UNIVERSIT ATEA VASILE ALECS ANDRI din B ACĂU [619237]

UNIVERSIT ATEA “VASILE ALECS ANDRI” din B ACĂU
FACULT ATEA de INGINERIE
Speci alizarea: Mec atronică și Robotică

PROIECT DIPLOM A

Îndrumător: Student: [anonimizat] 441

Bacău,
2018

CONSTRUCȚI A UNUI ROBOT MOBIL CU
KIT ARDUINO

Capitolul 1: Introducere
1.1 Introducere în Mectronică

Fig. 1.1 Conceptul de mec atronică
Termenul "mec atronică" a fost utiliz at pentru prim a dată în anul 1975 de către
concernul j aponez Yaskawa Electric Corpor ation , fiind o prescurt are a cuvintelor
Mech anica-Electronic a-Inform atica.
La început, mec atronic a a fost ințele asă ca o complet are a componentelor mec anicii de
precizie, aparatul de fotogr afiat cu bliț fiind un exemplu cl asic de aplicație mec atronică. Cu
timpul, noțiune a de mec atronică și -a schimb at sensul și și -a extins aria de definiție:
mecatronic a a devenit științ a inginere ască b azată pe disciplinele cl asice ale construcției de
mașini, electrotehnicii, electronicii și inform aticii. Scopul acestei științe este îmbunătățire a
funcțion alității util ajelor și sistemelor tehnice prin unire a disciplinelor componente într -un tot
unitar.
Totuși, mec atronic a nu este același lucru cu autom atica sau cu autom atizarea
producției. Aceștia sunt termeni c are apar și în afara domeniului MEC ATRONIC, d ar sunt și
inclusi în el. Mec atronic a poate fi definită c a o concepție inov atoare a tehnicii de autom atizare
pentru nevoile ingineriei și educ ației.

Mecatronic a s-a nascut c a tehnologie și a devenit filosofie c are s-a răspândit în între aga
lume. În ultimi ani, mec atronic a este definită simplu: științ a mașinilor inteligente.
Ca o concluzie, se po ate spune că mec atronic a este o sferă interdisciplin ară a științei și
tehnicii c are se ocupă în gener al de problemele mec anicii, electronicii și inform aticii. Totuși,
în ea sunt incluse m ai multe domenii, c are forme ază baza mecatronicii, și c are acoperă multe
discipline cunoscute, cum ar fi: electrotehnic a, energetic a, tehnic a de cifr are, tehnic a
microprocesării inform ației, tehnic a reglării și altele.

1.2 Introducere în Robotică

Fig. 1.2 Depozit autom atizat
Unul din cele m ai import ante aspecte în evoluți a ființei um ane este folosire a uneltelor
care să simplifice munc a fizică. În această c ategorie se înscriu și roboții, ei ocupând totuși o
poziție privilegi ată datorită complexității lor.
Noțiune a de robot d atează de peste 4 mii de ani. Omul și -a imaginat dispozitive
mecanizate, inteligente c are să prei a o parte însemn ata din efortul fizic depus. Astfel a
construit jucării autom ate și mec anisme inteligente s au și-a imaginat roboții în desene, cărți,
filme "SF" etc.
Revoluți a inform atică a marcat saltul de l a societ atea industri alizată la societ atea
avansată inform atizată generând un v al de înnoiri în tehnologie și în educ ație. Acest lucru a
dus și l a apariția roboților.
Termenul "robot" a fost folosit in 1920 de cehul K arel C apek într -o piesă numită
"Robotul univers al al lui Kossum". Idee a era simplă: omul f ace robotul după c are robotul

ucide omul. Multe filme au continu at să arate că roboții sunt m așinării dăunăto are și
distrugăto are.
Revoluți a inform atică a marcat saltul de l a societ atea industri alizată la societ atea
avansată inform atizată generând un v al de înnoiri în tehnologie și în educ ație permițând
realizarea de roboți.
Roboții oferă beneficii subst anțiale muncitorilor, industriilor si implicit țărilor. În
situația folosirii în scopuri p așnice, roboții industri ali pot influenț a pozitiv c alitatea vieții
oamenilor prin înlocuire a acestor a în sp ații periculo ase, cu condiții de medii dăunăto are
omului, cu condiții necunoscute de explo atare etc.

1.3 Introducere în micro controlere

Circumst anțele în c are ne găsim astăzi în domeniul microcontrolerelor și -au avut
începuturile în dezvolt area tehnologiei circuitelor integr ate. Această dezvolt are a făcut posibilă
înmagazinarea a sute de mii de tr anzisto are într -un singur cip. Aceasta a fost o premiză pentru
producți a de microproceso are, și primele c alculatoare au fost făcute prin adăug area
perifericelor c a memorie, linii intr are-ieșire, timer -i și altele. Următo area creștere a volumului
capsulei a dus l a crearea circuitelor int egrate. Aceste circuite integr ate conțin atat procesorul
cât și perifericele. Așa s-a întamplat cum primul cip conținând un microc alculator, s au ce v a
deveni cunoscut m ai târziu c a microcontroler a luat ființă.

1.3.1 Ce este un microcontroler?

La modul gener al un controler ("controller" – un termen de origine anglo-saxonă, cu un
domeniu de cuprindere fo arte l arg) este, actualmente, o structură electronică destin ată
controlului (destul de evident!) unui proces s au, mai gener al, unei inter acțiuni c aracteristice cu
mediul exterior, fără să fie neces ară intervenți a operatorului um an. Primele controlere au fost
realizate în tehnologii pur analogice, folosind componente electronice discrete și/s au
componente electromec anice (de exemplu relee). Cele c are fac apel l a tehnic a numerică
modernă au fost re alizate iniți al pe b aza logicii c ablate (cu circuite integr ate numerice st andard
SSI și MSI ) și a unei electronici analogice uneori complexe, motiv pentru c are "străluce au"
prin dimensiuni m ari, consum energetic pe măsură și, nu de puține ori, o fi abilitate care lăs a de
dorit.
Apariția și utiliz area microproceso arelor de uz gener al a dus l a o reducere consistentă a
costurilor, dimensiunilor, consumului și o îmbunătățire a fiabilității. Există și l a ora actuală o

serie de astfel de controlere de c alitate, re alizate în jurul unor microproceso are de uz gener al
cum ar fi Z80 (Zilog), 8086/8088 (Intel), 6809 (Motorol a), etc.
Pe măsură ce procesul de mini aturizare a continu at, a fost posibil c a majoritatea
componentelor neces are re alizării unei astfel de structuri să fie încorpor ate (integr ate) la
nivelul unui singur microcircuit (cip). Astfel că un microcontroler ar pute a fi descris c a fiind și
o soluție (nu în sens exhaustiv !) a problemei controlului cu ajutorul a (aproape) unui singur
circuit.
Legat de denumiri și acronime utiliz ate, așa cum un microprocesor de uz gener al este
desemn at prin MPU (MicroProcessor Unit), un microcontroler este, de regulă, desemn at ca
MCU, deși semnific ația inițială a acestui acronim este MicroComputer Unit.

O definiție, cu un sens fo arte larg de cuprindere, ar fi aceea că un microcontroler
este un microcircuit c are incorpore ază o unit ate centr ală (CPU) și o memorie împreună
cu resurse care-i permit inter acțiune a cu mediul exterior .
Resursele integr ate la nivelul microcircuitului ar trebui să includă, cel puțin,
următo arele componente:
a. o unit ate centr ală (CPU), cu un oscil ator intern pentru ce asul de sistem

b. o memorie loc ală tip ROM/PROM/EPROM/FL ASH și eventu al una de tip R AM
c. un sistem de întreruperi
d. I/O – intrări/ieșiri numerice (de tip port p aralel)

e. un port seri al de tip asincron și/s au sincron, progr amabil

f. un sistem de timere -temporiz atoare/numărăto are progr amabile

Este posibil c a la aceste a să fie adăug ate, la un preț de cost avantajos, c aracteristici
specifice s arcinii de control c are trebuie îndeplinite:
g. un sistem de conversie analog numerică (un a sau mai multe intr ari analogice)

h. un sistem de conversi e numeric analogic și/s au ieșiri PWM (cu modul are în dur ată)
i. un comp arator analogic
j. o memorie de d ate nevol atilă de tip EEPROM

k. facilități supliment are pentru sistemul de temporiz are/număr are (captare și
comp arare)
l. un ce as de g ardă (timer de tip w atchdog)

m. facilități pentru optimiz area consumului propriu

Un microcontroler tipic m ai are, la nivelul unității centr ale, facilități de prelucr are a
inform ației la nivel de bit, de acces direct și ușor l a intrări/ieșiri și un mec anism de prelucr are
a întreruperilor r apid și eficient.

Utiliz area unui microcontroler constituie o soluție prin c are se po ate reduce
dramatic numărul componentelor electronice precum și costul proiectării și al
dezvoltării unui produs.
OBSERV AȚIE Utiliz area unui microcontroler, oricât de evolu at, nu elimină unele
componente ale interfeței cu mediul exterior ( atunci când ele sunt chi ar neces are): subsisteme
de prelucr are analogică ( amplific are, redres are, filtr are, protecție -limit are), elemente pentru
realizarea izolării g alvanice (optocuplo are, tr ansform atoare), elemente de comut ație de putere
(tranzisto are de putere, relee electromec anice s au statice).

1.3.2 Unde sunt utiliz ate microcontrolerele?

Toate aplicațiile în c are se utilize ază microcontrolere f ac parte din c ategori a așa ziselor
sisteme înc apsulate-integr ate (“embedded systems”), l a care existenț a unui sistem de c alcul
incorpor at este ( aproape) tr ansparentă pentru utiliz ator.
Pentru c a utiliz area lor este de fo arte ori sinonimă cu idee a de control
microcontrolerele sunt utiliz ate masiv în robotică și mec atronică. Conceptul de mec atronică
este p ană la urmă indisolubil leg at de utiliz area microcontrolerelor .
Autom atizarea procesului de f abricație-producție este un alt mare benefici ar: CNC
Computerised Numeric al Controls – comenzi numerice pentru m așinile unelte, autom ate
progr amabile- PLC, linii flexibile de f abricație, etc.). Indiferent de n atura procesului
autom atizat sarcinile specifice pot fi eventu al distribuite l a un mare număr de microcontrolere
integr ate într -un sistem unic prin intermediul unei a sau mai multor m agistrale. Printre multele
domenii unde utiliz area lor este pr actic un st andard industri al se pot mențion a: în industri a de
automobile (controlul aprinderii/motorului, clim atizare, di agnoză, sisteme de alarmă, etc.), în
așa zisa electronică de consum (sisteme audio, televizo are, camere video și videoc asetofo ane,
telefonie mobilă, GPS -uri, jocuri electronice, etc.), în aparatura electroc asnică (m așini de
spălat, frigidere, cupto are cu microunde, aspiratoare), în controlul mediului și clim atizare
(sere, locuințe, h ale industri ale), în industri a aerosp ațială, în mijlo acele moderne de măsur are –
instrument ație ( aparate de măsură, senzori și tr aducto are inteligente), l a realizarea de
periferice pentru c alculatoare, în medicină.

„Johnnie” (figur a 1.3) un robot um anoid destul de simplu, construit l a Universit atea
Tehnică din Munchen în 1998, utilize ază 5 microcontrolere, conect ate prin intermediul unei
magistrale CAN la un calculator PC. „ Alpha” un alt robot um anoid (fotb alist c a destin ație)
dezvolt at la Universit atea din Freiburg utilize ază, intr -o variantă a sa, 11 microcontrolere
conect ate simil ar. Un n umăr fo arte m are de microcontrolere sunt folosite și de așa zisele
jucării inteligente, din c are „c apetele de serie” cele m ai cunoscute sunt cei doi roboți, unul
canin și altul um anoid: AIBO (figur a 1.4) și ASIMO (figur a 1.5). ASIMO folosește 26 de
microcontrolere num ai pentru controlul individu al al celor 26 de elemente de acțion are
inteligente (moto are). Tot în c ategori a roboților um anoizi intr a și QRIO s au HO AP-1. Roboții
respectivi sunt produși în serie, unii dintre ei chi ar la un preț „ accesibil ”.
Ca un exemplu din industri a de automobile ( automotive industry), unde num ai la
nivelul anului 1999, un BMW seri a 7 utiliz a 65 de microcontrolere, i ar un Mercedes din cl asa
S utiliz a 63 de microcontrolere.
Practic, deși am prezent at ca exemple concrete num ai sisteme robotice și mec atronice,
este fo arte greu de găsit un domeniu de aplicații în c are să nu se utilizeze microcontrolerele.

