987)
Dacă considerați că acest conținut vă încalcă drepturile de autor, vă rugăm să depuneți o cerere pe pagina noastră Copyright Takedown.