Fig. 1.4 AIBO

Fig. 1.3 Johnnie

Fig. 1.5 ASIMO
1.3.3 Modele de microcontrolere

A. Microcontrolerul PIC

Microcontrolerele PIC au fost dezvolt ate de firm a americ ană Microchip, l a începutul
anilor `90. F aptul rem arcabil pentru c are a putut cuceri un import ant segment din pi ața de
microcontrolere a fost mod alitatea simplă de înscriere a progr amului (seri ală, necesită do ar trei
fire), memori a progr am conținută în aceeași capsulă, nou a tehnologie CMOS de re alizare (deci
consum redus) și prețul rel ativ scăzut.
Aproape to ate microcontrolerele PIC există în două versiuni, și anume:

– "Windowed", m arcate cu sufixul "JW" pe c apsulă (Ex. 12C509 -04/JW). Aceste chip -uri se
folosesc l a dezvolt area de aplicații deo arece permit ștergere a progr amului și reînscriere a lui,
de m ai multe ori. Ștergere a progr amului se f ace prin expunere a chip-ului l a raze ultr aviolete.
Capsula are prev azută pe p artea de sus o fere astra din sticl a de cu art prin c are pot p atrunde
razele ultr aviolete.
– "OTP" (One Time Progr amable), cele progr amabile o singur a dată. Funcțion al și tehnologic
sunt identice cu cele "windowed", do ar că nu au prev azută fere astra de cu arț, deci progr amul
odata înscris nu m ai poate fi șters. Deci o aplicație gata dezvolt ată și incerc ată cu o versiune
"windowed" po ate fi multiplic ata pentru producție de serie în c apsule "OTP" c are sunt de
câtev a ori m ai ieftine.
Aceste două versiuni, Windowed si OTP sint re alizate in tehnologie CMOS EPROM.

Fig. 1.6 Denumire a pinilor unui microcontroler PIC 12F675

Fig. 1.7 Numerot area pinilor unui microcontroler PIC 16F675
B. ATMeg a 16

ATmeg a 16 este un microcontroler CMOS de 8 – biți de mică putere b azat pe
arhitectur a RISC AVR îmbun atațită.
Dispune de un set de 131 instrucțiuni și 32 de regiștri de uz gener al. Cele 32 de registre
sunt direct adresabile de Unit atea Logic a Aritmetic a (ALU), permițând accesarea a doua
registre independente într -o singură instrucțiune. Se obține astfel o eficiență sporită in execuție
(de până l a zece ori m ai rapide decât microcontrorelerele convențion ale CISC).
ATmeg a16 este un microcontroler RISC pe 8 biți re alizat de firm a Atmel.

Caracteristicile princip ale ale acestui a sunt:

-16KB de memorie Fl ash reinscripțibilă pen tru stoc area progr amelor
-1KB de memorie R AM
-512B de memorie EEPROM

-două numărăto are/temporiz atoare de 8 biți

-un numărător/temporiz ator de 16 biți

-conține un convertor analog – digital de 10 biți, cu intrări multiple
-conține un comp arator analogic
-conține un modul US ART pentru comunic ație seri ală (port seri al)

-dispune de un cronometru cu oscil ator intern

-oferă 32 de linii I/O org anizate în p atru porturi (P A, PB, PC, PD).

Fig. 1.8 Descriere a pinilor microcontrolerului ATMeg a16
1.4 Tem a proiectului

Această lucr are se concentre ază pe construcți a, descriere a, utiliz area și progr amarea
unui robot mobil cu senzori infr aroșu, c are po ate evit a orice coleziune cu vre -un obst acol.
Robotul este dot at cu două moto are de current continuu și cutie de vitez a Tamya,
senzor infr aroșu de dist anță SH ARP, pl acă de progr amare Arduino UNO, Shield Ardumoto
pentru controlul moto arelor de current continuu.
Robotul mobil cu kit Arduino are abilitatea de a evita orice obst acol. În momentul în
care sesize ază un obst acol acesta își schimbă direcți a de depl asare.

Capitolul 2: Roboți mobili

2.1 Introducere în roboți mobili

Robotul mobil este un sistem complex c are po ate efectu a diferite activități într -o
varietate de situ ații specifice lumii re ale. El este o combin ație de dispozitive echip ate cu
servomoto are și senzori ( aflate sub controlul unui sistem ier arhic de c alcul) ce opere ază într –
un sp ațiu re al, marcat de o serie de proprietăți fizice (de exemplu gr avitația care influențe ază
mișc area tuturor roboților c are funcțione ază pe pământ) și c are trebuie să pl anifice mișcările
astfel încât robotul să po ată re aliza o sarcină în funcție de st area inițială a sistemului și în
funcție de inform ația apriori existentă, leg ată de mediul de lucru.
Succesul în îndeplinire a acestor s arcini depinde atât de cunoștințele pe c are robotul le
are asupra configur ației iniți ale a spațiului de lucru, cât și de cele obținute pe p arcursul
evoluției s ale.
Problemele specifice ce apar la roboții mobili ar fi următo arele: evit area impactului cu
obiectele st aționare sau în mișc are, determin area poziției și orientării robotului pe teren,
planificarea unei tr aiectorii optime de mișc are.
În cazul unui sistem robotic autom at distribuit pozițiile sp ațiale sunt de o extremă
import anță și de ele depinde îndeplinire a scopurilor dorite și funcțion area întregului sistem. Cu
alte cuvinte, robotul trebuie să fie c apabil să -și pl anifice mișcări le, să decidă autom at ce
mișcări să execute pentru a îndeplini o s arcină, în funcție de aranjamentul moment an al
obiectelor din sp ațiul de lucru.
Planificarea mișcărilor nu constă dintr -o problemă unică și bine determin ată, ci dintr –
un ansamblu de probleme dintre c are unele sunt m ai mult s au mai puțin v ariante ale celorl alte.
Evitare coliziunii cu obst acole fixe s au mobile (de exemplu alți roboți mobili) aflate în
spațiul de lucru al robotului se po ate face prin m ai multe metode: re alizarea unei apărători
mecanice c are prin deform are oprește robotul, folosire asenzorilor c are măso ară dist anța până
la obstacolele de pe direcți a dedepl asare, folosire a senzorilor de proximit ate, folosire a
inform ațiilor corel ate de l a mai multe tipuri de senzori.
Localizarea obiectelor se po ate realiza și prin cont act fizic, d ar acesta impune restricții
asupra vitezei de mișc are a structurii m anipul ate. Cont actul fizic dintre robot și obiectele din
mediu genere ază forțe de re acțiune c are modifică st area robotului. Vitezele m ari de lucru f ac

ca efectele din amice ale unui cont act fizic cu obst acole s au obiecte m anipul ate să fie risc ante
(pot duce l a deterior area obiectelor s au a robotului).
Navigarea robotului este posibilă și fără o determin are a poziției și orientării f ață de un
sistem de coordon ate fix, d ar această inform ație este utilă pentru sisteme de com andă a
mișcării. Dintre metodele de n avigație m ai des utiliz ate se pot mențion a: măsur area numărului
de rot ații făcute de roțile moto are, folosire a de acceler atoare și girosco ape, ge amanduri
electrom agnetice inst alate în teren, semn alizatoare pasive s au semip asive de tip optic s au
magnetic.

2.2 Cl asificarea roboților mobili

Roboții mobili se cl asifică astfel:

 În funcție de dimensiuni: m acro, micro și n ano-roboți;

 În funcție de mediul în c are acțione ază: roboți tereștri – se depl asează pe sol,
roboți sub acvatici – în apă, roboți zburători – în aer, roboți extr atereștri – pe
solul altor pl anete s au în sp ațiul cosmic; 

 În funcție de sistemul c are le permite depl asarea în mediul în c are acțione ază
există de exemplu pentru depl asarea pe sol:
1. roboți pe roți s au șenile
2. roboți pășitori: bipezi, p atrupezi, hex apozi, miri apozi;
3. roboți târâtori: c are imită mișc area unui ș arpe, c are imită mișc area unei

râme etc.;

4. roboți săritori, c are imită depl asarea broaștelor, c angurilor etc.;
5. roboți de formă sferică (se depl asează prin rostogolire) etc .

Fig. 2.1 Exemple de roboți mobili

2.3 Utiliz area roboților mobili

Utilizările pentru c are au fost, sunt și vor fi concepuți roboții mobili sunt dintre cele
mai diverse. Mulți roboți din zon a micro își găsesc utiliz area în medicină, fiind c apabili să se
deplaseze de -a lungul v aselor și tuburilor corpului omenesc, în scopul investig ațiilor,
intervențiilor chirurgic ale, dozării și distribuirii de medic amente etc. L a fel de spect aculoase
sunt și multe utilizări ale macro-roboților:

 În domeniul industri al, agricol, forestier: în domeniul industri al roboții mobili sunt
reprezent ați de AGV-uri (Autom ated-Guided Vehicles), vehicule pe roți, cu ghid are autom ată,
care transportă și m anipule ază piese, constituind o alternativă flexibilă l a benzile de mont aj; în
agricultură există tr actoare și m așini agricole fără pilot, c apabile să execute singure lucrările
pe supr afețele pentru c are au fost progr amate; în domeniul forestier roboții mobili pot esc alada
copacii în alți;

 În domeniul milit ar: este lu ată în consider are de către armata americ ană persp ective
înlocuirii sold aților comb atanți cu roboți, pentru a reduce riscul pierderilor um ane în luptă;
roboți mobili de cele m ai ingenio ase și robuste configur ații sunt aruncați în clădi și incinte din
zone de conflict, în scopuri de investig are și chi ar anihilare a inamicului;

Fig. 2.2 Sistem Integr at Telecom andat pentru Demin are

 În domeniul utilităților publice: un a dintre cele m ai utile și economice utilizări ale
roboților mobili o reprezintă inspect area conductelor de combustibili g azoși și lichizi și a
canalelor de c analizare. De exemplu rețe aua de canalizare a Germ aniei însume ază 400.000
km, i ar inspect area și curățire a acestei a presupune costuri de 3,6 Euro pe metru. Num ai 20%
din conducte sunt accesibile, i ar utiliz area roboților po ate reduce costurile cu un sfert. 

 În domeniul distr activ și recre ativ: sunt roboții -jucării, roboții pentru competiții 

 În domeniul serviciilor: Există posibilități deosebit de l argi de implement are.

Sunt roboți pentru: deservire a bolnavilor în spit ale; ajutor area perso anelor bătrâne s au
cu diferite h andicapuri; ghid area și inform area publicului în muzee aspirarea și curățire a
încăperilor; spăl area geamurilor și a pereților clădirilor;

 În domeniul securității: Multe oper ații de inspect are și dez amors are a unor obiecte și
bagaje suspecte sunt execut ate de roboți; 

 În domeniul oper ațiilor de s alvare: Roboții s alvatori (Rescue robots) sunt utiliz ați în
operațiile de s alvare a victimelor unor c alamități: cutremure, incendii , inund ații.
2.4 C aracteristici comune roboților mobili

Roboții mobili au următo arele c aracteristici comune:

1. structur a mecanică este un l anț cinem atic serie s au paralel respectiv tip “m aster-slave”;
2. sistemul de acțion are utiliz at este electric pentru s arcini mici și medii și hidr aulic
pentru s arcini m ari;
3. sistemul senzori al utilize ază senzori interni (de tur ație, poziție, efort) l a nivelul
articul ațiilor, senzori externi(c amere TV) pentru sc anarea mediului și senzori de securit ate( de
proximit ate, de prezență cu ultr asunete);
4. sistemul de com andă este ier arhizat, de obicei multiprocesor;
5. limbajele de progr amare utiliz ate sunt prelu ate de l a roboții st aționari.

2.5 Structur a roboților mobili

Structur a roboților mobili (RM) corespunde arhitecturii gener ale a roboților, având două părți:

A. Structur a mecanică, respectiv m anipul atorul, c are determină
perform anțele tehnice;

Structur a mecanică a roboților mobili este form ată din:

 sistemul de locomoție (pe șenile s au roți), prin c are se asigură depl asarea robotului pe
o supr afață de lucru (în c adrul unei autonomii sporite); 

 sistemul de m anipul are, care asigură pozițion area și orient area organului de lucru. 

Robotul mobil în procesul de depl asare pe o anumuită tr aiectorie este c aracteriz at prin

3 funcți:
1. funcți a de locomoție;
2. funcți a de percepție -decizie;
3. funcți a de loc alizare;

B. Structur a electronică, respectiv de com andă-control, c are
condițione ază calitatea perform anțelor.

Roboții mobili pot fii dot ați cu c amera video s au alți senzori de percepere al mediului
în care active ază. Memori a robotului conținută in microcontroler înm agazinează cunoștințele
neces are loc alizării tuturor segmentelor de tr aseu posibile.
Indiferent de gener ația robotului, probleme complexe apar la realizarea structurii
mecanice de volum, greut ate și cost reduse, l a transmitere a mișcării și adaptarea la structur a
mecanică a moto arelor electrice și hidr aulice, l a proiect area mâinil or mec anice pentru a apuca
obiecte de diferite forme. Referitor l a structur a electronică, posibilitățile actuale permit
folosire a a câte unui microprocesor pentru com anda fiecărui gr ad de mobilit ate, precum și a
altor microproceso are speci alizate pentru tr atarea semn alului senzori al. Robotul mobil
interacțione ază cu mediul înconjurător prin structur a sa mecanică, asigurând astfel depl asarea,
pozițion area și orient area organului de execuție.

Capitolul 3: Tipuri de roboți mobili

3.1 Robotul AIRAT2

Fig. 3.1 Robotul AIRAT2
AIRAT 2 este un robot micromouse c are folosește un procesor CPU 8051. AIRAT 2
folosește senzori pentru a o recept a când se înto arce în apoi. Pl aca CPU folosete o pl acă
JS8051 -A2. Pl aca JS8051 -A2 este fo arte bine construită. Folosește resurse externe de putere
cum ar fii LCD, ADC, douǎ ce asuri externe, auto-Flash scriere și altele.
AIRAT 2 utilize aza șase senzori oferindu -i astfel posibilit atea de a se de aplasa pe
diagonală. Un simul ator PC este prevăzut,oferindu -i posibilit atea utiliz atorului de a întelege
mai bine nivelul in alt de căut are algoritmică a mouseului. Codul surs a C este implement at
astfel încât progr amatorul po ate dezvolt a mai ușor altgoritmi c are pot fi test ați cu ajutorul unui
simul ator si apoi implement at mouseului.
În plus, LCD, comunic ație seri ală, controlul mouse -ului precum și alte funcții sunt
furniz ate sub formă de libr arie și fișiere sursă. Pentru cei ce vor s a invețe mouse -ul la un nivel
înalt, AIRAT2 furnize ază un mediu excelent de dezvolt are, teste algoritmice, precum și multe
altele.

AIRAT 2 a aparut pe copert a public ației fr anceze „MICROS&ROBOTS”.

Caracteristici ale robotului AIRAT2:

– capabil de regl are proprie; înv ață din mers;
– folosește 6 senzori dându -i posibilit atea de a se depl asa pe di agonala;
– ușor de asamblat/dez asamblat;
– port de reîncărc are;
– instrucții de asamblare și m anual al utiliz atorului;
– include un simul ator PC pentru acceler area dezvoltării;
– librării, coduri surs a C;
– AIRAT2 baterie (NiMh -450).

Fig. 3.2 B ateria robotului AIRAT2

3.2 Robotul Pololu 3pi

Fig. 3.3 Robotul Pololu 3pi
Robotul pololulu 3pi este o pl atformă mobilă de în altă perform anță c are conține două
moto are cu cutie de viteze, 5 senzori de reflexie, un LCD 8×2, un buzzer și trei buto ane, to ate
conect ate la un microcontroler progr amabil Atmega328. C apabil de viteze p ana la 1 m/s, 3 pi
este un excelent prim, pentru începători cur ajoși și un perfect al doile a robot pentru cei c are
vor să avanseze de l a roboți neprogr amabili.
Robotul 3 pi este proiect at pentru a excel a în competiții precum urmă rirea liniei s au
rezolv area labirintelor. Are dimensiuni mici (di ametru: 9.5 cm, greut ate 83 g fără b aterii) și îi
trebuie decât 4 b aterii de tip AAA , în timp ce un sistem de aliment are unic pune în funcțiune
moto arele l a o tensiune const antă de 9.25 v, tensiune independentă de ce a a nivelului de
încărc are. Regul atorul de tensiune îi permite lui 3pi s a ajungă l a viteze de până l a 1 m/sec, în
timp ce f ace vir aje și înto arceri precise, c are nu v ariaza cu tensiune a bateriei.
Robotul 3pi este o pl atform a excelentă pentru perso ane cu experiență în progr amare C
care vor să învețe robotic a și este o distr acție in orice momente pentru cei c are vor să invețe
progr amare C. Inim a robotului este un microcontroler Atmel ATmeg a328P c are rule aza la o

frecvență de 20 MHz alături de un progr am de 32 KB, 2 KB de memorie R AM si 1KB de
memorie EEPROM. Popul arul compil ator GNU C/C++ funcțione ază perfect cu 3pi, Atmel
AVR Studio ofer a un sp ațiu de dezvolt are confort abil și un set de librări i interes ante oferite de
Pololu si re alizează interf ațării cu componentele se f ace fo arte ușor. 3pi este de asemene a
comp atibil cu plăcile de dezvolt are Arduino.
Imaginile de m ai jos identifică componentele cele m ai import ante ale robotului.

Fig. 3.4 Vedere de sus a robotului Pololu 3pi

Fig. 3.5 Vedere de jos a robotului Pololu 3pi
3.3 Robotul Inex POP -Bot St andard

Fig. 3.6 Robotul Inex POP -Bot St andard
POP-BOT are un driver pentru două moto are de curent continuu. Vitez a și direcți a
moto arelor se po ate control a din softw are-ul robotului, deo arece sunt control ate de c atre PWM
(Pulse Width Module).
Robotul conține și un modul microcon troler POP -168. POP -168 este o pl acă flexibilă
care nu are componente ascunse și permite dezvolt are completă a caracteristicilor cu ajutorul
uneltelor st andard AVR, cum ar fi I AR C/C++,MikroElektronik aMikro B ASIC/ MikroP ascal
pentru AVR si de asemene a uneltele open -source WIN AVR: AVRGCC pentru Windows.
Un displ ay LCD permite vizu alizarea activității microcontrolerului. Modulul LCD are
nevoie decât de un pin de intr are/ieșire, +5v și m asa pentru a funcțion a. Pentru a comunic a cu
microcontrolerul, modulu l LCD are nevoie decât de simple comenzi de ieșire.
Alte părți componente ale robotului:

 Placa de control a robotului RBX -168 cu suport de 4 b aterii AA

 Modul de buto ane cu c ablu JST

 Senzor de dist anță infr aroșu GP2D120 

 Placa cu senzori de reflexie 

 Roti de c auciuc

 Ball-caser

 Placa de pl astic de 80×60 cm 

3.4 Robotul construit cu kit Arduino

Fig. 3.7 Robotul construit cu kit Arduino

Robotul are abilitatea de a evita orice obst acol. În momentul în c are sesize ază un
obstacol acesta își schimbă direcți a de depl asare.
Component a de bază a robotului o constituie pl aca Arduino UNO pe c are este prezent
microcontrolerul Atmel ATMEG A328 împreună cu diferite circuite auxiliare de interf ață cu
diferite medii printre c are enumerăm circuitul integr at L298P cu rol de punte H ce îndeplinește
rolul de amplific are al semn alului de l a pinii microcontrolerului și acțion are de putere a
moto arelor de curent continuu și circuitul integr at TL499 c are are rol d e stabilizator de
tensiune. Pe lângă aceasta mai avem două moto are de curent continuu un sensor infr aroșu de
distanta Sharp GP2D120 și alte componente mec anice c are utilize ază ca mediu de progr amare
limbajul C.
Robotul este conceput pe două roți motrice din pl astic cu membr ană de c auciuc i ar pe
șasiu se m ai găsește o sfer a cu rol de echilbr are. Pentru a înnobil a partea electronică robotul a
fost dot at cu un senzor infr aroșu Sh arp care ocolește obst acole și c are de asemene a poate
determin a distanța până l a un anumit obiect. Pentru c a senzorul Sh arp să se po ată mișc a acesta
este mont at pe un servomotor.

Capitolul 4: Proiect area elementelor
componente 4.1 Elemente componente:

– Placă de dezvolt are UNO R3 ;
-Șasiu robot 4WD;
-Roți ;4 bucăți.
-Motor 5v reductor robot (DC Ge ar Motor) 4 bucăți.
-Organe de asamblare (șuruburi, piulițe, plăcuțe)
-Modul driver moto are L293D ;
-Modul Bluetooth HC -06 ;
-Suport b aterii 4 AA;
-Senzor cu ultr asunete HC -SR04 ;
-Cabluri Dupont ( 20 bucăți m ama-tata);
– Placă breadboard;

4.2 Pl aca de dezvolt are Arduino

Component a de bază a robotului o constituie pl aca Arduino UNO.

Arduino este o pl atformă de proces are open -source, b azată pe softw are și h ardware
flexibil și simplu de folosit. Constă într -o platformă de mici dimensiuni (6.8 cm / 5.3 cm – în
cea mai des intâlnită v ariantă) construită în jurul unui procesor de semn al și este c apabilă de a
prelu a date din mediul înconjurător printr -o serie de senzori și de a efectu a acțiuni asupra
mediului prin intermediul luminilor, moto arelor, servomoto are, și alte tipuri de dispozitive
mecanice. Procesorul este c apabil să ruleze un cod scris într -un limb aj de progr amare care este
foarte simil ar cu limb ajul C++.
Ce este cu adevăr at interes ant est e ecosistemul dezvolt at in jurul Arduino . Vorbim aici
atât despre comunit atea care este fo arte activa, cât și despre numărul impresion ant de
dispozitive cre ate speci al pentru Arduino.

Câtev a exemple de senzori disponibili – senzori de dist anță (c apabili să măso are de l a
câțiv a centimetri până l a 7-9 metri), senzori de sunet , senzori de câmp e lectrom agnetic,
senzori de fum, senzori de tip GPS, senzori de tip giroscopic, senzori de flux lichid (c a cei
folosiți l a pompele de benzină), senzori de temper atură, senzori de monoxid de c arbon, senzori
de lumină, senzori c apabili să detecteze do ar o anumită culo are, senzori de prezență, senzori
de umidit ate, senzori de nivel pentru lichid, senzori c apabili s a măso are concentr atia de alcool
în aerul expir at. Pentru a efectu a acțiuni asupra mediului înconjur ator, există o l argă v arietate
de moto are, servomoto are, moto are pas cu p as, led-uri, actuatoare. C a și conectivit ate, există
disponibile componente c apabile s a conecteze Arduino l a rețeaua Ethernet (“Ethernet
Shield”), componente pentru rețe a wireles s, componente c apabile să re alizeze conect are pe
rețeaua de date GSM / 3G , sau componente de tip XBEE utile pentru a realiza comunic ații de
tip person alizat.
Platform a Arduino este disponibilă într -o serie de v ariante, fiec are cu diferite
capabilități și dimensiuni.
4.2.1 Exemple de plăci Arduino

A. Arduino Uno – Aceasta este ce a mai recent a placă de dezvolt are de l a
Arduino. Se conecte ază la computer prin intermediul c ablului USB st andard A-B și
conține tot cee a ce ai nevoie pentru a progr ama și utiliz a placa. Acestui a i se po ate
adăug a o varietate de Shild -uri (pl acă cu c aracteristici speci ale, specifice unor tipuri
de aplicații). Este simil ar cu Duemil anove, d ar are un chip diferit USB -to-serial –
ATMeg a8U2, și cu un design nou de etichet are pentru a identific a mai ușor intrările și
ieșirile.

Fig. 4.1 Pl aca de dezvolt are Arduino UNO

B. Meg a 2560 – versiune a modelului Meg a lansat cu Uno, această versiune dispune
de Atmeg a2560, c are are de două ori m ai mult sp ațiu pentru memorie, și folosește 8U2
ATMeg a pentru comunic are USB -to-serial.

Fig. 4.2 Pl aca de dezvolt are Arduino Meg a2560
C. Mini – Aceasta este ce a mai mic a placa de dezvolt are de l a Arduino. Aceasta
functione aza bine intr -un bre adboard sau pentru aplicatii in c are sp atiul este limit at. Se
conecte aza la calculator prin intermediul unui c ablu mini USB Adapter.

Fig. 4.3 Pl aca de dezvolt are Arduino Mini

D. N ano – O pl acă de dezvolt are comp actă proiect ată pentru utiliz area pe un
breadboard. N ano se conecte ază la computer utilizând un c ablu USB Mini -B.

Fig. 4.4 Pl aca de dezvolt are Arduino N ano
E. Duemil anove – Arduino Demil anove este o pl atformă de proces are bazată pe
microcontrolerul ATmeg a168 sau ATmeg a328. Are 14 pini de intrări/ieșiri digit ale.

LED: 13. Există un LED încorpor at în pl acă, conect at la pinul 13. C and valoarea pe pin
este HIGH, LEDul este aprins, când v aloare este LOW, LEDul este stins.
Placa Arduino UNO are 6 intrări analogice, denumite del a A0 la A5, fiec are oferă o
rezoluție de 10 biți. Implicit, ieșirile măso ară de l a masa la 5v, deși este posibil c a limit a
superio ară să fie schimb ată cu ajutorul pinului AREF si funcți a analogReference ().

Fig. 4.5 Pl aca de dezvolt are Arduino Duemil anove
F. LilyP ad – Proiect at pentru aplicații ușor de implement at pe m ateriale textile, acest
microcontroler po ate fi cusut pe țesătură și are o culo are atrăgăto are, mov.

Fig. 4.6 Pl aca de dezvolt are Arduino LilyP ad
G. Fio – Proiect ată pentru aplicații fără fir. Acesta are inclusă o priză dedic ată
pentru un modul r adio Wi -Fi XBee, un conector pentru o b aterie Li Polymer și circuite
integr ate de încărc are a bateriei.

Fig. 4.6 Pl aca de dezvolt are Arduino Fio

H. Pro – Acestă pl acă de dezvolt are este concepută pentru utiliz atorii avansați care
doresc să încorporeze această pl acă într -un proiect: este m ai ieftin decât un Diecimil a și ușor
de aliment at la o baterie, d ar necesită componente supliment are și asamblare.

Fig. 4.7 Pl aca de dezvolt are Arduino Pro

I. Pro Mini – Ca Pro, Pro Mini este conceput pentru utiliz atorii avansați care au
nevoie de un cost scăzut, plăci de dezvolt are mici și c are sunt dispuși să f acă cev a lucru
supliment ar pentru a o pute a utiliz a în proiecte.

Fig. 4.8 Pl ace de dezvolt are Arduino Pro Mini

J. Seri al – Este o pl acă de dezvolt are, care utilize ază ca interf ață un RS232 (COM) l a
un calculator pentru progr amare sau de comunic are. Acestă pl acă este ușor de asamblat, chi ar
ca un exercitiu de învăț are. (Inclusiv scheme și fișiere C AD)

Fig. 4.9 Pl aca de dezvolt are Arduino Seri a

K. Seri al Single Sided – Acestă pl acă de dezvolt are este concepută pentru a fi gr avată și
asamblată de mână. Este puțin m ai mare decât Duemil anove, d ar este comp atibilă cu to ate shield –
urile Arduino.

Fig. 4.10 Pl aca de dezvolt are Arduino Seri al Single Si d

4.2.2 Pl aca Arduino UNO

Fig. 4.11 Elementele componente ale plăcii Arduino UNO
A. Prezent are gener ală

Arduino Uno este o pl acă de proces are bazată pe microcontrollerul ATmeg a328. Are
14 pini de intrări \ieșiri digit ale (din c are 6 pot fi utiliz ate ca ieșiri PWM), 6 intrări analogice,
un crist al oscil ator de 16 MHz, o conexiune USB, o mufă de aliment are, un ICSP, și un buton
de reset are. Aceasta conține tot cee a ce este neces ar pentru a ajuta la funcțion area
microcontrolerului; pur și simplu conect ați la un computer cu un c ablu USB s au aliment ați la
un adaptor AC-DC s au baterie pentru a începe.
Uno diferă de to ate plăcile precedente, în sensul că nu folosește chip driver FTDI USB
la un ser ial. În schimb, este dot at cu Atmeg a8U2 progr amat ca și convertor USB.
"Uno" înse amnă unu în limb a italiană și este numită pentru a marca lansarea viitoare a
Arduino 1.0. Uno și versiune a 1.0 vor fi versiunile de referință Arduino, pentru a avansa. Uno
este ultim a dintr -o serie de plăci Arduino USB, și modelul de referință pentru pl atform a
Arduino.

B. C aracteristici

Tabelul 4.1
Microcontroler ATmeg a328
Tensiune a de funcțion are 5V
Tensiune de intr are 7-12V

(recom andat)
Tensiune de intr are (limite) 6-20V
Digit al I / O Pins 14 (din c are 6 prevăd PWM de ieșire)
Analog Input Pins 6
DC curent pe I / O Pin 40 m A
Actuale pentru Pin 3.3V DC 50 m A
Flash Memory 32 KB ( ATmeg a328), din c are 0.5 Kb utiliz ate de

bootlo ader
SRAM 2 KB ( ATmeg a328)
EEPROM 1 KB ( ATmeg a328)
Vitez a de ce as 16 MHz

C. Aliment are

Arduino Uno po ate fi aliment at prin intermediul conexiunii USB s au cu o sursă de
aliment are externă. Surs a de aliment are este select ată autom at.
Sursele externe de aliment are (non -USB) pot fi, fie un adaptor AC-DC s au baterie.
Adaptorul po ate fi conect at printr -un conector de 2.1mm cu centru -pozitiv în muf a de
aliment are de pe pl acă. Tr aseele de l a baterie pot fi introduse în pinii GND și V -in ai
conectorului de aliment are.
Placa poate funcțion a cu o sursă externă de 6 -20 volți. D acă este aliment ată cu m ai
puțin de 7V, atunci pinul de 5V sco ate o tensiune m ai mic a de 5V și pl aca poate deveni
instabilă. D acă se utilize ază m ai mult de 12V, regul atorul de tensiune se po ate supr aîncălzi și
deterior a placa. Interv alul recom andat este de 7 -12 volți.

Pinii de putere sunt după cum urme ază:

 V-IN. Tensiune a de intr are la placa Arduino atunci când folosește o sursă de
aliment are externă (spre deosebire de 5 volți de conexiune USB s au o altă sursă de
energie regul ată). Se po ate aliment a prin acest pin s au dacă este folosită aliment area
prin conectorul de aliment are atunci tensiune a poate fi accesată din acel pin.

 5V. Tensiune a de aliment are folosită pentru microcontroler și alte componente de pe
placă. Aceasta poate veni fie din pinul V -IN printr -un regul ator de tensiune încorpor at,
sau să fie furniz ată de către USB s au o altă sursă de tensiune de 5v . 
 3V3. O tensiune de 3.3V gener ată de către regul atorul de pe pl acă.

 GND. Pinii de m asă.

D. Memori a

ATmeg a328 are 32 KB (cu 0,5 KB utiliz ate pentru bootlo ader). E a are, de asemene a, 2
KB de SR AM și 1 KB de EEPROM (c are po ate fi citit și scris cu bibliotec a EEPROM ).
E. Intrări și ieșiri

Fiecare din cei 14 pini digit ali pot fi utiliz ați ca intrare sau ieșire, folosind funcțiile
pinMode () , digitalWrite () , și digitalRead (). Aceștia funcțione ază la 5 volți. Fiec are pin
poate oferi s au primi un m axim de 40 m A și are un rezistor de sigur anță (deconect at implicit)
de 20 -50 kOhms. În plus, unii pini au funcții p articul are:

 Serial: 0 (RX) și 1 (TX). Folosit pentru a primi și tr ansmite d ate seri ale TTL. Acești
pini sunt conect ați la pinii corespunzători ai cipului ATmeg a8U2 USB -TTL;

 Întreruperile externe: 2 și 3. Acești pini pot fi configur ați pentru a declanșa o
întrerupere pe o v aloare scăzută, o limită crescăto are sau descrescăto are, s au o
schimb are în v aloare.
· PWM: 5, 6, 9, 10, și 11. Oferă o ieșire PVM de 8 biți cu funcți a analogWrite () .

· SPI:10 (SS), 11 (Mosi), 12 (MISO), 13 (SCK). Acești pini suportă comunic ația SPI
folosind bibliotec a SPI .

 LED: 13. Există un LED încorpor at în pl acă, co nectat la pinul 13. Când v aloarea pe
pin este HIGH, LEDul este aprins, când v aloare este LOW, LEDul este stins. 
Placa Arduino UNO are 6 intrări analogice, denumite de l a A0 la A5, fiec are oferă o
rezoluție de 10 biți. Implicit, ieșirile măso ară de l a masa la 5V, deși este posibil c a limit a


superio ară să fie schimb ată cu ajutorul pinului AREF și funcți a analogReference (). În plus,
unii pini au funcțion alități speci alizate:

 I2C:A4 (SDA) și A5 (SCL ). Suportă comunic are I2C folosind librări a
Wire. Mai există câțiv a pini pe pl acă:
 AREF. Tensiune de referință (num ai de l a 0 la 5V) pentru intrările analogice. Folosit
cu funcți a analogReference(). 

 Reset. Aduce lini a la zero pentru a reset a microcontrolerul. De obicei folosit pentru a
adauga un buton de reset Shield -urilor c are bloche ază acțiune a celui de pe pl acă.
F. H arta pinilor – ATMeg a 328

Fig. 4.12 Descriere a pinilor microcontrolerului ATMeg a328
G. Comunic ația

Arduino UNO are câtev a posibilități de comunic are cu un c alculator, o altă pl acă
Arduino s au un alt microcontroler. Microcontrolerul ATmeg a328 furnize ază comunic ație
serială U ART TTL (5V) c are este disponibilă pe pinii digit ali 0(RX) și 1(TX). Un
microcontroler ATmeg a8U2 direcțione ază comunic ația serială către USB și apare ca un port
serial virtu al în softw are-ul de pe c alculator. Firmw are-ul microcontrolerului folosește
driverele st andard ale portului USB al calculatorului și nu este nevoie de un driver din
exterior. Softw are-ul Arduino este prevăzut cu o fere astră c are permite prelu area și trimitere a
de date de tip text de l a placa Arduino. LEDurile corespunzăto are semn alelor RX și TX de pe

placă vor pâlpâi când inform ația este trimisă prin portul USB către cipul seri al prin
intermediul unei conexiuni USB cu c alculatorul (d ar nu pentru comunic ația serială de pe pinii
0 și 1).
O bibliotecă a progr amului (Softw areSeri al) permite comunic ația serială pentru oric are
dintre pinii pl acii.
Microcontrolerul ATmeg a328 suportă, de asemene a comunic ație I2C (DST) și SPI.
Softw are-ul Arduino include o bibliotecă de conexiuni (wire libr ary) pentru a simplific a
utiliz area portului I2C .

H. Progr amare

Arduino uno po ate fi progr amată cu softw are-ul Arduino. Select ați "Arduino

Uno din meniul Tools Board (în conformit ate cu microcontrolerul de pe pl acă).
Microcontrolerul ATmeg a328 de pe pl aca Arduino Uno vine cu un progr am de but are
(bootlo ader) care vă permite încărc area unui progr am nou fă ră a utiliz a un compil ator extern.
Acesta comunică folosind protocolul STK500 origin al.
Se po ate evit a, de asemene a, bootlo ader –ul și, microcontrolerul se po ate progr ama
prin ICSP (In -Circuit Seri al Progr amming).
Codul sursă al Firmw are –ul microcontrolerului ATmeg a8U2 este disponibil, el este
încărc at cu un progr am de but are DFU c are po ate fi activat cu ajutorul unui jumper de pe
spatele pl acii, ATmeg a8U2 fiind reset at. Apoi se pot folosi progr amele Atmel’s FLIP
(windows) s au DFU (M ac si Linux) pentru a încărc a un nou firmw are.
I. Reset area autom ată (Softw are)

Pentru a nu fi nevoie de reset area manuală, în ainte de încărc area unui progr am,
Arduino Uno este proiect ată astfel încât îi permite s a fie reset ată de către softw are, atunci când
este conect ată la calculator. Un a dintre liniile de control a funcționării h ardware (DTR) a
microcontrolerului ATmeg a8U2 este conect ata la linia de reset al microcontrolerului
ATmeg a328 printr -un condens ator de 100 n anofarad. Atunci când această linie este activată,
linia de reset este activă suficient de mult timp pentru a reset a microcontrolerul. Softw are-ul
Arduino folosește această c apacitate pentru a vă permite să încărc ați un cod prin simpl a
apăsare a butonului de încărc are din mediul de progr amare Arduino. Acest lucru înse amnă că
bootlo ader-ul are o perio adă scurtă de p auză.

Această configur are are alte implic ații. Când Uno este conect ată fie l a un computer pe
care rule ază fie un sistem de oper are Mac OS X s au Linux, aceasta se resete ază de fiec are dată
când o conexiune este re alizată între e a și softw are (prin USB). Pentru următo arele jumătăți de
secundă s au așa ceva, aplicația bootlo aderul rule ază pe Uno. Deși este progr amat să ignore
date necore spunzăto are (adică nimic în afară de o încărc are a noului Cod), se vor intercept a
primii biți din d atele trimise către pl acă după ce conexiune a este deschisă.
Uno conține un tr aseu c are po ate fi înterupt pentru a dezactiva reset area autom ată.
Zonele de pe fiecare parte a traseului înterupt pot fi lipite pentru a activa din nou reset area
autom ată. Tr aseul este denumit ”RESET_EN”. O altă mod alitate de a dezactiva reset area
autom ată este prin a conect a un resistor de 110 ohm între lini a de 5V și lini a de reset .
J. Protecți a la supr asarcină a portului USB

Arduino Uno are o sigur anță reset abilă c are proteje ază porturile USB ale computerului
de scurtcircuit și supr asarcină. Deși m ajoritatea calculatoarelor au protecție internă proprie,
sigur anța oferă o protecție supliment ară. D acă un curent m ai mare de 500 m A trece prin portul
USB, sigur anța va întrerupe în mod autom at conexiune a până l a îndepărt area suprasarcini s au
scurtcircuitului.

K. C aracteristici fizice

Lungime a și lățime a maximă a plăcii este de 6.8 cm respective 5.3 cm, cu conectorul
USB și conectorul de aliment are care ies din dimensiunile plăcii. P atru orificii de șurub c are
permite plăcii să fie atașată la o supr afață sau carcasă. Observ ați că dist anța dintre pinii 7 și 8
este de 160 mm.

Fig. 4.13 Dimensiunile plăcii Arduino UNO

L. Schem a electrică

Fig. 4.14 Schem a electrică a plăcii Arduino UNO

4.3 Moto are de curent continuu

Fig. 4. 15 Motor de curent continuu

Un motor electric (s au electromotor) este un dispozitiv ce tr ansformă energi a electrică în
energie mec anică. Tr ansform area inversă, a energiei mec anice în energie electrică, este
realizată de un gener ator electric. Nu există diferențe de principiu semnific ative între cele
două tipuri de m așini electrice, același dispozitiv putând îndeplini ambele roluri în situ ații
diferite.
Principiul de funcțion are: M ajoritatea moto arelor electrice funcțione ază pe b aza
forțelor electrom agnetice ce acțione ază asupra unui conductor p arcurs de curent electric aflat
în câmp m agnetic. Există însă și moto are electrost atice construite pe baza forței Coulomb și
moto are piezoelectrice.
Moto arele electrice pot fi cl asificate după tipul curentului electric ce le p arcurge:

 Motor de curent continuu 

 Motor de curent alternativ

 Motor de inducție ( asincron)

 Motor sincron 

Elemente constructive: indiferent de tipul motorului, acesta este construit din două
părți componente: st ator și rotor. St atorul este p artea fixă a motorului, în gener al exterio ară, ce
include c arcasa, bornele de aliment are, armătur a ferom agnetică st atoric și înfășur area
statorică. Rotorul este p artea mobilă a motorului, pl asată de obicei în interior. Este form at
dintr -un ax și o armătură rotorică ce susține înfășur area rotorică. Între st ator și rotor există o
porțiune de aer numită intrefier ce permite miș carea rotorului f ață de st ator. Grosime a
intrefierului este un indic ator import ant al perform anțelor motorului.

Stator

Ax

Capac

Bucșă
Perii colecto are

Rotor

Carcasă

Fig. 4. 16 Elementele componente ale motorului de curent continuu
Motorul de curent continuu a fost invent at în 1873 de Zénobe Gr amme prin conect area
unui gener ator de curent continuu l a un gener ator asemănător. Astfel, a putut observ a că
mașina se rotește, re alizând conversi a energiei electrice absorbite de l a gener ator.
Motorul de curent continuu are pe st ator polii m agnetici si bobinele pol are concentr ate
care cree ază câmpul m agnetic de excit ație. Pe axul motorului este situ at un colector ce
schimbă sensul curentului prin infășur area rotorică astfel încât câm pul m agnetic de excit ație să
exercite în perm anență o forță f ață de rotor.
În funcție de modul de conect are a înfășurării de excit ație moto arele de curent continuu
pot fi cl asificate în:

 motor cu excit ație independentă – unde înfășur area statorică și înfășur area rotorică
sunt conect ate la două surse sep arate de tensiune; 

 motor cu excit ație paralelă – unde înfășur area statorică și înfășur area rotorică sunt
legate în p aralel la aceași sursă de tensiune 

 motor cu excit ație serie – unde înfășur area statorică și infășur area rotorică sunt
legate în serie 

 motor cu excit ație mixtă – unde înfășur area statorică este diviz ată în două înfășurări, 

una conect ată în p aralel și un a conect ată în serie.

Înfășur area rotorică p arcursă de curent v a avea una sau mai multe perechi de poli
magnetici echiv alenți. Rotorul se depl asează în câmpul m agnetic de excit ație până când polii
rotorici se aliniază în dreptul polilor st atorici opuși. În același moment, colectorul schimbă

sensul curenților rotorici astfel înc at pol aritatea rotorului se inverse ază și rotorul v a continu a
deplasarea până l a următo area aliniere a polilor m agnetici.
Pentru acționări electrice de puteri mici și medii, s au pentru acționări ce nu necesită
câmp m agnetic de excit ație v ariabil, în locul înfășurărilor st atorice se folosesc m agneți
perm anenți.
Turația motorului este proporțion ală cu tensiune a aplicată înfășurării rotorice și invers
proporțion ală cu câmpul m agnetic de excit ație. Tur ația se regle ază prin v arierea tensiunii
aplicată motorului până l a valoarea nomin ală a tensiunii, i ar turații m ai mari se obțin prin
slăbire a câmpului de excit ație. Ambele metode vize ază o tensiune v ariabilă ce po ate fi
obținută folosind un gener ator de curent continuu (grup W ard-Leon ard), prin înseriere a unor
rezisto are în circuit s au cu ajutorul electronicii de putere (redreso are com andate, choppere).
Cuplul dezvolt at de motor este direct proporțion al cu curentul electric prin rotor și cu
câmpul m agnetic de excit ație. Regl area turației prin slăbire de câmp se f ace, așadar, cu
diminu area cuplului dezvolt at de motor. L a moto arele serie același curent străb ate înfășur area
de excit ație și înfășur area rotorică. Din această consider ație se pot deduce două c aracteristici
ale moto arelor serie: pentru încărcări reduse ale motorului, cuplul acestui a depinde de pătr atul
curentului electric absorbit; motorul nu trebuie lăs at să funcționeze în gol pentru că în acest
caz valoarea intensității curentului electric absorbit este fo arte redusă și implicit câmpul de
excit ație este redus, cee a ce duce l a ambalarea mașinii până l a autodistrugere.
Moto arele de curent continuu cu excit ație serie se folosesc în tr acțiune a electrică
urbană și ferovi ară (tr amvaie, locomotive).
Schimb area sensului de rot ație se f ace fie prin schimb area polarității tensiunii de
aliment are, fie prin schimb area sensului câmpului m agnetic de excit ație. L a motorul serie, prin
schimb area polarității tensiunii de aliment are se re alizeaza schimb area sensului ambelor
mărimi și sensul de rot ație rămâne neschi mbat. Așadar, motorul serie po ate fi folosit și l a
tensiune alternativă, unde pol aritatea tensiunii se inverse ază o d ată în decursul unei perio ade.
Un astfel de motor se numește motor univers al și se folosește în aplicații casnice de puteri mici
și viteze mari de rot ație (aspirator, mixer).

Fig. 4.17 Motor de curent continuu

4.4 Senzor cu ultr asunete HC -SR04

Senzorii sunt dispozitive c are pot măsur a diferite proprietăți ale mediului precum:
temper atura, dist anța, rezistenț a fizică, greut atea, mărime a, etc. Inform ația primită de l a
aceștia poate fi de cele m ai multe ori contr adictorie și imprecisă.
În cel m ai gener al caz, senzorii pot fi împărțiți în două c ategorii, și anume:

 Senzori de st are internă – senzori c are oferă inform ații despre st area internă a
robotului mobil, spre exemplu nivelul b ateriei, poziți a roților etc; 

Fig. 4. 18 Senzor cu ultr asunete HC -SR04

 Senzori de st are externă – senzori care oferă inform ații despre mediul ambiant în c are
robotul funcțione ază. Senzorii de st are externă se m ai pot împărți l a rândul lor în două
categorii: senzori cu cont act, mai precis acei senzori c are culeg inform ația din mediu prin
atingere (exemplu: senzor „bumper” ), respectiv senzori fără cont act, care prei au inform ația
din mediu de l a distanță (exemplu: c ameră video, senzor ultr asonic, etc). 

Un senzor po ate fi activ s au pasiv. Senzorii activi sunt acei senzori c are emit energie în
mediu pentru a putea observ a anumite c aracteristici ale acestui a, spre deosebire de senzorii
pasivi c are primesc energie din mediu pentru a putea prelu a inform ația.
La modul gener al, despre to ate categoriile de senzori se pot enunț a următo arele
ipoteze:
– Orice senzor este afectat de zgomot; 
– Orice senzor oferă o inform ație incompletă a mediului în c are efectue ază
măsurătorile; – Nici un senzor nu po ate fi model at complet. 
De asemene a, toate tipurile de senzori sunt c aracteriz ate printr -o serie de propr ietăți,
cele m ai import ante fiind:
– Sensibilit atea: raportul dintre semn alul de ieșire și semn alul de intr are;
– Liniaritatea: exprimă d acă raportul dintre intr are și ieșire este const ant;
– Interv alul de măsur are: diferenț a între dist anța minimă și m aximă măsur abilă;
-Timpul de răspuns: timpul neces ar pentru c a inform ația de la intrare să fie observ abilă l a
ieșire;
-Acuratețea: diferenț a între semn alul măsur at și semn alul re al;
-Repet abilitatea: diferențele între măsurători succesive ale acelei ași entități;
-Rezoluți a: exprimă ce a mai mică unit ate de increment are a semn alului măsur at;
-Prețul senzorului; 
-Putere a de calcul neces ară pentru a interpret a
rezult atele; -Tipul de semn al la ieșire;
-Greut atea, mărime a și cantitatea de energie consum ată pe ntru a face o măsurăto are.
Relația între proprietățile fizice de interes e ale mediului și inform ația primită de l a un
senzor r ar pute a fi model ată prin ecu ația:
f (e) = r

În principiu, orice model al unui senzor ar trebui să includă și un model intern al
zgomotului c are po ate afecta senzorul în momentul citirii inform ației. Problem a de a recuper a
inform ația din mediu din d atele primite de l a senzor po ate fi destul de complexă.
Un senzor este consider at inst abil d acă pentru v ariații mici ale intrării, ieșire a se
schimbă r adical. În c az gener al, pentru un senzor cu ieșire a f(e), inst abilitatea se referă l a: în
principiu orice tip de senzor po ate fi afectat de m ai multe tipuri de erori.
Dintre aceste a, cele m ai import ante sunt erorile incident ale, erorile sistem atice și
erorile stoh astice. Erorile incident ale apar ocazional și pot avea un efect neprevăzut asupra
inform ației, ele provenind în ce a mai mare parte de l a măsurători efectu ate greșit. Erorile
sistem atice au o influență predictibilă asupra acurateții inform ației, aceste a provenind de l a o
interpret are greșită a parametrilor în algoritmii de estim are, sau din c auza unor neconcord anțe
(incertitudini) în model are. În fine, erorile stoh astice, au un c aracter aleator, ele diferind de
fiecare dată când robotul execută aceeași oper ație.
În lume a roboților mobili se întâlnesc o m are varietate de tipuri de senzori. O
clasificare de b ază a acestor a ar pute a fi:
– senzori de dist anță – acei senzori c are oferă inform ații de spre dist anța între senzor și
obiectul de măsur at din mediu;
– senzori de poziție – acei senzori c are oferă inform ații despre poziți a robotului în termeni
absoluți;
– senzori de mediu – acei senzori c are oferă inform ații despre diverse proprietăți și
caracteristici ale mediului (exemplu: temper atură, culo are);
– senzori inerți ali – acei senzori c are măso ară proprietăți diferenți ale ale poziției

robotului (exemplu: acceler ația).

O altă cl asificare a senzorilor se po ate face în funcție de tipul de semn al primit, precum
și de rolul senzorului în sistemul robotului mobil, îmbinând deci cele două cl asificări de m ai
sus. În continu are, pentru descriere a diferitelor tipuri de senzori, se v a folosi această abordare.
Sistemul de măsur are a distanței prin senzor î n infr aroșu este un tip p articul ar de sistem
de achiziție de d ate, iar aplicațiile s ale pot fi găsite în domenii fo arte variate. De exemplu:
1) mont area unui senzor infr aroșu Sh arp GP2 pe un robot cu funcți a de a depist a
obstacolele;

2) confecțion area unui dispozitiv de mână comp act și port abil pentru a măsur a rapid și
ușor o dist anță rel ativ mică, pentru dist anțe m ari folosindu -se alți senzori m ai puternici.
3) Realizarea de diverse dispozitive autom ate care măso ară distanta.

4.4.1 Mod de funcțion are:

Senzorii se bazează, pe emitere a de ultr asunete și măsurarea timpului neces ar ca să se
intoarcă ecoul (principiul pe c are func ționează și navigația liliacului). Aceștia sunt senzori destul
de preci și, foarte ușor de folosit și a caror ie șire variază direct propor țional cu dist anța măsurată
(un obiect situ at la 2 metri v a da un semn al de ie șire de dou a ori m ai mare dec at un obiect situ at
la 1 metru). Din c auza faptului c ă sunetul se depl asează cu o vitez ă fixă, această categorie de
senzori este rel ativ lent ă (in sensul c ă, dacă vrem s ă facem 100 de determin ări intr -o secund ă,
acești senzori nu vor fi c apabili s a facă asta), în această categorie se inc adreazăsonarele
MaxBotics si senzorul tip PING)) c a in figur a 4.19

Fig. 4. 19 Schem a de funcțion are a unui senzor cu ultr asunete

4.4.2 Prezent area Hardware:

Pentru acest proiect am utiliz at un senzor în ultrasonic – HC-SR04 , care prezintă
urmatoarele c aracteristici tehnice:
– Tensiune de oper are: DC 5V
– Curentul de function are: 15m A
– Unghi de func ționare: 15
– Distanța: 2cm – 4m
– Rezoluție : 0,3 cm
– Greut ate: 8,5 g
– Dimensiune : 45 x 20 x 15mm

Acest senzor po ate măsura distanțe între 2cm – 400cm cu precizie c are po ate ajunge l a
3mm. Fiec are modul HC -SR04 include un tr ansmi țător ultr asonic, un receptor și un circuit de
comandă.
Pentru func ționare, senzorul are nevoie de 4 pini
-VCC (Power);
-Trig (Trigger);
-Echo (Primire);
– GND .
Senzorul cu ultr asunete HC –SR04 folosește unde sonice pentru a determin a distanța
până l a un obiect – la fel ca liliecii s au delfinii. Acest modul oferă o precizie excelentă și st abilă
Oper ațiune a nu este afectată de lumin a soarelui sau de culo area materialelor.

4.4.2.1 Altern ativa mai eficient ă: Senzorul infraroșu

Acești senzori sunt mult m ai rapizi dec ât cei ultr asonici, însă funcționează corect do ar
într-o gamă mai strict ă de dist anțe. Astfel, avem un tip de senzor infr aroșu în gama 3 – 40 cm, un
alt tip în gama 10 – 80 cm si un alt tip în gama 15 – 150 cm.

Fig. 4. 20 Schem a de funcțion are a unui senzor infraroșu

Unghiurile din acest triunghi v ariază în funcție de dist anța până l a obiect. Receptorul
este de f apt o lentilă de m are precizie c are transmite lumin a reflect ată într -o rețe a liniară de
CCD din interior. Rețe aua de CCD po ate determin a sub ce unghi a intrat lumin a reflect ată și,
astfel, po ate calcula distanța până l a obiect.
Această nouă metodă de măsur are a distanței este apoape imună l a interferențele
cauzate de lumin a ambient ală și oferă o “indiferență” fo arte m are față de culo area obiectului
detect at. Astfel este posibilă detect area unui perete negru în lumină directă a soarelui.

Nelini aritatea ieșirii senzorului:

Senzorul prezintă o c aracteristic a de ieșire nelini ară, d atorată proprietăților
trigonometrice din interiorul triunghiului form at de Emițător, punctul de reflexie și Receptor.

Fig. 4. 21 Diagrama de nelini arizare

Din di agrama din figur a 4. 20 c are po ate fi găsită în document ația oferită de producător
se observă că în interv alul [15; 150] cm ieșire a detectorului nu este lini ară ci m ai degr abă
logaritmică.
Se observă de asemene a că pentru o dist anță m ai mică decât 15 cm, ieșire a scade rapid
și începe să i a valori c aracteristice măsurătorii unor dist anțe m ai mari. Acest lucru po ate fi
dezastruos pentru echip amentele autom ate sau pentru roboții c are pot folosi acest senzor,
deoarece vor interpret a că sunt l a o dist anță m are de obst acol.

Fig. 4. 22 Schem a conectării senzorului cu microcontrolerul

4.5 Modul driver moto are L293D

Modul reprezintă un shield cu două drivere de moto are de tip L293D potrivit pentru a control a
4 moto are norm ale, de dimensiuni mici, s au 2 moto are de tip servo.

Acest shield(fig.4.23) este potrivit pentr u proiecte de electronică ce necesită controlul
motoarelor deo arece este fo arte ușor de control at cu plăcuțe de dezvolt are Arduino. De
asemene a, shield -ul conține un shift register de tip 74HC595 pentru a fi mai ușor de control at.

Fig. 4. 23 Modul driver moto are L293D

4.5.1 Prezent area Hardware:
-Tensiune aliment are circuite : 5V;
-Tensiune aliment are moto are: 4.5V – 36V;
-Curent moto are in mod continuu: 0.6 A;
-Curent moto are pe pe ak: 1.2 A;
-Protecție la supracurent și la supratemper atură;

4.5.2 Mod de funcțion are:
În acest proiect se va utiliz a un shield L293D (figur a L293D) pentru a face legătur a dintre
moto arele de curent continuu și pl aca Arduino . Shield -ul acțione ază, pr actic, c a un amplific ator,
deoarece curentul de ieșire a plăcii Arduino este mult pre a mic pentru a acțion a moto arele în
cauză.

Fig. 4.23 Schem a conectării driverului motor L293D

4.5 Modul Bluetooth HC -06

Fig. 4.24 Modul Bluetooth HC -06

Bluetooth este un set de specific ații (un st andard) pentru o rețe a person ală (engleză:
person al area network, P AN) fără fir (wireless), b azată pe unde r adio. Tehnologi a Bluetooth a
fost cre ata în 1994.
„Bluetooth” este o tr aducere în engleză a cuvântului sc andinav Blåt and/Blåt ann, cum
era supranumit regele viking Harald I al Danemarcei din sec. al X-lea. Harald I a unit Norvegi a
și Danemarca; el era renumit ca fiind foarte comunic ativ și se pricepe a să îi facă pe o ameni să
comunice între ei. În română bluetooth s -ar traduce „dinte albastru”.
Specific ația Bluetooth a fost formul ată pentru prim a dată de Sven Mattisson și Jaap
Haartsen, muncitori în or așul Lund, Suedi a, la divizi a de telefonie mobilă a comp aniei
Ericsson. La 20 mai 1998 a fost fondată gruparea Bluetooth Speci al Interest Group (SIG), c are
azi are rolul de a vinde firmelor tehnologi a Bluetooth și de a urmări evoluți a acestei
tehnologii.
Printr -o rețe a Bluetooth se po ate face schimb de inform ații între diverse aparate
precum telefo ane mobile, l aptop-uri, c alculatoare person ale, imprim ante, c amere foto și video
digitale sau console video printr -o unde r adio cript ate (sigure) și de r ază mică, desigur num ai
dacă aparatele respective sunt înzestr ate și cu Bluetooth.
Aparatele c are dispun de Bluetooth comunică între ele atunci când se află în aceeași
rază de acțiune. Ele folosesc un sistem de comunic ații radio, așa că nu este nevoie să fie
pozițion ate față în față pentru a transmite; dacă transmisi a este suficient de puternică, ele pot fi
chiar și în c amere diferite.

4.6.1 Prezent area Hardware:

Acesta (Fig. 4.24 ) este un modul Bluetooth c are po ate fi utiliz at cu orice microcontroler si
alte module bluetooth. Acesta utilize ază protocolul U ART pentru a face m ai ușor de trimis și
primi d ate fără fir. Modulul HC -06 este un dispozitiv c are are num ai functi a de slave. Acest lucru
înseamnă că se po ate conect a la cele m ai multe telefo ane și c alculatoare cu bluetooth, d ar nu se
poate conect a la alte dispozitive num ai slave, cum ar fi tastaturi și alte module HC -06.

Caracteristici:

-Conceput pentru nivelul de 3,3V, d ar accept a si ttl nivel 5v
-Antena încorpor ată cu o g amă de până l a 10 m (interv alul depinde de o mulțime de lucruri, cum
ar fi orice obst acole s au pereți, c amp deschis)
-Suportă b aud rate de l a 1200 l a 1382400 bps (implicit este 9600 bps)
-VCC tensiune de intr are 3.3V l a 6V
-Specific ațiile Bluetooth v2.0 + EDR

-Putere de tr ansmisie: +4dBm;
-Senzitivit ate recepție: -80dBm.
-HC-06 Pini:
-VCC: +5v
-RXD: Arduino Tr ansmit Seri al (3.3V nivel HIGH)
-TXD: Arduino Tr ansmit Seri al
-GND: Arduino Ground

4.7 Placă bre adboard

Fig. 4.24 Placă bre adboard

Un bre adboard este un dis pozitiv ,care permite conect area extrem de simpl ă a componentelor
electronice, f ără lipituri.
Pentru a conect a dispozitivele se folo sesc fire t ată-tată (cu pini l a ambele c apete), c are se
introduc in g ăurile din bre aboard.
Găurile existente în bre aboard sunt conect ate între ele (de obicei pe linie), astfel inc ât firele
introduse pe aceeași linie vor fi conect ate intre ele.

Capitolul 5: Construcți a robotului mobil cu kit Arduino
5.1 Asamblarea robotului mobil cu kit Arduino

A. Am folosit c a suport pentru piese un ș asiu confecțion at din m aterial plastic.

Fig. 5.1 Ș asiu
B. Robotul mobil cu kit Arduino este acțion at de o cutie de viteze cu două moto are de
curent continuu de 3V fiecare și oferă un r aport de tr ansmisie 58:1. Ambele moto are de curent
continuu sunt cupl ate la cutia de viteze.

Fig. 5.2 Asambșarea moto arelor pe cuti a de viteze
C. Cutia de vitze cu moto arele de current continuu sunt mont ate la unul din c aptele
sasiului.

Fig. 5.3 Cuti a de viteze cu moto arele asamblată pe ș asiu

D. Pe axul de tr ansmitere al mișcării de rot ație se monte ază două roți din m aterial
plastic cu membr ane din c auciuc.

Fig. 5.4 Mont area roțitor
E. La celăl alt capăt al șasiului am mont at un b all-caster pentru menținere a echilibrului
robotului.

Fig. 5.5 Mont area Ball-Caster-ului pe ș asiu
F.Senzorul infr aroșu Sh arp se monte ază pe servomotor.

Fig. 5.6 Mont area senzorului pe servomotor

G. Senzorul infr aroșu Sh arp și servomotorul se monte ază pe ș asiu.

Fig. 5.7 Mont area servomotorului pe ș asiu
H. Pentru c a placa Arduino UNO să nu vină mont ată direct pe ș asiu am folosit
două distanțiere. Apoi am mont at placa Arduino uno.

Fig. 5.8 Mont area plăcii Arduino pe ș asiu
I. Între servomotor și pl aca Arduino am mont at suportul de b aterii (4 b aterii a câte
1.5V). Suportul de baterii este prins de ș asiu cu b andă dublă adezivă.

Fig 5.9 Mont area plăcii Arduino

J. Se conecte ază pl aca Ardumoto l a placa Arduino UNO.

Fig. 5.10 Mont area plăcii Ardumoto
K. Ansamblul robotului cu kit Arduino

Fig. 5.11 Robotul mobil cu kit Arduino

5.2 Conect area senzorului infr aroșu Sh arp la placa Arduino UNO

Senzorul de dist anță Sh arp este o componentă c are po ate fi utiliz ată împreună cu
Arduino pentru a măsur a distanța până l a diverse obiecte înconjurăto are.
Dispozitivul dispune de trei pini, doi dintre ei fiind pini de aliment are (GND și Vcc),
iar cel de -al treile a fiind pinul c are dă indic ații asupra distanței, prin port -serialul prezent at pe
acesta.

Fig.5.12 Așezarea pinilor senzorului Sh arp

Fig. 5.13 Conect area senzorului în circuit

5.2.1 Principiul de funcțion are

Senzorul emite un puls de r aza infrarosie de lungime de und a 850 nm ± 70nm. D aca un
obiect este in r aza de actiune si in c alea razei IR, acesta va reflect a raza inapoi spre senzor.
Senzorul f ace citirile cu o frecvent a de aproxim ativ 24 Hz si raporte aza datele sub form a de
tensiune (m arime analogic a). Aceasta tensiune v a suferi o conversie pe 8 biti l a nivelul C AN-
ului prezent pe microcontrollerul Atmeg a8. M arimea analogic a este convertit a in Volti, i ar
apoi, printr -o functie de lini arizare obtinut a din di agrama oferit a de Sh arp pentru acest senzor,
vom obtine rezult atul fin al.

Fig. 5.14 Schem a principiului de funcțion are

5.3 Conect area moto arelor de curent continuu

Robotul re alizat este pus în mișc are de către două moto are de curent continuu.

Moto arele sunt mont ate la o cutie de viteze T amya care oferă un r aport de tr ansmisie 58:1.

Fiecare motor este action at independent.

Moto arele funcțione ază la o tensiune v ariabilă între 3 și 6 Volți. Tensiune a de care are
nevoie fiec are motor este furniz ată de către pl aca de dezvolt are Ardumoto c are este conect ată
cu pl aca Arduino.
Microcontrolerul ATMeg a328 de pe pl aca Arduino re alizează controlul moto arelor.

5.3.1Re alizarea controlului moto arelor de curent continuu

Moto arele sunt control ate prin intermediul unui Du al FULL -BRIDGE DRIVER L298.
A fost construit un PCB speci al (Ardumoto) pentru controlul acestui driver de moto are și a
circuitului său de protectie. L298 primește 8 intrări de l a Atmeg a32: 4 intr ari 0/1 c are com andă
sensul de rot ație al moto arelor (porturile C0 -C3), 2 intrări de PWM pe pinii de EN ABLE A,
ENABLE de l a OCR0 (PB3) și OCR2 (PD7) pentru a control a turația moto arelor și VCC și
GND de l a extensi a header a portului B.
De obicei, este nevoie în aplicațiile pr actice să com andăm un motor în ambele sensuri.

Acest lucru se po ate realiza folosind o punte H pe post de amplific ator (driver).

Punte a H este în principiu un circuit cu p atru întrerupto are, ce acțione ază câte două
odata pe di agonală, pentru a schimb a sensul de rot ație al motorului. Aceste întrerupto are sau
comut atoare sunt re alizate de obicei cu tr anzisto are MOS -FET s au cu tr anzisto are Darlington.

Fig. 5.15 Schem a punții H simplific ată

Schem a unei punți H folosind dispozitive discrete este prezent ată in figur a 5.16. Astfel,
tranzisto arele utiliz ate sunt de tip PNP și l a fiecare sens de rot ație sunt în conducție două din
ele. Diodele au rol de protecție s au de bloc are a celorl alte două tr anzisto are. Mont ajul este
aliment at la 12V și com andă pe b aza tranzisto arelor tip NPN este de 5V și vine de l a
microcontroler.

Fig. 5.16 Schem a de principiu a punții H
Un astfel de circuit integr at amplific ator s au driver pentru com anda motorului de
curent continuu este și L298P. Cu acest circuit integr at putem com anda două moto are de
curent continuu od ată. Este aliment at la 6V și po ate schimb a și sensul de rot ație a celor două
moto are.

Fig. 5.17 Schem a circuitului L298P

Astfel, d acă la pinul 4 vom avea o tensiune de 5V și l a pinul 5 vom trimite o tensiune
de 0V, atunci motorul A din st anga circuitului integr at se v a roti într -un sens. D acă schimbăm
tensiunile prezente l a intrările de com andă, adică l a pinul 4 să trimitem o tensiune de 0V și l a
pinul 5 o tensiune de 5V, atunci motorul A se va roti în sensul opus. Asemănător, funcțion area
motorului B este com andată în același mod, do ar că aceste comenzi se d au pe pinii 6 și 7 ai
circuitului integr at.

5.4 Conect area servomotorului l a placa Arduino

Com anda servomotorului se re alizează de pe pinul 9 i ar citire a distanței de pe pinul
A0, după cum se po ate observ a și în figur a 5.18.

Fig.5.14 Conect area servomotorului l a placa Arduino
Unde:

-firul rosu este com anda servomotorului;

-firul negru e pentru a uni m asele sursei de aliment are cu a lui Arduino;
-firul alb este pentru citire a datelor de l a senzor;

CAPITOLUL 6: Progr amarea robotului
6.1 Microcontrolerul ATmeg a 328

ATMeg a328 cu Arduino bootlo ader (Uno). Acest microcontroller vă permite să
utiliz ați progr ame Arduino în proiectul dumne avoastră fără să utiliz ați o pl acă arduino. Pentru
a putea funcțion a cu Arduino IDE acest microcontroller are nevoie de un crist al extern de 16
Mhz s au de un rezon ator, de o surs a de aliment are de 5V si de o conexiune seri ală.

Fig. 6.1 Microcontrolerul ATMeg a328
6.1.1 Memori a

ATmeg a328 are 32 KB (cu 0,5 KB utiliz ați pentru bootlo ader). E a are, de asemene a, 2
KB SR AM și 1 KB de EEPROM.

6.1.2 Specific ații tehnice

Tabelul 6.1

Microcontroler ATmeg a328p -pu
Familia de microcontrolere Atmeg a
Tip interf ață I2C, SPI US ART
Dimensiune nucleu 8 biti
Voltajul de intr are (limit are) 1.8V -5.5V
Pini digit ali I/O 23 (din c are 6 pot fi folositi c a PWM)
Număr intrări ADC 6
Oscil ator de tip intern, extern
Num ar de conto are 3
Formă c apsule PDIP
Temper atura de oper are -40 ° C l a +85 ° C
DC Curent pentru pinii de I/O 40 m A
DC Curent pentru pinul de 3.3V 50 m A
Memori a 32 KB din c are 8 KB utiliz ati de bootlo ader
SRAM 2 KB
EEPROM 1 KB
Clock Speed 20 MHz
Periferice ADC, Comp arator, RTC, Timer, PWM
Set de instrucțiuni Arhitectur a RISC

6.2 Progr amarea placii

Această secțiune v a presupune că aveți un PC pe c are rule ază Microsoft Windows s au
un M ac OSX (10.3.9 s au ulterior). În c azul în c are utiliz ați Linux c a sistem de oper are, atunci
se va referi l a ” Getting St arted instructions on the ARDUINO” de pe site -ul Arduino .
A. Luati Arduino și c ablul USB A-B

În primul rând, lu ați placa ARDUINO și așezați-o pe m asă în f ața dumne avoastră.
Luați cablul de USB și conect ați-l cu muf a B (partea mai goasă si dreptunghiul ară) în muf a de
USB de l a Arduino.

A B

Fig. 6.1 C ablu USB
După aceasta etapă NU se conecte ază ARDUINO l a PC sau Mac încă.

B. Descărc are Arduino IDE (Softw are pentru progr amare)

Descărc ați Arduino IDE de l a secțiune a de downlo ad de pe www. arduino.cc. În
momentul de f ață, ce a mai recentă versiune de softw are Arduino IDE este 0022, urmând c a
actualizările să se f acă în momentul aparițiilor unor versiuni noi. Fișierul este un fișier de tip
ZIP astfel încât veți fi nevoiți să -l dez arhivați (Un utilit ar bun este WinR AR). Od ată ce
descarcăre a s-a termin at, dez arhivați arhiva de tipul ZIP, asigurându -vă că s -a păstr at structur a
de foldere așa cum este și nu trebuie făcute nici un fel de schimbări în component a softului.
Dacă faceți dublu -clic pe dos arul cre at, veți vede a câtev a fișiere și sub -dosare în
interiorul acestui a.

C. Instalarea driverului pentru USB

Dacă utiliz ați Windows, veți găsi driverele în directorul numit “drivers/FTDI USB
Drivers” din Arduino. În et apa urmatoare (“Conect area plăcii de dezvolt are Arduino“), veți
alege c alea în fere astra “Window`s Add New H ardware wiz ard” către driverele indic ate mai
sus.
Dacă aveți un c alculator cu sistem de oper are M ac, driverele pentru microcontroler
sunt în directorul cu drivere. D acă aveți un M ac mai vechi c a un PowerBook, iBook, G4 sau
G5, trebuie să utiliz ati drivere PPC: FTDIUSBSeri alDriver_v2_1_9.dmg. D acă aveți un M ac
mai nou, cu un cip Intel, aveți nevoie de driverele de Intel: FTDIUSBSeri al
Driver_v2_2_9_Intel.dmg. Dublu -click pentru a mont a imaginea de disc și alegeți

FTDIUSBSeri alDriver.pkg. Ce a mai recentă versiune a driverelor po ate fi g asită pe site -ul
FTDI .

Fig. 6.2 M anualul electronic al softw are-ului
D. Conect ați placa de dezvolt are Arduino

În primul rând, asigur ați-vă că jumperul de select are a alimentării, între aliment are
externă și muf a USB, este set at la USB și nu l a aliment are externă (nu se aplică în c azul în
care aveți un microcontroler Arduino, c are are o funcție Auto Power Select).

Fig. 6.3 Jumperul de select are a alimentării
Folosind acest jumper puteți: fie aliment a microcontrolerul de l a Portul USB (bun
pentru curenți sl abi, aplicații cu LED -uri, etc) s au de l a o aliment are extern a (6-12V DC –
Curent Continu). Acum, conect ați cel alalt capăt al cablului USB ( A) în muf a de USB de pe PC
sau Mac. Veți vede a acum LED -ul de putere mică (m arcat PWR m ai sus de comut atorul
RESET) se v a aprinde pentru a vă arăta aliment area microcontrolerului.
Dacă aveți un M ac, această et apă a procesului este completă și puteți trece l a capitolul
următor. În c azul în c are sunteți utiliz ator de Microsoft Windows, există c ațiva pași în plus
pentru a complet a instalarea.
În timp ce sistemul de oper are Microsoft Windows v a detect a că s-a conect at o nouă
placă hardware (microcontrolerul Arduino) l a PC, v a apărea fereastra Found New H ardware
Wizard. Bif ați “NO, not this time” (figur a 6.4) pentru a nu se conect a la Windows Upd ate
(Select ați Nu, nu în acest moment) și apoi faceți clic pe Next.

Fig. 6.4 Fere astra „Found New H ardware” a Windows -ului
În pagina următo are (figur a 6.5) select ați “Inst all from a list or specific
location ( Advanced)” și apoi faceți clic pe Next.

Fig. 6.5
Asigur ați-vă că “Se arch for the best driver in these loc ations” este verific at. Debif ați
“Search remov able medi a”. Bif ați “Include this loc ation in the se arch” și apoi f aceți click pe
Butonul Browse. Răsfoiți l a locația de drivere pentru USB și apoi f aceți click pe Next. (Figur a
6.6)

Fig. 6.6
Windows -ul va căuta acum pentru un driver potrivit, vă v a inform a că un “USB Seri al
Convertor” a fost găsit și a const atat că expertul h ardware este acum complet. F aceți clic pe
Finish. (Figur a 6.7)

Fig. 6.6
Acum sunteți pregătit pentru a încarca primul “Sketch” pe microcontrolerul Arduino.

6.3 Progr amul robotului

// Compact, a small Arduino (UNO) robot

// 2 Pololu micro motors 100:1 and small wheels,

// one HXT900 micro servo, one Sh arp IR sensor,

// 2 AAA battery holders, the Robot Builder's Shield

//

// Arduino pinout:

//

// Shield Funct Arduino ATmega168 Arduino Funct Shield

// +––\/–-+

// Reset
D0 1| PC6 PC5 |28 D19 A5 SCL

// Rx 2| PD0 PC4 |27 D18 A4 SDA

// Tx D1 3| PD1 PC3 |26 D17 A3

// Int0 D2 4| PD2 PC2 |25 D16 A2

// Int1 D3 5| PD3 PC1 |24 D15 A1
IR sensor
// M1B D4 6| PD4 PC0 |23 D14 A0

// 7| VCC GND |22

//
Xtal 8| GND AREF |21

// 9| PB6 AVCC |20

// Xtal 10| PB7 PB5 |19 D13 SCK LED

// M1A OC0B D5 11| PD5 PB4 |18 D12 MISO Pan servo

// M2A OC0A D6 12| PD6 PB3 |17 D11 OC2A MOSI

// M2B D7 13| PD7 PB2 |16 D10 OC1B

// D8 14| PB0 PB1 |15 D 9 OC1A

// +–––– +

//

#include

//Inputs/outputs

#define Motor_1_PWM 5 // digit al pin 5 // Right Motor

#define Motor_1_Dir 4 // digit al pin 4

#define Motor_2_PWM 6 // digit al pin 6 // Left Motor

#define Motor_2_Dir 7 // digit al pin 7

#define IR_Pin 14 // digit al pin 14 ( analog pin 0)

#define P anPin 12

#define LedPin 13

#define SR 1 //Sh arp Short R ange sensor

#define MR 2 //Sh arp Medium R ange sensor
#define LR 3 //Sh arp Long R ange sensor

#define center 90

//Variables

byte dir=0;

byte speed1=250;
byte speed2=255;
int turn90=110;

int turn45=55;

int straight=500;
int stopTime=200;

int IRdist ance=0;

int treshold=20; //20cm min dist ance

Servo Pan;
//–––––––––––––––––––––––––
–

void setup() {

// set motor pins as output and LOW so the motors are
breaked pinMode(Motor_1_PWM, OUTPUT);
pinMode(Motor_1_Dir, OUTPUT);
pinMode(Motor_2_PWM, OUTPUT);
pinMode(Motor_2_Dir, OUTPUT);

Stop();

Pan.attach(PanPin);
Pan.write(center); //90

StepDelay();

pinMode(LedPin, OUTPUT);
digitalWrite(LedPin, LOW);

Serial.begin (19200);
Serial.println("st art");

Forward();
}

void loop(){

Drive();

//square();

}

void squ are(){

Forward();

delay(straight);

Stop();

delay(stopTime);

Right();

delay(turn90);

Stop();

delay(stopTime);

Forward();

delay(straight);

Stop();

delay(stopTime);

Right();

delay(turn90);

Stop();

delay(stopTime);

Forward();

delay(straight);

Stop();

delay(stopTime);

Right();

delay(turn90);

Stop();

delay(stopTime);

Forward();

delay(straight);

Stop();

delay(stopTime);

Right();

delay(turn90);

Stop();

delay(stopTime);
}

//–––––––––

void Drive(){
IRdistance=Read_Sharp_Sensor(MR, IR_Pin);

Serial.print("IRdist ance ");

Serial.println(IRdist ance);

if (IRdist ance<10){

Stop();

StepDelay();
TurnAround();

}

if (IRdistance<5; i++){

Pan.write(i*45);

StepDelay();
StepDelay();
IRdistance=Read_Sharp_Sensor(MR,
IR_Pin); if (IRdist ance>prev){

dir=i;

prev=IRdist ance;
}

}

Pan.write(center);

StepDelay();

switch (dir){

case 0:

Right();

delay(turn90);

Stop();

StepDelay();
break;

case 1:

Right();

delay(turn90); //turn45

Stop();

StepDelay();
break;

case 2:
Forward();

break;

case 3:
Left();
delay(turn90); //turn45

Stop();

StepDelay();

break;

case 4:
Left();
delay(turn90);

Stop();

StepDelay();

break;

}

delay(500);
}

// Read Sensors

int Read_Sharp_Sensor(byte model, byte pin)
{ int value = 0;
value = analogRead(pin);

switch (model) {

case SR: //short r ange, aka GP2D120 (4 -30cm)
return (2914/(v alue+5))-1;

break;

case MR: //medium r ange, aka GP2D12 (10 -80cm)

return 5*1384.4*pow(v alue,-.9988); //I h ad to multiply by 5, different
sensor

break;

case LR: //long r ange, aka GP2Y0A02YK (20 -150cm)
return 11441*pow(v alue,-.9792);

break;

}

}

void StepDel ay() {
for (byte t=0; t<10; t++){

delay(20);

}

}

//+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
+ ++++++
void Forw ard(){
digitalWrite(Motor_1_Dir, LOW); // forw ard
digitalWrite(Motor_2_Dir, LOW); // forw ard
analogWrite(Motor_1_PWM, speed1); //

analogWrite(Motor_2_PWM, speed2); //

return;

}

void Reverse(){
digitalWrite(Motor_1_Dir, HIGH); // reverse
digitalWrite(Motor_2_Dir, HIGH); // reverse
analogWrite(Motor_1_PWM, 255 -speed1);
// analogWrite(Motor_2_PWM, 255 –
speed2); // return;
}

void Right(){
digitalWrite(Motor_1_Dir, HIGH); // reverse
digitalWrite(Motor_2_Dir, LOW); // forw ard
analogWrite(Motor_1_PWM, 255 -speed1);
// analogWrite(Motor_2_PWM, speed2); //
return;
}

void Left(){
digitalWrite(Motor_1_Dir, LOW); // forw ard
digitalWrite(Motor_2_Dir, HIGH); // reverse
analogWrite(Motor_1_PWM, speed1); //
analogWrite(Motor_2_PWM, 255 -speed2);
// return;
}

void Stop()

{

digitalWrite(Motor_1_PWM, LOW);
digitalWrite(Motor_1_Dir, LOW);
digitalWrite(Motor_2_PWM, LOW);
digitalWrite(Motor_2_Dir, LOW);
return;

}

BIBLIOGR AFIE

Dolga, V.,"Proiect area Sistemelor Mecatronice", Editura Pollitehnic a, Timișoara, ISBN
978-973-625-573-1, 2007.

Maniu, I., Dolga, V., Ciupe, V. Bogdanov, I. Rădulescu, C., Varga,Ș.,"Robotică. Sistemul
de acționare", Vol.II, Editura Politehnic a, ISBN: 978-973-625-996-8, 2007.

Rădulescu C., Vatau, S.,"Roboți Mobili – Vehicule Ghidate Automat", Vol.1, Editura
Politehnic a, ISBN 978-973-625-664-6, 2008.

Allen B. Downey, "Think Python: An Introduction to Software Design", 2002.

http://www.mec atronica.ro/definitie_mec atronica.html

http://www.scienti a.ro/stiinta-la-minut/istori a-ideilor -si-descoperirilor -stiintifice/2500 –
introducere -in-istoria-roboticii.html

http://www.rum aniamilitary.ro/sistemele -de-avioane-fara-pilot-in-romania

https://pl aytech.ro/2014/noul -robot -umanoid-honda-asimo -tinde -sa-fie-de-un-real-ajutor/

http://webbut.unitbv.ro/teze/rezum ate/2011/rom/Dugule anaMihai.pdf

http://w ww.imst.pub.ro/Uplo ad/Studenti/SSS_2016/lucr arile_sesiunii_stud_2016/IMPLE
MENTAREA_ROBOTILOR_INDUSTRI ALI.pdf

http://www.descoper a.ro/stiinta/15616273 -cercetatorii-de-la-harvard-au-fabricat-primul –
robot -flexibil -ce-animal-a-inspirat-crearea-lui-video

https://www.r aspberrypi.org/document ation/usage/python/

http:// python.net/~gherm an/propaganda/tut-ro/tut -ro.pdf

48

LUCRARE DE LICENȚĂ

https://www.python.org/

https://ro.wikipedi a.org/

https://www.robofun.ro/

https://www.w3.org/TR/html5/

http://www.drogore anu.ro/tutori als/html.php

https://tutori alehtml.com/ro/introducere -in-html/